Explique o que caracteriza um composto de coordenação e como seu metal central interage com os ligantes segundo a teoria de ácidos e bases de Lewis.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras: (1) explicar o que caracteriza um composto de coordenação e (2) explicar como o metal central interage com os ligantes segundo a teoria de ácidos e bases de Lewis. Informações relevantes a considerar: compostos de coordenação têm um metal central e ligantes ligados a ele; ligantes doam pares de elétrons; a teoria de Lewis trata de doadores e aceptores de pares de elétrons. Vou cobrir definições, tipos de ligantes, natureza da ligação coordenada (dativa), fatores que influenciam a interação (carga, tamanho, HSAB, campo de ligantes), consequências (geometria, cor, magnetismo) e exemplos concretos.
Passo 2
O que é um composto de coordenação (definição básica)
- Um composto de coordenação é formado por um íon ou átomo metálico central ligado a moléculas ou íons chamados ligantes.
- O conjunto formado pelo metal e seus ligantes no entorno imediato chama-se “esfera de coordenação” ou “complexo”.
- Exemplos escritos em fórmulas:
, , . Essas fórmulas mostram explicitamente o metal no centro e os ligantes entre parênteses.
Passo 3
Elementos que caracterizam um composto de coordenação (itens que você deve identificar numa prova)
- Metal central: geralmente um metal de transição (mas pode ser qualquer metal) e possui uma carga/estado de oxidação. Ex.:
, . - Ligantes: espécies com pelo menos um par de elétrons não compartilhados (lone pair) capazes de doar esse par ao metal. Ex.:
, , , , . - Número de coordenação: quantidade de ligações metal‑ligante ao redor do metal (por exemplo, 2, 4 ou 6 são comuns). A partir do número de coordenação você já infere possíveis geometrias.
- Denticidade: quantos pares de elétrons um ligante doa ao metal. Monodentado doa 1 par, bidentado doa 2 pares (ex.: etilenodiamina), polidentado (ex.:
) doa vários pares/átomos doadores.
Passo 4
O que é a ligação coordenada (ligação dativa) — passo a passo e intuitivo
- Um ligante tem um par de elétrons não ligado (lone pair). O metal tem um orbital vazio ou parcialmente vazio que pode receber um par de elétrons.
- A ligação coordenada é formada quando o ligante “entrega” seu par de elétrons para esse orbital vazio do metal. Em termos simples: o ligante fornece os dois elétrons da ligação, o metal aceita.
- Em notação de setas: ligante:
metal representa essa doação de par (mas em provas você pode escrever só a fórmula do complexo). - Essa ligação é muito parecida com uma ligação covalente em termos de compartilhamento de elétrons, mas a diferença conceitual é quem forneceu o par inicialmente (o ligante). No fim, o par fica compartilhado entre metal e ligante.
Passo 5
Como isso se encaixa na teoria de Lewis (a explicação conceitual)
- Teoria de Lewis define ácidos como aceptores de pares de elétrons e bases como doadores de pares de elétrons.
- Num complexo de coordenação, o metal central atua como um ácido de Lewis (acepta par de elétrons) e os ligantes atuam como bases de Lewis (doam par de elétrons).
- Razão prática: os metais costumam ter carga positiva (ou orbitais vazios) e baixa densidade eletrônica, por isso aceitam elétrons; os ligantes têm pares não ligantes e os oferecem.
- Exemplo concreto de reação de formação:
. Aqui é o ácido de Lewis, é a base de Lewis.
Passo 6
Fatores que determinam força e natureza da interação metal–ligante
- Carga do metal: quanto mais positivo o metal, maior atração eletrostática e tendência a aceitar elétrons (compostos mais estáveis com ligantes que doam bem).
- Tamanho do metal (raio iônico): íons pequenos com alta carga têm maior densidade de carga e formam ligações mais fortes com bases “duras”.
- Eletronegatividade e configuração eletrônica do metal: metais com orbitais vazios de energia adequada recebem melhor os pares; a ocupação dos d‑orbitais influencia.
