Química de Coordenação
A química de coordenação estuda os compostos formados quando íons metálicos se ligam a moléculas ou íons circundantes, denominados ligantes, governando as estruturas, cores, magnetismo e reatividade de grande parte dos elementos dos blocos d e f.
Definition
A química de coordenação é o ramo da química inorgânica que se ocupa dos compostos de coordenação — espécies nas quais um átomo ou íon metálico central está ligado a um conjunto de ligantes por ligações de coordenação — e de suas estruturas, propriedades eletrônicas, estabilidades e mecanismos de reação.
Scope
Esta área abrange a ligação, estrutura, estabilidade e reações de compostos de coordenação: como ligantes de denticidade variável circundam um centro metálico, os isômeros geométricos e ópticos resultantes, e os modelos eletrônicos — teoria do campo cristalino e do campo ligante — que explicam a cor e o magnetismo. Também cobre a termodinâmica da formação de complexos (constantes de estabilidade, efeito quelato) e a cinética e mecanismos de reações de substituição e transferência de elétrons em centros metálicos. Não aborda em profundidade as ligações metal-carbono, que pertencem à química organometálica, nem a teoria de grupos detalhada da ligação, tratada sob simetria e ligação.
Sub-topics
Core questions
- Como os ligantes se organizam em torno de um centro metálico e quais geometrias e isômeros resultam?
- Por que os complexos de metais de transição são coloridos e o que determina suas propriedades magnéticas?
- Que fatores termodinâmicos, como o efeito quelato, controlam a estabilidade de um complexo?
- Por quais mecanismos os ligantes se substituem e os elétrons se transferem nos centros metálicos?
Key concepts
- Ligantes, denticidade e número de coordenação
- Desdobramento do campo cristalino e série espectroquímica
- Configurações de alto spin e baixo spin
- Constantes de estabilidade e o efeito quelato
- Isomerismo geométrico e óptico
- Complexos inertes versus lábeis
Key theories
- Teoria de coordenação de Werner
- Werner propôs que os íons metálicos possuem uma valência primária e uma valência secundária (número de coordenação) que direcionam os ligantes para posições geométricas fixas, explicando a existência e o isomerismo de complexos antes da existência da teoria de ligação eletrônica.
- Teoria do campo cristalino e do campo ligante
- Tratar os ligantes como cargas pontuais (campo cristalino) ou incluir a mistura covalente (campo ligante) divide os orbitais d do metal em conjuntos cuja diferença de energia explica a série espectroquímica, a cor, os estados de alto/baixo spin e o magnetismo.
- Efeitos quelato e macrocíclico
- Ligantes multidentados formam complexos marcadamente mais estáveis do que ligantes monodentados comparáveis, um aumento impulsionado pela entropia que, com a pré-organização macrocíclica, fundamenta a ligação seletiva de metais.
Mechanisms
A substituição de ligantes ocorre por vias associativas, dissociativas ou de intercâmbio, dependendo da configuração eletrônica e geometria do metal, enquanto a mudança redox ocorre por mecanismos de esfera interna através de um ligante em ponte ou mecanismos de esfera externa sem quebra de ligação.
Clinical relevance
A química de coordenação sustenta a terapia de quelação para envenenamento por metais, agentes de contraste de ressonância magnética baseados em complexos de gadolínio, medicamentos anticâncer de platina e uma vasta gama de catalisadores industriais, corantes e reagentes analíticos.
History
A química de coordenação começou com a teoria de coordenação de Alfred Werner em 1893, que explicou as estruturas e o isomerismo de complexos de amina de cobalto e lhe rendeu o Prêmio Nobel de 1913. Bethe e Van Vleck desenvolveram a teoria do campo cristalino e do campo ligante na década de 1930, e os estudos de Taube em meados do século XX sobre os mecanismos de substituição e transferência de elétrons colocaram a reatividade dos complexos em uma base quantitativa.
Key figures
- Alfred Werner
- Hans Bethe
- John Hasbrouck van Vleck
- Henry Taube
Related topics
Seminal works
- werner1893
- weller2018
- cotton1999
Frequently asked questions
- Por que alguns complexos de metais de transição são coloridos e outros são quase incolores?
- A cor surge de transições eletrônicas entre orbitais d desdobrados; complexos com configuração d0 ou d10, ou com desdobramentos muito grandes ou muito pequenos, não possuem transições d–d acessíveis na faixa visível e parecem pálidos ou incolores.
- Qual a diferença entre um complexo lábil e um inerte?
- Labilidade e inércia são descrições cinéticas da velocidade de troca de ligantes: complexos lábeis se substituem rapidamente, enquanto os inertes reagem lentamente, e isso é independente da estabilidade termodinâmica, de modo que um complexo pode ser termodinamicamente estável e cineticamente lábil.