Introducción a la química de coordinación

Transcripción

1 Introducción a la química de coordinación QUIMIA IRGAIA Términos utilizados en la Qca. de la oordinación omplejo - ompuesto 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 l Pt + l 1

2 Ejemplos [Fe(H 2 ) 6 ] 3+ [o(en) 3 ] 2+ Términos utilizados en la Qca. de la oordinación úmero o índice de coordinación (I). úmero de átomos directamente unidos a un átomo central, en un compuesto de coordinación. entro 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 oordinación Atomo ligante - Atomo donante (donador, donor). Atomo a través del cual el ligando está unido al átomo central. Multiplicidad del centro de coordinación. úmero de centros de coordinación en un compuesto de coordinación. Mononuclear: un átomo central Polinuclear: más de un átomo central 2

3 omplejos polinucleares 2+ H 3 H 3 r H H 3 o l H 3 H l H 3 H 3 Ligandos R-H 2 H 3 H 2 : :H - :: 2- :X:- : :: S :: 2- : :Ȯ. :: 2- S==Ṅ. - : : - Principales geometrías I = 4 Tetraedro uadrado I = 5 Bipirámide trigonal Pirámide de base cuadrada 3

4 Principales geometrías I = 6 ctaedro Prisma trigonal De que depende la geometría? La geometría y el I dependen de: Tamaño del ion metálico Ligandos Pequeños metales y/o ligandos voluminosos - Bajo I Metales grandes y/o ligandos pequeños Altos I Distorsión tetragonal del octaedro octaedro regular 4

5 Términos utilizados en la Qca. de la oordinación Multiplicidad de un ligando. úmero de átomos ligantes en un ligando, unidos a un átomo central. Monodentado: un átomo ligante Polidentado (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 - - H 2 H 2 H2 H 2 etilendiamina (en) propilendiamina (tn) carbonato - H 2 H H 2-1,10-fenantrolina dietilentriamina oxalato (phen) (dien) Ligandos polidentados etilenodiaminotetracetato (edta) H 2 H 2 2,2 -bipiridina (bipy) - R H 2 H 2 2,2,2 -triaminotrietilamina (tren) α-aminocarboxilatos 5

6 Términos utilizados en la Qca. de la oordinación Quelato. ompuesto de coordinación conteniendo al menos un ligando quelante. Anillo quelato. Grupo cíclico de átomos, formado por el átomo central y un ligando quelante. H 2 H 2 Quelatos H - 2 H - 2 M edta [o(tren)(h 2 ) 2 ] 3+ H H 2 2 o III H 2 H 2 H 2 Quelatos [Pt(en) 2 ] 2+ 6

7 Quelatos Ir [Ir(bipy) 3 ] 2+ Ligandos macrocíclicos S S - S S - tetratiociclotetradecano ftalocianina Términos utilizados en la Qca. de la oordinación 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. 7

8 Isómeros: especies químicas con el mismo número y tipo de átomos pero diferentes propiedades. Estereoisómeros: igual número y tipo de enlaces pero distinta disposición espacial a) Isómeros geométricos b) Isómeros ópticos Isómeros estructurales: distinto número y tipo de enlaces químicos a) Isómeros de ionización b) Isómeros de coordinación c) Isómeros de enlace Isomería de ionización Los isómeros difieren en el intercambio de grupos entre la esfera de coordinación y los contraiones obrs 4 5H 3 [o(h 3 ) 5 Br]S 4 [o(h 3 ) 5 S 4 ]Br rl 3 6H 2 [r(h 2 ) 4 l 2 ]l 2H 2 [r(h 2 ) 5 l]l 2 H 2 [r(h 2 ) 6 ]l 3 Isomería de coordinación Los isómeros difieren en el intercambio de ligandos entre las esferas de coordinación [o(h 3 ) 6 ][r() 6 ] [r(h 3 ) 6 ][o() 6 ] 8

9 Isomería de enlace (unión) Los isómeros difieren en el sitio de unión que utiliza un ligando ambidentado nitro nitrito tros: S -, - Isomería geométrica Los isómeros presentan diferente disposición espacial y por lo tanto distintas geometrías I = 4 (cuadrado) cis trans trans cis A B B A B A A A M M M M A B A B A B B B Isomería geométrica I = 6 (octaedro) L A L M L A L cistrans A A A B M B A B B M A A cistrans facmer A B 9

