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1
Introducción a la química de coordinación
QUIMICA INORGANICA
Términos utilizados en la Qca. de la Coordinación
Complejo - Compuesto de coordinación.
Un compuesto de coordinación (complejo) está formado por un átomo central, generalmente un metal, unido a un conjunto de otros átomos o grupos de átomos, denominados ligandos.
Ejemplos
+
Pt
Cl
Cl
N
N
2
Ejemplos
[Co(en)3]2+[Fe(H2O)6]3+
Términos utilizados en la Qca. de la Coordinación
Número o índice de coordinación (IC).Número de átomos directamente unidos a un átomo central, en un compuesto de coordinación.
Centro de coordinación.Atomo central del compuesto de coordinación.
Ligando - Ligante.Atomo o grupo de átomos unido al centro de coordinación por cualquier tipo de enlace.
Términos utilizados en la Qca. de la Coordinación
Atomo ligante - Atomo donante (donador, donor).
Atomo a través del cual el ligando está unido al átomo central.
Multiplicidad del centro de coordinación.Número de centros de coordinación en un compuesto de coordinación.
Mononuclear: un átomo centralPolinuclear: más de un átomo central
3
Complejos polinucleares
Cr Co
HO
OH
Cl
ClH3N
NH3
NH3
NH3
NH3
H3N
2+
Ligandos
R-NH2.. NH3
..
H2O: :OH- :X:-....
:O:2-....
..
S
:O:
:O
:O:
O:....
..
..
..2-
..
C
:O:
O:O..
..
....
2-
:C≡N: -
S=C=N......
.. -
N··
Principales geometríasIC = 4
IC = 5
Cuadrado
Tetraedro
Bipirámidetrigonal
Pirámide de basecuadrada
4
Principales geometríasIC = 6
Octaedro Prisma trigonal
De que depende la geometría?La geometría y el IC dependen de:
Tamaño del ion metálicoLigandos
Pequeños metales y/o ligandos voluminosos - Bajo ICMetales grandes y/o ligandos pequeños –Altos IC
Distorsión tetragonal del octaedro
octaedro regular
5
Términos utilizados en la Qca. de la Coordinación
Multiplicidad de un ligando.Número de átomos ligantes en un ligando, unidos a un átomo central.
Monodentado: un átomo ligantePolidentado (multidentado): más de un átomo ligante
Ligando quelante (quelatante)Ligando polidentado unido a un átomo central a través de más de un átomo ligante.
Ligandos polidentados
etilendiamina (en) propilendiamina (tn) carbonato
1,10-fenantrolina dietilentriamina oxalato(phen) (dien)
H2N NH2 H2N NH2
N N
H2N NH
NH2
O
O-
O
-O
O-
O
-O
Ligandos polidentados
--
-- NN O
O
O
OO
O
O
O
N N
2,2’-bipiridina (bipy)
2,2’,2”-triaminotrietilamina (tren) α-aminocarboxilatos
etilenodiaminotetracetato (edta)
H2NNH2N
NH2
-
NH2
OR
O
6
Términos utilizados en la Qca. de la Coordinación
Quelato.Compuesto de coordinación conteniendo al menos un ligando quelante.
Anillo quelato.Grupo cíclico de átomos, formado por el átomo central y un ligando quelante.
Quelatos
[Co(tren)(H2O)2]3+N
NH2
CoIII
NH2
OH2
H2N OH2
N
N
O
M
O
O
ON CH2COO-
N CH2COO-
OOCCH2
OOCCH2
edta
Quelatos
[Pt(en)2]2+
7
C
C
C
C
C
C
C
C
C
N
C
C
C
C
N
N
C
C
Ir
C
C
C
NC
N
C
N
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
[Ir(bipy)3]2+
Quelatos
Ligandos macrocíclicos
S S
S S -
-N
N
N
N N
N
NN
ftalocianinatetratiociclotetradecano
Términos utilizados en la Qca. de la Coordinación
Ligando ambidentado.Grupo monodentado capaz de unirse a un átomo central a través de diferentes átomos ligantes.
Ligando puente.Ligando que está unido simultáneamente a más de un átomo central.
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Isómeros: especies químicas con el mismo númeroy tipo de átomos pero diferentes propiedades.
