Química de la coordinación: Vinculación en compuestos coordinados

Introducción a los compuestos coordinados

Si preguntara de qué color es la sangre humana, la mayoría de la gente diría ‘¡rojo, por supuesto!’ Pero la sangre humana no siempre es de color rojo brillante. Cuando está en nuestras venas, regresando al corazón sin oxígeno, está oscuro.

Si eso no es un shock, ¿sabías que las langostas y otros moluscos tienen sangre clara y que cuando interactúa con el oxígeno se vuelve azul?

Lo crea o no, estos cambios de color fríos son el resultado de la unión de compuestos de coordinación con el oxígeno. Los compuestos de coordinación no son sus compuestos promedio. Son compuestos altamente organizados hechos de moléculas, iones y átomos. Antes de sumergirnos en la definición de un compuesto de coordinación, repasemos primero algunos términos.

Un ion es una partícula cargada. Un catión es un ion con carga positiva y un anión es un ion con carga negativa. Los metales de transición son metales de los grupos 1B-10B de la tabla periódica. Pierden electrones para formar cationes; algunos metales de transición pueden formar más de un tipo de catión.

Ahora por un nuevo término. Un ligando es una molécula o ión neutro que tiene un solo par de electrones y actúa como una base de Lewis. Los pares solitarios cargados negativamente en el ligando son atraídos por partículas positivas. Ejemplos comunes de ligandos son agua (H 2 O), amoniaco (NH 3 ) y cianuro (CN – ).

Creo que ahora estamos listos para abordar compuestos coordinados. Los compuestos de coordinación están formados por un metal de transición con ligandos adjuntos.

Si el compuesto de coordinación es un ion, se denomina ion complejo. Un ion complejo es un ion hecho de metales de transición con ligandos unidos. Los iones complejos a menudo se encuentran unidos a iones contrarios, o iones que tienen una carga opuesta a la del ion complejo.

Un ejemplo de un compuesto de coordinación es Cr (NH 3 ) 6 3+ . En este compuesto, el cromo es el metal de transición con seis ligandos de amoníaco que lo rodean. La carga total del compuesto es 3+, que también es la carga del ion cromo. Podemos inferir esto porque los ligandos no tienen carga. Debido a que este compuesto tiene una carga, también se considera un ion complejo. Es probable que este compuesto se produzca unido a tres contraiones cargados negativamente, en cuyo caso se denominaría complejo coordinado. Imagina que este compuesto está unido a tres iones cloruro (Cl -). En este caso, la fórmula del compuesto sería Cr (NH 3 ) 6 Cl 3 .

Tiene mucho sentido, ¿verdad? Si dijiste que no, ¡no te preocupes! Incluso el estudiante (o profesor) de química más brillante puede tener problemas con compuestos coordinados. Pasaremos el resto de esta lección aprendiendo más en profundidad sobre los compuestos de coordinación, incluyendo cómo se unen y por qué son importantes.

Unión en compuestos coordinados

Los metales de transición están a la altura de todo tipo de actividades inusuales en el mundo químico, como dar color a compuestos o realizar funciones vitales en los seres vivos. Muchas de sus habilidades únicas tienen que ver con sus configuraciones electrónicas. Debido a que son tan especiales, a menudo encontramos metales de transición como el centro de atención, literalmente. En los compuestos coordinados, el metal de transición se encuentra en el medio del ion complejo.

Los metales de transición involucrados en el ion complejo tienen dos conjuntos de electrones de valencia que participan en la unión. El primer conjunto de electrones de enlace se llama valencia primaria y es el número de oxidación del metal. El número de oxidación se puede determinar observando la carga del ion del metal de transición. El cobre 2+ (Cu 2+ ), por ejemplo, tiene un número de oxidación de 2. A veces, este número debe inferirse basándose en la carga total del ion complejo. Los electrones de valencia primarios están involucrados en enlaces iónicos típicos.

El segundo conjunto de electrones de valencia de un metal de transición se denomina valencia secundaria, generalmente denominado número de coordinación . Los electrones de valencia secundarios están involucrados en la unión a los ligandos. El número de coordinación indica el número de ligandos a los que está unido un ion metálico.

Como ocurre con muchas cosas en química, a veces no hay explicaciones fáciles de por qué ocurren ciertos fenómenos. Los números de coordinación son ejemplos de estos; Realmente no hay una manera fácil de predecir con cuántos ligandos es capaz de unirse un metal de transición, y algunos metales son capaces de múltiples números de coordinación. La siguiente tabla muestra algunos ejemplos de números de coordinación típicos para algunos iones metálicos comunes. El ion níquel 2+ puede tener números de coordinación de cuatro o seis. El ion de plata solo puede tener un número de coordinación de 2.

Los ligandos se unen a los metales de transición al compartir un solo par de electrones. Este tipo de interacción es una reacción ácido-base de Lewis, donde el ión metálico es el ácido de Lewis y el ligando es la base de Lewis. El enlace resultante en el que una especie dona ambos electrones de enlace se denomina enlace covalente coordinado .

A continuación, se muestran algunos ejemplos de compuestos de coordinación en una tabla que identifica los componentes de cada compuesto. En todos los casos, observe cómo el ion de metal de transición está en el centro de los ligandos.