- Natureza do ligante: ligantes doam pares com diferentes eficácias; alguns também aceitam elétrons de volta (ligantes
-aceptores como CO e CN^-), o que torna a ligação mais forte/peculiar. - Regra prática HSAB (Hard and Soft Acids and Bases): ácidos duros (pequenos, muito carregados) preferem bases duras (F^-, OH^-, H2O); ácidos macios (grandes, menos carregados) preferem bases macias (I^-, PR3, S^2-). Exemplos:
(macio) liga bem com (macio); (duro) prefere (duro).
Passo 7
Consequências práticas: geometria, número de coordenação e exemplos
- O número de coordenação dita a geometria mais comum:
- coordenação 2 → linear (ex.:
); - coordenação 4 → tetraédrica ou quadrado planar (ex.:
é quadrado planar para d^8); - coordenação 6 → octaédrica (ex.:
).
- coordenação 2 → linear (ex.:
- Em provas, para deduzir a geometria conte os ligantes (ou a soma da denticidade) para obter o número de coordenação e use a regra de energia/eletrônica para decidir entre possibilidades (por ex., d^8 costuma dar quadrado planar).
Passo 8
Efeito nos níveis eletrônicos: noções básicas de campo de ligantes (ligand field / crystal field)
- Quando ligantes se aproximam do metal, os orbitais d do metal deixam de ser degenerados e “separam‑se” em níveis de energia diferentes (isso chama-se separação de níveis, normalmente representada por
). - Essa separação explica cor (absorção de certas energias/luzes) e magnetismo (número de elétrons pareados ou não).
- Ligantes fortes (ex.: CN^-, CO) causam grande
→ podem forçar pareamento dos elétrons (baixo spin). Ligantes fracos (ex.: H2O, F^-) causam pequeno → elétrons ficam desemparelhados (alto spin). - Em provas, citar se um ligante é forte ou fraco ajuda a prever magnetismo e cor.
Passo 9
Efeito quelante (chelate) e estabilidade
- Ligantes polidentados (quelantes), como
ou etilenodiamina, grudam o metal por vários pontos simultaneamente. - Chelatos são geralmente mais estáveis que o mesmo número de ligantes monodentados por razões termodinâmicas (a principal é o ganho de entropia quando vários ligantes monodentados são substituídos por um ligante polidentado). Esse é o “efeito quelante”.
- Em provas, o efeito quelante é uma justificativa comum para explicar por que certos complexos são muito estáveis em solução.
Passo 10
Como aplicar isso rapidamente numa prova (passos práticos)
- Identifique o metal e seu estado de oxidação.
- Conte os ligantes e sua denticidade → determine número de coordenação.
- Use número de coordenação e configuração eletrônica do metal para sugerir geometria.
- Classifique ligantes como doadores de par (bases de Lewis); lembre que o metal é o aceptor (ácido de Lewis).
- Pense em forças: carga do metal, HSAB, e se o ligante é forte/ fraco (para prever cor/ magnetismo).
- Use exemplos típicos como
(óctedra com H2O como base fraca) e (CN^- forte, influencia no pareamento de elétrons).
Resposta
Um composto de coordenação é formado por um metal central ligado a ligantes na chamada esfera de coordenação; caracteriza‑se pelo metal, estado de oxidação, número de coordenação, e pela denticidade dos ligantes. Segundo a teoria de Lewis, o metal central age como ácido de Lewis (aceita pares de elétrons) e os ligantes agem como bases de Lewis (doam pares de elétrons), formando ligações coordenadas (dativas) onde o par de elétrons vem do ligante. A força e a natureza dessa interação dependem da carga e tamanho do metal, da natureza do ligante (doação σ e possível aceitação π), do efeito HSAB e do campo de ligantes (se forte ou fraco), resultando em diferentes geometrias, estabilidade (efeito quelante) e propriedades eletrônicas como cor e magnetismo.