10 Isomería óptica Los isómeros presentan imágenes especulares no superponibles [o(en) 3 ] 3+ Formulación de complejos Átomo central Ligandos aniónicos [ol 2 (H 3 ) 4 ]l Ligandos neutros [ol 2 (en) 2 ]( 3 ) [rl 3 (H 2 ) 3 ] K 2 [sl 5 ] rden alfabético de átomos que se unen omenclatura de algunos ligandos F - l H - - S - S 3 2- fluoro cloro oxo nitro nitrato oxalato hidroxo ciano tiocianato sulfito H 2 H 3 py en H 3 H S - S 4 2- acuo amino carbonilo piridina etilendiamina metilamina nitruro isociano isotiocianato sulfato 10

11 2e - 2e - omenclatura de complejos [ol 2 (H 3 ) 4 ]l loruro de tetraminodiclorocobalto(iii) K 2 [sl 5 ] pentacloronitruroosmiato(vi) de potasio [r III l 3 (H 2 ) 3 ] triacuotriclorocromo(iii) z rbitales d x d z 2 x y y m=0 dx 2 -y 2 m=-2 z z y x y x dxz m=-1 dyz m=1 dxy m=2 z M n+ e - e - e - e - e - e - e - Mn+ e - e - e - e - e - 2e - y 2e - 2e - M n+ x 2e - Ion libre M n+ Ion M n+ rodeado esféricamente por 12 electrones Ion M n+ rodeado por 12 electrones en un campo octaédrico

12 1 2 3 E,, Energía de desdoblamiento de campo cristalino (), 2/5 EE (d 1, d 2, d 3 ) d 1 2/5 d 2 4/5 2/5 d 3 6/5 12

13 EE (d 4 ) 2/5 2/5 Bajo espín 8/5-P Alto espín Propiedades magnéticas Balanza de Gouy FF sustancia paramagnética sustancia diamagnética EE (d 5 ) 2/5 2/5 Bajo espín 2-2P Alto espín 0 13

14 EE (d 6 ) 2/5 2/5 Bajo espín 12/5-2P Alto espín 2/5 EE (d 7 ) 2/5 2/5 Bajo espín 9/5-P Alto espín 4/5 EE (d 7, d 8, d 9 ) d 7 alto espín 4/5 bajo espín 9/5-P d 8 d 9 6/5 14

15 Entalpías de hidratación de iones -AH hidratación (kcal/mol) a Sc Ti V r Mn Fe o i u Zn d o d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 10 Experimental Teórico M 2+ (g) + 6H 2 M(H 2 ) 6 2+ (ac) Energía de desdoblamiento de campo cristalino (Δ t ) 2/5Δ t, Δ t 3/5Δ t Δ t < Δ o De qué depende? arga del ion central Tamaño del ion central Ligando(s) 15

16 Serie espectroquímica I - < Br - < l - < S - < 3- < F - < H - < < H 2 < S - < gly < py < H 3 < en < 2- < PPh 3 < - < omplejos y colores. omplejos y colores. [Fe(H 2 ) 6 ] 3+ [i(h 2 ) 6 ] 2+ [Zn(H 2 ) 6 ] 2+ [o(h 2 ) 6 ] 2+ [u(h 2 ) 6 ] 2+ 16

17 Fotón de energía hν Absorción y color Longitud de onda absorbida (hν) (nm) 400 (violeta) 450 (azul) 490 (azul-verde) 570 (amarillo verdoso) 580 (amarillo) 600 (anaranjado) 650 (rojo) olor observado amarillo verdoso amarillo rojo violeta azul oscuro azul verde 17

18 omplejos, gemas y colores. Las gemas deben su color a trazas de metales de transición. orindón, Al 2 3 : Incoloro r Al : Rubí Mn Al: Amatista Fe Al: Topacio Ti &o Al: Zafiro Berilo, Be 3 Al 2 Si 6 18 : Incoloro r Al : Esmeralda Fe Al : Aguamarina Algunas aplicaciones Algunas aplicaciones porfina porfirina (clorofila a) 18