quimica complejos enseñanza media (resaltado)

7/30/2019 quimica complejos enseanza media (resaltado)

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Aproximacin a la qumica de los

compuestos de coordinacin y suenseanza en educacin media

Erdy Yesid Alfonso Parada

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Maestra en la Enseanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Bogot, D.C., Colombia

2012


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Aproximacin a la qumica de loscompuestos de coordinacin y su

enseanza en educacin media

Erdy Yesid Alfonso Parada

Trabajo Final presentado como requisito parcial para optar al ttulo de:

Magister en la Enseanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Director:

Jess Sigifredo Valencia Ros, Dr. Sc.

Profesor Titular

Departamento de Qumica

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Maestra en la Enseanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Bogot, D.C., Colombia

2012


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Resumen y Abstract V

Dedicatoria

A la memoria de mi madre (Q.E.P.D) como

reconocimiento de su amor, dedicacin y empeo

por nuestra educacin.

A mi padre por su permanente

acompaamiento. Sus huellas son la luz que hoy me

guan en cada accin de mejoramiento.

A mi esposa, Olga Hedit, y mis hijos,

Alexandra y Daniel Leonardo, las razones de ser de

mi vida.


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Resumen y Abstract VII

ResumenLos compuestos de coordinacin son entidades qumicas bien definidas formadas por un

tomo central y un grupo de tomos o molculas denominados ligandos, que por

presentar un orbital d parcialmente lleno forman enlaces covalentes. A partir de los

trabajos de Werner, se han desarrollado diversas teoras para describir su naturaleza,geometra y propiedades.

Los compuestos de coordinacin son importantes por su uso en diferentes industrias,

anlisis qumico, medicina, arte; adems, forman parte esencial en organismos vivos. No

obstante, algunos complejos son txicos y sus residuos contaminan el medio ambiente.

Este estudio hace una aproximacin conceptual a la qumica de los compuestos de

coordinacin, en la va de comprender la importancia prctica de estas sustancias, su

estructura qumica y los posibles efectos medio ambientales.

Palabras claves: Qumica, complejos de metales, metales pesados, ligandos.

Abstract

Coordination compounds are well-defined chemical entities formed by a central atom and

a group of atoms or molecules called ligands, which present a partially filled d orbital

forming covalent bonds. From the work of Werner, several theories have been developed

to describe its nature, geometry and properties.

Coordination compounds are important due to its use in different industries, chemical

analysis, medicine, art, moreover, are an essential part in living organisms. However,

some complexes are toxic and their residues pollute the environment. The study provides


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a conceptual approach to the chemistry of coordination compounds, in the way of

understanding the practical importance of these substances, their chemical structure and

potential environmental effects.

Keywords: Chemistry,metal complexes, heavy metals, ligands.


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Contenido IX

Contenido

Pg.

Resumen ............................................................................................................................. VIILista de figuras ...................................................................................................................XILista de tab las .................................................................................................................... XIIInt roduccin ......................................................................................................................... 11. Compuestos de coordinac in ..................................................................................... 3

1.1 Naturaleza del enlace en las entidades de coordinacin ................................... 41.2 Teora de la hibridizacin .................................................................................... 51.3 Iones metlicos .................................................................................................... 61.4 Ligandos .............................................................................................................. 7

1.4.1 Ligandos monodentados .......................................................................... 71.4.2 Ligandos polidentados ............................................................................. 9

1.5 Quelatos. ........................................................................................................... 101.6 Iones complejos ................................................................................................. 111.7 Compuestos de coordinacin neutros .............................................................. 11

2. Desarrollo epistemolgico de los compuestos de coordinacin......................... 133. Formacin de compuestos de coordinacin y constantes de estabilidad ......... 19

3.1 Factores que afectan la estabilidad del complejo ............................................. 224. Geometra de los compuestos de coordinacin .................................................... 23

4.1 Isomera de las entidades de coordinacin ...................................................... 244.1.1 Esteroisomera de entidades de coordinacin ....................................... 254.1.2 Isomera ptica de entidades de coordinacin ...................................... 264.1.3 Isomera estructural y de esfera de coordinacin .................................. 28

5. Teor as de formacin de complejos ......................................................................... 295.1 Teora del campo cristalino (TCC) .................................................................... 295.2 Teora del enlace de valencia ........................................................................... 315.3 Teora de orbitales moleculares (OM). ............................................................. 325.4 Teora del campo ligando (TCL). ...................................................................... 34

6. Nomenclatura de los compuestos de coordinacin .............................................. 377. Aplicaciones e impacto ambiental de los compuestos de coordinac in ............ 41

7.1 Impacto ambiental de las entidades de coordinacin ....................................... 42


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X Aproximacin a la qumica de los compuestos de coordinacin y su enseanza

en educacin media

8. Propuesta metodo lgica para la enseanza de compuestos de coordinacin .. 45A. Anexo: Taller experimental de aula .......................................................................... 479. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................... 55

9.1 Conclusiones ..................................................................................................... 559.2 Recomendaciones ............................................................................................. 56

Bibliografa ......................................................................................................................... 57


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Contenido XI

Lista de figuras

Figura 1.. Trioxalato de hierro(III) ......................................................................................... 4Figura 2. Estructura cuadrado planar del cis-diaminodicloroplatino(II). .............................. 4Figura 3. Formacin del ion NH4

+

en trminos de estructuras de Lewis. ............................ 5Figura 4. Hidruro tetracarbonilo de cobalto. ......................................................................... 7Figura 5. Carbonato tetraammincobalto(III). ........................................................................ 8Figura 6. Ejemplo de ligando ambidentado. ......................................................................... 9Figura 7. Ligandos bidentados comunes. ............................................................................ 9Figura 8. Ligandos polidentados tpicos. ............................................................................ 10Figura 9. Grupo hemo de la hemoglobina. ......................................................................... 10Figura 10. Formacin del ion complejo hexaminocobalto(III). ........................................... 11Figura 11. Ilustracin estereogrfica del ismero (a) cis y (b) trans del -[CoCl2(NH3)4]

+

. . 25

Figura 12. Ilustracin estereogrfica del ismeros fac (a) y mer(b) del [CoCl3(NH3)3]. ... 26Figura 13. Ismeros pticos, (a) y (b) , del [Fe(C2O4)3]

3............................................. 27Figura 14. Ismeros pticos, (a) y (b) , del cis[CoCl2(H2NCH2CH2NH2)2]

+. ............. 27Figura 15. Diagrama de separacin de energa en un complejo de estructura octadrica.

