UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS EAP. CIENCIAS BIOLÓGICAS QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA
PRACTICA Nº6 COMPLEJOS CON LIGANDOS COMUNES
Práctica N°6 COMPLEJO CON LIGANDO COMUNES 1. OBJETIVOS: En esta sexta práctica nos propusimos: A. Preparación de compuestos de coordinación B. Encontrar el número de coordinación de los complejos con ligando comunes C. Observar la formación de precipitados y la solubilidad de sales al formar ligandos
2. CONCEPTOS TEÓRICOS: 2.1. Ligandos: Muchos iones metálicos reaccionan con especies dadoras de pares de electrones formando compuestos de coordinación o complejos. La especie dadora se conoce como ligando y ha de disponer al menos de un par de electrones sin compartir para la formación del enlace. Los iones metálicos son ácidos de Lewis, especies aceptoras de pares de electrones, y los ligandos son bases de Lewis. El agua, el amoniaco, el anión cianuro y los aniones haluros son ejemplos de ligandos que se enlazan al ión metálico a través de un solo átomo, por lo que se denominan ligandos monodentados. Los ligandos que se unen al metal a través de dos átomos se llaman ligandos bidentados, como la glicina o la etilendiamina. La mayoría de los metales de transición se enlazan a seis átomos del ligando, cuando un ligando se enlaza al ión metálico a través de seis átomos se denomina ligando multidentado o ligando quelante. También se puede hablar de agentes quelantes tridentados, tetradentados, pentadentados y hexadentados. Se llama número de coordinación de un compuesto de coordinación al número de ligandos unidos al ión central. Un mismo ión metálico puede presentar más de un número de coordinación, dependiendo de la naturaleza del ligando. Por otro lado, los complejos pueden presentar carácter catiónico, aniónico o neutro.
En las reacciones de formación de complejos un ión metálico M reacciona con un ligando L para formar el complejo ML. En estas reacciones las constantes de equilibrio son de formación y no de disociación como en los equilibrios ácido-base. Cuando el complejo tiene un número de coordinación mayor o igual a 2 podemos hablar de constantes de formación sucesivas (K). Los ligandos monodentados se agregan siempre en una serie de etapas sucesivas. En el caso de los ligandos multidentados, el número de coordinación puede satisfacerse con un solo ligando o con varios ligandos agregados. Los equilibrios de formación de complejos también pueden escribirse como la suma de cada una de las etapas individuales, en su caso tendrán constantes de formación globales (β). Salvo en para la primera etapa que corresponde a β1=K1, las constantes de formación globales son productos de las constantes de formación sucesivas de cada una de las etapas que dan lugar al producto.
2.2. Influencia de los ligandos en la estabilidad de un complejo: En los cationes de transición
la estabilidad sigue el orden:
Los complejos metálicos se preparan generalmente por la relación entre una sal del metal con alguna otra molécula o ion.
2.3. Nomenclatura de los compuestos de coordinación: Una vez analizados los diversos tipos de ligandos y los números de oxidación de los metales, hay que aprender a nombrar los compuestos de coordinación. Las reglas para nombrarlos son las siguientes: El anión se nombra antes que el catión, como en otros compuestos iónicos. La regla se aplica sin importar si el ion complejo lleva una carga positiva o negativa. Por ejemplo, en los compuestos K3[Fe(CN)6] y [Co(NH3)4Cl2]Cl primero se nombran los aniones [Fe(CN)6]- y Cl- y después los cationes K+ y [Co(NH3)4Cl2]+, respectivamente. En un ion complejo, primero se nombran los ligandos, en orden alfabético, y al final el ion metálico.
Los nombres de los ligandos aniónicos terminan con la letra o, mientras que un ligando neutro, por lo regular, adopta el nombre de la molécula. Las excepciones son H2O (acuo), CO (carbonilo) y NH3 (amino). En la siguiente tabla se da una lista de algunos ligandos comunes.
