Compostos de Coordenação — Nomenclatura e Isomeria

Compostos de coordenação são complexos metálicos nos quais um átomo metálico central ou um íon metálico está ligado a ligantes ao seu redor. Para nomear um deles, primeiro separe a esfera de coordenação entre colchetes de quaisquer contra-íons, depois nomeie os ligantes e, em seguida, o metal e seu estado de oxidação. Para identificar isomeria, pergunte se a mesma fórmula global pode diferir no arranjo ou na ligação.

Estas são as duas perguntas que os estudantes geralmente querem dizer quando procuram por nomenclatura e isomeria de compostos de coordenação. Qual é o nome correto, e a mesma fórmula pode representar mais de um composto?

Como é um composto de coordenação

Em uma fórmula como $[Co(NH_3)_6]Cl_3$, a parte dentro dos colchetes é a esfera de coordenação. Aqui, seis ligantes amônia estão diretamente ligados ao cobalto. Os três íons cloreto fora dos colchetes são contra-íons, não ligantes nessa fórmula escrita.

Essa distinção importa na nomenclatura. Os ligantes dentro da esfera de coordenação são nomeados como parte do íon complexo. Os íons fora dos colchetes são nomeados separadamente, como em outros compostos iônicos.

Como nomear um composto de coordenação passo a passo

Um método confiável de nomenclatura é:

• nomear os ligantes antes do metal
• usar nomes especiais de ligantes quando necessário, como ammina para $NH_3$ e aqua para $H_2O$
• usar nomes como clorido, cianido ou hidroxido para ligantes aniônicos comuns na nomenclatura moderna da IUPAC
• usar prefixos como di-, tri- e tetra- para mostrar quantos ligantes de cada tipo estão presentes
• ordenar os ligantes alfabeticamente pelo nome do ligante, não pelo prefixo
• escrever o estado de oxidação do metal em algarismos romanos

Se o íon complexo for aniônico, o nome do metal geralmente muda para uma forma terminada em $-ato$. Como essas formas nem sempre são óbvias à primeira vista, é melhor verificar o nome padrão do que tentar adivinhar.

Para compostos de coordenação completos, nomeie o cátion antes do ânion. Se o próprio complexo for o cátion, seu contra-ânion é nomeado depois. Se o próprio complexo for o ânion, o íon positivo é nomeado primeiro.

Exemplo resolvido: $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$

Este complexo neutro é um bom exemplo porque mostra tanto nomenclatura quanto isomeria geométrica.

Comece pelo estado de oxidação da platina. A amônia é um ligante neutro, enquanto cada cloreto coordenado contribui com $-1$.

$$x + 2(0) + 2(-1) = 0$$

Então

$$x = +2$$

Agora nomeie os ligantes. Há dois ligantes ammina e dois ligantes clorido. Em ordem alfabética, ammina vem antes de clorido, então o nome-base é diamminedicloridoplatina(II).

Mas essa fórmula pode ser arranjada de duas maneiras quadrado-planares diferentes:

• cis: os dois ligantes clorido estão adjacentes
• trans: os dois ligantes clorido estão em posições opostas

Assim, os dois isômeros são cis-diamminedicloridoplatina(II) e trans-diamminedicloridoplatina(II).

Eles têm a mesma fórmula e a mesma conectividade, mas um arranjo espacial diferente. Isso é isomeria geométrica. É a mesma ideia por trás dos nomes comuns cisplatina e transplatin.

Quais tipos de isomeria mais importam

Isomeria geométrica

Este é o primeiro exemplo mais comum. Em complexos quadrado-planares e octaédricos, os ligantes podem ocupar posições relativas diferentes mesmo quando a fórmula permanece a mesma. As designações mais conhecidas são cis e trans, e em alguns casos octaédricos fac e mer.

Esse tipo de isomeria depende da geometria. Se a forma do complexo ou o padrão de ligantes não permitir posições distintas, então os nomes cis e trans não se aplicam.

Isomeria óptica

Alguns complexos de coordenação podem formar pares de imagens especulares não sobreponíveis. Esses são isômeros ópticos. Eles têm a mesma conectividade e muitas vezes o mesmo padrão básico de nomenclatura, mas diferem na quiralidade.

Você geralmente encontra isso em certos complexos octaédricos, especialmente quando o arranjo dos ligantes torna o complexo quiral. A condição-chave é a quiralidade: se o complexo tiver um plano de simetria ou outro elemento de simetria que elimine a quiralidade, a isomeria óptica não ocorre.

Isomeria estrutural

Isômeros estruturais têm a mesma composição global, mas diferem em quem está ligado a quem, ou no que fica dentro versus fora da esfera de coordenação.

Um caso importante é a isomeria de ligação, em que um ligante ambidentado se liga por diferentes átomos doadores. Outro é a isomeria de ionização, em que um ligante e um contra-íon trocam de lugar se a composição permitir. Em ambos os casos, o nome muda porque a descrição da ligação muda.

Erros comuns

Tratar todos os cloretos da mesma forma

Um íon cloreto fora dos colchetes é nomeado como cloreto. Um ligante cloreto coordenado dentro dos colchetes é nomeado como clorido. Confundir os dois leva ao nome errado.

Usar prefixos para a ordem alfabética

A ordem alfabética é baseada nos nomes dos ligantes, não em di-, tri- ou tetra-. Portanto, ammina é considerada em a, não em d.

Esquecer que alguns ligantes são neutros

$NH_3$ e $H_2O$ são ligantes neutros comuns. Se você tratá-los como carregados ao calcular o estado de oxidação, o número de oxidação do metal sairá errado.

Supor que todo complexo com ligantes repetidos tem isômeros cis/trans

Isso só funciona quando a geometria e o arranjo dos ligantes realmente permitem posições diferentes. A fórmula sozinha não basta.

Onde os compostos de coordenação aparecem

Este tema aparece em toda a química de coordenação, química de metais de transição, análise qualitativa, catálise e química bioinorgânica. Mesmo que você nunca se especialize nessas áreas, as regras de nomenclatura ajudam você a ler fórmulas corretamente e a não deixar passar quando dois compostos são, na verdade, isômeros diferentes.

Ele também desenvolve um hábito útil: não leia uma fórmula apenas como uma lista de átomos. Em química de coordenação, posição, carga e padrão de ligação importam.

Tente um problema parecido de nomenclatura

Tente nomear $[Co(NH_3)_5Cl]Cl_2$. Primeiro separe a esfera de coordenação dos contra-íons. Depois calcule o estado de oxidação do cobalto e verifique qual cloreto é ligante e quais cloretos estão fora dos colchetes. Esse único exercício geralmente faz a notação com colchetes finalmente fazer sentido.