A QUÍMICA DOS COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO Sais Duplos e Sais Complexos KCl + MgCl2 + 6H2O → KCl.MgCl2.6H2O (carnalita) K2SO4 + Al2(SO4)3 + 24H2O → K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O (alúmen de potássio) CuSO4 + 4NH3 + H2O → CuSO4.4NH3.H2O Fe(CN)2 + 4KCN → Fe(CN)2.4KCN a) Aqueles que em solução perdem sua identidade; b) Aqueles que em solução conservam sua identidade. Uma solução aquosa de carnalita apresenta as propriedades dos íons K+, Mg2+ e Cl-. Analogamente, o alúmen de potássio em solução aquosa mostra as propriedades do K+, Al3+ e SO42-. 2- Estes compostos são chamados de sais duplos, ou adutos, e só existem no estado sólido. [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ e o íons hexacianoferrato(II), [Fe(CN)6]4-. O que é composto de coordenação? Compostos formados por um íon metálico de transição (na maioria dos casos) envolvido por átomos, moléculas ou grupos de átomos (ligantes). carga do complexo Para que um ligante possa participar de n+/- um complexo é fundamental que o mesmo contenha pares eletrônicos disponíveis para X+/- efetuar ligações coordenadas. n contraíon Um complexo pode aniônico ou neutro. ser catiônico, ligantes íon metálico Distribuição eletrônica nos átomos dos metais de transição 3d Sc [Ar]3d14s2 Ti [Ar]3d24s2 V [Ar]3d34s2 Cr [Ar]3d54s1 Mn [Ar]3d54s2 Fe [Ar]3d64s2 Co [Ar]3d74s2 Ni [Ar]3d84s2 Cu [Ar]3d104s1 Zn [Ar]3d104s2 4s 4p Números de elétrons - d/estado de oxidação [Ar]3d54s2 [Ar]3d104s1 1º. Quantos elétrons estão contidos nos metais d? - Contagem na tabela períódica Mn = 7 elétrons Cu = 11 elétrons 2º. Quantos elétrons foram perdidos? - estado de oxidação Mn (VII) = 7 elétrons perdidos Cu(II) = 2 elétrons perdidos 3º. Quantos elétrons sobram? - subtração Mn (VII) = 7-7 = não elétrons d = dº Cu(II) = 11-2 = 9 elétrons d = d9 Regra: Os elétrons s são os primeiros a serem perdidos Regra elétrons de valência em um metal de transição = elétrons d Ligação Coordenada? Cada ligante doa ambos elétrons para a ligação com o centro metálico: F F F + B F F H F H B H N F H H NH3 L L F B F H N H N H BF3 _ H H3N > BF3 L L L L = ligação coordenada ou dativa Teoria de Werner (1893) Prêmio Nobel 1913 Alfred Werner reação entre cloreto de cobalto(III) e amônia = compostos de diferentes cores e comportamento diferente frente a íons Ag+. CoCl3.6NH3 amarelo + Ag+ = 3 mol AgCl CoCl3.5NH3 púrpura + Ag+ = 2 mol AgCl CoCl3.4NH3 verde + Ag+ = 1 mol AgCl CoCl3.3NH3 + Ag+ = 0 mol AgCl Teoria de Werner (1893) 1. O metal está em um estado de oxidação particular (valência primária) 2. O composto tem um número de coordenação (valência secundária). 