Complexos de Metais de Transição e Seus Conceitos

Complexos de metais de transição e seus conceitos

A ligação metal-ligante tem sido muito explicada por modelos desenvolvidos que se utilizam do estudo das cores. Alguns fatores determinam a cor do complexo, o acondicionamento espacial dos ligantes em volta do íon metálico, a natureza dos ligantes, a quantidade de elétrons nos orbitais d e a natureza do íon metálico (SOUZA, A.).

Quando elétrons estão agitados no campo mais que o núcleo incide uma diminuição de energia que resulta na estabilidade dos complexos dos metais de transição. Com isso, teorias de ligações químicas não divergem das teorias da ligação em complexos de metais, esta em questão possui algumas características novas; é muito importante as propriedades magnéticas dos complexos dos metais de transição e devem ser esclarecidas de maneira satisfatória pelas teorias de ligação; os orbitais d do átomo central estão envoltos na ligação aos ligantes; é importante que se leve em conta explicitamente o comportamento dos elétrons não-ligantes; estados eletrônicos excitados devem ser estudados, não somente os estados eletrônicos mais baixos, porque a existência dos estados excitados que são responsáveis pela absorção de luz e coloração dos íons. (AYALA, J. D.)

Há quatro teorias que são importantes que chegam ao problema da ligação em complexos de metais de transição, são elas, Teoria da Ligação de Valência (TLV), Teoria dos Orbitais Moleculares (TOM), Teoria do Campo Cristalino (TCC)  e Teoria do Campo Ligante.

Segundo Pauling a Teoria da Ligação de Valência, há uma formação de uma ligação covalente coordenada entres as espécies, gerada da formação de uma reação ácido-base (metal central – ligantes) de Lewis. Essa teoria é fundamentada nas seguintes duas proposições: as ligações são formadas quando os orbitais dos átomos se superpõem, existindo dois elétrons de spins avessos, essa superposição vai ocorrer quando os núcleos se aproximam e quando um átomo interage com outro átomo formando uma ligação os níveis eletrônicos de energia de um átomo são utilizados. (AYALA, J. D.)

Na Teoria dos Orbitais Moleculares, elétrons estão deslocalizados sobre toda a molécula, não pertencendo a qualquer ligação. Sendo assim os orbitais moleculares  (onde os elétrons ocupam) se espalham por toda a molécula. Segundo (ATKINS), os orbitais moleculares são formados pela junção de orbitais atômicos: quando os orbitais atômicos interferem construtivamente. Formam-se orbitais ligantes σ e π e, quando interferem destrutivamente, formam orbitais antiligantes. “N” orbitais atômicos combinam-se para dar “N” orbitais moleculares.

Ao se acomodarem os elétrons nos orbitais moleculares, primeiramente os de menos energia preenchem os níveis seguidos dos que possuem maior energia. Sendo que cada orbital é preenchido por até dois elétrons (Exclusão de Pauli). Dizemos elétrons emparelhados quando dois elétrons se encontram num mesmo orbital. E segundo a regra de Hund, se caso mais de um orbital esteja livre, serão preenchidos os orbitais adotando spins paralelos (BARROS, H. L.C.).

Já na Teoria do Campo Cristalino é estabelecido que os ligantes e a espécie central interajam através de uma atração eletrostática em suas interações íon (carga) - dipolo ou íon (carga) – íon (carga).

E conforme a Teoria do Campo Ligante há interação entre orbitais de metais e os ligantes verificando que a repulsão de elétron-elétron em um dado complexo é menor quando comparada aos respectivo íon livre. É formada pelas combinações da TCC e da TOM. Conforme (AYALA, J. D.) há interações aceitáveis dos orbitais sendo elas, do tipo σ; interações do tipo π ou dπ-pπ. Como podemos entendê-la?

As repulsões elétron-elétron despencam pela expansão da nuvem eletrônica, pois os orbitais moleculares maiores são formados eliminando os orbitais atômicos menores.

E como podemos entender as cores dos complexos de metais de transição?

Primeiramente precisamos compreender alguns conceitos desde a existência das cores a como elas aparecem nos compostos que possuem metais de transição.

A cor existe pois quando algo é iluminado pela luz, a sua cor resulta de seus elementos físicos constituintes. Pode-se citar as soluções de um laboratório, onde suas cores resultam das transições eletrônicas ocorridas e a sua cor complementar que é vista resulta das relações entre as cores primárias.

Dentro do espectro eletromagnético existem várias faixas de comprimento de onda, as quais possuem interações diferentes. As conhecidas cores das substâncias aparecem quando uma luz é incidida sobre uma determinada, por exemplo solução, e dependendo do que há na solução será absorvida apenas as radiações características de seu comprimento de onda, onde a cor exibida corresponde à fração de luz visível (faixa de comprimento de onda entre 450 à 750nm) que serão absorvidas (SOUZA, A.).

 Abaixo da faixa de 400nm incidem outras interações, neste caso não é visível ao olho humano, mas as radiações infravermelhas interagem na forma de calor. Dentro da faixa de radiação da luz visível, as radiações podem não serem absorvidas e isso irá depender do seu comprimento de onda característico, sendo assim por exemplo uma solução absorver na faixa de 650nm a cor vermelha, o restante das cores das faixas abaixo de 600nm não serão absorvidas à fração da luz visível, mas quando somadas poderão gerar uma solução perceptível ao olho nu (SOUZA, A.).

A  molécula quando encontra um feixe de radiação eletromagnética, adquire energia podendo vibrar ou girar mais intensamente, e até se deslocar a orbitais de maior energia (ou seja ao absorver energia pode-se alterar seu nível de energia molecular, isso porque a sua energia total é somatório de sua energia eletrônica, vibracional e rotacional  (SOUZA, A.).