............................................................................................................................................ 31Figura 16. Espectro de absorcin del [Ti(H2O)6]3

+. ............................................................ 34


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Contenido XII

Lista de tablas

Tabla 1: Ligandos monodentados. ....................................................................................... 8Tabla 2. Constantes de formacin de algunos compuestos de coordinacin en

condiciones termodinmicas estndar. .............................................................................. 21Tabla 3. Arreglos espaciales de algunos compuestos de coordinacin asociados al

nmero de coordinacin. .................................................................................................... 24Tabla 4. Funciones de onda orbitales hbridos, obtenidos por combinacin lineal de

funciones de onda de orbitales atmicos de valencia. .................................................... 33Tabla 5. Formulacin y color de algunas entidades de coordinacin. .............................. 35


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Introduccin

Sin considerar los gases nobles que se encuentran libres en la naturaleza, los dems

elementos se presentan en forma de compuestos unidos por medio de enlaces qumicos.

La qumica identifica enlaces inicos, covalentes y metlicos. A nivel de educacin mediase hace nfasis en los enlaces de tipo inico y covalente, as como en los compuestos

formados a partir de stos, mientras los dems tipos de enlace se estudian de manera

tangencial a pesar de que todos los elementos pueden formar enlaces de coordinacin,

por cuanto presentan orbitales libres capaces de albergar pares de electrones.

De acuerdo con la IUPAC, un complejo es una entidad formada por una asociacin libre

de dos o ms especies moleculares (neutras o inicas). Debido a que el trmino

complejo puede tener distintos significados en diversos contextos, en qumica

inorgnica se recomienda utilizar la denominacin entidad de coordinacin (compuesto

de coordinacin) para referirse a un complejo. En este sentido, una entidad de

coordinacin es un ensamblaje (ordenamiento) que consiste de un tomo central (metal o

ion metlico) rodeado de un arreglo de otros tomos de grupos de tomos

denominados ligandos.

En su estado la natural, los cationes metlicos (tanto de los metales representativos

como de los metales de transicin), se encuentran formando alguna entidad de

coordinacin que los estabiliza; con mucha frecuencia tal compuesto de coordinacin

involucra el disolvente, v. gr. agua, por lo que tales especies existen en forma de

hidratos. En efecto, las sales solubles de muchos metales se encuentran hidratadas en la

medida en que, respecto al catin, las molculas de agua, que disponen de pares

electrnicos no compartidos, se enlazan al metal a manera de ligandos.


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2 Aproximacin a la qumica de los compuestos de coordinacin y su enseanza

en educacin media

Aunque gran parte de la qumica de los compuestos de coordinacin hace referencia a

entidades de coordinacin que se forman por interaccin de cationes metlicos con

ligandos, vale aclarar que tambin existen asociaciones en las cuales el ncleo de

coordinacin es un tomo metlico neutro, una molcula o un anin.

Teniendo en cuenta que la escuela debe facilitar las condiciones para que sus

estudiantes accedan a la comprensin de los saberes cientficos, desde un enfoque

integral, que les permita apreciar la importancia y el uso del conocimiento como

herramienta para la generacin de riqueza y bienestar social, este trabajo tiene como

objetivo central hacer una aproximacin conceptual y epistemolgica a la qumica de los

compuestos de coordinacin, desde la perspectiva del equilibrio qumico, en la va de

comprender la importancia prctica de estas sustancias.

Con conocimiento de que cualquier elemento puede formar compuestos de coordinacin,

se hace nfasis en los elementos de la primera serie de transicin de la tabla peridica,

as como de otros elementos representativos; luego, se presenta una descripcin de los

compuestos de coordinacin considerando las diferentes teoras propuestas para explicar

la formacin, el color y otras propiedades de estas entidades qumicas; posteriormente se

presenta una relacin del desarrollo epistemolgico de este concepto, as como la

descripcin de sus propiedades geomtricas, su estabilidad, la nomenclatura, sus

aplicaciones industriales y el impacto que causa al medio ambiente. Finalmente, este

trabajo se complementa con una prctica de laboratorio de determinacin de iones de

hierro en aguas de formacin.

La informacin aqu presentada corresponde en esencia a una amplia consulta en

diferentes fuentes bibliogrficas encargadas del tema, del anlisis y discernimiento de la

informacin; con lo cual, se espera hacer un aporte al proceso de enseanza

aprendizaje de este esquivo tema en la educacin secundaria.


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1. Compuestos de coordinacin

Un compuesto de coordinacin, entidad de coordinacin, complejo, (o quelato), es una

sustancia qumica constituida tpicamente por un tomo central, con orbitales de valencia

desocupados, rodeado por iones o molculas con pares de electrones no compartidos

que se transfieren a los orbitales vacos del tomo central para formar enlaces

covalentes. Se trata pues, de una entidad qumica bien precisa, con propiedades fsicas y

qumicas definidas, diferentes de las del ion metlico y distintas de los ligandos que la

constituyen.

El tomo central, tambin llamado ncleo de coordinacin, corresponde principalmente

a iones metlicos (aunque puede ser un catin, un tomo neutro e inclusive un anin), los

cuales actan como cidos de Lewis, rodeados de un arreglo de molculas o aniones

denominados ligandos, que intervienen como bases de Lewis aportando pares

electrnicos.

En su estado la natural, los cationes metlicos (tanto de los metales representativos

como de los metales de transicin), se encuentran formando alguna entidad de

coordinacin que los estabiliza; con mucha frecuencia tal compuesto de coordinacin

involucra el disolvente, v. gr. agua, por lo que tales especies existen en forma de

hidratos. En este sentido, las sales solubles de muchos metales se encuentran

hidratadas en la medida en que, respecto al catin, las molculas de agua, que disponen

de pares electrnicos no compartidos, se enlazan al metal a manera de ligandos.

De acuerdo con la estructura electrnica el tomo central puede formar varios enlaces; a

este nmero de uniones se le conoce como nmero de coordinacin (N). Por ejemplo, en

el trioxalato de hierro (III), [Fe(OOCCOO)3]3, el nmero de coordinacin del hierro es

seis, (N=6).


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4 Aproximacin a la qumica de los compuestos de coordinacin y su enseanza en

educacin media

Figura 1.. Trioxalato de hierro(III)

En s mismo un compuesto de coordinacin puede tener la apariencia de ion (ion

complejo); un catin como el hexaaminocobalto(III+), [Co(NH3)6]3+; un anin como el

hexacianoferrato(III), [Fe(CN)6]3-, un anin como el hexaclorocobaltato(III), [CoCl6]

3-; una

molcula neutra como el cis-diaminodicloroplatino(II), [Pt(NH3)2Cl2].

Figura 2. Estructura cuadrado planar del cis-diaminodicloroplatino(II).