3. Os ligantes estão coordenados ao metal via uma ligação que parece com uma ligação covalente. [Co(NH3)6]Cl3 [Co(NH3)5Cl]Cl2 3+ 3 mol AgCl [Co(NH3)4Cl2]Cl + 2+ 2 mol AgCl [Co(NH3)3Cl3] 1 mol AgCl 0 mol AgCl Teoria de Werner Explicação para a ligação nos complexos: baseada nos ensaios: Medidas de condutividade CrCl3.6H2O = 6 cargas (3Cl- dissociáveis) = 430 Ω-1 cm2 mol-1 CrCl3.5H2O = 4 cargas (2Cl- dissociáveis) = 260 Ω-1 cm2 mol-1 CrCl3.4H2O = 2 cargas (Cl- dissociável) = 110 Ω-1 cm2 mol-1 [Cr(H2O)6]3+ 3Cl- [Cr(H2O)5Cl]2+ 2Cl- Existência de 2 tipos de valência: 1) valência primária (dissociável) 2) valência secundária (não dissociável) [Cr(H2O)4Cl2]+ Cl- Ligações iônicas cátion complexo – ânion Ligação coordenativa ligante – átomo ou íon metálico Valência primária: 3 [Co(NH3)6]Cl3 Valência secundária: 6 aplicações médicas estados de oxidação atividade biológica O que é interessante sobre os complexos de cor comportamento magnético metais de transição?? geometria número de coordenação Sidgwick 1927 - modelo de ligação “base de Lewis" Exemplo: [Co(NH3)6]3+ NH3 3+ H3N 6 NH3 + Co3+ N H H H3N H NH3 “ácido de Lewis" NH3 Complexos ou Compostos de Coordenação Ácido de Lewis + 1 ou mais bases de Lewis = complexo ácido de Lewis = átomo ou íon central (receptor de pares de e-s) bases de Lewis = ligantes ou agentes complexantes (doadores de pares de e-s) moléculas neutras ou íons negativos H2O, NH3, CO Cl-, OH-, CN- Número de Coordenação número de coordenação = o número de ligantes que envolvem o átomo do metal. Por exemplo: [Co(NH3)6]Cl3, no o complexo número de coordenação é 6, pois existem 6 H3N moléculas de amônia ligadas ao íon Os ligantes representados fora dos colchetes (Cl-) não fazem parte do número de coordenação. NH3 3 Cl- Co H3N cobalto(III). 3+ NH3 NH3 NH3 Número de Coordenação e Geometria princípio da eletroneutralidade tamanho dos ligante configuração mais estável dos orbitais d Nota: Geometria regular frequentemente está distorcida. Aspectos estructurais de complexos multinucleares estão descritos pelos termos usados para os centros metálicos individuais.. Número de coordenação = 2 Cu(I), Ag(I), Au(I), Hg(II) linear (configuração eletrônica simétrica) [Au(CN)2]180º [CuCl2]180o [AgCl2]180º Número de coordenação = 3 trigonal planar [Cu(CN)2]- CN CN Cu Cu C N N C C N N C Cu Cu CN CN n [HgI3]- 120o Número de coordenação 4 Geometria tetraédrica Geometria quadrado planar 109o 90o átomo central for pequeno e os ligantes forem grandes (tais como Cl-, Br- e I-) ou oxoânions. TiCl4 [CoCl4]2- [PtCl4]2- [CuCl4]2- [MnO4]- [AuBr4]- [Zn(NH3)4]2+ [NiCl4]2- [Co(CN)4]2- Número de coordenação 4 Exemplo: Influência do tamanho dos ligantes ML4n± ; nc = 4 arranjo tetraédrico [NiCl4]2L M arranjo quadrado planar [Ni(CN)4]2L M Cisplatina [PtCl2(NH3)2] Pt(II) quadrado planar Número de coordinação 4 cis-isômero primeiro de uma série de compostos de coordenação de platina usados como drogas anticâncer : (Platinol-AQ) tratamento de câncer por quimioterapia: são utilizados complexos cis de Pt por conseguirem se ligar ao DNA e ter efeito terapêutico. Número de coordenação = 5 A geometria de complexos penta-coordenados se situa entre bipirâmide trigonal e pirâmide quadrada. Bipirâmide trigonal Pirâmide quadrada axial 90o 90o equatorial 120o A conversão entre isômeros com conformação de bipirâmide trigonal faz com que um par de ligantes em posição equatorial passe a ocupar posições axiais e vice-versa: Pseudorrotação de Berry Número de coordenação = 5 A diferença de energia entre