Estrutura dos compostos de coordenação
A estrutura dessas substâncias difere fundamentalmente dos sais simples. O principal critério para classificá-las em uma classe separada é justamente a sua estrutura espacial.
Principais componentes da estrutura:
- Átomo central (complexante) — o átomo ou íon que ocupa a posição central na unidade estrutural da substância.
- Ligantes — átomos ou grupos de átomos diretamente ligados ao agente complexante (por exemplo, grupos $CN$, moléculas de água ou amônia).
- Número de coordenação — o número exato de ligantes que formaram ligação com o átomo central.
Regra fundamental: a reação resulta na formação de um composto de coordenação apenas quando o número de coordenação do átomo central passa a exceder a sua valência.
Consideremos o ferrocianeto de potássio (prussiato vermelho) — $K_3[Fe(CN)_6]$. O átomo central é o ferro trivalentemente carregado $Fe(III)$. Ele está rodeado por seis ligantes $CN$. O número de coordenação (6) é maior do que a valência (III) — estamos diante de um verdadeiro complexo.
Para comparação, tomemos o cloreto de ferro(III) $FeCl_3$. Na sua rede cristalina, um átomo de ferro também está rodeado por seis átomos de cloro. No entanto, na própria unidade fórmula, há apenas três cloros. Portanto, o $FeCl_3$ não pertence aos compostos de coordenação, pois nele não existem partículas complexas isoladas.
Regras de nomenclatura
Os nomes dos compostos de coordenação consistem geralmente em duas palavras que designam as esferas externa e interna. A esfera interna é nomeada segundo um algoritmo rigoroso: primeiro indica-se o número de ligantes (prefixos gregos di-, tri-, tetra-, penta-), em seguida o nome do próprio ligante (a molécula de água $H_2O$ chama-se aqua, a amônia $NH_3$ — amim), e por fim o átomo central com a indicação da valência em algarismos romanos.
Existem três tipos de complexos, cada um com suas próprias regras:
- Complexos aniônicos (o complexo é um ânion).
Em primeiro lugar na fórmula está o cátion metálico da esfera externa. O nome da esfera interna recebe a desinência -ato, e para o átomo central utiliza-se o nome latino. Exemplo: $Na[CuCl_2]$ — diclorocuprato(I) de sódio.
- Complexos catiônicos (o complexo é um cátion).
Na fórmula, a esfera interna está em primeiro lugar. Ao ser lida, ela é colocada após o nome do ânion (esfera externa). O átomo central é nomeado em português no caso genitivo. Exemplo: $[Cu(NH_3)_4]SO_4$ — sulfato de tetraamincobre(II).
- Complexos neutros.
Eles carecem totalmente de esfera externa. O nome é escrito em uma única palavra, e não é necessário indicar a valência do átomo central. Exemplo: $[Zn(NH_3)_2Cl_2]$ — diclorodiamincinco.
Reações químicas e propriedades
Na química dos compostos de coordenação, distinguem-se dois tipos principais de transformações químicas.
1. Reações de troca de íons da esfera externa Ocorrem em soluções aquosas, sem que a própria partícula complexa seja destruída. Ocorre apenas a substituição dos íons situados fora dos colchetes. Se adicionarmos cloreto de bário ao sulfato de tetramincobre(II), ocorrerá uma troca clássica: $$[Cu(NH_3)_4]SO_4 + BaCl_2 = [Cu(NH_3)_4]Cl_2 + BaSO_4\downarrow$$ O resultado é a precipitação de um sólido branco de sulfato de bário. A coloração azul-violeta da solução é mantida, pois é devida ao íon complexo $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$, que permaneceu intacto.
2. Reações de substituição de ligantes Trata-se do processo de substituição de partículas na esfera interna por outras capazes de formar ligações mais fortes com o átomo central. Por exemplo, em solução aquosa, os íons de cobre estão ligados a moléculas de água, formando complexos aqua azuis. Se adicionarmos amônia, as moléculas de água serão substituídas por moléculas de $NH_3$: $$[Cu(H_2O)_4]SO_4 + 4NH_3 = [Cu(NH_3)_4]SO_4 + 4H_2O$$ O complexo aqua converte-se em amimorato. Visualmente, isto é acompanhado por uma mudança drástica na cor da solução de azul para um azul-violeta intenso.
Natureza e papel biológico
A própria palavra deriva do latim complexus — união de algo em um todo coeso. Via de regra, eles formam-se a partir de substâncias complexas mais simples (o que, contudo, também é característico de ácidos ou sais).