1.1 Naturaleza del enlace en las entidades decoordinacin

Existe un tipo de enlace que se forma cuando interactan dos tomos y solo uno de ellos

aporta el par electrnico de la unin. En la formacin de compuestos de coordinacin se

requiere que el tomo donador tenga un par de electrones libres en un orbital exterior;

mientras tanto el tomo receptor debe tener orbitales desocupados en su ltima capa de

valencia, donde pueda recibir los electrones transferidos.

En este contexto, la qumica de los compuestos de coordinacin queda gobernada por

interacciones entre orbitales moleculares s y p de los tomos del ligando y orbitales s, p y

d (para el tomo metlico de la primera serie de transicin) s, p y f(para el tomo de un


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Compuestos de coordinacin 5

metal de la serie de transicin interna). En conjunto, los orbitales s, p y d pueden

acomodar hasta 18 electrones y los orbitales s, p y f, pueden albergar hasta 32

electrones.

Vale la pena aclarar, sin embargo, que la formacin de compuestos de coordinacin no

es un fenmeno limitado a tomos de elementos que poseen electrones de valencia en

orbitales d f; tambin se presenta en tomos representativos. Dos ejemplos muy

dicientes de este comportamiento son el magnesio (en la clorofila) y el aluminio (en el ion

Keggin).

Pero, en trminos de la transferencia de electrones, el concepto queda ilustrado al

visualizar, en trminos de estructuras de Lewis, la reaccin del amoniaco con unin de

hidrgeno para formar el ion NH4+. El nitrgeno del amoniaco aporta el par libre de

electrones al hidrogenin y de esta manera se forma el enlace covalente:

Figura 3. Formacin del ion NH4+ en trminos de estructuras de Lewis.

1.2 Teora de la hibr idizacin

La hibridizacin de orbitales es un mecanismo que implica la combinacin de los orbitales

atmicos puros externos, s, p d, a fin de obtener orbitales atmicos hbridos con

diferentes formas y orientaciones. De acuerdo con la teora de hibridizacin de Pauling,

en el momento de combinarse, los tomos alcanzan un estado de excitacin, comoconsecuencia de la energa que ganan; en tal estado, algunos electrones saltan de un

orbital inferior a uno inmediatamente superior, provocando una recombinacin de stos y

la formacin de un conjunto nuevo de orbitales atmicos hbridos.

Bsicamente, el modelo de hibridizacin se resume en las siguientes ideas:

Un orbital hbrido resulta de la combinacin de orbitales atmicos puros.


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educacin media

El nmero de orbitales hbridos que se forman es igual al nmero de orbitales

atmicos que se combinan.

Los orbitales hbridos formados tienen la misma forma y una determinada orientacin

espacial: sp lineal; sp2 triangular plana y sp 3tetradrica.

Los orbitales hbridos disponen de una zona o lbulo enlazante y otra zona o lbulo

antienlazante; el enlace se produce por el solapamiento del lbulo enlazante con el

otro orbital del tomo a enlazar.

En los compuestos complejos formados por metales de transicin, la hibridizacin se da

entre los orbitales d, que tienen el nmero cuntico principal una unidad menor que el de

la capa de valencia, y los orbitales s y p. La hibridizacin es posible debido a que el

orbital d interno tiene aproximadamente la misma energa que los orbitales s y p de la

capa de valencia. A partir de orbitales puros heterogneos s, p y d, se obtienen orbitales

hbridos homogneos denominados por ejemplo, sp, sp2, sp3, spd, sp2d, sp3d2, entre

otros.

1.3 Iones metlicosEn esencia, uniones un tomo o grupos de tomos que han perdido o ganado electrones

y por lo tanto quedan cargados elctricamente. De esta manera, cuando un metal pierde

electrones se convierte en un ion metlico; por ejemplo Fe2+, Fe3+, Ni2+, Mn1+; en sentido

contrario, un ion metlico puede ganar electrones y convertirse en una especie neutra.

Precisamente, utilizando este comportamiento, Humphry Davy logr separar metales, a

partir de sus compuestos, aplicando el paso de corriente elctrica. Michel Faraday,

denomin electrlisis a este fenmeno de separacin o ruptura; dedujo que la corriente

elctrica conducida en una disolucin, obedece al movimiento entre los electrodos de

partculas cargadas; tales partculas las denomin iones, que en griego significa viajero;

adems, llam nodo al electrodo positivo, regin hacia la cual se dirigen las especies

negativas, llamadas aniones; el electrodo negativo es el ctodo y atrae los iones con

carga positiva o cationes.


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1.4 Ligandos

Los ligandos son iones o molculas que se comportan como bases de Lewis; es decir,

ceden electrones a un tomo central, generalmente un metal, para formar compuestos de

coordinacin. Forman enlaces covalentes en la medida en que el ligando aporta el par de

electrones del enlace; de esta manera el ligando queda coordinado al tomo central. Por

ejemplo, el hidruro tetracarbonilo de cobalto es un complejo de cobalto con cinco grupos

carbonilo que actan como ligandos.

Figura 4. Hidruro tetracarbonilo de cobalto.

1.4.1 Ligandos monodentados

Los ligandos monodentados son aquellos tomos o molculas que forman un solo enlace

con el tomo central en los compuestos de coordinacin; es decir, ocupan una nica

posicin en la esfera de coordinacin del metal. En la tabla 1 se relacionan algunos

ligandos monodentados.

En los compuestos de coordinacin pueden encontrarse iones negativos o molculas

neutras como ligandos monodentados. Como ejemplo de iones negativos que ocupan unsolo valor de coordinacin se encuentran F-, Cl-, Br-, CN-, OH-, NO3

-, NO2, entre otros.

Ciertas molculas neutras forman compuestos de coordinacin actuando como ligandos

monodentados; entre ellas se conoce H2O, NH3, CO, N2, PH3, entre otras.


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educacin media

Tabla 1: Ligandos monodentados.

Nombre del

ligando

Frmula Nombre del

ligando

Frmula

Aquo H2O Carbonil CO

Hidroxo OH- Nitrosil NO

Amino NH3 Fosfina PH3

Amido NH2

TrifenilFluoro F-

Cloro Cl-

Oxo O +Piridina

Peroxo O22+

Existen iones con carga mayor a la unidad que se comportan como ligandos

monodentados frente a tomos centrales diferentes; tal es el caso de SO2-4, CO2-

3 y

(C2O4)2-; en estas situaciones el ion se denomina grupo y el complejo se califica como

polinuclear. Estos iones se coordinan frecuentemente como ligandos bidentados, tal

como sucede en el compuesto carbonato tetraammincobalto(III), [Co(NH3)4CO3]-, donde

el ion carbonato ocupa dos posiciones de coordinacin.

Figura 5. Carbonato tetraammincobalto(III).