as duas formas (bipirâmide trigonal e pirâmide quadrada) é tão pequena, que o [Ni(CN)5]3- existe com as duas simetrias no mesmo cristal. É comum a existência de formas intermediárias. Número de coordenação = 5 A forma de pirâmide quadrada é encontrada em porfirinas biologicamente importantes, onde o anel ligante força uma geometria planar e o quinto ligante se situa acima do plano (ex: heme, uma proteína de transporte de oxigênio). Número de coordenação 6 Geometria octaédrica Geometrica trigonal prismática Sc(OH2)6]3+ [Cr(NH3)6]3+ [Mo(CO)6] [Fe(CN)6]4- do metais WMe6 Exemplo: Influência do tamanho dos ligantes Complexos de Al3+ (r = 0,50 Å) [AlF6]3r(F-) = 1,36 Å octaédrico [AlCl4]r(Cl-) = 1,81 Å tetraédrico L L M M Exemplos de Complexos de metais de transição Rubi; Corundum Al2O3 com impurezas de Cr3+ Safira; Corundum Al2O3 com impurezas de Centro metálico octaédrico Fe2+ e Ti4+ Número de coordenação 6 Esmeralda; Beryl AlSiO3 contendo Be com impurezas de Cr3+ Hemoglobina O2 N N Fe OH2C N N NR OH2C Carrega o oxigênio no sangue Complexo de metal de transição Fe-Profirina Íon Fe(II) coordenação octaédrica Número de coordenação 6 Número de coordenação 7 Octaédro mono- Bipirâmidal pentagonal encapuzado D5h Prisma trigonal tetragonal/e encapuzado [ZrF7]3[WBr3(CO)4)](distocido) [TaF7]2- comum em metais d mais pesados com altos nox Número de coordenação 7 Octaédro mono- Bipirâmidal pentagonal encapuzado D5h Prisma trigonal tetragonal/e encapuzado [ZrF7]3[WBr3(CO)4)](distocido) [TaF7]2- comum em metais d mais pesados com altos nox Número de coordenação 8 Dodecaédro antiprisma quadrado Na3[Mo(CN)8] Número de coordenação 9 Prisma trigonal triencapuzado [ReH9]2- (nBu4N)3[Mo(CN)8] Tipos de ligantes Os ligantes podem apresentar mais de um átomo com disponíveis para formar ligações coordenadas. Monodentado um átomo doador por ligante Bidentado dois átomos doadores por ligante Tridentado três átomos doadores por ligante Multidentado muitos átomos doadores por ligante elétrons Ligante quelato: um ligante com ligações ao mesmo centro metálico com mais de um átomo doador Ligantes monodentados neutros e aniônicos ligantes coordenados via um átomo doador e por uma ligação σ ao centro metálico. monóxido de carbono C O CNcianeto amônia NH3 NOnitroso H2O água C N haleto N O X OHhidróxido hidreto O H H isocianato NCS- S C N SCN- N C S P PPh3 fosfina Phfenil tiocianato Ligantes π os elétrons em uma mútipla ligação pode atuar como um par de elétrons isolados: H2C CH2 RC CR CH2 Cl K+ Cl Pt Cl CH2 [PtCl3(η η2-C2H4)]- eta-dois eteno significa que C2H4 está coordenado via dois átomos ao metal Ligantes bidentados: 2 átomos doadores ligantes quelatos se ligam fortemente ao centro metálico 1,2-diaminoetano = etilenodiamina = en H 2N 1,2-difenilfosfinaetano dppe Ph2P NH2 PPh 2 2,2'-bipiridina bpy N N 1,10-fenantrolina phen N O acetato = ac- oxalato = ox2- H 3C O - N O O O O - Ligantes tridentados: três átomos doadores H 2N dietilenotriamina: dien NH NH2 Ligantes tetradentados: 4 átomos doadores NH2 tris(2-aminoetil)amina N tren NH2 NH2 N NH NH N porfinpiridina