¿De dónde provienen los iones Metal-Aqua?
Disuelva el dicloruro de hierro (FeCl 2 ) y el tricloruro de hierro (FeCl 3 ) en agua y ambas soluciones se vuelven anaranjadas, luego se vuelven de color amarillo pálido cuanto más diluidas se vuelven. Ambas soluciones son del mismo color y por lo demás idénticas porque ambas forman el mismo ion hexaaqua:
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Los iones de agua metálicos son complejos compuestos por un catión metálico coordinado con seis moléculas de agua (excepto en el caso del cobre, pero ese es otro tema). A menudo verá cationes metálicos acuosos escritos como M +2 (aq) y M +3 (aq). Toman la forma genérica:
Transporte de iones y moléculas en células
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Estos iones se forman cuando un metal catiónico actúa como ácido de Lewis , que acepta electrones. Seis moléculas de agua se acercan al catión y donan pares de electrones a la carga positiva del metal. El agua actúa como una base de Lewis , que dona electrones.
Un ejemplo es cuando disuelve nitrato de cobalto (II) en agua:
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Enlaces Químicos: Definición, tipos y formación
Al escribir una especie catiónica, siempre debe haber un anión (es) contrarios para mantener el equilibrio de carga en la mayor parte de la solución.
Nos centraremos en los cationes acuáticos más comunes; los encontrados en el estado de oxidación +2 o +3.
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Se pueden aislar los iones de agua metálicos. Los cristales de color azul brillante de sulfato de cobre (II) pentahidratado, cuando se calientan, se convierten en el compuesto incoloro sulfato de cobre (II).
Estalagmitas: Datos, formación y tipos
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Complejos octaédricos
Los iones de agua de metal están formados por seis moléculas de agua que rodean un centro metálico. En general, la combinación de aguas coordinadas y metal forma un octaedro, un polígono de ocho lados.
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d -Orbitales
Los metales de transición poseen orbitales d además de subcapas s y p . La forma de los orbitales conduce a los colores brillantes de los iones de agua-metal.
La subcapa d contiene cinco orbitales; cada uno capaz de acomodar dos electrones. Tres orbitales, d xy , d xz y d yz , están fuera del eje y sobresalen en diagonal desde el centro con cuatro lóbulos. Dos lóbulos tienen una fase positiva (+), mientras que dos lóbulos tienen una fase negativa (-).
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Los dos orbitales restantes, d z 2 y d x 2 – d y 2 , cada uno tiene lóbulos que apuntan directamente a lo largo de las direcciones x , y y z .
Observe que el orbital d z 2 parece tener solo dos lóbulos. Sin embargo, tiene un toro en forma de rosquilla que actúa como un componente fuera de fase presente en el orbital d z 2 .
El hecho de que los orbitales d apunten en diferentes direcciones provoca una interacción energética desigual cuando los orbitales interactúan con las moléculas de agua. d z 2 y d x 2 – d y 2 tienen mayor energía que los orbitales d xy , d xz y d yz .
Los orbitales directamente a lo largo de las líneas del eje experimentan más repulsión electrón-electrón que los orbitales diagonales fuera del eje. Los d -orbitales en los complejos hexaaqua-metal se dividen en dos orbitales de mayor energía, por ejemplo, y tres niveles de energía más bajos, t 2g .
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Color
Los iones de agua-metal forman colores brillantes en soluciones de agua. El color de la solución que ve es el resultado de la absorción de su color opuesto. Por ejemplo, una solución aparece roja cuando los colores violeta / azul se restan del espectro.
El extremo rojo del espectro de luz visible tiene la frecuencia más baja y la longitud de onda más larga. Violeta, en el otro extremo, tiene la frecuencia más alta y la longitud de onda más corta y requiere la mayor cantidad de energía para promover un electrón en un orbital de eg más alto .
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El color en sí es el resultado de la interacción de la luz con los electrones que residen en los orbitales d. Cuando la luz de la frecuencia correcta incide en una muestra de agua que contiene un ion-agua-metal, la luz se absorbe cuando un electrón pasa de un estado fundamental a un estado excitado.
Recuerde que mientras piensa en la frecuencia de la luz, también debe pensar en su longitud de onda, mientras que cada frecuencia también tiene una energía asociada. La luz entrante debe tener la longitud de onda adecuada para absorber energía, de modo que un electrón pueda pasar de un estado fundamental a un estado excitado.
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Las transiciones de un t inferior 2g nivel de energía a un e mayor g nivel de energía causa el color brillante que vemos cuando aqua-iones se disuelven en agua.
Cada metal tiene una combinación única de estado de oxidación y diferencia de energía entre los orbitales de menor energía t 2g y los de mayor energía e g .
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Una solución de un metal-agua-ion que aparece de color rojo claro lo hace porque absorbe la luz en la región del azul al índigo.
Esto le da a un químico evidencia directa de lo que están haciendo los electrones y la diferencia de energía relativa entre los dos niveles de energía de los orbitales d.
Resumen de la lección
Los iones de agua metálicos son complejos compuestos por un catión metálico coordinado con seis moléculas de agua.
Los iones de agua forman iones hexaaqua con seis moléculas equivalentes de agua en un octaedro. Los complejos octaédricos tienen cinco orbitales d: d xy , d xz y d yz d z 2 y d x 2 – d y 2 . Los metales de transición poseen orbitales d , cuya forma conduce a los colores brillantes de los iones de agua de metal.
Cuando la luz de la frecuencia correcta incide en una muestra de agua que contiene un ion-agua-metal, la luz se absorbe cuando un electrón pasa de un estado fundamental a un estado excitado. Bajo la influencia de la repulsión electrón-electrón, los cinco orbitales d se vuelven no equivalentes y se dividen en niveles de energía más baja t 2g y niveles de energía más altos e g .
El color de los iones de agua-metal proviene de la absorción de luz cuando la luz tiene la frecuencia correcta. La absorción de energía muestra que la frecuencia depende del estado de oxidación del metal y de la disposición de los electrones d.
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