El primer ejemplo, Cu (NH 3 ) 4 2+ , tiene un ion de cobre (Cu) y cuatro ligandos NH 3 . El número de ligandos es igual al número de coordinación del cobre, 4. La carga del ion complejo también es la misma que la del ion cobre, 2+ porque los ligandos no tienen carga.

El segundo ejemplo, Ag (Cl 2 ) – , tiene un ión de plata (Ag) y dos ligandos de iones de cloruro. El número de ligandos de cloruro es igual al número de coordinación de la plata, 2. La carga del ion complejo es uno negativo. Para encontrar la carga del ion plata, debemos restar el número de iones negativos que contribuyen a la carga total. Una carga -1 menos 2- es +1. La carga sobre la plata debe ser +1.

El tercer ejemplo Fe (H 2 O) 6 3+ , tiene un ion hierro (Fe) y seis ligandos H 2 O. El número de coordinación del hierro es 6 y la carga del hierro es 3+ ya que el agua es una molécula con carga neutra.

Si tiene problemas para visualizar cómo se configuran los compuestos de coordinación, a veces es útil compararlos con los insectos. Piense en el cuerpo del insecto como un ion metálico y en las patas como ligandos. Los enlaces covalentes coordinados son las articulaciones entre las patas del insecto y el cuerpo.

Formas de compuestos coordinados

Los compuestos coordinados se presentan en una variedad de formas: octaédrica, tetraédrica, cuadrada plana y lineal. De manera similar a los compuestos simples unidos covalentemente, estas formas provienen de la hibridación orbital de los orbitales de electrones del átomo central. La forma del compuesto se puede predecir mejor mediante el número de coordinación del ion metálico. Por ejemplo, los números de coordinación de seis se prestan a formas octaédricas. Un número de coordinación de cuatro se presta a un plano tetraédrico o cuadrado. Desafortunadamente, no hay una manera fácil de predecir si se formará un plano tetraédrico o cuadrado. Un número de coordinación de dos se presta a una forma lineal.

En el pasado, las formas octaédricas y planas cuadradas se explicaban por la hibridación del orbital d. En la última década, esta teoría se ha vuelto bastante controvertida. Las posibles explicaciones son generalmente demasiado complicadas para el alcance de la mayoría de los cursos de química.

Compuestos coordinados en acción

¿Recuerda la langosta con la sangre clara que se vuelve azul o nuestra sangre oscura que se vuelve roja brillante en presencia de oxígeno? Los complejos que cambian de color son compuestos coordinados. En los seres humanos, el complejo se denomina grupo hemo y está contenido en la proteína hemoglobina. El metal de transición del grupo hemo es el hierro (Fe).

Cada grupo hemo forma un complejo de coordinación con oxígeno gaseoso (O 2 ). El grupo hemo oxigenado de color rojo brillante viaja a los tejidos externos del cuerpo para suministrar oxígeno. El hemo libera oxígeno y vuelve sin oxígeno a los pulmones con un color oscuro.

En las familias de moluscos y artrópodos, este compuesto coordinado se llama hemocianina. El metal de transición es el cobre.

La clorofila está hecha en parte por un compuesto coordinado que contiene magnesio. La clorofila es esencial para la fotosíntesis, un proceso que realizan las plantas para crear alimentos utilizando la energía de la luz solar.

La vitamina B12 es una vitamina necesaria para el metabolismo y la función del sistema nervioso. Los seres humanos deben obtener vitamina B12 de la dieta. Es un compuesto coordinado que contiene el cobalto (Co), un metal de transición.

Como se señaló anteriormente, los metales de transición son los que dan a muchos compuestos sus colores. Como era de esperar, muchos pigmentos y tintes obtienen sus colores de la presencia de metales de transición en forma de compuestos de coordinación.

El azul de Prusia es un pigmento que se ha utilizado desde el siglo XVIII para obtener un azul profundo con tonos verdosos. Es un compuesto coordinado hecho de ligandos de iones de hierro y cianuro. Van Gogh usó pigmentos azules de Prusia con frecuencia en sus pinturas.

Resumen de la lección

Los compuestos de coordinación están formados por un metal de transición con ligandos adjuntos. Si un compuesto de coordinación es un ion, entonces se llama ion complejo . Un ligando es una molécula o ión neutro que tiene un solo par de electrones y actúa como una base de Lewis.

Los metales de transición involucrados en el ion complejo tienen dos conjuntos de electrones de valencia que participan en la unión. El primer conjunto de electrones de enlace se llama valencia primaria o número de oxidación . Los electrones de valencia primarios están involucrados en enlaces iónicos típicos.

El segundo conjunto de electrones de valencia de metal de transición se llama valencia secundaria, generalmente denominado número de coordinación . Los electrones de valencia secundarios están involucrados en la unión a los ligandos. Los ligandos se unen al metal de transición donando ambos pares de electrones en lo que se denomina enlace covalente coordinado .

Los compuestos coordinados pueden presentarse en una variedad de formas. La forma del compuesto está relacionada con el número de coordinación del compuesto y el número de ligandos unidos. Los compuestos coordinados juegan un papel vital en la función del organismo. También se han utilizado durante siglos como pigmentos y tintes.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado con esta lección, podrá:

• Describir la relación entre iones, ligandos y compuestos coordinados.
• Explicar cómo se produce la unión en un compuesto coordinado.
• Recordar las posibles formas de un compuesto coordinado y cómo se determina la forma.
• Identificar la oxidación y los números de coordinación de un compuesto coordinado.