5- Considere a reação de substituição do
para formar o
, com
e
. Responda:
a) Escreva as reações de substituição intermediária até a substituição completa.
b) Determine a constante de formação global, b.
c) Determine os elementos de simetria para o composto de partida e o final.
d) Dê o nome para todos os compostos.
e) Há isomeria óptica no composto final? Justifique.
a) Escreva as reações de substituição intermediária até a substituição completa.
b) Determine a constante de formação global, b.
c) Determine os elementos de simetria para o composto de partida e o final.
d) Dê o nome para todos os compostos.
e) Há isomeria óptica no composto final? Justifique.
Passo 1
O enunciado pede cinco coisas (a–e) para a reação em que o complexo aquo
vai sendo substituído por ligantes
(onde
=
-
, um ligante bidentado) até formar o complexo totalmente substituído
. Dados fornecidos:
,
e
.\n\nAs perguntas são:\n- (a) escrever as reações intermediárias de substituição (passo a passo) até a substituição completa;\n- (b) determinar a constante de formação global (ou seja, constante para a formação
a partir de
);\n- (c) determinar os elementos de simetria do composto inicial e do composto final;\n- (d) dar o nome (IUPAC comum) para todos os compostos envolvidos (inicial, intermediários e final);\n- (e) dizer se há isomeria óptica no composto final e justificar.\n\nOs dados relevantes a usar: cada
é bidentado (ocupa duas posições de coordenação), a coordenação do ferro é 6 (octaédrica), e as três constantes fornecidas são as constantes passo-a-passo (stepwise) de formação para a adição de cada
.
Passo 2
Entendimento químico-prático necessário (rápida “aula” antes de escrever reações):\n- Um ligante bidentado como
coordenará o metal com duas donações, portanto uma única
substitui duas moléculas de água no octaedro.\n- Começando com
(seis águas ocupando as seis posições), para cada
introduzido duas águas são removidas e ligam-se ao metal as duas N do
.\n- As constantes
são constantes passo-a-passo para cada etapa de formação do complexo com 1, 2 e 3
, respectivamente. Fórmula útil: a constante global é produto das constantes passo-a-passo, e em log podemos somá-las:
Passo 3
(a) Escrever as reações de substituição intermediária. Vou escrever cada etapa mostrando claramente as moléculas de água que saem (2 por
) e colocando
como ligante neutro. As reações são reversíveis (seta dupla) e conservam carga
.\n\nEtapa 1 (formação do complexo mono-bipiridina):
Passo 4
(b) Determinar a constante de formação global. Explicação do método passo-a-passo:\n- Como dito, a constante global para a reação que transforma
em
(usando 3
) é o produto das três constantes passo-a-passo.\n- Em logaritmo, somamos os
. Dados:
,
,
.\n\nCálculo:
Eu mostrei a regra usada (soma de logs) e como obter o valor numérico final.
Passo 5
(c) Elementos de simetria — explicação curta do que seguir: para olhar elementos de simetria identificamos a geometria (aqui ambos são octaédricos em coordenação, mas ligantes e sua arrumação determinam o grupo pontual).\n\nComposto inicial
:\n- Geometria: octaédrica ideal com seis ligantes idênticos (seis
).\n- Grupo pontual:
(octaédrico completo). Elementos de simetria principais (listar de forma didática):\n - operação identidade
;\n - eixo
principal (há três eixos
, passando por pares de ligantes opostos);\n - eixos
(eixos triplos pelos diagonais do cubo / pelos vértices do octaedro);\n - vários eixos
(seis do tipo que passam por arestas opostas);\n - centro de inversão
;\n - planos de reflexão
e rotações impróprias
(essas aparecem em
).\n\nObservação prática: o complexo é altamente simétrico — tem centro de inversão, planos de simetria e muitos eixos de rotação (grupo de ordem 48).\n\nComposto final
:\n- Geometria: ainda octaédrica em termos de coordenação, mas com três ligantes bidentados idênticos enrolados em torno do metal formando um complexo quelato helicoidal.\n- Grupo pontual:
(trigonal tríplice, forma helicoidal). Elementos de simetria principais:\n - identidade
;\n - um eixo
principal (eixo de ordem 3) passando pelo centro;\n - três eixos
perpendiculares ao
;\n - não há centro de inversão
nem planos de espelho
que tornem a molécula superponível à sua imagem especular (por isso é quiral).\n\nExpliquei por que o inicial tem
(muito simétrico) e o final tem
(menos simétrico, helicoidal).
