Indique que tipo de reação está ocorrendo:
\left[(\mathrm{acac}) \mathrm{Rh}\left(\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{4}\right)_{2}\right]+\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{4} \longrightarrow\left[(\mathrm{acac}) \mathrm{Rh}\left(\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{4}\right)_{3}\right]

Passo 1

O que o enunciado dá e o que pede.
  • Reagente inicial: (\mathrm{acac})\mathrm{Rh}(\mathrm{C}_2\mathrm{H}_4)_2.
  • Reagente que entra: \mathrm{C}_2\mathrm{H}_4 (etileno, ligante neutro).
  • Produto: (\mathrm{acac})\mathrm{Rh}(\mathrm{C}_2\mathrm{H}_4)_3.
  • Mudança observada: o complexo ganha mais um ligante etileno (passa de dois etilenos para três).
    O pedido: indicar que tipo de reação está ocorrendo (ou seja, qual é o processo químico/organometálico que transforma o complexo com 2 etilenos no de 3 etilenos).

Passo 2

Conceitos básicos que vou usar (explicados de forma simples).
  • Ligante: espécie que doa pares de elétrons ao metal para formar uma ligação de coordenação. Etileno é um ligante neutro que doa por seu orbital \pi.
  • Coordenação / complexação: quando um ligante se aproxima e se liga ao metal formando um complexo (não envolve necessariamente mudança de estado de oxidação do metal).
  • Adição oxidativa (oxidative addition): reação em que o metal insere-se numa ligação R–X, o número de ligações ao metal aumenta e o estado de oxidação do metal normalmente sobe (o metal “é oxidado”).
  • Substituição associativa vs dissociativa: em troca de ligantes, o mecanismo pode ser associativo (um ligante entra antes do outro sair, aumentando temporariamente a coordenação) ou dissociativo (um ligante sai formando um sítio livre, depois entra o novo ligante).
  • Regra dos 18 elétrons e contagem de elétrons de valência: é uma boa ferramenta para entender estabilidade de complexos de metais de transição (vamos usá-la para justificar o porquê da coordenação).

Passo 3

Determinar se há mudança no estado de oxidação do ródio.
  • O complexo é neutro tanto antes quanto depois. O ligante \mathrm{acac} (acetilacetonato) é tipicamente monoaniônico ( \mathrm{acac}^-). Os ligantes etileno são neutros.
  • Logo, a carga formal do metal no complexo neutro é +1. Em símbolos: o ródio está em estado de oxidação +1 antes e depois, porque só se adicionou um ligante neutro.
  • Conclusão desta verificação: não há mudança de estado de oxidação do metal. Portanto NÃO é uma adição oxidativa (que envolveria aumento do estado de oxidação).

Passo 4

Contagem de elétrons para ver a natureza da adição do ligante.
  • Ródio em \mathrm{Rh}^{+1} tem configuração d^8 (ou seja, 8 elétrons de valência no metal).
  • Contagem de elétrons por ligante (modo simples e prático):
    • \mathrm{acac}^- é bidentado: contribui com 4 elétrons (dois pares, um de cada donor O).
    • Cada etileno coordenado como complexo \pi doa 2 elétrons (um par do orbital \pi).
  • Contagem inicial:
    • elétrons do metal: 8 ( d^8),
    • \mathrm{acac}: 4,
    • dois etilenos: 2\times 2 = 4.
    • Total inicial = 8 + 4 + 4 = 16 elétrons.
  • Contagem após coordenação do terceiro etileno:
    • acrescenta mais 2 elétrons,
    • Total final = 16 + 2 = 18 elétrons.
  • Interpretação: o complexo passa de uma configuração de 16 elétrons para uma mais estável de 18 elétrons ao coordenar o terceiro etileno. Isso é consistente com uma adição simples de ligante (associação) até completar a regra dos 18 elétrons.

Passo 5

Mecanismo plausível e nome do processo (linguagem acessível).
  • O que está ocorrendo é a coordenação (complexação) de um ligante neutro \mathrm{C}_2\mathrm{H}_4 ao centro de ródio: o etileno aproxima-se e forma uma ligação \eta^2 (pi-coordenação) com o metal.
  • Esse tipo de evento é uma adição de ligante (ligand association). Como o etileno é neutro e não há mudança no número de oxidação, é um processo de coordenação, não uma adição oxidativa nem uma inserção.
  • Quanto ao mecanismo fino (associativo vs dissociativo): aqui o número de ligantes aumenta (2 → 3) e o metal aceita um ligante neutro normalmente por um mecanismo associativo (o etileno se liga ao metal). Em termos práticos para a resposta da prova, descreve-se como “coordenação (complexação) de etileno — adição de ligante, processo associativo”.
  • Explicação física curta e intuitiva: o etileno doa um par \pi ao metal enquanto o metal pode doar retro-alimentação por backbonding; juntos formam um complexo \pi- \mathrm{C}_2\mathrm{H}_4 descrito pelo modelo Dewar–Chatt–Duncanson (doação \pi \to metal e retro-doação metal \to \pi^*).

Passo 6

Resumo didático e dica para prova (como identificar esse caso rápido).
  • Dica prática: se você acrescenta um ligante neutro e o estado de oxidação do metal não muda, trate como “coordenação / adição de ligante” (complexação). Se o metal mudasse de oxidação ou surgissem novas ligações M–X e M–R com heterólise de uma ligação R–X, aí seria adição oxidativa.
  • Outro atalho: conte elétrons — ir de 16 para 18 elétrons por adicionar um ligante neutro é o clássico exemplo de adição de ligante até completar a regra dos 18.

Resposta

Coordenação (complexação) de etileno ao centro metálico — adição de ligante neutro (formação de um complexo \pi, ligação \eta^2); processo associativo (não é adição oxidativa nem inserção).

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