20.5
Isomerismo Estrutural
Isomerismo em Complexos
Isómeros são espécies químicas diferentes que têm a mesma fórmula química. O isomerismo estrutural dos compostos de coordenaçã…
Os isómeros são compostos pela mesma fórmula molecular mas um arranjo estrutural diferente. Cada isómero tem características físicas e químicas distintas. Em compostos de coordenação, um tipo de isomerismo observado é o isomerismo estrutural.
No isomerismo estrutural, as conectividades dos átomos ao átomo central metálico são diferentes, apesar da mesma fórmula molecular. Podem ser ainda categorizados como isómeros da esfera da coordenação e isómeros de ligação. Os isómeros da esfera da coordenação ocorrem quando o ligando coordenado com o metal central na esfera da coordenação troca de lugar com um íon contrário na malha.
Assim, enquanto número de coordenação do íon metálico permanece constante, a composição da esfera de coordenação e o composto muda. No complexo coordenado de cobalto, dois isómeros da esfera da coordenação são possíveis com qualquer bromo como ligante ou cloro. Como a composição do composto é diferente, cada um destes isómeros tem diferentes propriedades químicas.
Quando dissolvido em água, o cloreto de pentaamminebromocobalto gera íons de cloreto, enquanto o brometo de pentaammineclorocobalto(II)gera íons de brometo na solução. O isomerismo de ligação, por outro lado, ocorre quando um ligando pode coordenar com o átomo metálico central em duas orientações diferentes. Assim, os ligantes monodentados com mais de um potencial átomo dador são capazes de isomerização de ligação.
Dependendo de qual átomo dador coordena com o íon metálico, o nome do ligante muda. O íon nitrito tem dois pares solitários de elétrons, um sobre o átomo de ozônio e um sobre o átomo de oxigénio. Qualquer um destes pode formar uma ligação covalente coordenada com o íon metálico central.
Quando o íon de nitrito coordena através do par solitário de elétrons ligados ao átomo de ozônioazoto, é conhecido como o nitro ligante. Quando o átomo de oxigénio atua como dador, é conhecido como o ligante nitrito. Os complexos de coordenação do cobalto metálico com íons nitritos têm dois possíveis isómeros de ligação, um de cor amarela pentaamminenitrocobalto(III)e um de cor-de-laranja pentaamminenitritocobalto(III)
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Q1: What is structural isomerism in coordination compounds?
Structural isomerism occurs when coordination compounds have the same molecular formula but different connectivities of atoms to the central metal atom. This results in distinct physical and chemical properties despite identical composition. Structural isomerism divides into two categories: coordination-sphere isomers and linkage isomers, each arising from different rearrangements within the complex.
Q2: How do coordination-sphere isomers form?
Coordination-sphere isomers occur when an anionic ligand in the coordination sphere exchanges places with a counterion from the outer lattice. The coordination number remains constant, but the composition of the coordination sphere changes. For example, pentaamminebromocobalt(II) chloride and pentaamminechlorocobalt(II) bromide are coordination-sphere isomers that generate different ions when dissolved in water.
Q3: What causes linkage isomerism in coordination complexes?
Linkage isomerism occurs when a monodentate ligand with multiple donor atoms can coordinate to the metal through different atoms. The nitrite ion, for instance, has lone pairs on both nitrogen and oxygen atoms. Depending on which atom bonds to the metal, the ligand is named differently, creating distinct isomers with different colors and properties.
Q4: What are nitro and nitrito ligands?
Nitro and nitrito ligands are linkage isomers of the nitrite ion. When the nitrite ion coordinates through nitrogen's lone pair, it forms the nitro ligand. When oxygen's lone pair coordinates instead, it forms the nitrito ligand. Pentaamminenitrocobalt(III) appears yellow, while pentaamminenitritocobalt(III) appears orange, demonstrating how linkage isomerism affects compound properties.
Q5: Why do isomers have different chemical properties?
Isomers have different chemical properties because their atomic connectivities differ, altering how atoms interact and bond. In coordination-sphere isomers, different ligands occupy the coordination sphere, changing which ions are released in solution. These structural differences fundamentally affect reactivity, solubility, and other chemical behaviors despite maintaining the same molecular formula.
Q6: Which ligands are capable of linkage isomerism?
Ligands capable of linkage isomerism are monodentate ligands with more than one potential donor atom. Examples include the nitrite ion (NO2−), cyanide ion (CN−), and thiocyanate ion (SCN−). Each can bind to the metal center through different atoms, producing distinct isomers with different names and properties based on which donor atom coordinates.
Q7: How does the coordination number change in structural isomerism?
In coordination-sphere isomerism, the coordination number of the metal ion remains constant while ligands and counterions exchange positions. In linkage isomerism, the coordination number also stays the same because the ligand still occupies one coordination site, regardless of which donor atom bonds to the metal. Both types preserve the metal's coordination number while altering compound composition.