Estereoisómeros: igual número y tipo de enlaces pero distinta disposiciónespacial
a) Isómeros geométricos
b) Isómeros ópticos
Isómeros estructurales: distinto número y tipo deenlaces químicos
a) Isómeros de ionizaciónb) Isómeros de coordinaciónc) Isómeros de enlace
Isomería de ionizaciónLos isómeros difieren en el intercambio de grupos entre la esfera de coordinación y los contraiones
CoBrSO4·5NH3[Co(NH3)5Br]SO4
[Co(NH3)5SO4]BrCrCl3·6H2O
[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O[Cr(H2O)6]Cl3
Isomería de coordinación
Los isómeros difieren en el intercambio de ligandos entre las esferas de coordinación
[Co(NH3)6][Cr(CN)6]
[Cr(NH3)6][Co(CN)6]
9
Isomería de enlace (unión)Los isómeros difieren en el sitio de unión que utiliza un ligando ambidentado
Otros: SCN-, CN-
nitro nitrito
Isomería geométricaLos isómeros presentan diferente disposición espacial y por lo tanto distintas geometrías
M MA
A B
B A
B A
B
IC = 4 (cuadrado)cis trans trans cis
M MA
B A
B B
A A
B
ML
A
A
L LL
IC = 6 (octaedro)
cis-trans
cis-trans
fac-mer
Isomería geométrica
M MB
A
A
A AB
B
A
B
B AA
10
Isomería ópticaLos isómeros presentan imágenes especulares no superponibles
[Co(en)3]3+
Formulación de complejos
[CoCl2 (NH3)4]Cl
Átomo central Ligandos aniónicosLigandos neutros
K2[OsCl5N]
[CrCl3(OH2)3]
Orden alfabético deátomos que se unen
[CoCl2(en)2](NO3)
Nomenclatura de algunos ligandos
sulfatoSO42-sulfitoSO3
2-
isotiocianatoNCS-tiocianatoSCN-
isocianoNC-cianoCN-
nitruroN3-hidroxoOH-
metilaminaCH3NH2oxalatoC2O42-
etilendiaminaennitratoNO3-
piridinapynitroNO2-
carboniloCOoxoO2-
aminoNH3cloroCl-
acuoH2OfluoroF-
11
Nomenclatura de complejos
[CoCl2 (NH3)4]ClCloruro de tetraminodiclorocobalto(III)
K2[OsCl5N]pentacloronitruroosmiato(VI) de potasio
[CrIIICl3(H2O)3]triacuotriclorocromo(III)
Orbitales dz
x
y
d
ddd
d
z2
x2-y2
x
y
xz
z
xx
yz
z
y
xy
y
m=0
m=1m=-1
m=-2
m=2
Mn+ Mn+
e-e-
e-e-e-
e-e- e-
e-
e-e-
e-
Ion libreMn+
Ion Mn+ rodeadoesféricamente por
12 electrones
Ion Mn+ rodeadopor 12 electrones en un
campo octaédrico
Mn+
z
y
x2e-
2e-
2e-
2e-
2e-
2e-
1 2 3
12
1 2 3
E
dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2
dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
Energía de desdoblamiento decampo cristalino (Δo)
t2g
eg
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
EECC (d1, d2, d3)
d1 2/5Δo
d2 4/5Δo
d3 6/5Δo
13
EECC (d4)
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
Bajo espín Alto espín8/5Δo-P 3/5Δo
Propiedades magnéticasBalanza de Gouy
OFF ONsustancia
paramagnética
ONsustancia
diamagnética
EECC (d5)
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
Bajo espín Alto espín2Δo-2P 0
14
EECC (d6)
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
Bajo espín Alto espín12/5Δo-2P 2/5Δo
EECC (d7)
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
2/5Δo
3/5Δo
t2g
eg
Bajo espín Alto espín9/5Δo-P 4/5Δo
EECC (d7, d8, d9)
d7 alto espín 4/5Δobajo espín 9/5Δo-P
d8 6/5Δo
d9 3/5Δo
15
Entalpías de hidratación de iones
350370390410430450470490510530
Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
-AH
hid
rata
ción
(kca
l/mol
)
ExperimentalTeórico
do d1 d2 d3 d5d4 d7d6 d9d8 d10
M2+(g) + 6H2O M(H2O)62+(ac)
dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δt3/5Δt
2/5Δt
Energía de desdoblamiento decampo cristalino (Δt)
t2g
egΔt< Δo
¿De qué depende Δo?
Carga del ion central
Tamaño del ion central
Ligando(s)
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Serie espectroquímica
I- < Br- < Cl- < SCN- < NO3- < F- < OH-<
C2O42- < H2O < NCS- < gly < py < NH3 <
en < NO2- < PPh3 < CN- < CO
Complejos y colores...
[Fe(H2O)6]3+
[Co(H2O)6]2+
[Ni(H2O)6]2+
[Cu(H2O)6]2+
[Zn(H2O)6]2+
Complejos y colores...
17
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
t2g
eg
dxy, dyz, dxz
dx2-y2, dz2
Δo
t2g
eg
Fotón deenergía hν
Absorción y color
verde650 (rojo)azul600 (anaranjado)azul oscuro580 (amarillo)violeta570 (amarillo verdoso)rojo490 (azul-verde)amarillo450 (azul)amarillo verdoso400 (violeta)
Color observadoLongitud de onda absorbida (hν) (nm)
400 500 600 800
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Las gemas deben su color a trazas de metales de transición.Corindón, Al2O3: Incoloro
Cr Al : RubíMn Al: AmatistaFe Al: TopacioTi &Co Al: Zafiro
Berilo, Be3 Al 2Si6O18: IncoloroCr Al : EsmeraldaFe Al : Aguamarina
Complejos, gemas y colores...
Algunas aplicaciones
Algunas aplicaciones
porfina porfirina(clorofila a)