Questão 3) Indique quais os tipos de isomerismo são possíveis para os complexos com as seguintes fórmulas moleculares:
\mathrm{FeCl}_{2}\left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right)_{6}

Passo 1

O enunciado pede: indique quais os tipos de isomerismo possíveis para o complexo com a fórmula molecular \mathrm{FeCl}_{2}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{6}.
Informações dadas (explicitadas):
  • A fórmula contém um átomo de ferro, duas cloro e seis moléculas de água: \mathrm{FeCl}_{2}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{6}.
  • A fórmula, do jeito que está, é ambígua: pode representar um complexo onde as duas cloro estão fora da esfera de coordenação (contra-íons) e as seis águas estão coordenadas, ou representações em que algumas águas são de cristalização e algumas cloro estão coordenadas ao ferro.
  • Não há imagem nem especificação adicional: trabalharemos considerando as formas possíveis que mantêm a mesma composição global.

Passo 2

Conceitos básicos (passo didático 1): o que é esfera de coordenação e contra-íon.
  • Em compostos de coordenação, distinguimos a esfera de coordenação (ligantes diretamente ligados ao metal) e os contra-íons (íons fora da esfera, no retículo).
  • O número de coordenação de \mathrm{Fe}^{2+} é normalmente 6 (octaédrico).
  • Por isso uma interpretação muito comum de \mathrm{FeCl}_{2}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{6} é o sal hexaaquairon(II) cloreto, escrito como o íon complexo [\mathrm{Fe}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{6}]^{2+} com dois \mathrm{Cl}^{-} como contra-íons: formula global [\mathrm{Fe}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{6}]\mathrm{Cl}_{2}.
  • Mas outras disposições com a mesma composição global são possíveis trocando quais águas estão coordenadas e quais cloro estão na esfera interna.

Passo 3

Enumerando isômeros estruturais possíveis que conservam a mesma fórmula global (explicação com contagem):
  • Forma A (nenhum Cl coordenado): [\mathrm{Fe}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{6}]\,\mathrm{Cl}_{2}. Aqui as seis moléculas de água estão na esfera de coordenação e os dois \mathrm{Cl}^{-} são contra-íons.
  • Forma B (um Cl coordenado): [\mathrm{FeCl}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{5}]\,\mathrm{Cl}\cdot\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}. Aqui há um \mathrm{Cl}^{-} coordenado e um \mathrm{Cl}^{-} como contra-íon; sobram 5 águas ligadas e mais 1 água no retículo (totalizando 6 águas na fórmula global).
  • Forma C (dois Cl coordenados): [\mathrm{FeCl}_{2}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{4}]\cdot 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}. Aqui os dois \mathrm{Cl}^{-} estão na esfera de coordenação e existem 2 águas de cristalização, completando as 6 águas globais.
    Observação: todas essas escritas têm a mesma composição química global \mathrm{FeCl}_{2}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{6} — isto é a razão pela qual isomeria por hidratação / ionização é possível.

Passo 4

Isomeria de ionização / hidratação (explicação detalhada do conceito)
  • Isomeria de ionização (ou hidratação, no caso de água/ligações) ocorre quando, mantendo-se a mesma composição global, certos ligantes e contra-íons trocam de posição entre esfera de coordenação e retículo cristalino.
  • No nosso caso as formas A, B e C são exemplos típicos: elas diferem por quantos \mathrm{Cl}^{-} estão coordenados ao ferro e quantas moléculas de água são de cristalização.
  • Propriedade experimental que distingue esses isômeros: ao dissolver, a condutividade e quais íons aparecem livres em solução mudam (por exemplo, em A ambos os \mathrm{Cl}^{-} são livres; em C nenhum \mathrm{Cl}^{-} está livre inicialmente).
  • Conclusão deste passo: isomeria por ionização/hidratação é possível para a fórmula dada.

Passo 5

Isomeria geométrica (cis/trans) — quando aparece e por quê (explicação detalhada)
  • Para uma geometria octaédrica com fórmula geral \mathrm{MA}_{2}\mathrm{B}_{4} (dois ligantes A idênticos e quatro B idênticos), existem duas disposições principais: cis (os dois A adjacentes) e trans (os dois A opostos).
  • Aplicando ao nosso caso: se existirem dois \mathrm{Cl}^{-} na esfera de coordenação (forma C, isto é [\mathrm{FeCl}_{2}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{4}]), então é possível ter os isômeros geométricos cis e trans desses dois cloro.
  • Se tivermos apenas um \mathrm{Cl}^{-} coordenado (forma B) ou nenhum (forma A), não há pares de cloro na esfera para formar cis/trans.
  • Conclusão deste passo: isomeria geométrica (cis/trans) é possível, mas somente para a forma onde os dois \mathrm{Cl}^{-} estão diretamente coordenados ao ferro.

Passo 6

Isomeria óptica e isomeria de ligação — por que não ocorrem aqui
  • Isomeria de ligação (linkage) exige ligantes ambidentados (ligantes que podem ligar por dois átomos diferentes, como \mathrm{NO}_{2}^{-} que pode ligar por N ou O). O íon \mathrm{Cl}^{-} só pode ligar por um átomo; não é ambidentado. Portanto não há isomeria de ligação.
  • Isomeria óptica (enantomeria) aparece quando a disposição dos ligantes ao redor do metal resulta em uma estrutura quiral (sem plano de simetria nem centro de inversão). Compostos com seis ligantes monodentados idênticos em arranjos como \mathrm{MA}_{2}\mathrm{B}_{2}\mathrm{C}_{2} podem, em casos especiais, ser quirais, mas no nosso caso os ligantes são simplesmente \mathrm{Cl}^{-} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} (monodentados e com multiplicidades que levam a planos de simetria nas disposições possíveis). Em particular, os isômeros cis/trans de [\mathrm{FeCl}_{2}(\mathrm{H}_{2}\mathrm{O})_{4}] não são quirais.
  • Conclusão: isomeria óptica não é esperada aqui.

Passo 7

Recapitulando e respondendo de forma direta (síntese didática)
  • Possibilidades reais, por mais simples que a fórmula pareça: sono possíveis isômeros que diferem por onde os \mathrm{Cl}^{-} e as \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} se localizam (esfera de coordenação versus cristal). Isso é precisamente a isomeria de ionização/hidratação.
  • Se os dois \mathrm{Cl}^{-} estiverem na esfera de coordenação, além disso existem as duas disposições geométricas cis e trans desses cloro em uma geometria octaédrica.
  • Não há isomeria de ligação (ligante ambidentado) e não há isomeria óptica para esses arranjos com ligantes monodentados \mathrm{Cl}^{-} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.

Resposta

Isomeria de ionização / hidratação (sim).
Isomeria geométrica (cis/trans) — sim, quando os dois \mathrm{Cl}^{-} estão coordenados.
Isomeria óptica — não.
Isomeria de ligação — não.

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