Estabilidad en compuestos de coordinación Química inorgánica – Facultad de química UNAM Objetivos Comprender las características estructurales de los ligantes que favorecen mayor estabilidad en los complejos. Introducción Un compuesto de coordinación, o complejo, es aquel que resulta de la unión de un ácido de Lewis (aceptor de pares de electrones) y una o varias bases de Lewis (donadoras de pares de electrones). El número de bases que pueden unirse al ácido es independiente de la carga de ambos. n+
En la química de coordinación, los ácidos de Lewis más comunes son los cationes metálicos, M , y es habitualmente referirse a uno de ellos como átomo central, ion metálico o simplemente metal. Por otro lado, a las bases de Lewis se les conoce como ligantes y suelen ser aniones o moléculas neutras en las que al menos hay un átomo con un par de electrones no compartido. Algunos -
-
ejemplos simples son: H 2O, NH3, Cl , CN , etcétera. Al átomo con el par de electrones no compartido se le llama átomo donador. n+
Los iones metálicos en disolución acuosa generalmente forman complejos del tipo [M(H 2O)6] . Sin embargo, si el metal es enlazado por ligantes con carga, puede llegar a producir un compuesto de coordinación neutro que podría ser insoluble y, por lo tanto, que podría precipitar. Sustancias Formiato de sodio, oxalato de potasio, (3 ) , (3 ) , (3 ) , + , + , + , + , Propilamina, etilendiamina, NaOH, , , ( (3 ) . Material Tiras pH, tubos de ensaye. Procedimiento Se formaron dos series con tres tubos de ensayo cada uno, a los tubos de cada serie se le añadió 2 ml de disolución de Co(NO 3)2 , a otro 2 ml de disolución de Cu(NO 3)2 y al restante 2 ml de disolución de Zn(NO 3)2. A los tubos de una serie se le añadió 4ml de disolución de form iato de sodio y a la otra serie seri e se le añadió 4 ml de oxalato de potasio, registrando las observaciones en la tabla 1.
En cuatro tubos diferentes de ensayo se colocó en cada uno 2 ml de disolución de Ni(NO 3)2 a los cuales se les determino el pH de esta disolución y la de los ligantes. A cada tubo se le añadió un diferente ligante, 8 ml de propilamina, 4 ml de etilendiamina, 2 ml de H2salen, unas gotas de NaOH. Se registraron los valores de pH y las reacciones observadas en cada uno de los casos en la tabla 2. Cuestionario Tabla 1. Observaciones de la interacción de aniones formiato y oxalato con los cationes + , + , + . Ligantes
Formiato +
Cationes
+
+
Color incial
Rosa
Azul
Transparente
Cambio observado al
Rosa
Azul
Transparente
agregar el ligante Ligante adicionado
Oxalato +
Cationes
+
+
Color inicial
Rosa
Azul
Transparente
Cambio observado al
Rosa precipitado
Azul precipitado
Blanco precipitado
agregar el ligante
a) Tomando en cuenta las estructuras de los ligantes y que se añadió un volumen doble de formatio que de oxalato, dibuja la formula desarrollada del producto esperado en cada caso.
b) ¿cómo puedes explicar los resultados resultados tan distintos que se pudieron observar al agregar ya fuera formiato u oxalato? El oxalato sí pudo coordinar con el cobalto, cobre y zinc, ya que formaban una estructura más estable debido a que el oxalato es un ligante bidentado. El formiato es monodentado, por lo que se necesitan 2 formiatos para equilibrar las cargas con el cobalto, cobre y zinc, por lo tanto es menos estable. Tabla 2. Reacciones de + con diversos ligantes. Tubo
1
Reacción
2 mL de + + 4 mL de
pH del
pH de la
ligante
mezcla
11
10
Observaciones
Al inicio era color transparente y después la mezcla cambio a
propilamina
color verde claro. 2
2 mL de + + 2 mL de
10
8
después en la mezcla color azul.
etilendiamina 3
2 mL de + + 2 mL de
7
5
2 mL de + + gotas de NaOH
Al inicio era color amarillo y con la mezcla color naranja-rojo.
4
Al inicio era color transparente y
14
9
Al inicio era color verde y con la mezcla se mantuvo de ese color sólo que se puso turbio.
a) ¿Qué producto se formó en el tubo 4 (al que se añadió NaOH)?