Passo 6
(d) Nomes dos compostos — explicação de como nomear e depois nomes:\n- Regra prática: nomeamos ligantes antes do metal em ordem alfabética; água como “aqua” (ou em português “aqua”/“aqua” costuma permanecer),
é
-bipiridina (ou bipiridina). O número de ligantes: “tetraaqua”, “diaqua”, “tris” ou “bis” conforme necessário. O estado de oxidação do ferro é
, que se indica como
em português.\n\nNomes (vou escrever na forma usual em português razoavelmente IUPAC-like):\n- Complexo inicial (
):
— nome: hexaaqua ferro(II) ou íon hexaaqua ferro(II). Em IUPAC: hexaaquairon(II) ion (tradução: íon hexaaqua ferro(II)).\n- Primeiro intermediário (
):
— nome: tetraaqua(2,2’-bipiridina) ferro(II) ou tetraaqua(2,2’-bipiridina) ferro(II).\n- Segundo intermediário (
):
— nome: diaqua bis(2,2’-bipiridina) ferro(II) ou diaqua(bis(2,2’-bipiridina)) ferro(II).\n- Complexo final (
):
— nome: tris(2,2’-bipiridina) ferro(II) (em inglês: tris(2,2’-bipyridine)iron(II)).\n\nNota: em nomes formais o prefixo numérico é colocado adequadamente (por ex. “bis” e “tris” quando o ligante tem parênteses). Aqui dei a forma prática usual usada em química de coordenação.
Passo 7
(e) Isomeria óptica no composto final — explicação didática e justificativa:\n- O que é isomeria óptica? É quando uma molécula não é sobreponível com a sua imagem no espelho — ela existe em dois enantiômeros (como mão esquerda e direita) que giram a luz polarizada de formas opostas.\n- No caso de
: cada
é bidentado e as três são dispostas no octaedro formando um empacotamento helicoidal. Existem duas disposições helicoidais que são imagem especular uma da outra e não se sobrepõem: chamadas enantiômeros
(lambda) e
(delta).\n- Do ponto de vista de simetria, o ponto importante é que o grupo pontual
não contém plano de simetria
nem centro de inversão
nem eixos improprios que tornem a molécula aquivalente à sua imagem especular. Assim o complexo é quiral.\n\nConclusão pedagógica: Sim — o composto final apresenta isomeria óptica; existem dois enantiômeros designados
e
, que são não sobreponíveis e rotacionam a luz polarizada em sentidos opostos.
Passo 8
Recapitulando de forma curta e motivadora: fizemos as reações passo-a-passo (cada
substitui 2
), somei os
para obter a constante global e expliquei a simetria, nomes e por que o tris(bipiridina) é quiral. Força aí — se quiser, posso desenhar os arranjos helicoidais
/
com setas para ficar mais visual.
Resposta
(a)
\n
\n
\n\n(b)
.
\n\n(c) Inicial
: grupo pontual
; elementos principais:
, eixos
, eixos
, vários
, centro de inversão
, planos
, rotações impróprias
, etc. Final
: grupo pontual
; elementos principais:
, um eixo
e três eixos
perpendiculares; não tem
nem
que tornem a molécula superponível à sua imagem especular.\n\n(d) Nomes:\n
— hexaaqua ferro(II) (íon hexaaqua ferro(II)).\n
— tetraaqua(2,2’-bipiridina) ferro(II).\n
— diaqua bis(2,2’-bipiridina) ferro(II).\n
— tris(2,2’-bipiridina) ferro(II).\n\n(e) Sim. O
é quiral e apresenta isomeria óptica (enantiômeros
e
), porque a disposição helicoidal dos três quelatos
não é superponível à sua imagem no espelho.