N HN ftalocianamida N N N N HN N Ligantes multidentados tetraânion do ácido etilenodiaminatetraacético: EDTA O O O O N N O O O O O O O Hexadentado O N M O O N O O [Co(EDTA)]- Exercício: Quantos elétrons d tem o metal? complexo N.O. de L N.O. de M no. d elétrons [Cr2O7]2- -2 +6 d0 [MnO4]- -2 +7 d0 [Ag(NH3)2]+ 0 +1 d10 ]3+ 0 +3 d1 [Co(en)3]3+ 0 +3 d6 [Ti(H2O)6 [PtCl2(NH3)2] [V(CN)6 ]4- [Fe(ox)3]3- - 1, 0 -1 -2 +2 d8 +2 d3 +3 d5 en = H2N O ox = -O NH2 O O- Praticando um pouco Representação e nomenclatura Nomenclatura segundo norma da IUPAC Composto de coordenação apresenta, normalmente um metal de transição ao qual se coordenam ligantes, que podem ser iguais ou diferentes. Complexo pode ser uma espécie neutra ou um íon (cátion ou ânion). Fórmula química do complexo: colocada entre colchetes: [Co(NH3)6]Cl3 Representação e nomenclatura Nomenclatura segundo norma da IUPAC Dentro dos colchetes escreve-se o símbolo do metal (átomo central) e depois os seus ligantes, na seguinte ordem: 1º. ligantes negativos (aniônicos); 2º. ligantes neutros (moléculas). [CoCl2(NH3)4]+: ligante cloreto (negativo) foi escrito antes do ligante amônia (neutro). Ligantes positivos (catiônicos) são muito raros, mas, caso exista, deverá ser escrito por último, após os demais ligantes. Nomenclatura Ligantes Neutros Quando espécies químicas se encontram como ligantes de compostos de coordenação, estes ligantes geralmente recebem nomes especiais. Espécie Nome da espécie Nome do ligante H2O água aqua NH3 amônio amin ou amino CO monóxido de carbono carbonil NO monóxido de nitrogênio nitrosil O2 oxigênio dioxigênio N2 nitrogênio dinitrogênio H2 hidrogênio hidro Nomenclatura Ligantes Aniônicos Quando estes íons funcionam como ligantes, a terminação "ETO" é substituída por "O" Espécie Nome da espécie Nome do ligante F- fluoreto fluoro Cl- cloreto cloro Br- brometo bromo I- iodeto iodo CN- cianeto ciano Nomenclatura Espécie H- Outros ligantes aniônicos Nome da espécie Nome do ligante hidreto hidrido OH- hidróxido hidroxo O2- óxido oxo O22- peróxido peroxo NH2- amideto amido N3- nitreto nitreto N3- azido azido NH2- imido imido Nomenclatura Espécie Oxiânions Nome da espécie Nome do ligante SO4- sulfato sulfato CH3COO- acetato acetato CH3COCHCOCH3C2O42- acetilacetonato oxalato acetilacetonato oxalato ou oxalo Nomenclatura Ligantes Ambidentados Estes íons são assim chamados porque podem se ligar ao metal de duas maneiras, através de átomos diferentes. Espécie Nome da espécie Ligante Nome do ligante SCN- tiocianato - SCN- tiocianato SCN- tiocianato - NCS- isotiocianato NO2- nitrito - ONO- nitrito NO2- nitrito - NO2- nitro Ligantes catiônicos Espécie Nome da espécie Nome do ligante NH4+ amônio amônio H3NNH2+ hidrazínio hidrazínio Outros ligantes Espécie P(C6H5)3 NH2CH2CH2NH2 C5H5N Nome da espécie trifenilfosfina etilenodiamina piridina Nome do ligante trifenilfosfina (PPh3)* etilenodiamina (en) piridina (Py) Nomenclatura de complexos catiônicos e neutros inicia-se pelo contra-íon (espécie representada fora dos colchetes), se houver. depois se escreve os nomes dos ligantes, em