54 Explique por que o ligante amônia influencia a geometria molecular do \left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]^{2+} e por que o meio básico é essencial para a formação do complexo.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas: explicar por que o ligante amônia influencia a geometria molecular do complexo \left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]^{2+} e por que um meio básico é essencial para a formação desse complexo.
Informações explícitas do enunciado: o complexo tem fórmula \left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]^{2+} e o ligante é a amônia ( \mathrm{NH}_3). Não há outras figuras ou dados numéricos fornecidos.

Passo 2

O que é a amônia como ligante (num jeitinho simples).
  • A molécula \mathrm{NH}_3 tem um par de elétrons não compartilhados no átomo de nitrogênio; isso faz dela uma base de Lewis (oferece um par de elétrons).
  • Quando \mathrm{NH}_3 se liga a um metal, ela doa esse par de elétrons para o metal, formando uma ligação coordenada (ou dativa), que é parecida com uma ligação covalente em que ambos os elétrons vêm do ligante.
  • Em linguagem curta: \mathrm{NH}_3 = ligante neutro, doador sigma (sigma-donor), pouco capaz de aceitar elétrons por interação \pi.

Passo 3

Como a amônia influencia a geometria por causa do número de coordenação e do tamanho do ligante.
  • O cobalto em estado +2 ( \mathrm{Co}^{2+}) tem tamanho e características que normalmente permitem a coordenação de seis ligantes pequenos ao redor dele. Isso gera número de coordenação 6, cujo arranjo geométrico mais comum é o octaédrico.
  • A amônia é pequena e monodentada (ligação por apenas um átomo, o N), então seis grupos \mathrm{NH}_3 cabem facilmente ao redor do cobalto formando uma estrutura octaédrica.
  • Em palavras: o tamanho pequeno e a monodenticidade de \mathrm{NH}_3 favorecem a geometria octaédrica (seis ligantes uniformemente espaçados ao redor do metal).

Passo 4

Como o efeito eletrônico do ligante entra na história (explicando com calma o que é importante).
  • Quando seis ligantes se aproximam de um íon metálico em um arranjo octaédrico, os orbitais d do metal se “separam” em dois grupos de energia: os orbitais chamados \mathrm{t_{2g}} (mais baixos) e os \mathrm{e_g} (mais altos). A diferença de energia entre esses conjuntos é a chamada separação de campo cristalo (ou \Delta_o).
  • O valor de \Delta_o depende do tipo de ligante. Ligantes fortes aumentam \Delta_o, ligantes fracos dão \Delta_o pequeno. \mathrm{NH}_3 é um ligante de campo moderado (um pouco mais forte que \mathrm{H_2O}, mas não tão forte quanto \mathrm{CN^-} ou \mathrm{CO}).
  • No caso de \mathrm{Co}^{2+} (configuração eletrônica d^7), se \Delta_o for pequeno obtemos um complexo “high-spin” (mais elétrons desemparelhados), se \Delta_o for grande obtemos “low-spin” (menos elétrons desemparelhados). Para \mathrm{NH}_3 em \mathrm{Co}^{2+} o mais comum é um campo intermediário a fraco, levando ao estado de spin mais alto.
  • Importante: mesmo que \mathrm{NH}_3 afete a distribuição eletrônica (spin, energias dos orbitais, comprimento de ligação), a geometria octaédrica é principalmente ditada pelo número de ligantes que cabem em volta do metal e pelo seu tamanho; o efeito eletrônico ajusta energias e propriedades (magnetismo, cores, estabilidade), mas não “muda” necessariamente a geometria básica quando temos seis ligantes monodentados pequenos.

