Metais, ambiente e vida

QUÍMICA APLICADA

Metais, ambiente e vida

Metais em complexos; Os metais no organismo humano; Metais pesados

Índice

11. Metais pesados

1. Introdução

6. Geometria dos complexos

12. Conclusão

7. Cor nos complexos

2. Metais em complexos

8. Aplicações dos comeplxos

13. Questionário

3. Compostos coordenados

14. Bibliografia

4. Tipos de Ligandos

9. Metais e vida

15. Agradecimentos

5. Número de coordenação

10. Macro e micronutrientes

Introdução

Os metais desempenham um papel muito importante tanto na química como no funcionamento do organismo humano. Na natureza , muitos metais não se encontram isolados, mas sim associados a outras moléculas, formando os chamados complexos metálicos. No corpo humano, alguns metais são essenciais para a vida, pois participam em diversas funções vitais. No entanto, quando presentes em quantidades inadequadas, podem tornar-se prejudiciais à saúde.

Figura 1. Pontos de ligação da molécula de EDTA a um metal.

Metais em complexos

Metais em complexos

Os metais, especialmente os metais de transição, têm grande tendência para formar complexos, isto é, associar-se a iões ou moléculas de outras substãncias .Um complexo é, portanto, uma entidade química em que um ião metálico está rodeado por ligandos que se ligam diretamente a ele por átomos doadores (como N, O, S ou Cl), formando uma estrutura estável com geometria definida.

Figura 2. Diaminotetrafluoroferrato II

compostos coordenados

Um composto de coordenação, ou complexo metálico, é uma espécie química constituída por:

• Um metal central (geralmente um metal de transição);

• Um conjunto de ligandos, que são moléculas ou iões capazes de doar um par de eletrões.

A ligação estabelecida chama-se ligação covalente coordenada (ou dativa), porque o par eletrónico partilhado provém apenas do ligando.

Figura 3. Moléculas de Tris etilenodiamina de cobalto III

O metal atua como ácido de Lewis (aceitador de eletrões) e o ligando como base de Lewis (doador de eletrões).

Número de coordenação

O número de coordenação (NC) é o número de átomos doadores que estão diretamente ligados ao metal central num complexo. Não corresponde necessariamente ao número de ligandos, mas sim ao número de ligações metal–átomo doador. Se um ligando for bidentado (ex: etilenodiamina), cada átomo doador conta separadamente para o número de coordenação.

Exemplo: [Cu(NH₃)₄]²⁺ → NC = 4 [Fe(H₂O)₆]³⁺ → NC = 6

Figura 7. Molécula de [Cu(NH₃)₄]²⁺

Tipos de Ligandos

monodentados

polidentados

bidentados

Figura 5. Molécula de etilenodiamina

Figura 4. Molécula de amónia

Figura 6. Molécula de EDTA

Ligam-se ao metal por dois átomos doadores, formando um anel com o metal.

Ligam-se ao metal por três ou mais átomos doadores, formando múltiplos anéis

Ligam-se ao metal por um único átomo doador.

Geometria dos complexos

O número de coordenação determina quantos átomos rodeiam o metal, e a geometria corresponde à disposição espacial desses átomos de forma a minimizar repulsões eletrónicas.

Fig.8 Geometria dos complexos consoante o número de coordenação

geometria

quadrado planar

octaédrica

tetraédrica

linear

importância da geometria

A geometria influencia:

Divisão energética dos orbitais d

Cor do complexo

Propriedades magnéticas

Reatividade

Atividade biológica

Figura 9. Geometria Tetraédrica

Portanto, coordenação → define estrutura → determina propriedades químicas e biológicas.

estabilidade dos complexos

A estabilidade é medida pela constante de formação (Kf). Quanto maior o Kf:

• Mais estável é o complexo

• Menor tendência para libertar o metal

Ligandos polidentados aumentam a estabilidade devido ao efeito quelato. Biologicamente, isto é essencial:

• Evita que o metal exista livre (forma altamente reativa)

• Permite transporte seguro no organismo

Fig.14 Características do pares eletronicos em função do número de pares de eletrões

Cor nos Complexos Metálicos de Metais de Transição

A cor característica de muitos complexos metálicos deve-se principalmente às transições eletrónicas entre orbitais d do metal central. 1. Estrutura eletrónica dos metais de transição:

• Os metais de transição possuem orbitais d parcialmente preenchidos.

