Questão 12) O cloreto de cromo hidratado está comercialmente disponível com a composição global
. Ao ferver uma solução, o composto torna-se violeta e tem uma condutividade molar similar a aquela do
. Diferentemente, a outra forma de
é verde e tem baixa condutividade molar em solução. Se uma solução diluída acidificada do complexo verde é deixada descansar por muitas horas, ele se torna violeta. Interprete estas observações com base em informações estruturais.
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede interpretação estrutural:
- A amostra comercial tem composição global
. - Ao ferver uma solução dessa espécie, o composto torna-se violeta e a condutividade molar na solução é similar à de
. - Outra forma, com fórmula escrita como
, é verde e apresenta baixa condutividade molar em solução. - Se uma solução diluída acidificada do complexo verde é deixada descansar por muitas horas, ela se torna violeta.
O que o enunciado pede: explicar essas observações (mudança de cor, diferença de condutividade e transformação lenta em solução acidificada) usando informação sobre estruturas possíveis do composto hidratado.
Passo 2
Conceitos essenciais (sem assumir que você já sabe): coordenação, ligantes “internos” (coordenados) vs. “externos” (contra-íons), e isomeria de hidratação.
- Um sal de coordenação é formado por um cátion complexo (metal + ligantes coordenados) e contra-íons (cloretos, por exemplo) não coordenados.
- A mesma fórmula global
pode corresponder a várias estruturas (“isômeros de hidratação”) em que os mols de e os átomos de estão distribuídos de formas diferentes entre ligantes coordenados e moléculas/cristal-água ou contra-íons. - Exemplo de estruturas plausíveis (todas têm composição global
): -
: o cátion é ; há três como contra-íons livres. Total de 6 águas todas coordenadas. -
: cátion (1 Cl ligado ao metal), duas livres, e 1 água de cristalização (não coordenada) — ainda soma 6 águas e 3 Cl. -
: cátion (2 Cl ligados ao metal), um livre, e 2 águas cristalinas.
-
Esses arranjos diferentes explicam como a mesma “fórmula” pode dar compostos com propriedades diferentes.
Passo 3
Por que a condutividade molar difere entre as formas? (aula prática sobre condutividade)
- Condutividade molar em solução diluída mede quantos íons livres por mol de soluto existem e quão móveis são.
- Para cada uma das estruturas acima, o número de contra-íons
livres é: -
→ gera + → três íons anião livres (é um eletrólito 1:3). -
→ gera + → dois anions livres (1:2 tipo). -
→ gera + → apenas um anião livre (1:1 tipo).
-
- Portanto, a forma que apresenta condutividade molar alta (similar a
, que libera três ) deve ser a que tem três cloretos como contra-íons livres, i.e., . - A forma verde de baixa condutividade tem menos cloretos livres — logo alguns cloretos estão ligados ao Cr (são ligantes internos). Assim a forma verde corresponde a um isômero em que 1 ou 2 cloretos estão coordenados (por exemplo
é um candidato óbvio).
Passo 4
Por que as cores são diferentes? (aula rapidinha de teoria de campo cristalino qualitativa)
-
tem configuração eletrônica . Em um campo octaédrico (coordenação por 6 ligantes) os níveis se dividem em dois conjuntos com diferença de energia (chamada separação de campo). - A energia absorvida em transições
- depende de ; diferentes ligantes (água vs. cloreto) produzem diferentes — a série espectroquímica diz que é um doador de campo relativamente mais forte que . - Se você troca ligantes água por cloreto coordenado,
geralmente diminui (ligante mais fraco → menor separação) e as bandas absorvidas mudam de posição, o que se manifesta como mudança de cor observada. - Conclusão qualitativa: a forma onde o cátion é
apresenta uma cor (violeta) diferente da forma com coordenado (verde). Assim a cor confirma que os tipos de ligantes ligados ao Cr mudaram.
Passo 5
Por que a forma verde (com cloretos coordenados) se transforma lentamente em violeta em solução acidificada? (cinética e mecanismo simplificado)
- Complexos de
são kineticamente inertes: as trocas de ligantes (substituição) ocorrem muito devagar à temperatura ambiente. - A aquação (substituição de um cloreto coordenado por água, liberando
para a solução) pode ser acelerada por meio ácido (mecanismo acidificado): a protonação de ligantes adjacentes e efeitos de estabilização do estado de transição tornam a saída do ligante mais favorável. Em linguagem simples: em meio ácido a troca de ligantes no Cr(III) fica mais rápida (embora ainda lenta comparada com metais lábeis). - Logo, numa solução diluída acidificada a cloro‑coordenação é lentamente substituída por moléculas de água até formar preferencialmente o cátion hexaaqua
. - Essa transformação leva horas porque a troca é lenta (inércia de troca de
), explicando o tempo longo observado.
Passo 6
Escrevendo a transformação de forma simbólica (equilíbrio de aquação)
- Começando de, por exemplo,
(íon aquoso do composto verde), a aquação global simplificada é:
- Observe a conservação de carga: lado esquerdo tem carga
, lado direito do cátion menos das duas , total . A equação mostra que ligar mais moléculas de água libera cloretos como contra-íons livres, aumentando a condutividade.
Passo 7
Conectando condutividade, cor e estruturas — interpretação final e coerente
- Quando a amostra é aquecida/ferve, a aquação completa tende a ser favorecida (quebra de ligações Cr–Cl coordenadas e formação de
). Assim aparece a cor violeta e a condutividade aumenta porque agora há livres por fórmula — comportamento idêntico ao de quanto ao número de íons. - A forma verde corresponde a um isômero com cloretos coordenados (por exemplo
ou similar), logo tem menos cloretos livres e baixa condutividade; sua cor difere porque os ligantes coordenados (Cl⁻ versus H₂O) mudam o campo ao redor do . - Em solução acidificada a substituição de
coordenado por água é acidualmente catalisada, lenta mas favorável com o tempo; o complexo verde se converte para o cátion hexaaqua violeta , explicando a mudança de cor e o aumento de condutividade após muitas horas.
Passo 8
Resumo didático e dica de prova (como responder rápido na hora da avaliação)
- Identifique que a mesma fórmula global pode esconder isômeros de coordenação: conte quantos
estão ligados ao metal e quantos são contra-íons livres — isso dá a condutividade. - Lembre: cor muda quando ligantes coordenados mudam (efeito no campo cristalino /
); água e cloreto dão cores diferentes para . - Explique a transformação verde → violeta por aquação lenta de
coordenado, acelerada em meio ácido (mecanismo acidamente catalisado). Use a equação do Passo 6 para mostrar que cloretos livres aumentam, justificando a condutividade.
Resposta
A forma violeta é o sal em que o cátion é hexaaquocrômio,
, tendo três
livres — por isso a alta condutividade (semelhante a
).
A forma verde é um isômero de hidratação com cloretos coordenados (por exemplo ou
), com menos
livres, daí a baixa condutividade; a diferença de ligantes coordenados (Cl^- vs H2O) altera o campo ao redor de
e muda a cor.
Em solução acidificada a aquação lenta (acidamente catalisada) substitui coordenado por
, convertendo gradualmente a forma verde na violeta
e liberando cloretos para a solução.
A forma verde é um isômero de hidratação com cloretos coordenados (por exemplo
Em solução acidificada a aquação lenta (acidamente catalisada) substitui