Un ligando tambin puede unirse al ion central por dos tomos diferentes; a estas

especies se les denomina ligandos ambidentados. Por ejemplo el ion nitro, NO 2-, si se

une al ion metlico a travs del nitrgeno se denomina ligando nitro; mientras que si se

une por el tomo de oxgeno se denomina nitrito.


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Figura 6. Ejemplo de ligando ambidentado.

Ligando nitrito Ligando nitro

Otros ejemplos de iones ambidentados son los iones nitrito, ONO-, tiocianato, (SCN-) e

isotiocianato, (NSC-).

1.4.2 Ligandos pol identados

Los ligandos polidentados son especies capaces de coordinarse por ms de una posicin

con el tomo central; as pueden ser ligandos bidentados, tridentados, en general

polidentados. Poseen varios grupos funcionales a travs de los cuales pueden ocupar

simultneamente varias posiciones en la esfera de coordinacin del mismo tomo

central. la etilndiamina, la bipiridina, el ion oxalato y el ion carbonato son algunos

ligandos bidentados simtricos comunes.

Figura 7. Ligandos bidentados comunes.

Bipiridina Ion oxalato

Ion carbonato

Etilndiamina

La dietilentriamina es un ligando tridentado, las porfirinas son ligandos tetradentados; el

acido etilendiaminotetraactico o EDTA es un ligando hexadentado por cuanto puede

formar cuatro enlaces acetato reversibles a travs de los grupos carboxilo y dos enlaces

a travs de los grupos amino.


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educacin media

Figura 8. Ligandos polidentados tpicos.

Dietilentriamina Porfirinacido etilendiaminotetraactico

EDTA

1.5 Quelatos.

Los quelatos son complejos formados por dos o ms ligandos polidentados coordinados

con un ion metlico central; tal comportamiento resulta en la formacin de un anillo

heterocclico. La estabilidad de los quelatos vara con el metal, los ligandos y el nmero

de anillos formados, pero siempre tienen ms estabilidad que un complejo formado por

ligandos monodentados.

Algunos ligandos que participan en la formacin de quelatos son el acido etilendiamino

tetraactico, las porfirinas, el cido tripolifosfrico, el cido ctrico, el cido tartrico y elo

cido lctico. El grupo hemo de la hemoglobina es un quelato formado por un anillo de

porfirina con un ion central de hierro.

Figura 9. Grupo hemo de la hemoglobina.


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1.6 Iones complejos

Los iones complejos se forman por la unin de iones sencillos con molculas u otros

iones de tal forma que la especie queda con carga positiva o adquiere carga negativa; un

ejemplo tpico lo constituye la formacin de los iones amonio (H+ + NH3 NH4+) e

hidronio (H+ + H2O H3O+). El ion complejo hexaminocobalto(III) se forma por la unin

del ion Co3+, con seis molculas de amoniaco.

Figura 10. Formacin del ion complejo hexaminocobalto(III).

1.7 Compuestos de coordinacin neutros

Al realizar la suma algebraica de los estados de oxidacin del tomo central y de los

ligandos, se obtiene el nmero de oxidacin del complejo; si las cargas se anulan el

complejo ser un compuesto neutro, tal como ocurre con las entidades

triamntrinitrocromo(III), [Cr(NO2)3(NH3)3] y diaminodiclorocobre(II), [CuCl2(NH3)2].


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2. Desarrollo epistemolgico de loscompuestos de coordinacin

No es posible establecer cundo fue descubierto el primer complejo metlico, por cuanto

los primeros que se conocieron correspondan a estructuras naturales, de origen mineral,

llamativos quizs por sus colores. Tal parece que en 1704, el pintor Heinrich Diesbach y

Johann Conrad Dippel (16731734), cuando intentaban producir colorantes rojos,

obtuvieron el azul de Prusia, KCNFe(CN)2Fe(CN)3, un compuesto de coordinacin de

hierro y cianuro (CN).

En 1798, Jean Joseph Franois Tassaert (17651835), descendiente de una familia de

pintores, registr el hallazgo del [Co(NH3)6]Cl3. En 1827, luego de someter a reflujo un

poco de tetracloruro de platino y potasio con etanol, William Christopher Zeise (1789

1847) logr aislar unos cristales amarillos que posteriormente (1950) se estableci

corresponden al compuesto K[PtCl3(C2H4)]. La denominada sal verde de Magnus,

[Pt(NH3)2Cl2, se prepar en el laboratorio hacia 1834. Hacia 1863, Albert Reinecke

inform sobre la sntesis de un compuesto de cromo con estructura [Cr(NCS)4(NH3)2]NH4,

de color oscuro, denominado sal de Reinecke. En la segunda mitad del siglo XIX se

anunci la preparacin de la sal de Erdmann, [Co(NH3)2(NO2)4]NH4.

Histricamente los compuestos de coordinacin, llamaron la atencin por su presentacin

a manera de cristales brillantes y coloridos y, por la modificacin de la reactividad de los

iones metlicos; sin embargo los estudios de la composicin, la estructura, la naturaleza

y la relacin de los compuestos de coordinacin con sustancias ms sencillas, solo

comenzaron hasta despus de 1850. Inicialmente y debido a que estos compuestos

parecan estar formados por asociacin de sustancias ms sencillas, se los rotul como

compuestos moleculares, con el fin de diferenciarlos de los compuestos atmicos; v.

gr. PtCl2 (atmico) y PtCl2.2NH3 (molecular); posteriormente, se acu el trmino

complejos, para diferenciarlos de los compuestos simples, teniendo en cuenta que


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educacin media

resultaba muy difcil asignar estructuras que pudieran explicar las propiedades de tales

sustancias y que por supuesto, el nmero de entidades de coordinacin conocidas creca

en la medida en que avanzaban las investigaciones.

El desarrollo de modelos para explicar la naturaleza de los compuestos de coordinacin

tuvo un fuerte apoyo en la ley de las proporciones definidas, que se formul a partir de

las observaciones que JosephLouis Proust (17541826) haba realizado entre 1794 y

1804. Proust estudi la composicin del carbonatos de cobre, del xido de estao y del

sulfuro de hierro, encontrando que la proporcin msica de cada uno de los

componentes, v. gr. carbono, cobre y oxgeno en el carbonatos de cobre, es constante en

el compuesto final, en forma independiente de las condiciones de obtencin.

Una vez resuelto el asunto de la estequiometria (proporciones), se abord el problema de

la forma en que los tomos se unen para formar compuestos. En 1813, Jns Jacob von

Berzelius (17791848), propuso e hizo aceptar un sistema de notacin de compuestos

qumicos (frmulas) en la cual los elementos se denotan con smbolos simples y las

proporciones se sealan con nmeros. En 1827, el mismo Berzelius introdujo el trmino

isomera, un vocablo que pareca estar destinado describir la estructura de los

compuestos.