• Quando o metal forma um complexo, os ligandos criam um campo elétrico ao redor do metal.

• Esse campo causa uma divisão de energia nos orbitais d, separando-os em níveis de energia diferentes (Teoria do Campo Cristalino).

Fig.15 Representação das orbitais d

Cor nos Complexos Metálicos de Metais de Transição

2. Transições d-d

• Quando a luz visível incide sobre o complexo, alguns fótons podem ter energia igual à diferença Δ₀.
• Os eletrões nos orbitais d de menor energia (t₂g) absorvem esses fótons e passam para orbitais de maior energia (e_g).

• Essa transição eletrónica é chamada de transição d–d.

Exemplo: [Ti(H₂O)₆]³⁺ absorve luz na faixa violeta → reflete/permite passar a luz amarela-verde.

Fig.16 Representação do processo "transição d-d"

Cor nos Complexos Metálicos de Metais de Transição

3. Reflexão e absorção das radiações A cor que vemos depende da luz que não foi absorvida, ou seja, da reflexão ou transmissão:

• Absorção: parte da luz visível é absorvida para promover a transição d–d.

• Reflexão / transmissão: a luz restante é refletida ou transmitida → esta é a cor observada..

Resumindo: a cor de um complexo metálico é a complementar da radiação absorvida. Exemplo prático:

• Complexo que absorve luz vermelha → aparência verde
• Complexo que absorve azul → aparência laranja-amarelada

Fig.17 Esquema representativo da reflexão e absorção das radiações pelos eletrões

Cor nos Complexos Metálicos de Metais de Transição

4. Influência da geometria e dos ligandos

• Número de coordenação e geometria (linear, tetraédrica, quadrado planar, octaédrica) alteram a separação energética Δ₀.
• Tipo de ligando também influencia Δ₀ (ordem do espectro de campo de ligantes: H₂O < NH₃ < en < CN⁻).
• Mudanças na geometria ou nos ligantes podem mudar a cor do mesmo metal. Exemplo:

• [Cu(H₂O)₆]²⁺ → azul

• [Cu(NH₃)₄]²⁺ → intenso azul-escuro

Fig.18 Influência da geometria e dos ligandos na cor dos metais

aplicações dos complexos metálicos

Os complexos metálicos têm aplicações muito variadas, tanto em sistemas biológicos como na indústria e no ambiente. Grande parte dessas aplicações está ligada à química da coordenação, ou seja, à forma como os ligandos se ligam ao metal central através de ligações covalentes coordenadas (dativas).

aplicações dos complexos metálicos

Biologia e medicina

Indústria e catálise

Ambiente e química analítica

Curiosidade:

Aplicações dos complexos metálicos

Metais benéficos e imperscendíveisà vida

metais e vida

Os organismos vivos dependem de vários metais de transição e metais alcalino-terrosos que atuam sob a forma de complexos de coordenação. Nos sistemas biológicos, os metais nunca estão livres. Estão sempre:

• Coordenados a proteínas

• Ligados a grupos orgânicos específicos

• Inseridos em estruturas como anéis porfirínicos

Isso evita toxicidade e permite controlo da reatividade.

Ferro – O metal da respiração

(Fe)

Hemoglobina

• O ferro encontra-se na forma Fe²⁺;

• Está coordenado a um anel; porfirínico (grupo hemo)

• Forma 6 ligações de coordenação:

• 4 com nitrogénios da porfirina;

• 1 com uma histidina da proteína;

• 1 com O₂ (reversível).

Função:

• Transporte de oxigénio no sangue;
• Ligação reversível → permite captar e libertar O₂.

Deficiência:

• Não há transporte eficiente de oxigénio;
• Ocorre anemia.

Magnésio – O metal da fotossíntese

(Mg)

Clorofila:

• O Mg²⁺ está no centro de um anel porfirínico;
• Coordena-se com 4 átomos de azoto.

Função:

• Absorção de luz solar;
• Início do processo de fotossíntese.

Deficiência:

• Não há produção eficiente de glicose
• Afeta diretamente a base da cadeia alimentar

Figura 29 . Representação da clorofila

Cobalto – O metal da vitamina B12

(Co)

Vitamina B12 (Cobalamina)

• Contém Co³⁺ no centro de um anel corrínico;
• Forma ligações coordenadas complexas.

