Questão 2: O monóxido de carbono é um gás tóxico, pois ao ser inalado liga-se irreversivelmente ao ferro da hemoglobina, impedindo a ligação deste metal com o oxigênio molecular. Consequentemente, o transporte de oxigênio para as células fica prejudicado, resultando em danos neurológicos e cardiovasculares. A forte retrodoação \pi do ferro para o ligante CO explica a irreversibilidade da ligação.

Passo 1

O enunciado nos diz que o monóxido de carbono ( \mathrm{CO}) se liga irreversivelmente ao ferro da hemoglobina, bloqueando o transporte de \mathrm{O_2}. A química envolvida é a teoria de orbital molecular em complexos de coordenação: vamos usar conceito de doação \sigma do ligante e retrodoadão \pi do metal para explicar a estabilidade e irreversibilidade da ligação \mathrm{Fe–CO}.

Passo 2

Primeiro, a doação \sigma acontece porque o ligante \mathrm{CO} possui um orbital HOMO (denominado 5\sigma) rico em densidade eletrônica no átomo de carbono. Esse orbital fica alinhado com o orbital d _{z^2} do ferro (no estado aproximadamente \mathrm{Fe}^{2+}), formando uma ligação \sigma coordenada:
\mathrm{CO}\;5\sigma \;\longrightarrow\; d_{z^2}(\mathrm{Fe})

Passo 3

Em seguida ocorre a retrodoadão \pi: o ferro em baixa valência tem elétrons em orbitais d _{\pi} (os três orbitais t _{2g} num campo octaédrico ou pseudo-octaédrico). Esses elétrons podem ser doados de volta para os orbitais vazios \pi^* do \mathrm{CO}. Isso fortalece a ligação metal–ligante porque:
  1. Gasta-se energia para preencher o orbital \pi^* do \mathrm{CO}, estabilizando o complexo.
  2. Diminui a densidade eletrônica no ferro de forma que ele reage menos com outros ligantes (como \mathrm{O_2}).
    Em diagrama simplificado de orbitais:
d_{\pi}(\mathrm{Fe}) \;\longrightarrow\; \pi^*(\mathrm{CO})

Passo 4

A combinação dessas duas interações—doação \sigma forte e retrodoadão \pi intensa—faz com que a energia de ligação \mathrm{Fe–CO} seja muito alta. Na prática, isso significa que a constante de dissociação K_d é tão pequena que, uma vez formado o complexo, ele quase não se desfaz em condições fisiológicas. Daí a irreversibilidade da inibição da hemoglobina pelo \mathrm{CO}.

Resposta

A ligação irreversível do \mathrm{CO} ao ferro da hemoglobina é explicada pela combinação de
(a) forte doação \sigma do orbital 5\sigma do \mathrm{CO} para o orbital d_{z^2} do \mathrm{Fe}^{2+} e
(b) forte retrodoadão \pi dos orbitais d_{\pi} do ferro para os orbitais \pi^* do \mathrm{CO}, elevando muito a energia de dissociação do complexo \mathrm{Fe–CO}.

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