Ni(NO3)2(ac) + 2 NaOH(ac) = Ni(OH) 2(ac) + 2 NaNO3 b) El compuesto obtenido en el tubo 4 es igual al que se generó en uno de los tres primeros. ¿A cuál de ellos y por qué? Al tercero, ya que la estructura del tiene dos grupos hidroxilo que hacen que coordinen con el níquel. c) Considerando que las disoluciones de + y de todos los ligantes tiene la misma molaridad, escribe las ecuaciones de las reacciones que se efectuaron, con los coeficientes estequiométricos que correspondan. Dibuja la formula desarrollada de cada producto esperado. - + + C3H9N
[( 3 9 ) ]+
- + 8 → [( 8 ) ]+
+ 1616 → [(16 16 )]+
-
+2 → ()
-
d) ¿Cómo puedes explicar los distintos valores de pH obtenidos? Pues que mientras el pH sea más básico más estable será el compuesto de coordinación y mientras más acido sea será menos estable el compuesto de coordinación. En este caso el del pH mayor fue la etilendiamina, pues es bidentada, le sigue la propalamina y luego el OH. e) Analizando los resultados y las estructuras de los ligantes de la figura 2, propón una secuencia de estabilidades para los compuestos de coordinación de níquel con dichos ligantes.
Reacción o reacciones a llevar a cabo. En conclusión ¿Qué característica estructural de los ligantes favorece una mayor estabilidad en los complejos? Que sea bidentado y no monodentado, es es decir, por los pares electrónicos libres porque
la
estructura de un ligante bidentado tiende a interactuar con cargas positivas, teniendo más interacción que uno monodentado, y basándonos en los pH de los compuestos se concluye que mientras el pH sea más básico el compuesto será más estable y mientras sea un pH ácido será menos estable. Análisis de resultados En la tabla 1 podemos observar que en el oxalato si pudo coordinar con el cobalto, cobre y zinc, ya que se formaban una estructura más estable debido a que el oxalato es un ligante bidentado. El formiato es monodetant, por lo que se necesitan 2 formatios para equilibrar las cargas por el cobalto, cobre y zinc, por lo tanto es menos estable. En la segunda parte, a 4 tubos de ensaye se le agregaron 2 mL de una disolución de (3 ) y a este se le determinó el pH, concluyendo que mientras el pH sea más básico el compuesto será más estable y mientras sea un pH ácido será menos estable, es decir, el pH está en función de los diferentes tipos de ligantes ya sea mono o bidentado, en tanto que el pH disminuye por la presencia de protones H+ liberados por el ligante al momento de coordinarse con el metal. Conclusión En base a lo experimentado aprendí que cada catión cobalto, cobre y zinc al agregarle oxalato o formiato va a depender la estabilidad por sus estructuras en cada uno de ellos, por ejemplo el oxalato tiene dos oxígenos libres mientras formiato sólo tiene uno, lo cual al tener más oxígenos libres va darle más estabilidad al compuesto de coordinación, en pocas palabras, por los oxígenos libres dará a la formación de anillos; concluyendo que si se forma un anillo por cinco o más elementos tendrá mayor estabilidad que uno que se forme por cuatro o menos. Otro punto importante es que influye el pH, ya sea bidentado o monodentado de ello va a observarse si es básico o ácido, mientras tanto también va a influir el volumen agregado, ya que en cada compuesto al agregarle el doble o menos, va a reaccionar y por último el color del compuesto depende de con qué metal se esté trabajando debido a sus orbitales moleculares interactuando. En conclusión la estabilidad se dará por la formación de los anillos de los compuestos de coordinación que significa en la química inorgánica, el efecto quelato. Miriam
El compuesto de coordinación es el que resulta de la unión de un ácido o una base, en los cuales los llamados ligantes son principalmente bases los cuales suelen ser aniones o moléculas neutras, en el caso de algunas reacciones se pudo observar como formaban un precipitado debido a la presencia de los iones metálicos en medio acuoso ya que se formaban compuestos neutros. Samuel Bibliografía
Manual de Prácticas de Química Inorgánica Laboratorio, UNAM.
Brown, T. Química la ciencia central. central. Editorial Pearson Educación, Novena Edición, México, 2004, 1152 pp.
Rayner-Canham, G. Química Inorgánica Descriptiva, México. Pearson Educación. 2000.
