Estructura de los compuestos de coordinación
La estructura de estas sustancias difiere fundamentalmente de las sales simples. El criterio principal para clasificarlas en una categoría independiente es precisamente su estructura espacial.
Componentes estructurales principales:
- Átomo central (agente acomplejante): átomo o ion que ocupa la posición central en la unidad estructural de la sustancia.
- Ligandos: átomos o grupos atómicos que están directamente unidos al agente acomplejante (por ejemplo, grupos $CN$, moléculas de agua o amoníaco).
- Número de coordinación: el número exacto de ligandos que han formado enlaces con el átomo central.
Regla clave: una reacción conduce a la formación de un compuesto de coordinación solo cuando el número de coordinación del átomo central comienza a superar su valencia.
Consideremos el ferricianuro de potasio ($K_3[Fe(CN)_6]$). El átomo central es hierro trivalente $Fe(III)$. A su vez, está rodeado por seis ligandos $CN$. El número de coordinación (6) es mayor que la valencia (III), por lo que estamos ante un complejo verdadero.
A modo de comparación, tomemos el cloruro de hierro(III) ($FeCl_3$). En su red cristalina, un átomo de hierro también está rodeado por seis átomos de cloro. Sin embargo, en la propia unidad fórmula solo hay tres cloros. Por lo tanto, el $FeCl_3$ no pertenece a los compuestos de coordinación, ya que no contiene partículas complejas aisladas.
Reglas de nomenclatura
Los nombres de los compuestos de coordinación suelen constar de dos palabras que designan la esfera externa y la interna. La esfera interna se forma siguiendo un algoritmo estricto: primero se indica el número de ligandos (con los prefijos griegos di-, tri-, tetra-, penta-), luego el nombre del propio ligando (la molécula de agua $H_2O$ se denomina acua y el amoníaco $NH_3$, amín), y al final se nombra el átomo central indicando su valencia con un número romano.
Existen tres tipos de complejos y cada uno cuenta con sus propias reglas:
- Complejos aniónicos (el complejo es un anión).
El primer lugar en la fórmula lo ocupa el catión metálico de la esfera externa. El nombre de la esfera interna adquiere la terminación -ato y para el átomo central se utiliza su nombre en latín. Ejemplo: $Na[CuCl_2]$, diclorocuprato(I) de sodio.
- Complejos catiónicos (el complejo es un catión).
En la fórmula, la esfera interna se coloca en primer lugar. Al leerse, se sitúa después del nombre del anión (esfera externa). El átomo central se nombra en español en caso genitivo. Ejemplo: $[Cu(NH_3)_4]SO_4$, sulfato de tetraamíncobre(II).
- Complejos neutros.
Carecen por completo de esfera externa. El nombre se escribe en una sola palabra y no es necesario indicar la valencia del átomo central. Ejemplo: $[Zn(NH_3)_2Cl_2]$, diclorodiamínzinc.
Reacciones químicas y propiedades
En la química de los compuestos de coordinación se distinguen dos tipos principales de transformaciones químicas.
1. Reacciones de intercambio de iones de la esfera externa. Tienen lugar en soluciones acuosas sin que la partícula compleja sufriendo descomposición alguna. Solo se produce el reemplazo de los iones situados fuera de los corchetes. Si al sulfato de tetraamíncobre(II) se le añade cloruro de bario, se produce un intercambio clásico: $$[Cu(NH_3)_4]SO_4 + BaCl_2 = [Cu(NH_3)_4]Cl_2 + BaSO_4\downarrow$$ Como resultado, precipita sulfato de bario de color blanco. La coloración azul violácea de la solución se mantiene, ya que se debe al ion complejo $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$, el cual permanece intacto.
2. Reacciones de sustitución de ligandos. Es el proceso mediante el cual ciertas partículas de la esfera interna son reemplazadas por otras capaces de formar enlaces más fuertes con el átomo central. Por ejemplo, en una solución acuosa, los iones de cobre se unen al agua formando acuocomplejos de color azul. Si se añade amoníaco, las moléculas de agua son sustituidas por moléculas de $NH_3$: $$[Cu(H_2O)_4]SO_4 + 4NH_3 = [Cu(NH_3)_4]SO_4 + 4H_2O$$ El acuocomplejo se convierte en un amoniacato. Visualmente, esto va acompañado de un cambio drástico en el color de la solución, pasando de azul a un azul violáceo intenso.
Naturaleza y función biológica
La propia palabra proviene del latín complexus, que significa la unión de varios elementos en un todo. Por regla general, se forman a partir de sustancias complejas más simples (algo que también es característico de ácidos o sales).