Função:

• Síntese de DNA;
• Formação de glóbulos vermelhos;
• Metabolismo celular.

Deficiência:

• Anemia megaloblástica;
• Problemas neurológicos.

Zinco - O metal das enzimas

(Zn)

• Não participa em reações redox;
• Atua como ácido de Lewis;
• Estabiliza estruturas proteicas.

Exemplo: Anidrase carbónica

• Zn²⁺ coordenado a resíduos de histidina;
• Catalisa a conversão de CO₂ em HCO₃⁻;

Sem zinco:

• Compromete digestão, sistema imunitário e cicatrização

Cobre – O metal redox biológico

(Cu)

• Alterna entre Cu⁺ e Cu²⁺
• Envolvido em transporte de eletrões

Exemplo:

• Enzimas oxidases
• Formação de colagénio

Deficiência:

• Problemas cardiovasculares
• Fragilidade óssea

Fig.32 Participação do cobre em reações de oxidação-redução

Cálcio – O metal estrutural e sinalizador

(Ca)

Embora não seja metal de transição, é essencial:

• Atua como ião coordenado em proteínas
• Responsável por:

- Contração muscular- Transmissão nervosa- Coagulação sanguínea

• A dureza da água deve-se principalmente à presença de Ca²⁺ e Mg²⁺ dissolvidos.
• Pode causar incrustações em tubagens e diminuir a eficácia dos sabões.

Sódio e potássio

Potássio (K⁺)Funções principais:

• Contração muscular
• Transmissão nervosa
• Regulação do pH
• Ativação de enzimas

Na célula:

• Alta concentração dentro da célula
• Baixa concentração fora

Sódio (Na⁺)Funções principais:

• Regulação do equilíbrio hídrico
• Transmissão de impulsos nervosos
• Manutenção da pressão osmótica
• Funcionamento da bomba Na⁺/K⁺

Na célula: Alta concentração fora da célula Baixa concentração dentro

metais: macro e micronutrientes

Os metais podem ser classificados em macronutrientes e micronutrientes, dependendo da quantidade necessária ao organismo.

• Macronutrientes

• Micronutrientes

.

Assim, existe um equilíbrio delicado:

• Em quantidades adequadas → são indispensáveis.
• Em excesso → podem tornar-se tóxicos, aproximando-se do comportamento de metais pesados prejudiciais.

Resumindo...

Os metais biológicos:

• Não são apenas “nutrientes”;
• São centros ativos de complexos altamente organizados;
• A vida depende da sua capacidade de formar complexos estáveis mas reativos.

Metais pesados: mecanismos de toxicidade

Metais pesados - definição

Os metais pesados são elementos metálicos que apresentam, em geral:

Elevada densidde

Elevada massa atómica

Toxicidade significativa

Tendência para a bioacumulação

Persistência ambiental

Principais metais pesados

Mercúrio

(Hg)

Chumbo

(Pb)

Crómio

cádmio

(Cr)

(Cd)

Arsénio

(As)

Níquel

(Ni)

Metais Pesados e Ambiente

A poluição por metais pesados ocorre quando estes são libertados para o ambiente em quantidades superiores às naturais O que torna a libertação destes metais perigosa para o ambiente deve-se ao facto de estes não se degradarem facilmente, assim como poderem viajar longas distâncias pelo ar e pela água, permanecendo nos ecossistemas por longos períodos de tempo, destruíndo-os

Metais pesados e ambiente - fontes de poluição

A poluição por metais pesados pode ter diversas fontes, sendo as mais comuns:

58%

Indústria e produção metálica

26%

Tráfego e transporte – devido à abrasão de pneus, travões e escapamentos.

23%

Centrais térmicas e queima de combustíveis fósseis

Bioacumulação vs bioampliação

Bioampliação

Bioacumulação

Aumento da concentração dentro de um organismo ao longo do tempo.

Aumento da concentração ao longo da cadeia alimentar.

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metais pesados e ambiente - Impacto no solo

Os metais pesados, não se degradam facilmente e tendem a acumular-se no solo ao longo do tempo. A sua presença altera a fertilidade do solo, prejudicando a atividade de microrganismos essenciais à decomposição da matéria orgânica e à ciclagem de nutrientes. Além disso, muitos metais pesados podem ser absorvidos pelas plantas, entrando na cadeia alimentar e afetando animais e seres humanos. A contaminação do solo representa, portanto, um risco ambiental e agrícola de longo prazo, sendo difícil e caro de remediar.

