54 Explique por que o ligante amônia influencia a geometria molecular do
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
e por que um meio básico é essencial para a formação desse complexo.
Informações explícitas do enunciado: o complexo tem fórmula e o ligante é a amônia (
). Não há outras figuras ou dados numéricos fornecidos.
Informações explícitas do enunciado: o complexo tem fórmula
Passo 2
O que é a amônia como ligante (num jeitinho simples).
- A molécula
tem um par de elétrons não compartilhados no átomo de nitrogênio; isso faz dela uma base de Lewis (oferece um par de elétrons). - Quando
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:
= ligante neutro, doador sigma (sigma-donor), pouco capaz de aceitar elétrons por interação .
Passo 3
Como a amônia influencia a geometria por causa do número de coordenação e do tamanho do ligante.
- O cobalto em estado +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
cabem facilmente ao redor do cobalto formando uma estrutura octaédrica. - Em palavras: o tamanho pequeno e a monodenticidade de
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
(mais baixos) e os (mais altos). A diferença de energia entre esses conjuntos é a chamada separação de campo cristalo (ou ). - O valor de
depende do tipo de ligante. Ligantes fortes aumentam , ligantes fracos dão pequeno. é um ligante de campo moderado (um pouco mais forte que , mas não tão forte quanto ou ). - No caso de
(configuração eletrônica ), se for pequeno obtemos um complexo “high-spin” (mais elétrons desemparelhados), se for grande obtemos “low-spin” (menos elétrons desemparelhados). Para em o mais comum é um campo intermediário a fraco, levando ao estado de spin mais alto. - Importante: mesmo que
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
( ) em um campo octaédrico fraco a moderado (caso típico com ): a distribuição eletrônica é algo como . 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
(menos elétrons desemparelhados), mas isso exigiria um ligante bem mais forte que .
Passo 6
Como o complexo é formado em solução (passo a passo químico, bem prático).
- Em água o íon cobalto existe geralmente como
. A formação do hexaammine envolve substituição desses por :
- Isso é um equilíbrio: quanto mais
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:
- Se a solução for ácida (muitos
), a maior parte do nitrogênio estará na forma protonada , que não tem par livre para doar e, portanto, não pode atuar como ligante. Logo, em meio ácido você não tem suficiente para substituir as moléculas de água no complexo do cobalto. - Em meio básico (poucos
), o equilíbrio se desloca para a forma livre , aumentando sua concentração e permitindo a coordenação ao íon . Em termos práticos: um pH maior garante que há disponível para formar .
Passo 8
Outros pontos práticos e uma conclusão amigável.
- Além de manter
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
, permitindo que seis ligantes
se acomodem ao redor do metal e formem a geometria octaédrica característica de
; eletronicamente,
é um doador sigma de campo moderado que determina a separação de níveis d (
) 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 pode ser protonada para
, que não coordena; um pH elevado mantém
livre (não protonada), aumentando sua concentração disponível para substituir as moléculas de água e assim deslocar o equilíbrio
O meio básico é essencial porque em solução aquosa
para a direita.