Questão 3) Indique quais os tipos de isomerismo são possíveis para os complexos com as seguintes fórmulas moleculares:
Passo 1
O enunciado pede: indique quais os tipos de isomerismo possíveis para o complexo com a fórmula molecular
.
Informações dadas (explicitadas):
- A fórmula contém um átomo de ferro, duas cloro e seis moléculas de água:
. - 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
é normalmente (octaédrico). - Por isso uma interpretação muito comum de
é o sal hexaaquairon(II) cloreto, escrito como o íon complexo com dois como contra-íons: formula global . - 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):
. Aqui as seis moléculas de água estão na esfera de coordenação e os dois são contra-íons. - Forma B (um Cl coordenado):
. Aqui há um coordenado e um como contra-íon; sobram águas ligadas e mais água no retículo (totalizando águas na fórmula global). - Forma C (dois Cl coordenados):
. Aqui os dois estão na esfera de coordenação e existem águas de cristalização, completando as águas globais.
Observação: todas essas escritas têm a mesma composição química global— 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
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
são livres; em C nenhum 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
(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
na esfera de coordenação (forma C, isto é ), então é possível ter os isômeros geométricos cis e trans desses dois cloro. - Se tivermos apenas um
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
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
que pode ligar por N ou O). O íon 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
podem, em casos especiais, ser quirais, mas no nosso caso os ligantes são simplesmente e (monodentados e com multiplicidades que levam a planos de simetria nas disposições possíveis). Em particular, os isômeros cis/trans de 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
e as se localizam (esfera de coordenação versus cristal). Isso é precisamente a isomeria de ionização/hidratação. - Se os dois
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
e .
Resposta
Isomeria de ionização / hidratação (sim).
Isomeria geométrica (cis/trans) — sim, quando os dois estão coordenados.
Isomeria óptica — não.
Isomeria de ligação — não.
Isomeria geométrica (cis/trans) — sim, quando os dois
Isomeria óptica — não.
Isomeria de ligação — não.