Formación de iones de colores en metales de transición
Transiciones electrónicas en iones metálicos de transición
Una característica importante de los complejos de metales de transición es la amplia gama de colores que exhiben. Tales colores están asociados con la absorción de radiación electromagnética en la región visible y son detectados por un instrumento llamado espectrofotómetro .
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Recuerde que los metales de transición tienen orbitales d parcialmente llenos. Los complejos de metales de transición generalmente están coloreados, mientras que los iones similares de los metales que no son de transición no lo son. Eso sugiere que los orbitales d parcialmente llenos deben estar involucrados en la generación del color de alguna manera.
Un complejo absorbe la luz en la región visible y UV por una variedad de razones. Estos surgen de la transición de electrones entre orbitales d y el espectro se llama espectros dd o espectros de campo de ligandos . Por lo general, los espectros dd son colores tenues o menos intensos. Los espectros que surgen de la transferencia de electrones de un orbital molecular centrado en ligando a un orbital molecular centrado en metal son colores muy intensos y se denominan espectros de transferencia de carga , como en el cromato (CrO 4 2- ), el permanganato (MnO 4 2-) y azul de Prusia. La luz visible consiste en radiación en el rango de longitud de onda de 720-400 nm. Cuando un compuesto tiene una banda de absorción en una de estas regiones, el compuesto muestra el color complementario. Así, una solución acuosa de sulfato de cobre absorbe la radiación en la región naranja y aparece azul, mientras que en una solución de dicromato de potasio, la situación se invierte exactamente. Los colores complementarios se pueden ver y explicar fácilmente mediante la ‘rueda del artista’, que se muestra en el siguiente diagrama.
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División del campo cristalino en complejos octaédricos y tetraédricos
Los complejos octaédricos tienen 6 ligandos dispuestos alrededor del ion metálico central. Siempre que se organizan 6 ligandos alrededor de un ion de metal de transición, los orbitales d generalmente se dividen en dos grupos de esta manera: dos con una energía más alta (llamado estado e g ) que la energía de los otros tres (llamado estado t 2g ). En un tetraedro, la división es exactamente la inversa, como se muestra en el siguiente diagrama. La brecha de energía entre los estados e g y t 2g , que se denomina parámetro de división del campo cristalino (PESC), designado como Δ 0 en octaedro y Δ ten un tetraedro, varía con la naturaleza del ion del metal de transición, su estado de oxidación (ya sea 3+ o 2+, por ejemplo) y la naturaleza de los ligandos. Cuando la luz blanca pasa a través de una solución de este ión, parte de la energía de la luz se usa para promover un electrón desde el grupo inferior de orbitales hacia un espacio en el grupo superior.
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Factores que afectan el color de los iones del complejo metálico de transición
Hay tres factores importantes que imparten color a los complejos de metales de transición. Son la naturaleza del ligando, el estado de oxidación del metal y la geometría del complejo.
La naturaleza del ligando
Los diferentes ligandos tienen diferentes parámetros de división del campo cristalino, dependiendo de la serie espectroquímica. Los ligandos de campo fuerte tendrán una gran brecha de energía, mientras que los ligandos de campo débil tendrán una brecha de energía más pequeña. El tamaño de la brecha de energía determinará qué longitud de onda de luz será absorbida por el complejo. La siguiente lista muestra algunos ligandos comunes. Los ligandos de la izquierda muestran pequeños parámetros de división y los de la derecha muestran grandes parámetros de división (series espectroquímicas).
Cl – <F – <OH – <H 2 O <NH 3 <CN –
Cuanto mayor es la energía de división del campo cristalino, más energía se necesita para promover un electrón desde los orbitales de menor energía a los orbitales de mayor energía. Ahora, una energía más alta corresponde a longitudes de onda más cortas, lo que significa que a medida que aumenta la división, la luz absorbida tenderá a alejarse del extremo rojo del espectro hacia el naranja, el amarillo, etc. Esto puede explicarse por la química del cobre (II), donde el color azul cielo del sulfato de cobre (II) acuoso cambia a azul oscuro al agregar una solución de amoníaco. Al agregar amoníaco acuoso, algunas de las moléculas de agua en la esfera de coordinación son reemplazadas por moléculas de amoníaco. Entonces, el complejo [Cu (H 2 O) 6 ] 2+debe absorber la luz roja para dar el color complementario cian y el complejo [Cu (NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 2+ debe ser absorbente en la región amarilla para dar el color complementario azul oscuro.
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El estado de oxidación del metal
A medida que aumenta el estado de oxidación del metal, aumenta la división del orbital d, por lo tanto, Δ 0 o Δ t aumenta. Entonces la energía de la transición electrónica cambiará. Por tanto, el cambio en el estado de oxidación del metal cambiará el color del complejo. Por ejemplo, [Cr (H 2 O) 6 ] 2+ es de color azul ligeramente verdoso, pero [Cr (H 2 O) 6 ] 3+ es de color azul violeta, que es un poco intenso.
La geometría del complejo
La división del campo cristalino octaédrico es siempre mayor que la división del campo cristalino tetraédrico porque el octaedro involucra 6 ligandos y el tetraedro involucra 4 ligandos. Entonces, los colores de los complejos dependerán de la geometría del ligando. Por lo general, 6 complejos de coordenadas tienen un color menos intenso que 4 complejos de coordenadas. Como un ejemplo, octaédrico [Co (H 2 O) 6 ] 2+ es rosa pálido en comparación con tetraédrica [CoCl 4 ] 2- , que es azul profundo en color.
Resumen de la lección
Los colores en los complejos de metales de transición se desarrollan debido a transiciones electrónicas que son detectadas por el instrumento llamado espectrofotómetro . Los colores en los metales de transición suelen depender de tres factores principales: la geometría del complejo, el estado de oxidación del metal y la naturaleza de los ligandos. Los metales de transición con colores pálidos generalmente se deben a transiciones dd , y los metales de transición con colores intensos surgen debido a las transiciones de transferencia de carga .
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