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COMPUESTOS DE
COORDINACIÓN
Química General I
2019
¿QUIENES SON?
Son especies químicas que tienen como átomo
central a un metal de transición.
El metal de transición tiene orbitales d vacíos.
Estos orbitales d pueden ser ocupados por pares
electrónicos que provienen de:
Aniones
Moléculas neutras con pares de electrones libres.
Compuesto de coordinación
Metales de Transición
Según la IUPAC, un elemento de transición es un
elemento cuyo átomo posee un subnivel “d” incompleto, o
bien aquél que puede dar lugar a uno o varios
cationes con un subnivel d incompleto.
Cr Mn Fe Co Ni Cu
[Ar]3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1
Mo Ag
[Kr]4d55s1 [Kr] 4d105s1
Au
[Xe] 5d106s1
Los metales de transición
Reactividad Química.............. Además, los iones metálicos actúan como ácidos
de Lewis (aceptor de un par de electrones).
Los aniones o moléculas con pares no compartidos pueden actuar como bases de Lewis (dador de un par de electrones) y asociarse al centro metálico.
El enlace que se forma es un enlace covalente, en el cual los electrones libres del ligando se comparten con el metal. Este enlace recibe el nombre de enlace covalente coordinado dativo.
Estas especies se conocen como iones
complejos o sencillamente complejos.
Los compuestos que los contienen se
denominan:
Compuestos de Coordinación.
Estructura de los Complejos
Las moléculas o los iones que rodean a un ion
metálico en un complejo se conocen como agentes
acomplejantes o ligandos (Latín ligare=unir).
Normalmente los ligandos son aniones o moléculas
con pares de electrones libres
Nombre de los Ligandos
Los ligantes aniónicos reciben la terminación –o.
OH-, hidroxo; O2-, oxo, S2- tío, Cl-, cloro, F-
,fluoro, CN-, ciano, CON-, cianato, NO3-, nitrato,
NO2-, nitro, SO4
2-, sulfato, S2O32-, tiosulfato, SCN-
tiociano, ClO3-, clorato.
Todos los anteriores son ligando monodentados, es decir, se unen a través de un solo átomo al metal central.
Nombres de los ligandos
Ligandos bidentados (se unen al metal central a través de dos átomos distintos)
CO32-, carbonato, C2O4
2-, oxalato, (en) etilendiamin.
Ligando hexadentados: EDTA4-, etilendiamintetraacetato.
Compuestos de coordinación
22.3
H2N CH2 CH2 NH2
• • • •
ligando bidentado ligando polidentado
(EDTA)
Los ligandos bidentados y polidentados son llamados agentes
quelantes.
Nombre de los ligandos
Los nombres de los ligantes neutros no
cambia.
Las excepciones a la regla son: CO,
carbonilo, NO, nitrosilo, NH3, amíno, -
NH2, amín, H2O, acuo.
Ligandos.
En el nombre de un complejo, el número de ligantes se indica por prefijos numéricos: di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, etc.
Para ligantes complicados se utilizan prefijos griegos: bis- (2), tris- (3), tetrakis- (4)
Se nombran primero los aniónicos y luego los neutros en orden alfabético respectivamente.
El metal en el nombre del complejo
Su número de oxidación es indicado por un
número romano, el cual se encierra en un
paréntesis y se coloca después del nombre
del complejo.
Nombre del complejo
Si el complejo es un catión o molécula neutra, el
nombre no cambia.
Si el complejo es un ión se antepone la palabra
ión.
Si el complejo es un anión, se utiliza en el nombre
del metal central, la terminación –ato.
Al formar un complejo, se dice que los ligandosse coordinan al metal o se acomplejan con el metal.
El metal central y los ligandos enlazados a él constituyen la Esfera de Coordinación.
Al escribir la fórmula química para un compuesto de coordinación, utilizamos paréntesis rectangulares o corchetes para indicar los grupos que están dentro de la esfera de coordinación y separarlo de otras partes del compuesto.
P. ej., [Cu(NH3)4]SO4 representa un
compuesto de coordinación que consiste
en el ion complejo [Cu(NH3)4]2+ y el ion
SO42-
los 4 ligandos de amoniaco están
enlazados directamente al ion cobre (II).