Hacia 1853, Charles Frderic Gerhardt (18161856) mostr los resultados de una serie

de trabajos realizados entre 1843 y 1846, que le condujeron a reformar la notacin de las

frmulas qumicas. Con base en estos resultados, Charles Adolphe Wurtz (18171884) y

August Wilhelm von Hofmann (18181892), formularon la teora del amonio como una

primera aproximacin para explicar la forma en que los tomos estn enlazados en los

compuestos de coordinacin que contienen amoniaco.

En 1852, Edward Frankland (18251899) desarroll una propuesta denominada teora

de la capacidad de combinacin o teora de la atomicidad, en lo que se considera una

primera formulacin del concepto de nmero de coordinacin, como un anexo a la ley

de las proporciones definidas, de tal forma que en un compuesto cada tomo slo puede

unirse a un nmero fijo de otros tomos. En 1858, Friedrich August Kekul von Stradonitz


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Desarrollo epistemolgico de los compuestos de coordinacin 15

(18291896) plante la idea de que muchos compuestos derivados del carbono tienen

que ser producto de la unin de tomos de carbono entre si, a manera de cadenas.

Los planteamientos de Kekul y el conocimiento acumulado sobre los compuestos de

coordinacin llevaron, en 1869, a que Christian Wilhelm Blomstrand (18261897) y

Sophus Mads Jrgensen (18371914) propusieran la denominada teora de las

cadenas para explicar la estructura de los compuestos de coordinacin. A pesar de que

el modelo result incorrecto, Blomstrand y Jrgensen se incluyen dentro del grupo de los

experimentadores ms sobresalientes de la qumica de los compuestos de coordinacin.

En 1893, Alfred Werner (18661919) enunci la teora de las valencias residuales, hoy

conocida como teora de la coordinacin, segn la cual los componentes moleculares

inorgnicos (metales o iones metlicos) actan como un ncleo central al cual se enlaza

directamente un nmero definido de otros tomos (o iones), grupos atmicos o molculas

(neutras o inicas), para configurar un patrn geomtrico (poliedro o polgono) simple. En

este contexto un compuesto de coordinacin como CoCl3.6NH3, debe formularse

correctamente como [Co(NH3)6]3+3Cl. Para explicar la estructura de los compuestos de

coordinacin Werner propuso que los tomos pueden exhibir simultneamente ms de

un nmero de coordinacin.

El tercer postulado de Werner sugiere la presencia de isomera ptica en ciertos

compuestos de coordinacin cuya organizacin espacial se ajusta a un poliedro

octadrico, como una consecuencia de la asimetra molecular. Esta idea fue refutada por

algunos qumicos orgnicos, quienes sostenan que la actividad ptica se deba a la

presencia de tomos de carbono, con cuatro sustituyentes distintos y que esta propiedad

era exclusiva del carbono. En 1914 el grupo de trabajo de Werner sintetiz un compuesto

de coordinacin sin carbono, el [Co(Co(NH3)4)3(OH)6], denominado hexol, que present

actividad ptica. Esta situacin no solo consolid la teora de la coordinacin de Werner

sino que adems permiti demostrar que la actividad ptica es una consecuencia de la

isomera ptica, vista como una funcin de los elementos y operaciones de simetra de

una molcula y no especficamente de un solo tipo de tomo. En 1913, la Real Academia

de Ciencias de Suecia otorg el Premio Nobel de Qumica a Alfred Werner, en

reconocimiento a su trabajo sobre el enlace de los tomos en las molculas por lo que ha


28/70


educacin media

arrojado nueva luz sobre las investigaciones anteriores y ha abierto nuevos campos de

investigacin especialmente en qumica inorgnica.

Los estudios estereoqumicos de las molculas avanzaron con los trabajos de Gilbert

Newton Lewis (18751946) y Nevil Vincent Sidgwick (18731952), quienes hicieron

importantes aportes a la teora del enlace qumico. En 1916, Lewis concibi la idea de

que un enlace covalente consiste en la comparticin de un par electrnico; surgi

entonces un modelo, llamado estructuras de Lewis, para explicar la naturaleza del enlace

qumico, en una molcula, en funcin de los electrones ubicados en los niveles ms

externos de los tomos. En 1917, Lewis formul la regla del octeto como una tendencia

que tienen los iones de algunos elementos para completar 8 electrones en sus niveles de

energa ms externos, de tal forma que adquieren una configuracin semejante a la de

los tomos de los elementos del grupo 18 (gases nobles).

Con respecto a los compuestos de coordinacin, Lewis plante que los grupos que se

unen al ion metlico, para formar la entidad de coordinacin, poseen pares libres de

electrones; es decir, que no estn compartidos en un enlace; por ende, defini el nmero

de coordinacin como el nmero real de pares de electrones que estn unidos al tomo

metlico. En 1923, Lewis desarroll el concepto de acidezbasicidad a la luz de la teora

del par electrnico; as, en un compuesto de coordinacin, el ion metlico central es un

cido de Lewis y los grupos (ligandos) que estn unidos al ion metlico son bases de

Lewis.

Por su parte, Sidgwick explic la unin en los compuestos de coordinacin a travs de lo

que l llam enlace dativo y demostr la existencia e importancia del enlace de

hidrgeno; en 1927, propuso la teora del efecto del par inerte para explicar la

estabilidad, en estados de oxidacin ms bajos que el mximo, de elementos del bloque

p; este hecho, junto con el modelo de Lewis, revolucion la qumica ya que permiti

explicar, de manera sencilla, la naturaleza del enlace qumico en compuestos diversos,

llegando inclusive a visualizar la qumica de los compuestos de coordinacin como

reacciones acidobase.


29/70

Desarrollo epistemolgico de los compuestos de coordinacin 17

Hacia 1926, los institutos de fsica terica de la Universidad de Munich Ludwig

Maximilian, bajo la direccin de Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld (18681951), de

la Universidad de Gttingen Georg August, bajo el liderazgo de Max Born (18821970) y,

de la Universidad de Copenhague, bajo la direccin de Niels Henrik David Bohr (1865

1962), formaron un consorcio para, entre otras cosas, trabajar en la disolucin de

problemas relacionados con la estructura atmica y molecular. Hacia 1927 Walter Heitler

(19041981) propuso que era posible utilizar el formulismo desarrollado en 1925 por

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrdinger (18871961) para demostrar que las

funciones de onda de dos tomos de hidrgeno pueden unirse para formar un enlace

covalente; junto con Fritz Wolfgang London (19001954), Heitler propuso la teora del

enlace de valencia (TEV), un modelo que por primera vez permiti, con base en las

consideraciones de la teora cuntica, estimar las propiedades del enlace en la molcula

H2.