ordem alfabética: o nome deve ser inteiro, sem separação por espaços ou hífens. quando existirem vários ligantes iguais, usa-se o prefixo di, tri, tetra, penta, hexa etc. por último coloca-se o nome do metal (átomo central), seguido pelo seu estado de oxidação, em algarismos romanos e entre parênteses. em complexos catiônicos, é freqüente o uso da palavra ÍON no começo do nome. Exemplo: íon tetraminodiclorocobalto(III), porém pode ser omitido. Nomenclatura de complexos catiônicos e neutros Para determinar o número de oxidação do metal basta somar as cargas internas (ligantes dentro dos colchetes), considerando que os ligantes neutros (moléculas), têm nº. de oxidação = zero. [CoCl2(NH3)4]+ = tetramindiclorocobalto(III) Nox do cobalto: Co + 2 Cl- + 4 NH3 = +1; Co -2 + 0 = +1; Co = +3 [Co(NO2)(NH3)5](NO3)2 = nitrato de pentaminnitrocobalto(III) Nox do cobalto: Co + NO2- + 5 NH3 = +2; Co -1 + 0 = +2; Co = +3 [Ni(CO)4] = tetracarbonilníquel(0) Nox do níquel: Ni + 4 CO = 0; Ni + 0 = 0; Ni = 0 Nomenclatura de complexos aniônicos A nomenclatura dos complexos aniônicos é feita da mesma forma, sendo o metal acrescido da terminação "ATO". [Ni(CN)4]2- = tetracianoniquelato(II) Nox do níquel: Ni + 4 CN- = - 2; Ni - 4 = - 2; Ni = +2 [Fe(CN)6]3- = hexacianoferrato(III) Nox do ferro: Fe + 6 CN- = - 3; Fe - 6 = - 3; Fe = +3 Complexo neutro: [Pt(Py)4][PtCl4] = tetracloroplatinato(II) de tetrapiridinoplatina(II) Nox da platina: 2 Pt + 4 Py + 4 Cl- = 0 2 Pt + 0 - 4 = 0 Pt = +2 Metal Nome do metal no complexo aniónico Alumínio Aluminato Cobalto Cobaltato Cobre Cuprato Crómio Cromato Chumbo Plumbato Estanho Estanato Ferro Ferrato Manganês Manganato Molibdénio Molibdato Níquel Niquelato Ouro Aurato Prata Argentato Tungsténio Tungstato Zinco Zincato Nomenclatura de complexos com ligantes em ponte complexos com ligantes em ponte: normalmente usa-se a letra grega µ (mi) para indicar um ligante em ponte. quando esse ligante (L) está ligado a partes iguais (M - L - M), usa-se prefixos como bis, tris, tetraquis etc para indicar o número de partes iguais existentes. NH2 Co(en)2 (en)2Co (SO4)2 OH sulfato de µ-amido-µ µ-hidroxo-bis[etilenodiaminacobalto(III)] Nox do Co: 2 Co + 2 en + NH2- + OH- = + 4; 2 Co + 0 -1 -1 =+ 4; Co = +3 Nomenclatura - Resumo Nomenclatura segundo norma da IUPAC Prefixo (nº de ligantes) + Nome do ligante + Nome do metal (+ terminação) + nº de oxidação do metal Ordem no nome: nomeia-se os ligantes em ordem alfabética independentemente da carga. Ordem na fórmula: metal + ligantes: 1º. aniônico, 2º neutro. Prefixos: bi, tri, tetra, penta, hexa. Terminação: Para complexos neutros ou catiônicos= nome do metal inalterado. Para complexos aniônicos = adiciona –se ao nome do metal a terminação ato. Número de oxidação do metal = é indicado em algarismos romano Nomenclatura - Resumo Nomenclatura segundo norma da IUPAC Nomes usuais Nome do ligante: alguns recebem nomes especiais: NH3 = amin; Cl- = cloro; H2O = aqua; F- = fluoro; CN- = ciano; CO = carbonil; NO = nitrosil. [Co(en)3]3+ = tris(etilenodiamina)cobalto(III) bis, tris, tetrakis, hexakis (para indicar o número de partes iguais existentes no complexo). Nomenclatura - Exemplos 3+ OH (NH3)3Co OH Co(NH3)3 OH µ-trihidroxo-bis[triaminocobalto(III)] Nox do Co: 2 Co + 6 NH3 + 3 OH- = + 3; 2 Co + 0 - 3 =+ 3; Co = + 3 NH2 Fe(CN)2(CO)2 (NH3)4Co Cl2 O cloreto de µ -amido-µ µ-oxodicarbonildicianoferrato(III)tetraminocobalto(III) Nomenclatura - Exemplos [Cd(SCN)4] 2+ = Tetratiocianatocádmio(II) [Zn(NCS)4] 2+ = Tetraisotiocianatozinco(II) [(NH3)5Cr -OH- Cr(NH3)5] Cl5 = Cloreto de µ-hidroxo-bis[pentaminocromo(III) NH4 [Co(SO3)2(NH3)4] = Tetraaminodissulfitocobaltato(III) de amônio Cis - [PtCl2(Et3P)2] = Cis-diclorodi(trietilfosfino)platina (II) Nomenclatura - Exemplos [Co(H2O)6]2+ = hexaaquacobalto(III) [CoCl4]2- = tetraclorocobaltato(II) [Ni(CO)4] = tetracarbonilníquel(0) [Ag(NH3)2]+ = diaminprata(I) [Al(OH)4]- = tetrahidroxialuminato(III) [Co(ONO)(NH3)5]2+ = pentaaminnitritocobalto(III) NCS- =isotiocianato e SCN- = tiocianato ONO- = nitrito NO2- = nitro K4[Fe(CN)6] : [CoCl2(NH3)4]Cl: [Cr(en)3]Cl3 : [CrCl2 (H2O)4]Cl : Hexanitrocobaltato(III) de sódio? Nitrato de diclorobis(etilenodiamina)platina(IV)? Número Atômico Efetivo (NAE) regra do NAE,, proposta por Sidgwick: prever a estabilidade de vários compostos de coordenação, existem inúmeras exceções a esta regra. " Num complexo há adição de ligantes até que o número de elétrons do metal, somado aos elétrons cedidos pelos ligantes seja igual ao número atômico do gás nobre seguinte da tabela periódica " [Ni(CO4)]: Ni: Z=28 Ni(0) = 28 elétrons CO: doa 2 elétrons (2 x 4 = 8) NAE: 28 + 8 = 36 (Kr) Exemplos: Número Atômico Efetivo (NAE) [Co(NH3)6]3+: Co: Z=27 Co(III) = 24 elétrons NH3: doa 2 elétrons (2 x 6 = 12) NAE: 24 + 12 = 36 (Kr) [Fe(CN)6]4-: Fe: Z=26 Fe(II) = 24 elétrons CN: doa 2 elétrons (2 x 6 = 12) NAE: 24 + 12 = 36 (Kr) [Mo(PCl3)3(CO)3]: Mo: Z=42 Mo(0) = 42 elétrons PCl3: doa 2 elétrons (2 x 3 = 6) CO: doa 2 elétrons (2 x 3 = 6) NAE: 42 + 6 + 6 = 54 (Xe) Número Atômico Efetivo de Alguns Metais em Complexos Átomo Z Complexo No de Elétrons No de Elétrons perdidos na NAE Gás Nobre ganhos na formação do íon Coordenação Fe 26 [Fe(CN)6]4- 2 Co 27 [Co(NH3)6]3+ 3 Ni 28 [Ni(CO)4] Cu 29 [Cu(CN)4]3- 1 8 36 Kr Pd 46 [Pd(NH3)6]4- 4 12 54 Xe Pt 78 [PtCl6]2- 4 12 86 Cr 24 [Cr(NH3)6]3+ 3 12 33 Fe 26 [Fe(CN)6]3- 3 12 35 Ni 28 [Ni(NH3)6]2+ 2 12 38 Pd 46 [PdCl4]2- 8 52 Pt 78 [Pt(NH3)4]2+ 8 84 12 2 2 36 12 36 8 36 Kr Kr Kr Rn Átomos doadores moles Átomos doadores duros e.g. NH3, H2O, OH-, CO32- CO, PPh3, C2H4, SRH, CN-, SCN- Átomos doadores pequenos Átomos doadores grandes Eletronegativos Não muito polarizável Complexos Menos eletronegativos complexos fortes Metais “Duros" Facilmente polarizáveis Complexos fracos fortes Metais moles e.g. Fe(III), Mn(II), Cr(III) e.g. Ag(I), Cu(I) Metais pequenos (1a. Série) Metais grandes (2a. e 3a. séries) Alto estado de oxidação Baixo estado de oxidação Favorecem a formação de complexos: a) íons pequenos de carga elevada e orbitais vazios de energia adequada; b) atendimento à regra do NAE; c) aquisição de uma forma geométrica simétrica d) uma elevada EECC