Graduação
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Metais de transição e seus complexos


Os metais de transição, embora sejam parte do campo mais amplo da química inorgânica, ocupam um lugar especial devido às suas propriedades únicas e ampla gama de aplicações. Esses metais são encontrados no bloco d da tabela periódica e são conhecidos por sua capacidade de formar compostos complexos, cores vibrantes e estados de oxidação variáveis. O objetivo desta lição é explorar o fascinante mundo dos metais de transição e seus complexos, incluindo exemplos e ilustrações para ajudar na compreensão.

Introdução aos metais de transição

Os metais de transição são elementos encontrados nos grupos 3 a 12 da tabela periódica, incluindo ferro, cobre, níquel, cromo e outros elementos. Esses metais são caracterizados pela presença de uma subcamada d incompleta em um ou mais de seus estados de oxidação. Algumas das principais características dos metais de transição incluem:

  • Estados de oxidação variáveis: Os metais de transição podem apresentar vários estados de oxidação, permitindo-lhes participar em uma ampla gama de reações químicas.
  • Formação de complexos: Eles podem formar íons complexos ao se ligarem com vários ligantes.
  • Compostos coloridos: Devido à transição d-d de elétrons, esses metais muitas vezes formam compostos coloridos.
  • Propriedades magnéticas: Muitos metais de transição apresentam propriedades magnéticas devido à presença de elétrons d desemparelhados.

Características dos metais de transição

Abaixo está um breve resumo de algumas das características definidoras:

Estados de oxidação variáveis

Os metais de transição podem perder diferentes números de elétrons, permitindo-lhes alternar entre diferentes estados de oxidação. Por exemplo, o ferro pode existir como íons Fe 2+ e Fe 3+.

Fe ⇒ Fe 2+ + 2e - Fe ⇒ Fe 3+ + 3e -

Criação de complexos

Os metais de transição têm uma tendência a formar complexos de coordenação com ligantes. Um ligante é uma molécula ou íon que pode doar um par de elétrons ao metal. Alguns ligantes comuns incluem água, amônia e íons cloreto. Por exemplo, o cobre pode formar um complexo com amônia:

[Cu(NH 3) 4 ] 2+

Compostos coloridos

Uma das características mais distintivas dos complexos de metais de transição é a sua cor. As cores surgem de transições eletrônicas de elétrons d entre diferentes níveis de energia. Por exemplo, o complexo [Cu(NH 3) 4 ] 2+ é de cor azul escuro.

Cu(NH 3) 4

Magnetismo

As propriedades magnéticas nos metais de transição são devido à presença de elétrons desemparelhados. Por exemplo, ferro, cobalto e níquel são conhecidos por suas propriedades ferromagnéticas. Os elétrons d desemparelhados se alinham na presença de um campo magnético.

Complexos de metais de transição

Complexos de metais de transição contêm um íon metálico central ligado a um grupo de ligantes ao redor. Esses complexos mostram uma ampla variedade de arranjos geométricos e exibem propriedades características.

Geometria geral

  • Octaédrica: Seis ligantes simetricamente arranjados em torno de um átomo central, com um número de coordenação seis em geral. Exemplo: [Fe(CN) 6] 4-.
  • Tetraédrica: Quatro ligantes arranjados em forma de tetraedro, com número de coordenação quatro em comum. Exemplo: [NiCl 4] 2-.
  • Quadrado planar: Quatro ligantes localizados nos cantos de um quadrado no mesmo plano. Exemplo: [PtCl 4] 2-.

Vamos imaginar a geometria octaédrica:

l l l l

Teoria do campo dos ligantes

A teoria do campo dos ligantes explica a divisão de energia dos orbitais d em complexos de metais de transição. A presença de ligantes altera os níveis de energia dos orbitais d, causando sua divisão. Para complexos octaédricos, os orbitais d dividem-se em dois conjuntos: t 2g e e g.

T2G e.g.

Essa divisão causa diferentes absorções de luz, resultando nas cores observadas dos complexos.

Estabilidade dos complexos

A estabilidade de um complexo de metal de transição é afetada por vários fatores, como a natureza do metal, os ligantes e a geometria geral. Alguns conceitos importantes são os seguintes:

  • Quelação: A formação de múltiplas ligações entre um único ligante e o centro metálico aumenta a estabilidade do complexo.
  • Energia de estabilização do campo cristalino (CFSE): Estabilização alcançada pela distribuição de elétrons dentro dos orbitais d divididos.
  • Mudança de entropia/entalpia: Parâmetros termodinâmicos que governam a formação e estabilidade dos complexos.

Aplicações dos metais de transição e complexos

Compreender os metais de transição e seus complexos levou a muitas aplicações em uma variedade de indústrias:

Catalise

Os metais de transição são importantes em processos catalíticos. Eles fornecem sítios ativos para reações químicas e são usados tanto em catálise homogênea quanto heterogênea. Um exemplo disso é o papel catalítico do ferro no processo Haber para a síntese de amônia.

Significado biológico

Muitos processos biológicos dependem de complexos de metais de transição. A hemoglobina, um complexo de ferro, é importante para o transporte de oxigênio no sangue. Outros exemplos incluem a clorofila (complexo de magnésio) e a vitamina B12 (complexo de cobalto).

Física

Os metais de transição são essenciais para o desenvolvimento de novos materiais com propriedades únicas, como supercondutores, ímãs e ligas.

Aplicações médicas

Complexos de metais de transição são utilizados em diagnóstico e tratamento médico. A cisplatina, um complexo de platina, é amplamente utilizado na terapia do câncer.

Conclusão

Os metais de transição e seus complexos desempenham papéis importantes tanto na química quanto na vida cotidiana. De compostos coloridos a importantes processos biológicos, a versatilidade desses metais continua a inspirar tanto a pesquisa quanto a indústria. Compreender suas propriedades e comportamentos proporciona insights valiosos sobre os funcionamentos fundamentais da química e suas aplicações. Através desta lição, exploramos as propriedades, comportamentos e papéis diversos dos metais de transição e seus complexos.


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