El conocimiento de la estructura electrnica de las molculas recibi otro gran aporte en

1927 con el trabajo de Robert Sanderson Mulliken (18861996) y Friedrich Hermann

Hund (18961997), que se cristaliz en el mtodo denominado teora de los orbitales

moleculares (TOM); segn esta teora cuando se forman enlaces, los electrones de los

tomos amplan sus funciones de onda orbital para expandir su influencia al conjunto de

la molcula de la que hacen parte.

Para describir la estructura electrnica de ciertos compuestos de metales de transicin

que podan ser considerados entidades de coordinacin, Hans Albrecht Bethe (1906

2005) y John Hasbrouck van Vleck (18991980), propusieron en 1930 un modelo terico

que se llam teora del campo cristalino (TCC). Aunque no explica las causas de la

unin, se encontr que esta teora puede justificar, a travs de diagramas de separacin

de campo cristalino, algunas propiedades como el magnetismo, el color y la entalpa de

hidratacin de los compuestos de coordinacin.

En 1939, Pauling public el libro The nature of the chemical bond and the structure of

molecules and crystals: An introduction to modern structural chemistry, en el cual

desarroll la teora del enlace de valencia e introdujo los conceptos de hibridizacin de

funciones de onda orbital y de electronegatividad.


30/70


educacin media

En la dcada de 1930 a 1940 y como una alternativa a la teora del campo cristalino, se

complet un nuevo modelo, para interpretar la estructura y propiedades de los

compuestos de coordinacin, basado en las interacciones electrostticas entre los

electrones de los ligandos y los electrones de los orbitales d del metal, denominado

teora del campo de los ligantes (TCL); esta teora en cierto modo es una mezcla entre

la teora de orbitales moleculares y la teora del campo cristalino.

Para completar el panorama del estudio de las entidades de coordinacin, hay que

agregar que en 1940, en una conferencia dictada por Nevil Vincent Sidgwick y Herbert

Marcus Powell (19061991) se demostr la existencia de una correlacin entre la

geometra molecular (alrededor de un tomo central) y los electrones de valencia de los

tomos que forman la molcula; con las ideas de esta exposicin, en 1957, Ronald

James Gillespie (1924) y Ronald Sydney Nyholm (19171971) presentaron un

desarrollo denominado teora de repulsin de pares electrnicos de la capa de valencia

(VSEPR), situacin que permiti explicar la estructura molecular de numerosos

compuestos, incluidos los compuestos de coordinacin.


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3. Formacin de compuestos de coordinaciny constantes de estabilidad

Un sistema se encuentra en equilibrio, cuando la sumatoria de todas las fuerzas que

influyen es cero, es decir los vectores de campo estn balanceados; esta situacin llevaa conformar un equilibrio esttico. No obstante, en los sistemas se presentan reacciones

y se forman productos que se separan a manera de nuevos reactivos. El equilibrio se

alcanza cuando la velocidad de formacin de productos es igual a la velocidad de

formacin de reactantes.

En un sistema fsico en disolucin (reactor, tubo de ensayo, vial), la interaccin entre una

especie atmica (v. gr. un ion metlico) y un ligando neutro para formar una entidad de

coordinacin (con carga positiva) puede interpretarse a travs de la siguiente ecuacintermodinmica:

Mn+

(ac.) + mL(ac.) [M(L)m]n+

(ac.) + H

Si la energa de Gibbs del proceso es negativa, esto es, si G < 0, entonces la formacin

del compuesto de coordinacin es espontnea; luego, tendr lugar en forma natural. En

este mismo sentido, la ecuacin tambin indica que el proceso es reversible en alguna

medida, con lo cual, en funcin de las cantidades de sustancias de partida

(reaccionantes), la produccin del compuesto de coordinacin (producto), en condiciones

isotrmicas, evoluciona hasta alcanzar una composicin de equilibrio; en consecuencia,

la formacin de entidades de coordinacin es un proceso gobernado por las leyes del

equilibrio qumico.

Con observancia a la ley de accin de masas, formulada en 1867 por Cato Maximilian

Guldberg (18361902) y Peter Waage (18331900), que encuentra justificacin


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20 Aproximacin a la qumica de los compuestos de coordinacin y su


termodinmica al examinar el grado de avance de la reaccin en la medida en que se

acerca al equilibrio; es decir, cuando G = 0, se sigue que la constante de equilibrio (Ke)

para la formacin del compuesto de coordinacin, tiene la siguiente expresin:

Los smbolos [ ] significan concentracin molar para disoluciones diluidas. A condiciones

estndar termodinmicas (298,15 K y 1 bar), la constante de equilibrio est relacionada

con la variacin de la energa de Gibbs a travs de la siguiente relacin:

En la cual R es la constante universal de los gases (8,314 J mol1 K1) y T es la

temperatura absoluta. Esta expresin puede ponerse en la forma,

En numerosos casos prcticos, relacionados con sntesis de compuestos de

coordinacin, anlisis qumico, separacin de sustancias, identificacin de iones y

ligandos, medicin de propiedades y otras aplicaciones, resulta de especial inters la

estabilidad de las entidades de coordinacin. Por tal motivo, en lugar de constante de

equilibrio (Ke) se prefiere hablar de constante de estabilidad () en la medida en que esta

caracterstica, adems de la concentracin y la temperatura, admite la inclusin de

ciertas variables como el pH, la fuerza inica y la presencia de otros ligandos. En la Tabla

2 se muestran las constantes de formacin (estabilidad) de algunos compuestos de

coordinacin.

Para efectos de comparacin, en forma rpida y eficiente, las constantes de estabilidad

de las entidades de coordinacin se suelen poner en forma de log Ke. Lgicamente, un

mayor valor de log Ke significa que el compuesto bajo consideracin es ms estable.


33/70

Formacin de compuestos de coordinacin y constantes de estabilidad 21

Si bien la termodinmica, a travs de G, determina la posibilidad de sntesis de un

compuesto de coordinacin, es la cintica la que establece la rapidez con que ocurre talformacin. En efecto, la cintica qumica establece la velocidad de la reaccin, las etapas

(mecanismos) a travs de las cuales ocurre transformacin y los factores que afectan el

proceso.

Tabla 2. Constantes de formacin de algunos compuestos de coordinacin en

condiciones termodinmicas estndar.