Acumulação persistente - explicação e riscos associado

Os metais pesados não se degradam facilmente porque:

• São elementos puros: Contrariamente aos compostos orgânicos, em que os microorgansimos ou a luz solar podem quebrar as suas ligações químicas.

• Alta estabilidade química: Formam ligações fortes com partículas do solo ou da água, tornado-os menos móveis;

• Persistência ambiental: Por não se decompor, um metal pesado presente no solo ou na água pode permanecer (acumulando-se) durante décadas.

Fig.49 Análise de metais pesados no solo

consequências da acumulação dos metais pesados no solo

Da acumulação à entrada na cadeia alimentar

Os metais pesados acumulam-se no solo, ficando presentes nas camadas superficiais onde as raízes das plantas crescem, podendo se dissolver em água e estabelecerem ligações a partículas que podem ser absorvidas pelas plantas. Depois, animais ou seres humanos que comam essas plantas ingerem também os metais, que se acumulam nos seus organismos. Assim dá-se a entrada destes na cadeia alimentar.

Fig.50 Esquema representativo da entrada dos metais pesados na cadeia alimentar

Impacto na água

Os metais pesados podem contaminar rios, lagos e águas subterrâneas através de descargas industriais, escoamento agrícola, mineração e deposição atmosférica.

Impacto dos metais na água

Na água, estes metais podem estar dissolvidos ou ligados a partículas em suspensão, sendo facilmente ingeridos por organismos aquáticos, como plâncton, peixes e moluscos.

Além disso, através da bioacumulação e bioampliação, os metais podem atingir concentrações elevadas nos peixes maiores, representando riscos para os seres humanos que os consomem.

Isto pode causar problemas de crescimento, alterações na reprodução e até a morte de espécies.

Fig.52 e 53 Efeitos dos metais pesados na água

efeitos na saúde humana

Os metais pesados podem entrar no organismo através da água contaminada, alimentos, ar poluído ou contacto com o solo. Como não são facilmente eliminados, tendem a acumular-se nos tecidos, aumentando o risco de doenças ao longo do tempo, prejudicando o ser humano ao nível do:

Sistema Nervoso

Sistema circulatório

Sistema Respiratório

Figado e Rins

Medidas de prevenção

Para reduzir os efeitos da poluição por metais pesados no ambiente e na saúde humana, é necessário aplicar medidas de controlo e prevenção. Estas medidas têm como objetivo limitar a libertação destes metais para o ambiente, tratar os resíduos de forma adequada e também promover práticas mais seguras na indústria, na agricultura e no dia a dia.

Medidas de prevenção - Controlo das Emissões Industriais

• As atividades industriais são uma das principais fontes de libertação de metais pesados para o ambiente. Assim para reduzir a poluição é necessário aplicar medidas que impeçam a libertação direta dessas substâncias para o ar, água e solo, tais como:

• A instalação de filtros e sistemas de tratamento de gases, permite a retenção de partículas que contenham metais pesados;

• O tratamento das águas residuais industriais é também fundamental, removendo os metais pesados antes da descarga em rios ou no mar;

• Substituição de matérias-primas perigosas por alternativas menos tóxicas e utilizar tecnologias mais limpas, reduzindo a produção de resíduos contaminantes.

Medidas de prevenção - Gestão correta de resíduos

• Muitos resíduos, como pilhas, baterias, equipamentos eletrónicos e restos industriais, contêm metais tóxicos que podem causar contaminação se forem descartados de forma incorreta. A gestão adequada de resíduos é essencial para evitar que metais pesados sejam libertados para o solo, para a água e para o ar. A gestão adequada é conseguida pela:

• Reciclagem de materiais perigosos, que permite recuperar metais e evitar que sejam depositados no ambiente.

• Armazenamento seguro de resíduos, em locais próprios e controlados, para impedir fugas ou infiltrações no solo.

• Tratamento adequado dos resíduos antes da sua eliminação, reduzindo o risco de poluição.

Medidas de prevenção - Práticas agrícolas mais seguras

• A agricultura também pode contribuir para a poluição por metais pesados, principalmente através do uso excessivo de fertilizantes, pesticidas e águas de rega contaminadas. Para reduzir este problema, é importante adotar práticas agrícolas mais seguras e controladas, tais como:

• Uso moderado e controlado de fertilizantes e produtos químicos, evitando assim substâncias que contenham metais pesados.

