Mostre os tipos de isomerismo que podem ocorrer nos complexos a seguir, informando o nome da isomeria, e desenhe estruturas dos isômeros:
\left[\mathrm{Fe}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{3}(\mathrm{~L}) \mathrm{Cl}_{2}\right] se \mathrm{L}=\mathrm{SCN}

Passo 1

O enunciado pede: mostrar os tipos de isomerismo que podem ocorrer no complexo \left[\mathrm{Fe}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{3}(\mathrm{L})\mathrm{Cl}_{2}\right] quando \mathrm{L}=\mathrm{SCN}, e desenhar as estruturas dos isômeros. Informações dadas e relevantes extraídas do enunciado:
  • A fórmula do complexo é \left[\mathrm{Fe}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{3}(\mathrm{SCN})\mathrm{Cl}_{2}\right].
  • Há três ligantes iguais \mathrm{NH}_3, dois ligantes iguais \mathrm{Cl} e um ligante \mathrm{SCN}.
  • O ligante \mathrm{SCN} é ambidentado: pode ligar-se pela extremidade \mathrm{S} (tiocianato, \mathrm{S}-ligado) ou pela extremidade \mathrm{N} (isotiocianato, \mathrm{N}-ligado).
  • O complexo tem seis monodentados → situação usual de geometria octaédrica (seis posições de coordenação).
    Não há outras informações no enunciado (por exemplo, número de oxidação ou contra-íon), e não foi pedido explorar ionização/coordenação externa.

Passo 2

Determinar a geometria e as posições dos ligantes (conceito básico que precisamos entender).
  • Um complexo com seis ligantes monodentados tipicamente adota geometria octaédrica. Vou explicar o octaedro de forma simples: imagine seis posições ao redor do átomo central situadas nos eixos +x,-x,+y,-y,+z,-z. Cada posição acomoda um ligante.
  • Notação prática que vou usar para desenhar: vou chamar as posições de x^+,x^-,y^+,y^-,z^+,z^-. Duas posições são “trans” se são opostas ( x^+ e x^-, por exemplo). Duas posições são “cis” se são adjacentes (por exemplo x^+ e y^+).
  • No nosso complexo temos: três \mathrm{NH}_3 idênticos, dois \mathrm{Cl} idênticos e um \mathrm{SCN} (ambidentado). Então estamos no caso A_3B_2C (três de A, dois de B, um de C), com A=\mathrm{NH}_3, B=\mathrm{Cl}, C=\mathrm{SCN}.

Passo 3

Explicar que tipos de isomeria são possíveis em geral para este arranjo.
  • Linkage isomerism (isomeria de ligação): ocorre porque \mathrm{SCN} é ambidentado; pode ligar-se através de \mathrm{S} ou através de \mathrm{N}. Isso já cria dois isômeros distintos mesmo mantendo a mesma geometria.
  • Geometric (positional) isomerism: com dois \mathrm{Cl} em um octaedro, há duas possibilidades elementares para as posições relativas das duas \mathrm{Cl}: cis (adjacentes) ou trans (opostas). Cada escolha dá uma geometria distinta.
  • Outros tipos (óptica, ionização, coordenação interna/externa) precisam de condições especiais. Vou analisar cada uma depois, mas a expectativa imediata é: isomeria geométrica (cis/trans das \mathrm{Cl}) e isomeria de ligação (S- vs N- ligação do \mathrm{SCN}).

Passo 4

Aula rápida: o que é isomeria de ligação e como identificá-la no exame.
  • Definição didática: isomeria de ligação (linkage isomerism) acontece quando um ligante ambidentado (tem dois átomos que podem coordenar) pode se ligar por um átomo ou pelo outro, formando isômeros diferentes. No nosso caso, \mathrm{SCN}^{-} pode coordenar como \mathrm{S}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N} (ligando por \mathrm{S}) ou como \mathrm{N}-\mathrm{C}\equiv\mathrm{S} (ligando por \mathrm{N}). Abreviações comuns: \mathrm{SCN} (S-bound) e \mathrm{NCS} (N-bound), mas para clareza eu vou indicar “S-ligado” e “N-ligado”.
  • Como usar isso na prova: sempre que vir ligante ambidentado (CN^-, SCN^-, NO2^-…), escreva explicitamente as duas possibilidades de ligação e trate-as como compostos diferentes.
  • No nosso complexo, portanto, qualquer geometria (cis ou trans das \mathrm{Cl}) admite uma forma S-ligada e uma forma N-ligada do \mathrm{SCN}.

Passo 5

Aula rápida: o que é isomeria geométrica (cis/trans) em octaedros e como identificá-la.
  • Em um octaedro, dois ligantes idênticos podem estar trans (opostos) ou cis (adjacentes). Isso é geométrico-posicional. Para dois \mathrm{Cl} temos exatamente essas duas opções:
    • trans: as duas \mathrm{Cl} ocupam posições opostas, por exemplo x^+ e x^-.
    • cis: as duas \mathrm{Cl} ocupam posições adjacentes, por exemplo x^+ e y^+.
  • Importante na prova: determine primeiro as posições das ligantes que vêm em par (aqui as \mathrm{Cl}), depois preencha as outras com os ligantes restantes (aqui \mathrm{NH}_3 e \mathrm{SCN}). Para o nosso caso, o \mathrm{SCN} sendo único vai ocupar a posição que sobrar e pode mudar por ligação S/N.