LIGANDO
NOMBRE DEL LIGANDO EN EL COMPUESTO DE COORDINACION -
Bromuro, Br Cloruro, ClCianuro, CNHidróxido, OHOxido, O2Carbonato, CO32Nitrito, NO2Oxalato, C2O42Amoníaco, NH3 Monóxido de carbono, CO Agua, H2O Etilendiamina Etilendiaminatetraacetato
Bromo Cloro Ciano Hidroxo Oxo Carbonato Nitro Oxalato Amino Carbonilo Acuo Etilendiamino Etilendiaminotetraacetato
Cuando hay varios ligandos de un tipo determinado, se utilizan los prefijos griegos di-, tri-, tetra-, penta- y hexa- para nombrarlos. Así, los ligandos del catión [Co(NH3)4Cl2]+ son “tetraaminodicloro”. Si el ligando por sí mismo contiene un prefijo griego, se utilizan los prefijos bis (2), tris (3) y tetrakis (4) para indicar el número de ligandos presentes. Por ejemplo, el ligando etilendiamino ya contiene el prefijo di; por tanto, si están presentes dos de estos ligandos, el nombre correspondiente es bis(etilendiamino). El número de oxidación del metal se escribe con números romanos después del nombre del metal. Por ejemplo, el número romano III indica que el estado de oxidación del cromo es +3 en [Cr(NH3)4Cl2]+, que se llama ion tetraaminodiclorocromo (III). Si el complejo es un anión, su nombre termina en –ato. Por ejemplo, en K4[Fe(CN)6] el anión [Fe(CN)6]4- se denomina ion hexacianoferrato4 (II). Nótese que el número romano II indica el estado de oxidación del hierro. En la siguiente tabla se dan los nombres de varios aniones que contienen átomos metálicos:
METAL Aluminio Cromo Cobalto Cobre Oro Hierro Plomo Manganeso Molibdeno Níquel Plata Estaño Tungsteno Zinc
NOMBRE DEL METAL EN EL COMPUESTO ANIONICO Aluminato Cromato Cobaltato Cuprato Aurato Ferrato Plumbato Manganato Molibdato Niquelato Argentato Estanato Tungstato Zincato
3. MATERIALES Y REACTIVOS: 3.1. Materiales:
Tubos de prueba y gradilla
Piseta
Frascos goteros
3.2. Reactivos:
Amoniaco concentrado (NH3)
Sulfato de cobre (CuSO4) 0.2 N
Cloruro de níquel (NiCl2) 0.2 N
Nitrato de plata (AgNO3) 0.1 N
Cianuro de potasio (KCN) 0.2 N
Hexacianoferrato (II) de potasio (K4(Fe(CN)6)) 0.2 N
Tricloruro de hierro (FeCl3) 0.2 N
Tiosulfato de sodio (Na2S2O3) 0.2 N
Sulfocianato de potasio (KSCN) 0.2 N
Cloruro de sodio (NaCl) 0.2 N
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 4.1. Ligando: NH3 a) Al agregarle dos gotas de amoniaco concentrado (NH3) al sulfato de cobre (CuSO4) se observa que la solución adquiere un tono azul intenso.
CuSO4
+
sulfato de cobre
4NH3 amoniaco
(Cu(NH3)4)SO4 sulfato de tetraamíncobre (II)
b) Conforme agregamos el amoniaco (NH3) al cloruro de níquel (NiCl2) el compuesto formado adquiere un celeste claro y un aspecto lechoso.
NiCl2
+
cloruro de níquel
6NH3 amoniaco
(Ni(NH3)6)Cl2 cloruro de hexamín níquel (II)
c) Cuando combinamos el nitrato de plata (AgNO3) con el cloruro de sodio (NaCl) se forma un precipitado de color blanco: el cloruro de plata (AgCl) pero, al agregar amoniaco (NH3), el haluro de plata solubiliza y se forma el cloruro diamino argenta (I) de geometría lineal
NaCl
+
AgNO3
cloruro de sodio nitrato de plata
AgCl ↓ + cloruro de plata
2NH3 amoniaco
NaNO3
+
AgCl
nitrato de sodio cloruro de plata
[Ag(NH3 )2 ]Cl cloruro de diamino plata (I)
d) Al añadir progresivamente el amoniaco (NH3) al tricloruro de cromo (CrCl3) se observa el cambio de color hacia un rosado de intensa tonalidad.