A variação dos intervalos de comprimento de onda, da luz visível, sofrem transições atômicas ou moleculares, isso devido aos seus abundantes elétrons de valência. E são suas faixas que vão caracterizar as cores que serão absorvidas.

Exuberantes nas diversas cores os complexos de metais de transição podem mudá-las de acordo com o ligante. O átomo central pode determinar as cores porém a presença de pigmentos (cromóforos) na sua composição podem também determiná-la (SOUZA, A.).

A diferença de energia entre determinados orbitais correspondem a energia de fótons da região do visível, surgindo assim as cores nos complexos dos metais de transição. Quando o comprimento de onda da radiação corresponde ao comprimento de onda da luz visível o íon absorve a luz e apresenta uma cor. Por exemplo, absorvendo a parte azul da luz branca, resultará numa cor amarelada (vermelho + verde).

As cores de um íon de metal de transição dependem de suas condições em uma solução química, onde podemos relacioná-las com o íon de metal de transição, conforme: Co 2+ aparenta a cor rosa, Cu 2+ apresenta a cor azul esverdeada, Fe 2+ a cor verde oliva, Ni 2+  o tom verde claro, Fe 3+ uma cor misturada entre marrom para amarelo, CrO4 2- aparenta a cor laranja, Cr2 O7 2-  apresenta o tom amarelo, Ti 3+  a cor roxa, Cr 3+ o tom violeta, Mn 2+ apresenta a cor rosa claro, Zn 2+ demonstra-se incolor.

Por não serem iguais as energias das transições eletrônicas, seus desdobramentos dos dois conjuntos de orbitais de energias diferentes nos complexos (10 Dq), devido a sua natureza e em relação ao átomo central e os ligantes chegam a variar. Isso que incide na obtenção das cores e tons, os quais são bem quistos com diversas aplicações práticas, e beneficiando técnicas analíticas (SOUZA, A.).

Pode-se citar alguns dos fatores que influenciam no valor de 10 Dq que variam de composto para composto, o efeito da simetria de campo cristalino (onde o campo é maior quando se tem maior número dos ligantes), o efeito da natureza do ligante (onde as cores diferem para os complexos quando se tem ganho de energia de transição e ganho de luz absorvida, consequentemente um comprimento de onda menor), efeito da carga íon central (dependendo no número de oxidação que quanto maior sua oxidação maior valor de 10 Dq) e efeito de identidade do metal ( o desdobramento aumenta conforme desce num mesmo grupo na tabela periódica) (ATKINS).

Compreendendo como as cores aparecem dependendo dos metais de transição algumas aplicações podem exemplificar e fazer perceber como a química inorgânica em geral tem avançado em todas as suas fronteiras, principalmente onde causa impacto na interdisciplinaridade com outras áreas (ciências biológicas, física da matéria condensada, ciência dos materiais e a química do meio ambiente).

Essas áreas de desenvolvimento utilizam compostos de metais de transição que são usados na medicina, em catálise, em componentes eletrônicos, pigmentos e corantes, extração de metais menos comuns, na ativação de pequenas moléculas e etc. Os metais também são utilizados por ocorrência natural como por exemplo em transporte de oxigênio e na fotossíntese

Podemos exemplificar diversas aplicações dos compostos de metais de transição como: a limpeza de vidraria de laboratório,  no teste do bafômetro, na obtenção industrial de H2SO4, podemos mencionar também o TiO2 (pigmento branco, muito utilizado na indústria, no setor de vernizes, e tintas, em protetores solares e cosméticos e na indústria de alimentos),  em medicamentos como: a auranofina (ridaura – medicamento antirreumático e antiartrítico de uso oral), tiomalato sódico de ouro (miocrisina – medicamento de efeito antirreumático), a vitamina B12, o nipride (vasodilatador de artérias e veias), o acetato de fenilmercúrio (fungicida, herbicida e bactericida), a sulfadiazina de prata (creme contra bactérias gram-positivas e gram-negativas, indicado para pacientes com queimaduras e feridas infectadas), aspirina de cobre (usado para tratar artrite reumatóide), ácido acético (em sua síntese, utilizando metais de transição como catalisador  em processos industriais), dentre outros medicamentos (Ian S. B.).

Utilizados também em quimioterápicos (cisplatina, carboplatina, oxaliplatina, nedaplatina, lobaplatina), grande parte dos agentes de contraste utilizados para exames de ressonância magnética (base de quelatos de íon paramagnético gadolínio (Gd) – os quais são utilizados para avaliar diversas patologias, tais como o Dotarem e o Magnevist, os quais, estão comercialmente disponíveis) entre outras aplicações (Ian S. B.).

Percebe-se a importância dos metais de transição não só como elemento essencial para a nossa sobrevivência, mas também para a produção de vários produtos que nós utilizamos no nosso dia-a-dia ou podemos utilizar.

Referências:

ANNE, S. Química de Coordenação: compostos de coordenação: cor e propriedades magnéticas.

ATKINS, P. W.; SHRIVER, D. F.. Inorganic Chemistry. 3th Oxford: University Press, 1999.

AYALA, J. D. Química de Coordenação 1.

AYALA, J. D. Ligação Química nos Complexos.

BARROS, HAROLDO L.C..Química inorgânica; uma introdução. Belo Horizonte: GAM; Editora distribuidora, 2001.

IAN S. B., John F. H., Inorganic Chemistry, principles and applications, Redwood City, Calif. : Benjamin/Cummings, 1989.

As cores de complexos de metais de transição

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