• Análise regular do solo e da água, de modo a verificar se existe contaminação.

• Uso de técnicas agrícolas sustentáveis, como a escolha de produtos menos tóxicos e a gestão adequada da irrigação.

Medidas de prevenção - Legislação e fiscalização

• A criação de leis e normas ambientais é fundamental para controlar a poluição por metais pesados.

• A legislação estabelece limites para a emissão de substâncias tóxicas, definindo a quantidade máxima de metais pesados que pode ser libertada para o ar, água e solo.

• A fiscalização garante que as indústrias, explorações agrícolas e outras atividades cumprem essas normas. Para isso, são feitas inspeções regulares, análises ambientais e controlo de resíduos, de forma a evitar descargas ilegais ou perigosas.

• Quando as regras impostas não são cumpridas, devem ser aplicadas multas e sanções, obrigando as entidades responsáveis a reduzir a poluição.

Medidas de prevenção - educação e consciencialização

• Quando a população está informada, torna-se mais fácil adotar comportamentos responsáveis no dia a dia, assim:

• A educação ambiental nas escolas, através de aulas, trabalhos e projetos sobre o ambiente, é essencial para prevenir a poluição por metais pesados, pois ajuda as pessoas a compreender os riscos e a importância de proteger o ambiente.

• A consciencialização, pode ser feita por campanhas, meios de comunicação e ações de sensibilização, incentivando a população a reciclar corretamente, reduzir a poluição e adotar comportamentos mais seguros para o ambiente e para a saúde.

Resumindo...

• A poluição por metais pesados é um problema ambiental grave, causada por indústria, agricultura e descarte inadequado de resíduos.

• Estes metais não se degradam facilmente, acumulam-se no solo e na água e entram na cadeia alimentar através da bioacumulação e biomagnificação.

• Afetam a saúde humana, causando danos no sistema nervoso, rins, anemia e até cancro.

• É essencial implementar medidas de controlo, como controlo das emissões industriais; gestão correta de resíduos; práticas agrícolas mais seguras; legislação e fiscalização rigorosa; educação e consciencialização da população

• A combinação de prevenção, fiscalização e informação é fundamental para reduzir a poluição e proteger o ambiente e a saúde das gerações futuras.

questão 1

questão 2

questão 3

Questão 4

conclusão

• Os metais complexos são importantes na natureza e na tecnologia, conferindo cores, estabilidade e capacidade de catalisar reações químicas.

• Nos organismos vivos, alguns metais são essenciais para funções vitais, como transporte de oxigénio, produção de energia e estabilização de moléculas.

• Eles também têm aplicações práticas, como o uso do EDTA para medir a dureza da água. Porém, certos metais pesados podem ser tóxicos, o que torna seu estudo importante para aproveitar benefícios e prevenir riscos.

bibliografia

• Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Inorganic chemistry (5th ed.). Pearson.
• Paiva, J., Ferreira, A.J., Vale, J., Morais, C., Rodrigues, S. (2023). 12Q-Química 12°ano: Metais, Ambiente e Vida. (pags. 72-78), (1st ed).
• Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2017). General chemistry: Principles and modern applications (11th ed.). Pearson.
• Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C., Woodward, P., & Stoltzfus, M. (2018). Chemistry: The central science (14th ed.). Pearson.

• Encyclopaedia Britannica. (2024). Coordination compound. https://www.britannica.com/science/coordination-compound

• LibreTexts Chemistry. (2023). Coordination chemistry. https://chem.libretexts.org

• PubChem. (2024). Coordination complexes. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov

• Khan Academy. (2023). Coordination chemistry and complex ions. https://www.khanacademy.org/science/chemistry

obrigado!

Fatores que determinam o número de coordenação

O NC depende de:

• Raio do metal → metais maiores acomodam mais ligandos;

• Carga do metal → maior carga atrai mais fortemente os ligandos;

• Tamanho do ligando → ligandos volumosos reduzem o NC;

• Interações estéricas → repulsão entre ligandos limita aproximação.

Metais de transição frequentemente apresentam NC = 4 ou 6, mas podem variar entre 2 e 9.