CrCl3
+
3NH3
cloruro de cromo
[Cr(NH3 )3Cl3]
amoniaco
cloruro de triamino cromo (III)
4.2. Ligando: CNa) Al agregarle dos gotas de cianuro de potasio (KCN) al sulfato de cobre (CuSO4) se observa que la solución adquiere un tono amarillo que progresivamente vira hacia tonos mostazas sin embargo el ligando formado es inestable y rápidamente retorna al color original.
CuSO4
+
4KCN
sulfato de cobre cianuro de potasio
K3(Cu(CN)4)
+
K2SO4
tetraciano cuprato (I) de potasio
b) Conforme agregamos el cianuro de potasio (KCN) al cloruro de níquel (NiCl2) el compuesto formado adquiere un color blanco debido a que el ligando formado esta solubilizándose
NiCl2
+
cloruro de níquel
4KCN cianuro de potasio
K2(Ni(CN)4)
+
2KCl
tetraciano niquelato (II) de potasio
c) Cuando combinamos el nitrato de plata (AgNO3) con el cloruro de sodio (NaCl) se forma un precipitado de color blanco: el cloruro de plata (AgCl) pero, al agregar cianuro de potasio (KCN) precipita la solución
NaCl
+
AgNO3
cloruro de sodio nitrato de plata
AgCl ↓ cloruro de plata
+
NaNO3 nitrato de sodio
2KCN
cianuro de potasio
+
AgCl cloruro de plata
K[Ag(CN )2 ] + KCl diciano argentato (I) de potasio
d) Al agregarle dos gotas de hexacianoferrato (II) de potasio (K4(Fe(CN)6)) al sulfato de cobre (CuSO4) se observa un cambio instantáneo en la coloración que vira hacia el pardo.
2CuSO4
+
K4(Fe(CN)6)
2K2SO4 + Cu2(Fe(CN)6)
hexaciano ferrato(II) de potasio
hexacianoferrato(II) de cobre(II)
e) Al añadir progresivamente el hexacianoferrato (II) de potasio (K4(Fe(CN)6)) al tricloruro de hierro (FeCl3) se observa que el color amarillo del haluro de hierro se cambia hacia un azul oscuro conocido como azul de Prusia.
4FeCl3
+
3K4(Fe(CN)6)
12KCl
hexaciano ferrato(II) de potasio
+ Fe4(Fe(CN)6)3
hexacianoferrato(II) de hierro(III)
Fe4[Fe(CN)6]3(s) + K4 [Fe(CN)6]
K4[Fe(CN)6](ac)
f) Conforme adicionamos cianuro de potasio (KCN) al nitrato de cobalto (Co(NO3)2) el compuesto formado, inicialmente rosado, adquiere un color pardo chocolatoso lo que delata la formación de un ligando
Co(NO3)2
+
2(KCN)
Co(CN)2 + 2K(NO3)
cianuro de potasio
Co (CN)2(s)+ KCN
diciano de cobalto(II)
K4[Co(CN)6](ac)
hexacianocobaltato(II) de potasio
4.3. Ligando: S2O3a) Al añadir progresivamente el tiosulfato de sodio (Na2S2O3) al tricloruro de hierro (FeCl3) previamente enfriado con agua, se observa que el color amarillo inicial se vuelve hacia un morado oscuro y conforme pasa el tiempo el compuesto se torna incoloro conforme se forma el tetratiosulfato ferrato de sodio (Na(Fe(S2O3)3)).