Entidad Ke log Ke Entidad Ke log Ke

[Ag(CN)2]

5,610

18

18,7 [Fe(CN)6]

3

1,010

42

42,0

[Ag(EDTA)]3

2,1107

7,3 [Fe(CN)6]4

1,01037

37,0

[Ag(NH3)2]+

1,6107

7,2 [Fe(EDTA)]

1,71024

24,2

[Al(EDTA)]

1,31016

16,1 [Fe(EDTA)]2

2,11014

14,3

[Al(OH)4]

1,11033

33,0 [Fe(SCN)]2+

8,9102

2,9

[Cd(CN)4]2

6,01018

18,8 [Hg(CN)4]2

3,01041

41,5

[Cd(NH3)4]2+

1,3107

7,1 [Hg(EDTA)]2

6,31021

21,8

[Cd(NH3)6]2+ 2,6105 5,4 [Hg(NH

3)4]2+ 1,81019 19,3

[Co(EDTA)]

1,01036

36,0 [Ni(CN)4]2

2,01031

31,3

[Co(NH3)6]2+

1,3105

5,1 [Ni(NH3)6]2+

5,5108

8,7

[Co(NH3)6]3+

4,61033

33,7 [Ni(EDTA)]2

3,61018

18,6

[Co(EDTA)]2

2,01016

16,3 [Pb(EDTA)]2

2,01018

18,3

[Cr(EDTA)]

1,01023

23,0 [Pb(OH)3]

3,81014

14,6

[Cr(OH)4]

8,01029

29,9 [Pt(NH3)6]2+

2,01035

35,3

[Cu(CN)2]

1,01016

16,0 [PtCl4]2

1,01016

16,0

[Cu(CN)4]2

1,01025

25,0 [Zn(CN)4]2

1,01018

18,0

[Cu(CN)4]3

2,01030

30,3 [Zn(EDTA)]2

3,01016

16,5

[Cu(NH3)4]2+

1,11013

13,0 [Zn(NH3)4]2+

7,8108

8,9

[Cu(EDTA)]2

5,01018

18,7 [Zn(OH)4]2

4,61017

17,7


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3.1 Factores que afectan la estabilidad del complejoLa estabilidad de un complejo se ve afectada por factores estructurales que dependen

del ion central y de los tipos de ligandos, lo cual se manifiesta en la entalpa de la

reaccin de formacin.

En orden de significancia, las variables que afectan la velocidad de reaccin son la

concentracin de la especie que acta como ncleo de coordinacin (metal, ion

metlico), la concentracin del ligando, la temperatura, el pH, la fuerza inica, la

presencia de catalizadores y la existencia de otros ligandos en el medio.

Tambin deben considerarse los efectos entrpicos, especialmente en reacciones donde

participan ligandos polidentados. No obstante, experimentalmente resulta muy difcil

identificar y diferenciar estos factores.


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4. Geometra de los compuestos decoordinacin

Se conoce como esfera primaria de coordinacin en un complejo al nmero de ligandos

que se encuentran unidos directamente al ion metlico central; aunque este nmeropuede estar entre dos y nueve, los valores ms comunes en los metales de transicin

son 2, 4 6, dependiendo del tamao (del ncleo de coordinacin y del ligando), de la

configuracin electrnica del tomo metlico y de la carga. Los electrones de la capa de

valencia se hibridizan dando origen a nuevos orbitales y permitiendo as diferentes

motivos geomtricos.

La geometra del complejo se ve modificada por el nmero de coordinacin, pero un ion

metlico puede tener ms de un nmero de coordinacin segn el tipo de ligando; estasituacin origina as mismo diferentes geometras. Los ncleos centrales grandes y

ligandos pequeos permiten nmeros de coordinacin altos; grupos centrales pequeos

y ligandos grandes tienden a mostrar nmeros de coordinacin pequeos.

La teora de repulsin de pares de electrones de valencia (RPECV) propone que la

disposicin geomtrica de los ligandos alrededor del tomo central est determinada por

la disposicin que proporciona menor energa entre los enlaces metal ligando; los

ligandos se ubican lo ms lejos posible entre s y del tomo central, de tal forma que larepulsin estrica se minimice. En funcin de la naturaleza del ncleo de coordinacin,

los distintos nmeros de coordinacin producen diferentes arreglos estructurales, que

consisten en poliedros con las especies donadoras ubicadas en los vrtices.

En la Tabla 3 se muestra una compilacin de algunos arreglos espaciales que son

posibles en compuestos de coordinacin sencillos, con ligandos monodentados, en

funcin del nmero de coordinacin.


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Tabla 3. Arreglos espaciales de algunos compuestos de coordinacin asociados al

nmero de coordinacin.

N de

coordinacinGeometra

Tipo de

hibridizacinEjemplos

2Lineal

sp[Ag(NH3)2]

[Cu(CN)2]-

4

Tetradrica

sp3

[Zn(CN)4]2+

[Cd(NH3)4]2+

4

Plano cuadrada

dsp2

[Ni(CN)4]2-

[Cu(OH2)4]2+

[PtCl2(NH3)2]

5

Bipirmide trigonal

dsp3

[Fe(CO)5]3+

[CuCl5]3-

5

Piramidal cuadrada

d2sp2

[Ni(CN)5]3-

[MnCl5]3-

6

Octadrica

d2sp3

[Fe(CN)6]4-

[Fe(OH2)6]2+

4.1 Isomera de las entidades de coordinacin

La isomera es una propiedad que hace referencia a dos o ms compuestos que poseen

idntica frmula molecular (el mismo tipo y nmero de tomos) pero diferente frmula


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Geometra de los compuestos de coordinacin 25

estructural (los tomos estn organizados espacialmente de forma diferente). La

disposicin estructural de los compuestos de coordinacin puede dar origen a ms deuna organizacin espacial con energas similares; por ello, la entidad de coordinacin

puede adoptar ms de una estructura molecular, en forma parecida a los compuestos

que poseen tomos de carbono con cuatro sustituyentes diferentes (carbono asimtrico).

Con atencin a su respectiva clasificacin, las entidades de coordinacin pueden

presentar esteroisomera (geomtrica y ptica) e isomera estructural (de enlace y de

esfera de coordinacin).

4.1.1 Esteroisomera de entidades de coordinacin

La esteroisomera se produce cuando los compuestos, llamados ismeros, tienen el

mismo tipo y nmero de tomos y de enlaces, pero presentan diferente organizacin

espacial. El ismero cis es aquel que tiene dos ligandos unidos del mismo lado; el

ismero trans es aquel que tiene dos ligandos opuestos. En la Figura 3, se ilustran los

ismeros cis y trans del -[CoCl2(NH3)4]+.

Figura 11. Ilustracin estereogrfica del ismero (a) cis y (b) trans del -[CoCl2(NH3)4]+.

(a) (b)

Fuente: Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Cis- dichlorotetraammine

cobalt(III).png. Mayo 01 de 2012. 10:08 a.m.