Passo 5

Mostrando com um exemplo simples a ocupação eletrônica (sem jargão pesado).
  • Para \mathrm{Co}^{2+} ( d^7) em um campo octaédrico fraco a moderado (caso típico com \mathrm{NH}_3): a distribuição eletrônica é algo como \mathrm{t_{2g}^5 e_g^2}. Isso dá alguns elétrons desemparelhados e explica por que o complexo é paramagnético.
  • Se você encontrasse um ligante muito forte, a distribuição poderia passar para \mathrm{t_{2g}^6 e_g^1} (menos elétrons desemparelhados), mas isso exigiria um ligante bem mais forte que \mathrm{NH}_3.

Passo 6

Como o complexo é formado em solução (passo a passo químico, bem prático).
  • Em água o íon cobalto existe geralmente como \left[\mathrm{Co}(\mathrm{H_2O})_6\right]^{2+}. A formação do hexaammine envolve substituição desses \mathrm{H_2O} por \mathrm{NH}_3:
\left[\mathrm{Co}(\mathrm{H_2O})_6\right]^{2+} + 6\,\mathrm{NH}_3 \rightleftharpoons \left[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6\right]^{2+} + 6\,\mathrm{H_2O}
  • Isso é um equilíbrio: quanto mais \mathrm{NH}_3 livre na solução, mais o equilíbrio é empurrado para a direita (formando mais complexo).

Passo 7

Por que o meio básico é essencial — explicação com química de equilíbrio e pH (sem pânico, é só ideia clara).
  • Em solução aquosa a amônia existe em equilíbrio com o íon amônio:
\mathrm{NH}_3 + \mathrm{H}^+ \rightleftharpoons \mathrm{NH}_4^+
  • Se a solução for ácida (muitos \mathrm{H}^+), a maior parte do nitrogênio estará na forma protonada \mathrm{NH}_4^+, que não tem par livre para doar e, portanto, não pode atuar como ligante. Logo, em meio ácido você não tem \mathrm{NH}_3 suficiente para substituir as moléculas de água no complexo do cobalto.
  • Em meio básico (poucos \mathrm{H}^+), o equilíbrio se desloca para a forma livre \mathrm{NH}_3, aumentando sua concentração e permitindo a coordenação ao íon \mathrm{Co}^{2+}. Em termos práticos: um pH maior garante que há \mathrm{NH}_3 disponível para formar \left[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6\right]^{2+}.

Passo 8

Outros pontos práticos e uma conclusão amigável.
  • Além de manter \mathrm{NH}_3 não protonada, um meio básico pode aumentar a nucleofilicidade relativa da amônia (ela fica mais “disponível” para atacar e substituir a água coordenada), acelerando a formação do complexo.
  • Resumindo a intuição: a amônia influencia a geometria porque é um ligante pequeno, monodentado e doador de par que permite número de coordenação 6 e, portanto, arranjo octaédrico; o meio básico é necessário para que a amônia exista como base de Lewis livre (não protonada) e possa, de fato, coordenar ao cobalto.

Resposta

A amônia influencia a geometria porque é um ligante pequeno e monodentado que doa seu par de elétrons ao \mathrm{Co}^{2+}, permitindo que seis ligantes \mathrm{NH}_3 se acomodem ao redor do metal e formem a geometria octaédrica característica de \left[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6\right]^{2+}; eletronicamente, \mathrm{NH}_3 é um doador sigma de campo moderado que determina a separação de níveis d ( \Delta_o) e, portanto, afeta propriedades como spin, cor e estabilidade, mas não impede a formação da estrutura octaédrica.
O meio básico é essencial porque em solução aquosa \mathrm{NH}_3 pode ser protonada para \mathrm{NH}_4^+, que não coordena; um pH elevado mantém \mathrm{NH}_3 livre (não protonada), aumentando sua concentração disponível para substituir as moléculas de água e assim deslocar o equilíbrio
\left[\mathrm{Co}(\mathrm{H_2O})_6\right]^{2+} + 6\,\mathrm{NH}_3 \rightleftharpoons \left[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6\right]^{2+} + 6\,\mathrm{H_2O}
para a direita.

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