Passo 6

Desenhos de estrutura — vamos representar as quatro possibilidades (duas geométricas × duas ligações do \mathrm{SCN}). Uso a convenção de posições \{x^+,x^-,y^+,y^-,z^+,z^-\}. Em cada desenho indicarei quem está em cada posição. Lembre-se: as três \mathrm{NH}_3 são idênticas.
6.1. Trans das \mathrm{Cl}, \mathrm{SCN} ligada por \mathrm{N} (N-ligado). Colocação exemplo:
\text{Trans-N: } \begin{array}{l} x^+: \mathrm{Cl}\\\ x^-: \mathrm{Cl}\\\ y^+: \mathrm{NH}_3\\\ y^-: \mathrm{NH}_3\\\ z^+: \mathrm{NH}_3\\\ z^-: \mathrm{NCS\\ (ligado\\ por\\ N)}\\\ \end{array}
Explicação: coloquei as duas \mathrm{Cl} em x^+ e x^- (opostas → trans). O \mathrm{SCN} fica em z^- e está ligado pelo \mathrm{N} (representado como \mathrm{NCS} ou “N-ligado”). As três \mathrm{NH}_3 preenchem as outras três posições.
6.2. Trans das \mathrm{Cl}, \mathrm{SCN} ligada por \mathrm{S} (S-ligado). Colocação exemplo:
\text{Trans-S: } \begin{array}{l} x^+: \mathrm{Cl}\\\ x^-: \mathrm{Cl}\\\ y^+: \mathrm{NH}_3\\\ y^-: \mathrm{NH}_3\\\ z^+: \mathrm{NH}_3\\\ z^-: \mathrm{SCN\\ (ligado\\ por\\ S)}\\\ \end{array}
Idêntico ao anterior exceto que o \mathrm{SCN} se coordena pela ponta \mathrm{S}. Em isomeria de ligação, os nomes e propriedades (p. ex. espectro IR, cor, pontos de fusão) podem diferir.
6.3. Cis das \mathrm{Cl}, \mathrm{SCN} ligada por \mathrm{N} (N-ligado). Colocação exemplo:
\text{Cis-N: } \begin{array}{l} x^+: \mathrm{Cl}\\\ y^+: \mathrm{Cl}\quad(\text{adjacentes → cis})\\\ x^-: \mathrm{NH}_3\\\ y^-: \mathrm{NH}_3\\\ z^+: \mathrm{NH}_3\\\ z^-: \mathrm{NCS\\ (ligado\\ por\\ N)}\\\ \end{array}
Aqui as \mathrm{Cl} estão em x^+ e y^+ (adjacentes). \mathrm{SCN} ocupa z^- e é N-ligado.
6.4. Cis das \mathrm{Cl}, \mathrm{SCN} ligada por \mathrm{S} (S-ligado). Colocação exemplo:
\text{Cis-S: } \begin{array}{l} x^+: \mathrm{Cl}\\\ y^+: \mathrm{Cl}\quad(\text{adjacentes → cis})\\\ x^-: \mathrm{NH}_3\\\ y^-: \mathrm{NH}_3\\\ z^+: \mathrm{NH}_3\\\ z^-: \mathrm{SCN\\ (ligado\\ por\\ S)}\\\ \end{array}
Mesma geometria cis, mas \mathrm{SCN} S-ligado.
Observação sobre desenhos: eu dei uma atribuição concreta de posições para visualizar claramente cis vs trans e N- vs S-ligação. Na prova você pode desenhar um octaedro (um cubo esquemático com 6 vértices) e rotular as posições conforme acima — isso costuma ser aceito se for claro.

Passo 7

Análise de existência de isomeria óptica (enantiómeros).
  • Um isômero é óptico se não for sobreponível com sua imagem no espelho (assimétrico), ou seja, se não tiver planos de simetria nem centro de inversão adequado.
  • Para nosso caso, em qualquer uma das quatro disposições acima há simetrias suficientes (planos de simetria ou eixo de rotação com planos reflexivos) devido à presença de três ligantes idênticos \mathrm{NH}_3 e à maneira como as \mathrm{Cl} aparecem em pares cis ou trans. Conclusão prática: não surgem isômeros ópticos (não há enantiômeros) para \left[\mathrm{Fe}(\mathrm{NH}_3)_3(\mathrm{SCN})\mathrm{Cl}_2\right] nas disposições descritas.
  • Observação pedagógica: se as três ligantes idênticas fossem substituídas por três ligantes todos diferentes entre si, aí sim poderia surgir quiralidade em algumas disposições. Aqui não.

Passo 8

Resumo didático sobre contagem de isômeros e como responder rápido numa prova.
  • Tipos de isomeria que ocorrem: isomeria geométrica (cis/trans das duas \mathrm{Cl}) e isomeria de ligação (S-ligado vs N-ligado do \mathrm{SCN}).
  • Para cada geometria (cis ou trans das \mathrm{Cl}) existem duas possibilidades de ligação do \mathrm{SCN} (S ou N), logo o número total de isômeros distintos esperados é 2 \times 2 = 4.
  • Não há isomeria óptica nem ionização/coordenação interna relevante aqui.

Resposta

Isomeria de ligação (linkage): \mathrm{SCN} pode ligar por \mathrm{S} ou por \mathrm{N} (S-ligado e N-ligado).
Isomeria geométrica: duas disposições das \mathrm{Cl} — cis (adjacentes) e trans (opostas).
Total de isômeros isoláveis: quatro — cis-N, cis-S, trans-N, trans-S.

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