Los compuestos de coordinación están muy extendidos en la naturaleza. Muchos minerales pertenecen a esta clase por su estructura química. Desempeñan un papel de vital importancia en el mantenimiento de la actividad vital tanto de plantas como de animales.
Gracias a sus propiedades químicas específicas y a su capacidad para intercambiar ligandos, estas sustancias han encontrado aplicaciones prácticas amplias. En la práctica moderna se emplean activamente como fármacos y como colorantes industriales y de laboratorio.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Por qué mecanismo se forman los enlaces químicos entre el átomo central y los ligandos en la esfera interna?
Los enlaces químicos entre el átomo central y los ligandos en la esfera interna se forman mediante un mecanismo dativo o de coordinación (donador-aseptor). El átomo central (agente acomplejante) actúa como aceptor, proporcionando orbitales de valencia vacíos para el enlace. Los ligandos actúan como donadores y ceden sus pares de electrones no compartidos a los orbitales libres del átomo central. Por ejemplo, en los complejos amoniacales, el nitrógeno aporta el par de electrones y el ion metálico actúa como aceptor.
¿Qué es la dentacidad de los ligandos y en qué tipos se dividen según este criterio?
La dentacidad caracteriza el número de enlaces que un ligando forma con el átomo central. Según este criterio, se distinguen los siguientes tipos de ligandos:
- Monodentados: forman un solo enlace con el agente acomplejante (por ejemplo, las moléculas de amoníaco).
- Bidentados: forman dos enlaces con el átomo central dentro de una misma molécula (por ejemplo, la etilendiamina).
El incremento en el número de enlaces de un solo ligando con el átomo central provoca la aparición del efecto quelato y un aumento en la estabilidad del compuesto de coordinación.
¿Qué compuestos de coordinación biológicamente importantes (metaloproteínas) garantizan específicamente el transporte de oxígeno y la respiración tisular?
Entre los compuestos biológicamente importantes vinculados al transporte de oxígeno y a la respiración tisular se encuentran:
- Hemoglobina: transporte de O₂ hacia los tejidos y de CO₂ hacia los pulmones.
- Mioglobina: unión, transporte y almacenamiento de O₂ directamente en el tejido muscular.
- Citocromos: aseguran los procesos de la respiración tisular y el transporte de electrones. El complejo IV (citocromo c oxidasa) constituye el eslabón final en la transferencia de electrones al oxígeno molecular.
¿Qué son los complejos quelatos y en qué radica la causa de su alta estabilidad termodinámica?
Los complejos quelatos (compuestos intracosarios) son compuestos de coordinación en los cuales un único ligando forma dos o más enlaces coordinados (donador-aseptores) con el átomo central. Su mayor resistencia se debe al efecto quelato. Por ejemplo, la etilendiamina posee dos átomos de nitrógeno donadores y forma dos enlaces con el átomo central; los complejos con diaminas son más estables que aquellos con monoaminas.
¿Cómo disocian los compuestos de coordinación en soluciones acuosas en comparación con las sales dobles?
La comparación entre la disociación de compuestos de coordinación y la de sales dobles no se detalla en las fuentes proporcionadas. Según las fuentes, los compuestos de coordinación con esfera externa se clasifican como electrolitos fuertes, mientras que los compuestos de coordinación sin esfera externa se consideran electrolitos débiles. Durante el intercambio de iones de la esfera externa, el ion complejo se conserva.
Para no confundir la nomenclatura, recuerde la correspondencia de letras: Complejo aniónico -> se utiliza el nombre en lAtino del metal + el sufijo -Ato. Complejo catiónico -> se utiliza simplemente el nombre en español.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cómo distinguir rápidamente por la fórmula un compuesto de coordinación de una sal común?
El principal signo visual es la presencia de corchetes en la fórmula química, los cuales delimitan la esfera interna. Además, en la unidad fórmula, el número de ligandos alrededor del átomo central debe superar su valencia.
¿Se destruye el ion complejo durante las reacciones de intercambio?
No, en las reacciones de intercambio solo participan los iones de la esfera externa. La esfera interna (el ion complejo) conserva su estructura, lo cual se corrobora mediante la coloración inalterada de la solución.
¿Qué ocurre durante la reacción de sustitución de ligandos?
Unos ligandos de la esfera interna son desplazados por otros si las nuevas partículas logran formar enlaces más sólidos con el agente acomplejante. Por ejemplo, el agua presente en el acuocomplejo de cobre puede ser reemplazada por completo por amoníaco.
Qué más repasar sobre el tema
- Determinación del número de coordinación de los metales en complejos complejos
- Nombres específicos de los ligandos al formular la nomenclatura
- Algoritmo para escribir la fórmula de un compuesto de coordinación a partir de su nombre
- Síntesis de compuestos de coordinación de zinc con etilendiamina
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