O cloreto de crômio disponível comercialmente tem a composição \mathrm{CrCl}_{3} \cdot 6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}. Uma solução aquosa é verde, mas fica azul e depois roxa dentro de algumas horas. Sob aquecimento, a solução fica verde novamente. Interprete essas observações.

Passo 1

O enunciado dá estas informações e pede interpretação:
  • O sólido comercial é \mathrm{CrCl}_{3}\cdot 6\mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  • Ao dissolver em água a solução aparece inicialmente verde.
  • Depois de algumas horas a solução fica azul e, em seguida, roxa.
  • Ao aquecer a solução ela volta a ficar verde.
    O pedido é explicar por que as cores mudam com o tempo e por que o aquecimento reverte a cor para verde.

Passo 2

Dados relevantes (retirados do enunciado e pontos importantes de química que vamos usar):
  • O íon cromo na forma \mathrm{Cr}^{3+} forma complexos octaédricos com seis ligantes (por exemplo água ou cloreto).
  • Ligantes diferentes alteram a energia dos níveis d do \mathrm{Cr}^{3+} e, portanto, a cor observada do complexo.
  • Em sais hidratados como \mathrm{CrCl}_{3}\cdot 6\mathrm{H}_2\mathrm{O} pode haver espécies com cloreto coordenado ao cromo (ligante direto) ou cloretos como contra-íons externos, ou ainda mistura de isômeros/complexos no sólido.
  • Substituição de ligantes em \mathrm{Cr}^{3+} é geralmente lenta (o íon é “cineticamente inerte”), então espécies diferentes podem persistir por horas antes de atingir equilíbrio.
  • Observação empírica (usada aqui como informação útil): cores típicas atribuídas a algumas espécies (isso será usada para interpretar as cores):
    • \\ [\mathrm{Cr}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_6]^{3+} costuma ser violeta/roxo.
    • \\ [\mathrm{CrCl}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_5]^{2+} costuma ser esverdeado.
    • \\ [\mathrm{CrCl}_2(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_4]^{+} tende a cores azuladas.
      (essas fórmulas representam exemplos de complexos com 0, 1 ou 2 cloretos coordenados ao cromo).

Passo 3

Breve explicação didática (ligada ao que vai justificar a mudança de cor):
  • Por que complexos diferentes têm cor diferente? Em compostos de metais de transição a cor vem de transições eletrônicas entre níveis d divididos pela interação com os ligantes (campo de ligantes). Ligantes mais fortes ou diferentes alteram a separação de energia \Delta entre esses níveis; isso muda o comprimento de onda de luz absorvida e, portanto, a cor observada.
  • Por que a composição de ligantes muda com o tempo? Porque, após dissolução, há reação de troca de ligantes entre água e cloreto. Esquematicamente:
[\mathrm{CrCl}_2(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_4]^+ \rightleftharpoons [\mathrm{CrCl}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_5]^{2+} \rightleftharpoons [\mathrm{Cr}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_6]^{3+}.
Cada etapa à direita representa substituição de um Cl^- coordenado por uma molécula de \mathrm{H}_2\mathrm{O}. Essas reações têm velocidades lentas para \mathrm{Cr}^{3+}, então a mistura evolui ao longo de horas.

Passo 4

Interpretação cronológica das cores (ligada às espécies acima):
  • Inicialmente verde: ao dissolver o sólido parte do cromo que sai do cristal ainda vem na forma de complexos que têm cloreto coordenado (por exemplo [\mathrm{CrCl}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_5]^{2+} ou mistura com [\mathrm{CrCl}_2(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_4]^+). Esses complexos cloreto-coordenados dão cor esverdeada — por isso a solução aparece verde logo após dissolver.
  • Depois: azul intermediário. Com o tempo a distribuição de espécies muda: alguns complexos perdem um cloreto coordenado formando espécies com diferente número de Cl^- ligados (por exemplo [\mathrm{CrCl}_2(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_4]^+ ou misturas em proporções diferentes), produzindo uma cor azulada como estado intermediário — é uma mistura de espécies com 2 e 1 Cl^- coordenados.
  • Por fim roxo: em equilíbrio, a forma hexaaqua [\mathrm{Cr}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_6]^{3+} (sem Cl^- coordenado) torna-se predominante na solução diluída; ela é violeta/roxa. Essa transformação é lenta porque envolve troca de ligantes ao redor de \mathrm{Cr}^{3+}.
    Portanto a sequência verde → azul → roxo corresponde a uma progressiva substituição de cloretos coordenados por moléculas de água, passando por misturas de espécies com 2, 1 ou 0 cloretos coordenados.

Passo 5

Por que o aquecimento faz voltar ao verde?
  • Aquecer acelera as reações de troca de ligantes (aumenta as velocidades de troca cinética). Assim a composição muda mais rapidamente. Além disso, aquecimento pode alterar as condições (evaporação parcial da água, aumento da atividade do cloreto perto do sólido, ou deslocamento das constantes de equilíbrio), de modo a favorecer maiores proporções de espécies com cloreto coordenado ou até provocar reprecipitação/parcial redissolução das formas do sólido que contêm Cl^- coordenado. Em termos práticos: o aquecimento facilita a recomposição/reequilíbrio para formas onde há cloreto coordenado ao \mathrm{Cr}^{3+}, que são esverdeadas. Por isso, ao aquecer a solução que passou a ser majoritariamente violeta, volta-se a observar a cor verde (reaparecem os complexos cloretados).
  • Em resumo: aquecimento muda as taxas e a posição do equilíbrio entre as espécies aquo e as espécies cloreto-coordenadas e, experimentalmente, isso favorece novamente as espécies verdes com Cl^- coordenado.

Passo 6

Relação com conceitos úteis para a prova (resumo didático):
  • Identificar espécies: associe cores típicas a configurações de ligantes (aquo vs cloreto-coordenado).
  • Lembre: \mathrm{Cr}^{3+} é cineticamente inerte → trocas de ligantes lentas, mudanças de cor podem demorar horas.
  • Ao aquecer, velocidades de reação aumentam e equilíbrios podem deslocar-se por mudanças de concentração/atividade (concentração de Cl^- efetiva), então cores podem reverter.
  • Ao responder questões semelhantes na prova: descreva as espécies possíveis, escreva as trocas de ligante como equilíbrios do tipo \,[\mathrm{CrCl}_n(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_{6-n}]^{(3-n)+}\rightleftharpoons[\dots], explique efeitos de campo de ligantes na cor e comente sobre cinética (inércia) e efeito da temperatura.

Resposta

A mudança de cor é causada pela presença e interconversão de complexos de \mathrm{Cr}^{3+} com diferentes números de cloretos coordenados: formas com Cl^- coordenado (por exemplo [\mathrm{CrCl}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_5]^{2+}, verdes, e [\mathrm{CrCl}_2(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_4]^{+}, azuladas) aparecem primeiro ao dissolver o sal; com o tempo os cloretos coordenados são substituídos por água dando o complexo hexaaqua [\mathrm{Cr}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_6]^{3+}, roxo. As trocas de ligante são lentas (cinética inerte de \mathrm{Cr}^{3+}), por isso a cor evolui em horas. Ao aquecer, as taxas e o equilíbrio entre essas espécies mudam e as formas cloreto-coordenadas (verdes) voltam a predominar, fazendo a solução ficar verde novamente.

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