Propiedades y características
Un complejo es una especie química distinta,
con propiedades físicas y químicas propias y
diferentes al ion metálico y a los ligandos que
lo componen.
La formación de un complejo también puede
cambiar drásticamente otras propiedades de
los iones metálicos, como la reactividad.
P. ej., Ag+ se convierte fácilmente en
Ag (s) en agua
En cambio [Ag(CN)2] no reacciona
fácilmente porque el ion plata se
acompleja con el CN- y esto lo
estabiliza en el estado de oxidación de
+1.
Cargas
La carga de un complejo es la suma de las cargas sobre el átomo central y los ligandos que lo rodean. En [Cu(NH3)4]SO4 podemos deducir la carga sobre el complejo, si primero reconocemos a SO4
-2 como el ion sulfato y por consiguiente con -2.
Debido a que el compuesto es neutro, el ion complejo debe tener una carga 2+: [Cu(NH3)4]
2+.
Podemos usar la carga del ion
complejo para deducir el número
de oxidación del Cu. Como los
ligandos de NH3 son neutros, el
número de oxidación del Cu debe
ser +2.
+2 + 4 (0) = +2
Ejercicios...
1. ¿Cuál es el número de oxidación del metal central
en [Co(NH3)5Cl](NO3)2?
2. ¿Cuál es la carga del complejo formado por un ion
metálico de platino (IV) rodeado por tres moléculas
de amoniaco y tres iones bromuro?. Escriba además
la fórmula del ion complejo.
3. Dado que un ion complejo contiene un cromo (III)
enlazado a cuatro moléculas de agua y a dos iones
cloruro, escriba la fórmula.
¿Cuáles son los números de oxidación de los
metales en el K[Au(OH)4] y en el [Cr(NH3)6](NO3)3 ?
OH- tiene carga de -1
K+ tiene carga de +1
? Au + 1 + 4x(-1) = 0
Au = +3
NO3- tiene carga de -1
NH3 no tiene carga
? Cr + 6x(0) + 3x(-1) = 0
Cr = +3
Número de Coordinación
El átomo del ligando unido directamente al metal
se llama átomo donador. P. ej., el N es el átomo
donador en el complejo [Ag(NH3)2]+.
El número de átomos donadores unidos a un metal
se conoce como su número de coordinación. En
[Ag(NH3)2]+ la plata tiene un número de
coordinación de 2; en [Cr(H2O)4Cl2]+ el Cr tiene
un número de coordinación de 6.
Geometría Los complejos con 4 ligandos tienen dos geometrías comunes:
tetraédrica y cuadrada plana. Menos común es la geometría lineal cuando hay dos ligandos. Muy común es la geometría octaédrica con 6 ligandos.
La geometría depende del número de coordinación del metal central.
Número de
coordinación
Geometría
2 Lineal
4 Tetraédrica o cuadrada
plana
6 Octaédrica
Estructura de compuestos de coordinación
22.4
Número de coordinación Estructura
2
4
6
Lineal
Tetraédrica o planar cuadrada
Octaédrica
Geometría
Número de coordinación 4:
Tienen geometría tetraédrica los metales con los
siguientes números de oxidación:
Cu(I), Ag(I), Au(I), Be(II), Zn(II), Cd(II), Hg(II),
Al(III), Ga(III), In(III), Fe(III), Co(II), Ni (0)
Tienen geometría cuadrada plana los metales con los
siguientes números de oxidación:
Pt(II), Pd(II), Au(III), Ni(II), Cu(II).
Quelatos.
Los ligandos explicados hasta ahora como NH3
y Cl- se denominan ligandos monodentados
(latin, “un diente”).
Estos ligandos tienen un átomo donador simple
y son capaces de ocupar solamente un sitio en
una esfera de coordinación.
Algunos ligandos tienen dos o más átomos
donadores que pueden coordinarse
simultáneamente a un ion metálico, ocupando
por lo tanto, dos o más sitios de coordinación.
Se denominan ligandos polidentados.
Como parecen fijar el metal entre dos o más átomos donadores, los ligandos polidentados se llaman también agentes quelantes (griego Kele, “pinza”).
