1. Mostre como o íon \mathrm{Fe}^{3+} pode formar complexos com \left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{2} \mathrm{O}, detalhando a transferência de pares de elétrons.

Passo 1

O enunciado pede para mostrar como o íon \mathrm{Fe}^{3+} pode formar complexos com (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O}, detalhando a transferência de pares de elétrons. Informações relevantes fornecidas ou implícitas:
  • O cátion é \mathrm{Fe}^{3+}.
  • O ligante é (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} (éter dimetílico), uma molécula neutra cujo átomo de oxigênio possui pares de elétrons não ligantes (pares solitários).
  • Precisa-se explicitar o mecanismo de formação das ligações (doação de pares) e o tipo de ligação formada.

Passo 2

Conceito-chave (explicação didática): Lewis ácido-base e ligação coordenada.
  • Um Lewis ácido é uma espécie que aceita um par de elétrons. Um Lewis base é uma espécie que doa um par de elétrons.
  • Uma ligação coordenada (ou dativa) é formada quando ambos os elétrons da ligação vêm do mesmo átomo — o doador (a base de Lewis) — e passam a ser partilhados com o aceitador (o ácido de Lewis).
  • No nosso caso, \mathrm{Fe}^{3+} atua como Lewis ácido (aceita pares) e o oxigênio de (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} atua como Lewis base (doa pares).

Passo 3

Estrutura e pares livres de (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} (aula prática).
  • A fórmula estrutural simples é \mathrm{CH_3\!-\!O\!-\!CH_3}.
  • O oxigênio tem duas ligações sigma com carbonos e tem dois pares não ligantes. Podemos representar um par livre como dois pontos: \mathrm{O}:.
  • Assim, uma representação funcional do ligante é (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O}: indicando o par livre disponível para doação.
  • Explicação: o par livre está em um orbital com caráter parcialmente \mathrm{sp^3}; ao se aproximar de um metal, esse orbital pode sobrepor-se a um orbital vazio do metal e doar o par.

Passo 4

Características eletrônicas do \mathrm{Fe}^{3+} relevantes (passo-a-passo).
  • Configuração eletrônica do ferro neutro: \mathrm{Fe} = [\mathrm{Ar}]\,3d^6\,4s^2.
  • Para \mathrm{Fe}^{3+} removemos três elétrons: \mathrm{Fe}^{3+} = [\mathrm{Ar}]\,3d^5.
  • Mesmo com cinco elétrons em 3d, existem orbitais do metal (por exemplo orbitais 4s, 4p e combinações;/;híbridos) que podem aceitar densidade eletrônica proveniente de ligantes neutros. Portanto \mathrm{Fe}^{3+} tem capacidade de aceitar pares de elétrons e formar complexos.

Passo 5

Formação de uma ligação coordenada simples (um passo concreto).
  • Quando o par livre do oxigênio se aproxima do cátion, ocorre doação do par para um orbital vazio do ferro. Escrevemos simbolicamente:
(\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O}:\; \rightarrow\; \mathrm{Fe}^{3+}
  • Esse fluxo de elétrons resulta numa ligação dativa \mathrm{O}\!\rightarrow\!\mathrm{Fe} (às vezes escrita \mathrm{O}\!-\!\!\!>\!\mathrm{Fe} ou com uma seta sobre a ligação).
  • Importante: não há transferência de carga que reduza \mathrm{Fe}^{3+} a outro óxido (nenhuma reação redox) — o que muda é que os elétrons do par passam a ser compartilhados na ligação; o estado de oxidação permanece \mathrm{+3}.

Passo 6

Extensão: formação do complexo completo e geometria (didática e prática).
  • Os ligantes monodentados neutros como (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} doam um par cada. O íon \mathrm{Fe}^{3+} costuma apresentar número de coordenação 6 (frequentemente complexos octaédricos) quando é rodeado por ligantes pequenos/monodentados.
  • Assim, combinando seis moléculas de (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} com \mathrm{Fe}^{3+} obtemos o complexo octaédrico (representação simbólica):
\mathrm{Fe}^{3+} + 6(\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} \longrightarrow \left[\mathrm{Fe}\big((\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O}\big)_6\right]^{3+}
  • Em cada uma das seis ligações ocorre a mesma doação de par: cada (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} doa um par do oxigênio para o metal, formando seis ligações dativas \mathrm{O}\rightarrow\mathrm{Fe}.
  • Geometricamente, isso tende a resultar em uma estrutura octaédrica em que os seis oxigênios dos (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} ocupam os seis vértices ao redor do ferro.

Passo 7

O que acontece aos elétrons do metal e às propriedades do complexo (intuitivo).
  • Os cinco elétrons 3d de \mathrm{Fe}^{3+} permanecem no centro metálico; os pares doadores dos ligantes passam a partilhar densidade com orbitais do metal, estabilizando o cátion por interação eletrostática e covalente parcial.
  • O tipo de interação depende da força do ligante; eteres (como (\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O}) são ligantes relativamente fracos comparados a amônia ou água, então os complexos formados são geralmente mais facilmente dissociáveis (lábil).
  • Relembre: a formação do complexo é coordenativa (donor → aceitador), não redox.

Passo 8

Resumo prático com a representação da transferência de pares (passo final didático).
  • Doação de um par do oxigênio para o ferro, por ligante:
(\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O}:\; \rightarrow\; \mathrm{Fe}^{3+}\quad\Longrightarrow\quad \mathrm{O}\rightarrow\mathrm{Fe}\\ (\text{ligação dativa})çã
  • Repetindo isso seis vezes obtemos o complexo octaédrico mostrado no Passo 6.

Resposta

\mathrm{Fe}^{3+} + 6(\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O} \longrightarrow \left[\mathrm{Fe}\big((\mathrm{CH}_3)_2\mathrm{O}\big)_6\right]^{3+}

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