FeCl3
+
Na2S2O3
Fe(ClS2O3)
tiosulfato de sodio
+
NaCl
tiosulfato cloruro de hierro (III)
b) Conforme agregamos el nitrato de plata (AgNO3) al tiosulfato de sodio (Na2S2O3) el producto inicialmente adquiere un color negro debido a la formación de ligando ditiosulfato argentato de sodio (Na(Ag(S2O3)2)) sin embrago se vuelve incoloro conforme la formación del sulfuro de plata se lleva a cabo aunque se precipitan partículas negras.
2AgNO3
+
Na2S2O3
tiosulfato de sodio
AgS2O
+
Na2S2O3
AgS2O3
+
2NaNO3
tiosulfato de plata Na3[Ag(S2O3)2]
4.4. Ligando: SCNa) Al añadir progresivamente el sulfocianato de potasio (KSCN) al tricloruro de hierro (FeCl3)y se forma el hexocianatoferrato de hierro (III) (Fe+3(Fe+2(SCN)6-1))
FeCl3
+
KSCN
sulfocianato de potasio
Fe(Fe(SCN)6)
+
KCl
hexosulfocianato ferrato(II) de hierro (III)
b) Al agregarle dos gotas de sulfocianato de potasio (KSCN) al nitrato de mercurio (II) (Hg(NO3)2) se observa un cambio instantáneo en la coloración que vira hacia el plomo.
Hg(NO3)2
+
KSCN
HgSCN
+
KNO3
sulfocianato de potasio sulfocianato de mercurio (II)
Hg(SCN)2 + 2KSCN
K2[Hg(SCN)4]
tetrasultocianato mercurato (II) de potasio
c) Cuando combinamos el sulfocianato de potasio (KSCN) con el amoniaco concentrado (NH3) y agregamos nitrato de cobalto (Co(NO3)2) se forma un complejo de color azul
KSCN + NH3
+ Co(NO3)2
sulfocianato de potasio
K2(Co(SCN)4)
+ HNO3
sulfocianato de cobalto (II) de potasio
4.5. Ligando: Ia) Al agregarle unas gotas de ioduro de potasio (KI) al cloruro de mercurio (HgCl2) se observa que la solución adquiere un tono anaranjado debido a la formación del ligando.
KI
+
HgCl2
cloruro de mercurio
K2[HgI4]
+
KCl
tetraiodo mercurato (II) de potasio
b) Al agregarle unas gotas de ioduro de potasio (KI) al nitrato de cobalto (Pb(NO3)) se observa que la solución adquiere un tono amarillo intenso debido a la formación del tetra iodo plumbato de potasio
KI
+
Pb(NO3)2
PbI2
nitrato de plomo
PbI2
+
2KI
+
KNO3
diiodo de plomo(II)
K2[PbI4]
tetraiodo plumbato (II) de potasio
5. CONCLUSIONES: Numerosos ligandos se forman de manera transitoria para desaparecer de manera veloz conforme se produce una nueva reacción quimica Otros tantos se precipitan a gran velocidad para desaparecer conforme pasa el tiempo lo que nos indica que como los ligandos se relacionan de manera activa con otros compuestos crean enlaces transitorios de escasa duración De la cantidad en que combinemos los reactantes depende los productos que se formen y los respectivos números de coordinación de cada uno.
6. BIBLIOGRAFÍA:
Beyer, L. Y Fernández Herrero, V. (2000). Química Inorgánica. Ariel Ciencia. Barcelona.
Chang, R. (1999) Química Edición breve. Mac Graw-Hill Interamericana. Mexico
Mackay, K.M., Mackay, R.A. y Henderson, W. (1996) Introduction to Modern Inorganic Chemistry. 5th edition. Blackie Academic& Professional. Londres.
Masterton, W., Slowinsky, E., Stanitsky, C., (1990). Química General Superior. Mac Graw Hill-Interamericana.