Fig. 5 Tetrafluoreto de enxofre (ligando)

tetraédrica- nc=4

Na geometria tetraédrica, os quatro ligandos ocupam os vértices de um tetraedro, com ângulos aproximados de 109,5°. Esta disposição tridimensional permite uma boa separação espacial entre os ligandos e ocorre frequentemente em metais com orbitais d totalmente vazios (d⁰) ou totalmente preenchidos (d¹⁰), ou quando os ligandos são volumosos.

No sistema circulatório...

O chumbo provoca anemia porque interfere na produção da hemoglobina, bloqueando enzimas essenciais para a sua formação. Além disso, torna os glóbulos vermelhos mais frágeis e reduz a sua duração no sangue, diminuindo o transporte de oxigénio no organismo. Com menos hemoglobina disponível, o sangue transporta menos oxigénio, causando sintomas como:

• Cansaço;
• Fraqueza;
• Palidez;
• Tonturas.

Em casos de exposição prolongada, especialmente em crianças, a anemia pode tornar-se mais grave.

Fig.55 Esquema representativo dos efeitos causados devido á exposição ao chumbo

No sistema respiratório...

A inalação de metais pesados como o Crómio (VI) e Níquel é perigosa porque estes penetram nas células pulmonares e geram um desequilíbrio químico (radicais livres) que ataca as células, danificando o ADN. Estas alterações podem causar mutações malignas e levar ao cancro. Simultaneamente, a presença das partículas mantém uma resposta imunitária persistente e agressiva nos alvéolos, que destrói o tecido saudável e compromete a função respiratória.

Níquel

(Ni)

Usado principalmente em:

• Produção de ligas metálicas (aço inoxidável);
• Baterias recarregáveis;
• Revestimentos metálicos (niquelagem).

O níquel pode causar alergias cutâneas e problemas respiratórios quando em contacto prolongado (como por exemplo em ambientes industrias)

Figura 43. Estrutura química do Níquel

No figado e nos rins...

Estes metais desencadeiam a produção de radicais livres. Isto causa danos nas membranas celulares, nas proteínas e até no DNA das células do fígado e dos rins, um processo conhecido como stress oxidativo que impede o funcionamento normal dos órgãosO fígado sofre uma inflamação constante que gera cicatrizes no tecido (fibrose). Com o tempo, essa destruição progressiva impede o fígado de realizar funções vitais, como filtrar o sangue e produzir energia, o que pode evoluir para quadros graves como a cirrose hepáticaComo os rins filtram o sangue para produzir urina, eles acabam por concentrar estes metais nos túbulos renais. A exposição prolongada "sobrecarrega" as células renais, levando à sua morte.

Fig.56 Diferença aspetual entre um figado saudável e um fígado com cirrose hepática

Transporte e armazenamento de metais essenciais

Tratamento de intoxicações

• Complexos quelantes (ligandos polidentados) são usados para remover metais pesados do organismo.

• Exemplo: EDTA liga Pb²⁺ ou Cd²⁺, formando um complexo estável e seguro para excreção.

Aqui a ligação coordenada é essencial: o metal é “agarra-do” pelo ligante, impedindo que interfira com enzimas ou tecidos.

• Hemoglobina (Fe²⁺) → transporte de oxigénio; o ferro está coordenado ao grupo hemo.

• Clorofila (Mg²⁺) → fotossíntese; o magnésio estabiliza o anel porfirínico.

• Vitamina B12 (Co) → metabolismo celular; o cobalto participa de reações enzimáticas.

Nestes casos, o metal não está livre — está ligado a ligandos específicos, evitando toxicidade e permitindo que funcione corretamente

Mercúrio

(Hg)

Usado principalmente em:

• Equipamentos de medição antigos (como termómetros);
• Lâmpadas fluorescentes;
• Mineração do ouro no processo de separação (muito poluente)

Figura 41. Estrutura química do Mercúrio

Extremamente tóxico, especialmente na forma de metilmercúrio, que se acumula nos peixes. Afeta o cérebro e o sistema nervoso, podendo causar tremores e problemas de memória.

octaédrica- nc=6

Nesta estrutura, seis ligandos posicionam-se nos vértices de um octaedro, formando ângulos de 90° entre si. Essa geometria é particularmente estável e frequente em complexos de metais de transição, causando divisão dos orbitais d em dois conjuntos com energias diferentes, o que influencia propriedades como cor e comportamento magnético.