Os compostos de coordenação são amplamente difundidos na natureza. Muitos minerais pertencem exatamente a essa classe devido à sua estrutura química. Eles desempenham um papel crítico na manutenção da atividade vital normal de plantas e animais.
Devido às suas propriedades químicas específicas e à capacidade de trocar ligantes, essas substâncias encontram ampla aplicação prática. Na prática moderna, são ativamente utilizadas como medicamentos, bem como corantes industriais e laboratoriais.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Por qual mecanismo se formam as ligações químicas entre o átomo central e os ligantes na esfera interna?
As ligações químicas entre o átomo central e os ligantes na esfera interna formam-se por um mecanismo dativo (doador-aceitador). O átomo central (complexante) atua como um aceitador, fornecendo orbitais de valência livres para a ligação. Os ligantes atuam como doadores, transferindo seus pares de elétrons não compartilhados para os orbitais livres do átomo central. Por exemplo, nos complexos amoniacais, o nitrogênio fornece o par de elétrons e o íon metálico atua como aceitador.
O que é a dentricidade dos ligantes e em que tipos eles se dividem com base nessa característica?
A dentricidade caracteriza o número de ligações que um ligante forma com o átomo central. Com base nessa característica, distinguem-se os seguintes tipos de ligantes:
- Monodentados — formam uma única ligação com o complexante (por exemplo, moléculas de amônia).
- Bidentados — formam duas ligações com o átomo central em uma única molécula (por exemplo, etilenodiamina).
O aumento do número de ligações de um único ligante com o átomo central leva ao surgimento do efeito quelato e ao aumento da estabilidade do composto de coordenação.
Quais compostos de coordenação biologicamente importantes específicos (metaloproteínas) garantem o transporte de oxigênio e a respiração tecidual?
Entre os compostos biologicamente importantes associados ao transporte de oxigênio e à respiração tecidual estão:
- Hemoglobina — transporte de O₂ para os tecidos e de CO₂ para os pulmões.
- Mioglobina — ligação, transporte e armazenamento de O₂ diretamente no tecido muscular.
- Citocromos — garantia dos processos de respiração tecidual e transporte de elétrons. O complexo IV (citocromo c oxidase) é o elo final na transferência de elétrons para o oxigênio molecular.
O que são complexos quelatos e qual é a razão de sua alta estabilidade termodinâmica?
Complexos quelatos (compostos intracomplexos) são compostos de coordenação nos quais um único ligante forma duas ou mais ligações doador-aceitador com o átomo central. Sua alta estabilidade está associada ao efeito quelato. Por exemplo, a etilenodiamina possui dois átomos de nitrogênio doadores e forma duas ligações com o átomo central; complexos com diaminas são mais estáveis do que complexos com monoaminas.
Como os compostos de coordenação se dissociam em soluções aquosas em comparação com os sais duplos?
A comparação entre a dissociação de compostos de coordenação e sais duplos não é fornecida nas fontes citadas. De acordo com as fontes, os compostos de coordenação com esfera externa são eletrólitos fortes, enquanto os compostos de coordenação sem esfera externa são eletrólitos fracos. Durante a troca de íons da esfera externa, o íon complexo é preservado.
Para não confundir a nomenclatura, lembre-se da correspondência de letras: Complexo aniônico -> usamos o nome lAtino do metal + sufixo -Ato. Complexo catiônico -> usamos simplesmente o nome em português.
Questões de aulas e exames
Como distinguir rapidamente um composto de coordenação de um sal comum através da fórmula?
A principal característica visual é a presença de colchetes na fórmula química, que destacam a esfera interna. Além disso, na unidade fórmula, o número de ligantes ao redor do átomo central deve exceder sua valência.
O íon complexo é destruído durante as reações de troca?
Não, apenas os íons da esfera externa participam das reações de troca. A esfera interna (íon complexo) mantém sua estrutura, o que é confirmado pela cor inalterada da solução.
O que acontece durante a reação de substituição de ligantes?
Alguns ligantes na esfera interna são deslocados por outros se as novas partículas formarem ligações mais fortes com o complexante. Por exemplo, a água no complexo aqua de cobre pode ser totalmente substituída por amônia.
O que mais estudar sobre o tema
- Determinação do número de coordenação de metais em complexos avançados
- Nomes específicos de ligantes na formulação da nomenclatura
- Algoritmo para escrever a fórmula de um composto de coordenação a partir de seu nome
- Síntese de compostos de coordenação de zinco com etilenodiamina
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