Por que os complexos quelatos como o \left[\mathrm{Ni}(\mathrm{en})_{3}\right] \mathrm{Cl}_{2} são mais estáveis que os complexos não quelatos como \left[\mathrm{Ni}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right] \mathrm{Cl}_{2} ?

Passo 1

O enunciado pergunta por que o complexo quelato \left[\mathrm{Ni}(\mathrm{en})_{3}\right]\mathrm{Cl}_{2} é mais estável que o complexo não quelato \left[\mathrm{Ni}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]\mathrm{Cl}_{2}.
O conteúdo envolvido é química de coordenação, em particular o efeito quelato, que explica o aumento de estabilidade de complexos com ligantes polidentados.

Passo 2

Primeiro, vale distinguir ligantes monodentados e polidentados.
– Um ligante monodentado, como \mathrm{NH}_{3}, liga-se ao metal por um único par de elétrons.
– Um ligante polidentado, como a etilenodiamina ( \mathrm{en}), liga-se ao metal por dois pares de elétrons, formando um anel de coordenação (“quelato”).
Geralmente, cada ligação metal \toligante contribui com uma energia de ligação ( \Delta H), mas o que realmente faz a diferença no efeito quelato é a variação de entropia ( \Delta S) da reação de troca de ligantes.

Passo 3

Considere a reação de substituição em meio aquoso (apenas cátions para simplificar):
\left[\mathrm{Ni}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]^{2+} \;+\; 3\,\mathrm{en} \;\longrightarrow\; \left[\mathrm{Ni}(\mathrm{en})_{3}\right]^{2+} \;+\; 6\,\mathrm{NH}_{3}
Antes da reação há 1 partícula de complexo e 3 de ligante; depois, 1 partícula de novo complexo e 6 de \mathrm{NH}_{3}. Ou seja, o número total de partículas em solução aumenta, o que implica \Delta S>0.
Como a energia livre de Gibbs é
\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S,
um \Delta S positivo torna \Delta G mais negativo, favorecendo a formação de \left[\mathrm{Ni}(\mathrm{en})_{3}\right]^{2+}.

Passo 4

Além do ganho entópico, há também contribuição entálpica adicional:
  • A formação dos anéis de quelato gera um efeito cooperativo, pois cada ligante polidentado “prende” o metal em dois pontos, reduzindo a probabilidade de dissociação.
  • Esses anéis muitas vezes têm energias de ligação ligeiramente maiores que a soma das ligações equivalentes de monodentados separados.
Logo, \Delta H geralmente também é mais negativo (ligação mais forte) nos quelatos.

Resposta

O complexo quelato é mais estável principalmente devido ao efeito quelato, segundo o qual a substituição de vários ligantes monodentados por ligantes polidentados libera mais moléculas em solução (aumentando a entropia) e forma anéis de coordenação que cooperativamente fortalecem a ligação ao metal, tornando \Delta G de formação mais negativo.

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