Citocromos

• Complexos de ferro envolvidos na cadeia respiratória • Permitem transferência de eletrões Essenciais na produção de ATP (energia celular)

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Aplicações - EDTA O EDTA é um ligando quelante que forma complexos muito estáveis com iões metálicos. É usado para: determinar a dureza da água (liga-se a Ca* e Mg2*) remover ou controlar metais em análises, indústria e tratamento de águas.

quadrado planar- nc=4

Na geometria quadrado planar, os quatro ligandos dispõem-se num mesmo plano, formando ângulos de 90°. Esta geometria é típica de metais com configuração d⁸, como alguns iões de metais de transição, porque a reorganização eletrónica dos orbitais d favorece energeticamente essa disposição planar.

Crómio

(Cr)

Usado principalmente em:

• Revestimento e galvanização;
• Pigmentos;
• Aço inoxidável e ligas metálicas (resistência á corrosão).

O crómio existe em dois estados de oxidação, nomeadamente no crómio III e no crómio VI. O crómio III é relativamente seguro, mas o crómio VI é perigoso, podendo causar cancro e problemas respiratórios.

Figura 42. Estrutura química do Crómio

ambiente e química analítica

• Remoção de metais pesados: ligantes polidentados (quelantes) podem formar complexos altamente estáveis com metais tóxicos, facilitando sua remoção de solos ou águas contaminadas.

• Detecção de iões metálicos: alguns complexos mudam de cor conforme o metal presente, sendo úteis em testes qualitativos e sensores químicos.

Os metais de transição têm propriedades que favorecem a coordenação:

• Orbitais d parcialmente preenchidos;

• Estados de oxidação variáveis;

• Elevada densidade de carga;

• Capacidade de aceitar vários pares eletrónicos;

Isto permite que formem estruturas estáveis com diferentes geometrias.

Ao nível do sistema nervoso...

• Metais como mercúrio e chumbo afetam o cérebro e o sistema nervoso (neurotóxicos - interferem no funcionamento da células nervosas);

• Podem causar dificuldades de aprendizagem, perda de memória, tremores e alterações comportamentais;

• Crianças são mais vulneráveis, pois o sistema nervoso ainda está em desenvolvimento.

Fig.54 Esquema representativo do impulso nervoso

sódio e potássio

Ao contrário do ferro ou do cobre:

• Não participam em reações redox
• Não estão geralmente em anéis porfirínicos
• Não são centros catalíticos típicos
• Sódio (Na⁺) e Potássio (K⁺) normalmente não formam complexos metálicos estáveis em proteínas.
• Encontram-se sobretudo como iões livres nos fluidos corporais.

Mas são fundamentais para o funcionamento celular..

Figura 33. Bomba Sódio-Potássio.

Importância biológica dos metais essenciais

• Participam em reações bioquímicas
• Transportam oxigénio (ex.: ferro na hemoglobina)
• Permitem produção de energia (cadeia respiratória)
• Atuam como catalisadores biológicos (enzimas metálicas)
• Estabilizam estruturas moleculares (proteínas e ácidos nucleicos)

monodentados

Exemplos:

• NH₃ (amónia) → doa o par de eletrões do azoto
• H₂O (água) → doa par de eletrões do oxigénio

• Cl⁻ → ião cloreto, doa um par eletrónico do cloro

Arsénio

(As)

Usado principalmente em:

• Preservação de madeira;
• Indústria eletrónica;

• Vidros e cerâmicas.

Elemento tóxico que pode ocorrer naturalmente em águas subterrâneas. A exposição prolongada está associada a cancro da pela, pulmão e bexiga

Figura 40. Estrutura química do Arsénio

Bioampliação

A bioampliação ocorre quando a concentração de uma substância tóxica aumenta de nível para nível na cadeia alimentar. Nos metais pesados: Plâncton contaminado → peixe pequeno → peixe grande → ser humano Em cada nível trófico, a concentração de metais como o mercúrio torna-se mais elevada, afetando sobretudo os predadores de topo.

micronutrientes

São necessários apenas em pequenas quantidades, mas são igualmente indispensáveis.Exemplos: ferro (Fe), zinco (Zn), cobre (Cu), cobalto (Co). Como são metais, muitos deles podem tornar-se tóxicos se consumidos em excesso. Isto acontece porque:

• Podem acumular-se nos tecidos
• Podem interferir com enzimas
• Podem gerar espécies reativas de oxigénio
• Podem substituir outros metais essenciais

Alguns destes micronutrientes são classificados como metais pesados (como ferro, cobre ou zinco), mas isso não significa que sejam sempre prejudiciais — a toxicidade depende da concentração e do controlo biológico.