El ismero fac (facial) se produce cuando en un compuesto de coordinacin de

geometra octadrica, que adems tiene tres ligandos idnticos, los ligandos se ubican

de tal forma que ocupan una cara del octaedro. El ismero mer (meridional) se obtiene

cuando los tres ligandos se disponen en el mismo plano del ncleo de coordinacin.


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Figura 12. Ilustracin estereogrfica del ismeros fac (a) y mer(b) del [CoCl3(NH3)3].

(a) (b)Fuente: Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fac-trichlorotriammine

cobalt(III).png. Mayo 01 de 2012. 10:12 a.m.

4.1.2 Isomera ptica de entidades de coordinacin

En los compuestos de coordinacin, la denominada isomera ptica se presenta cuando

la imagen de un compuesto, que se refleja en un espejo plano, no es superponible con el

modelo del compuesto original; esto ocurre, v. gr. con ligandos bidentados, cuando losenlaces ncleo de coordinacinligando tienen orientaciones diferentes con lo cual,

tomado el ncleo de coordinacin como punto de simetra, no se generan planos.

Los ismeros pticos se clasifican como lambda () cuando hacen variar el plano de

vibracin de la luz polarizada en sentido positivo (contrario a las manecillas del reloj

mecnico) delta () en sentido negativo (en sentido de las manecillas del reloj

mecnico), en un determinado ngulo. Un ejemplo lo constituye la entidad de

coordinacin [Fe(C2O4)3]3

, de geometra octadrica. En la Figura 4 se ilustra un modelodel lambda-tris(oxalato)ferrate(III), [Fe(C2O4)3]

3 (ismero que parece describir una

hlice hacia la izquierda), frente a su imagen de espejo, y el delta-tris(oxalato)ferrate(III),

[Fe(C2O4)3]3 (ismero que parece describir una hlice hacia la derecha).


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Geometra de los compuestos de coordinacin 27

Figura 13. Ismeros pticos, (a) y (b) , del [Fe(C2O4)3]

3

(a) (b)

Fuente: Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lambda-tris(oxalato)ferrate

(III)-3D-balls.png. Mayo 01 de 2012. 10:43 a.m.

En algunos compuestos de coordinacin es posible la coexistencia de las isomeras

geomtrica y ptica, tal como ocurre con el cis-diclorobis(etilendiamino)cobalto(III), cis-

[CoCl2(H2NCH2CH2NH2)2]+.

Figura 14. Ismeros pticos, (a) y (b) , del cis[CoCl2(H2NCH2CH2NH2)2]+.

(a) (b)

Fuente: Tomado de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lambda-cis-dichlorobis

(ethylenediamine) cobalt(III).png. Mayo 01 de 2012. 10:51 a.m.


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4.1.3 Isomera estructural y de esfera de coordinacin

La isomera estructural en entidades de coordinacin se da cuando el nmero y el tipo de

tomos son iguales, pero los enlaces son diferentes entre s. La isomera de enlace se

produce cuando un mismo ligando se une por medio de tomos distintos al ncleo de

coordinacin; esto se da con los ligandos ambidentados pero tambin podra ocurrir con

ligandos polidentados.

La isomera de esfera de coordinacin se produce cuando una entidad de coordinacin

discrimina el tipo y nmero de ligandos que acceden a su esfera de coordinacin y deja

otros por fuera de ella. As por ejemplo, las siguientes sales son ismeros de esfera de

coordinacin: [Cr(H2O)6]Cl3 (violeta), [Cr(H2O)5Cl]Cl2H2O (verde), y [Cr(H2O)4Cl2]Cl2H2O

(verde).


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5. Teoras de formacin de complejos

Desde el descubrimiento de los complejos como entidades qumicas propiamente dichas,

la teora de coordinacin de Werner fue el punto de partida para explicar la existencia de

estos compuestos. A partir de postulados basados en el concepto de la existencia de dos

tipos de valencia, la teora de Werner explica parcialmente la existencia y las

propiedades generales, as como la estereoqumica de las entidades de coordinacin.

Como resultado de trabajos posteriores, se han afinado las observaciones y se han

propuesto varios modelos tericos para explicar la existencia de los complejos, tales

modelos son la teora del campo cristalino (TCC), la teora del enlace de valencia (TEV),

la teora de los orbitales moleculares (TOM), la teora del campo de ligando (TCL) y la

teora de repulsin de pares de la capa de valencia (VPSR).

5.1 Teora del campo cristalino (TCC)

Fue creada hacia 1930 por los fsicos estadounidenses Hans Bethe y John Hasbrouck

van Vleck. Sus investigaciones se realizaron sobre el estudio de la estructura octadrica

de los complejos por tratarse de la conformacin ms comn entre los metales de

transicin.

Bsicamente esta teora enfoca su atencin sobre la disposicin espacial de los orbitales

d del ion metlico central en su interaccin con los ligantes que se consideran cargas

puntuales negativas. Al acercarse los ligandos ms hacia unos orbitales d que hacia

otros, la distribucin del campo se hace asimtrica, por lo cual unos orbitales (dxy, dzx, dyz,

dz2 dx

2-y

2 ), aumentan su energa mientras que otros la disminuyen; esta interaccin se

conoce como campo cristalino y la diferenciacin en la energa de los orbitales explica

entre otras propiedades, el color de los compuestos de coordinacin.


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Los cinco orbitales d del metal en su estado nativo, denominados orbitales degenerados

y que poseen una carga uniforme, se separan en dos grupos de energa distinta por

efecto del campo generado por los ligandos. Se observa que los orbitales dz2 y dx

2-y2

aumentan su energa, mientras los orbitales dxy, dxz y dyz la disminuyen. La diferencia de

energa entre los dos grupos se conoce como energa de desdoblamiento cristalino, .

Los orbitales dz2 y dx

2-y

2 se agrupan como eg de mayor energa y los dxy, dxz y dyz se

agrupan como t2g de menor energa. La magnitud de la separacin entre el grupo de

orbitales eg y el grupo de orbitales t2g depende de la capacidad que tengan los ligandos

para separar los orbitales d. La figura 2 muestra un diagrama de descomposicin de

orbitales d.

Segn este modelo (TCC) las transiciones electrnicas entre los orbitales d deformados,

de distinta energa, son las responsables del color en los compuestos de coordinacin; a

mayor fuerza del ligando, habr mayor separacin; la transicin ser ms energtica, la

longitud de onda ser menor y el color ir en la direccin rojo, anaranjado, amarillo,

verde, azul y violeta.

Los ligandos se clasifican de acuerdo con su capacidad para aumentar la diferencia de

energa, , conocida como serie espectroqumica. La denominada serie

espectroqumica organiza los ligandos, de manera emprica, segn la fuerza con que

deforman los orbitales d; as, la orden de separacin es el siguiente: I < Br < S2

quimica complejos enseñanza media (resaltado)

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