P. ej., etiléndiamina:
Este ligando, que se abrevia como en, tiene 2
átomos de N que tienen pares de electrones no
compartidos.
Estos átomos donadores están apartados y
permiten que el ligando se envuelva alrededor
del ion metálico, con los 2 átomos de N
acomplejándose simultáneamente con el metal
en posiciones adyacentes.
Es un ligando bidentado así como:
El ion
[Co(en)3]3+ que
contiene 3
ligandos de
etiléndiamina en
la esfera
octaédrica de
coordinación del
cobalto(III).
Los agentes quelantes se emplean para evitar
las reacciones acostumbradas de un ion
metálico, sin tener que eliminarlo de la
solución.
P. ej., si un ion metálico interfiere con un
análisis químico, se puede acomplejar
eliminando su interferencia. El agente
quelante encubre al ion.
También se llaman agentes secuestrantes
Algunos usos...
Se usan en alimentos (EDTA) para acomplejar
los iones metálicos que se encuentran en muy
pequeñas cantidades.
Se usan en medicina para remover iones como
Hg2+, Pb2+ y Cd2+ perjudiciales para la salud.
Se usan en tratamientos de envenenamiento por
plomo (administración de Na2[CaEDTA] que
forma un quelato con el plomo y se puede
eliminar).
EDTA complejo del plomo
22.3
Los mohos y líquenes secretan en forma
natural agentes quelantes para capturar
iones metálicos de las rocas de su hábitat.
Los fosfatos (como tripolifosfato de sodio)
se utiliza para secuestrar iones metálicos
del agua dura para que no interfieran con la
acción del jabón o detergentes.
Metales y Quelatos en Sistemas Vivos.
De 26 elementos que son indispensables para
la vida (H, Na, K, C, N, O, S, Ca, etc..), 9 son
metales de transición (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni,
Cu,Zn y Mo).
Su importancia radica en la capacidad para
formar complejos.
Muchas enzimas requieren iones metálicos
para actuar.
Aunque necesitamos pequeñas cantidades, la
deficiencia puede provocar enfermedades
graves (P. ej., anemia ferropénica).
P. ej., deficiencia de Mn en la dieta puede
provocar trastornos convulsivos.
Entre los agentes quelantes más importantes en
la naturaleza están los que derivan de la
molécula de porfina:
Esta molécula puede coordinar a un metal
utilizando los 4 átomos de N como
donadores.
Al coordinarse a un metal, los dos H+
enlazados con el N son desplazados.
Los complejos que derivan de la porfina se
llaman porfirinas.
Porfirinas diferentes contienen metales
diferentes.
Dos de las porfirinas más importantes son el
grupo heme que contiene hierro(II) y la
clorofila que contiene magnesio(II).
La hemoglobina contiene 4 subunidades
heme:
El hierro está coordinado a los 4 átomos de
N de la porfirina y también a un átomo de
N de la proteína que compone la mayor
parte de la hemoglobina.
La sexta posición alrededor del Fe está
ocupada ya sea por O2 (oxihemoglobina,
rojo brillante) o H2O (desoxihemoblobina,
rojo púrpura)
La química en acción: los compuestos de coordinación
en los sistemas vivos
La Química en acción: Cisplatino – la droga anticancerígena
Isomería geométrica
Los isómeros geométricos son compuestos con la misma fórmula global pero con estructuras diferentes.
El ordenamiento espacial de los ligando alrededor del metal central es diferente.
Existen dos tipos de isomería: cis- y trans-
Isomería cis-
Los ligandos iguales se encuentran en
posiciones vecinas.
Se presenta en geometrías cuadrada plana y
octaédrica.
Isomería trans-
Los ligandos iguales se encuentran en
posiciones opuestas.
Se presenta en geometría cuadrada plana y
en octaédrica
cis-[Pt(NH3)2Cl2] trans-[Pt(NH3)2Cl2]
Estructura de los compuestos de coordinación
cis-[Co(NH3)4Cl2] trans-[Co(NH3)4Cl2]
¿Son éstos
otros isómeros
geométricos
del
[Co(NH3)4Cl2]?
cis
trans
Isómeros
Los ligandos bidentados únicamente se colocan en
posiciones cis-
H2N CH2 CH2 NH2
• • • •