(6 pontos) Três complexos foram sintetizados no laboratório, \left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right] \mathrm{Cl}_{3}, \left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{4} \mathrm{Cl}_{2}\right] \mathrm{Cl} e \left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{5} \mathrm{Cl}\right] \mathrm{Cl}_{2},porém não foram identificados os rótulos. As cores observadas foram violeta, vermelho e alaranjado. Atribua cor a cada complexos sintetizados, justificando sem fazer cálculos.

Passo 1

O enunciado dá três complexos e três cores observadas. Pergunta: atribuir cada cor ao correspondente complexo, justificando sem fazer cálculos.
Informações fornecidas:
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6]\mathrm{Cl}_3 — cor desconhecida entre violeta, vermelho e alaranjado.
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_4\mathrm{Cl}_2]\mathrm{Cl} — cor desconhecida entre violeta, vermelho e alaranjado.
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_5\mathrm{Cl}]\mathrm{Cl}_2 — cor desconhecida entre violeta, vermelho e alaranjado.

Passo 2

Determinar a carga do cátion complexo (e, assim, a oxidação do cobalto) a partir dos contra-íons (isto é informação dada no enunciado). Vou escrever cada cátion e equilibrar cargas (sem “contas pesadas”, só raciocínio por cargas):
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6]\mathrm{Cl}_3 tem três íons \mathrm{Cl}^- fora, então o cátion é de carga +3, logo o cobalto está em oxidação +3.
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_4\mathrm{Cl}_2]\mathrm{Cl} tem um \mathrm{Cl}^- fora, então o cátion tem carga +1. Dentro do cátion há duas \mathrm{Cl}^- ligadas; fazendo a soma das cargas: \mathrm{Co} + 0 + 2(-1) = +1 \mathrm{Co}=+3.
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_5\mathrm{Cl}]\mathrm{Cl}_2 tem dois \mathrm{Cl}^- fora, então o cátion tem carga +2. Dentro do cátion há uma \mathrm{Cl}^-; \mathrm{Co} + 0 + (-1) = +2 \mathrm{Co}=+3.

Passo 3

Concluir o número de elétrons d. O cobalto neutro tem configuração [\mathrm{Ar}]\,3d^7 4s^2. Tirando três elétrons para formar \mathrm{Co}^{3+} deixa-se [\mathrm{Ar}]\,3d^6. Portanto todos os complexos têm \mathrm{Co}^{3+} com configuração d^6.

Passo 4

Explicar como aparecem cores em complexos d^n octaédricos (no nível qualitativo): num campo octaédrico os orbitais d dividem-se em dois conjuntos, t_{2g} (mais baixos) e e_g (mais altos), separados por uma energia que chamamos \Delta. Uma das transições responsáveis pela cor é a transição t_{2g}\to e_g; a energia absorvida para essa transição é \Delta E. Relação entre energia absorvida e comprimento de onda: \Delta E = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda}. Assim, quanto maior \Delta, maior \Delta E e menor o comprimento de onda \lambda da luz absorvida (absorve-se luz mais azul/violeta). Quanto menor \Delta, absorve-se luz de maior \lambda (mais vermelha).

Passo 5

Explicar o efeito dos ligantes sobre \Delta (a ideia-chave que usamos para justificar sem calcular): existe a série espectroquímica; de forma simples aqui, a amônia é um ligante de campo relativamente forte em comparação ao cloreto. Ou seja, \mathrm{NH}_3 aumenta \Delta mais do que \mathrm{Cl}^-. Portanto, quanto mais ligantes \mathrm{NH}_3 e menos \mathrm{Cl}^- coordenados ao metal, maior é \Delta.

Passo 6

Aplicar isso aos três complexos (comparação qualitativa, sem cálculo):
  • [\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6]^{3+}: seis \mathrm{NH}_3 coordenados → maior quantidade de ligante forte → maior \Delta.
  • [\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_5\mathrm{Cl}]^{2+}: cinco \mathrm{NH}_3 + um \mathrm{Cl}^- \Delta intermediário.
  • [\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_4\mathrm{Cl}_2]^{+}: quatro \mathrm{NH}_3 + dois \mathrm{Cl}^- → menor \Delta.

Passo 7

Ligar \Delta com as cores observadas (explicação de complementaridade, sem números): se um complexo tem maior \Delta ele absorve luz de maior energia (menor \lambda, região mais azul/violeta). O que sobrar (a cor que vemos) é a cor complementar do que foi absorvido. Exemplos simples:
  • Se o complexo absorve luz azul/violeta (pequeno \lambda), ele aparece alaranjado/vermelho (complementar).
  • Se absorve luz verde/azulada (intermediário), aparece vermelho.
  • Se absorve luz alaranjada/vermelha (grande \lambda), aparece violeta/azulado.

Passo 8

Combinar tudo para atribuir cores (resumo lógico, sem cálculos): o complexo com mais \mathrm{NH}_3 ( [\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6]^{3+}) terá o maior \Delta, portanto absorve nas menores \lambda (região mais azul/violeta) e, por complementaridade, aparecerá alaranjado. O complexo com \Delta intermediário ( [\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_5\mathrm{Cl}]^{2+}) absorve numa região intermediária (verde) e aparecerá vermelho. O complexo com mais \mathrm{Cl}^- coordenado ( [\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_4\mathrm{Cl}_2]^{+}) tem o menor \Delta, absorve em \lambda mais longas (alaranjado/vermelho) e, por isso, aparece violeta.

Resposta

[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_6]\mathrm{Cl}_3 — alaranjado
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_5\mathrm{Cl}]\mathrm{Cl}_2 — vermelho
[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}_3)_4\mathrm{Cl}_2]\mathrm{Cl} — violeta

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