Vitamina b12

Fig30. Estrutura química da cobalamina

CHumbo

(Pb)

Usado principalmente em:

• Baterias de automoveis;
• Blindagem contra radiação;
• Munições e algumas ligas metálicas.

Altamente tóxico, sobretudo para crianças, podendo causar danos neurológicos, problemas renais e anemia

Figura 38. Estrutura química do Chumbo

Cádmio

(Cd)

Usado principalmente em:

• Processos industrias;
• Fertelizantes;
• Baterias.

Acumula-se nos rins e pode causar insuficiência renal e enfraquecimento ósseo. É considerado cancerígeno.

Figura 39. Estrutura química do Cádmio

Bioacumulação

A bioacumulação ocorre quando um organismo absorve uma substância tóxica (como um metal pesado) mais rapidamente do que a consegue eliminar. Com o tempo, a concentração dessa substância aumenta no seu corpo.

• Nos metais pesados:

Peixes, plantas ou animais podem acumular mercúrio, chumbo ou cádmio nos seus tecidos ao longo da vida, mesmo que a concentração no ambiente seja baixa.

Indústria e Catálise

• Complexos metálicos catalisam reações químicas importantes.

• Ex: complexos de Pt²⁺ ou Pd²⁺ em reações de hidrogenação.

• Complexos de metais de transição são usados na síntese de produtos químicos e fármacos.

A geometria do complexo e o número de coordenação influenciam a seletividade e a reatividade.

geometria linear- nc=2

Na geometria linear, dois ligandos posicionam-se em lados opostos do metal, formando um ângulo de 180°. Ocorre em metais com NC = 2, em iões com configuração eletrónica d¹⁰ (ex: Ag⁺) e em complexos com ligandos volumosos que impedem coordenação maior

bidentados

Exemplos:

• Etilenodiamina (en) → H₂N–CH₂–CH₂–NH₂, os dois azotos ligam-se ao metal

• Oxalato (C₂O₄²⁻) → dois oxigénios doam eletrões ao metal

Bidentados ajudam a estabilizar o complexo mais que monodentados simples.

polidentados ou quelatos

O termo quelante vem do grego chele (“garra”), porque o ligando “agarra” o metal.Os quelantes formam complexos altamente estáveis. Este efeito é chamado efeito quelato. Ele reduz a tendência do metal para se libertar, diminuindo sua toxicidade e aumentando a estabilidade química.

Exemplos: EDTA⁴⁻ → seis pontos de ligação (N e O), muito usado para remover metais pesados DTPA → outro agente quelante industrial/medicinal

relação com os ligandos

• Monodentados → NH₃, H₂O, Cl⁻: simples, flexível, usados em sistemas biológicos e industriais.

• Bidentados → etilenodiamina (en), oxalato: formam um anel estável com o metal.

• Polidentados / quelantes → EDTA⁴⁻, DTPA: formam múltiplos anéis, aumentando estabilidade e diminuindo toxicidade.

Quanto mais pontos de ligação, mais estável é o complexo, e mais seguro ele se torna em aplicações biológicas ou ambientais

macronutrientes

São necessários em maiores quantidades.Exemplos: cálcio (Ca), magnésio (Mg), potássio (K), sódio (Na). Participam em funções estruturais, contração muscular, transmissão nervosa e fotossíntese.

mecanismo de cor - resumo

• Metal de transição com orbitais d parcialmente preenchidos.

• Ligandos criam um campo de energia → orbitais d divididos.

• Luz visível incide → alguns fótons absorvidos → eletrões excitam-se de t₂g para e_g (transições d–d).

• Luz que não é absorvida é refletida → cor observada.

• Geometria e tipo de ligando modulam Δ₀ e, portanto, a cor.

estrutura eletrónica - Exemplo

Exemplo para um complexo octaédrico: Orbitais d divididos em dois grupos:

• t₂g (dxy, dxz e dyz fiquem com energia mais baixa )

• e_g (dx²–y² e dz² fiquem com energia mais alta)

A diferença de energia entre esses níveis é chamada Δ₀ (splitting energy).