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CUESTIONARIO
1. Escriba las ecuaciones químicas respectivas 2. Indique los números de coordinación en los complejos obtenidos Ecuaciones químicas
Números de coordinación en los complejos obtenidos
Ligando: NH3 1) CuSO4 + 2) NiCl2 + 3) AgCl ↓ + 4) CrCl3 +
4NH3 6NH3 2NH3 3NH3
(Cu(NH3)4)SO4 (Ni(NH3)6)Cl2 [Ag(NH3 )2 ]Cl [Cr(NH3 )3Cl3]
1) 2) 3) 4)
4 6 2 3
Ligando: CN-
1)
CuSO4 +2 KCN Cu(CN)2(s) + KCN
1) NiCl2 +2KCN Ni(CN)2(S) + KCN 2) AgNO3 + NaCl AgCl(s) +2 KCN
Cu(CN)2(s) + K2SO4 K3[Cu(CN)4](ac) Ni(CN)2(s)+2KCl K2[Ni(CN)4] AgCl(s) +NaNO3 K[Ag(CN)2] +KCl
3) CuSO4 +K4[Fe(CN)6] 3Cu2[Fe(CN)6](s) + 2NH3(ac)
1) 2 4 2) 1 2 3) 6 6
Cu[Fe(CN)6](s) + K4SO4 N2[Fe(CN)6]3 + 6CuH
4) 6 6
4) 4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] Fe4[Fe(CN)6]3(s) +12KCl Fe4[Fe(CN)6]3(s) + K4 [Fe(CN)6] K4[Fe(CN)6](ac)
5) 2 6
5) Co(NO3)2 + 2KCN Co (CN)2(s)+ KCN
6) 2 6
Co(CN)2(S) +2K(NO3) K4[Co(CN)6](ac)
Ligando: S2O321) FeCl3 +Na2S2O3 Na[Fe(S2O3)2] 2) 2AgNO3 + Na2S2O3 AgS2O3 + 2NaNO3 3 AgS2O + Na2S2O3 Na3[Ag(S2O3)2]
1) 2 2) 1 3) 1
Ligando:SCN1) 2FeCl3 + 6KSCN 2) Hg(NO3)2 + 2KSCN Hg(SCN)2 + 2KSCN
Fe[Fe(SCN)6] + 6KCl Hg(SCN)2 + 2K(NO3) K2[Hg(SCN)4]
3) KSCN + NH3 + Co(NH3)2
K2[Co(SCN)4]
1) 6 2) 2 4 3) 4
Ligando:I1) HgCl2 + 2KI HgI2(s) + 2KI 2) Pb(NO3)2+2KI PbI2 + 2KI
HgI2 + 2KCl K2[HgI4]
1) 2 4
PbI2 + 2K(NO)3 K2[PbI4]
2) 2 4
3. Escriba dos ejemplos de ligandos: monodentados, bidentados y tridentados.
Ligandos monodentados: Son aquellos que solo poseen un solo átomo dador. Entonces solo ocupa una posición de coordinación. o Anión Flúor (
)
o Anión Cloro (
)
Ligandos bidentados Son aquellos que poseen dos átomos dadores. o Oxalato (
)
o Etilendiamida (H2NCH2CH2NH2)
Ligandos tridentados Son aquellos que poseen tres o más átomos dadores. o Dietilentriamina ( o Terpiridina (
4. ¿Qué es un quelato?
) )
Un quelante es una sustancia que forma complejos con iones de metales pesados. A estos complejos también se los conoce como quelatos, palabra que proviene de la palabra griega chele que significa "garra". Una de las aplicaciones de los quelantes es evitar la toxicidad de los metales pesados para los seres vivos. Los quelatos son complejos formados por la unión de un metal. y un compuesto que contiene dos o más ligandos potenciales. El proceso de formación del quelato se conoce como quelatación o quelación. El producto de tal reacción es un anillo heterocíclico. Un quelante es un ligando polidentado que se coordina a un ion central por dos o más átomos dativos. Los anillos de 5 a 6 miembros poseen más estabilidad, por lo que se diseñan quelantes polidentados, es decir, multiligantes, para lograr complejos de alta estabilidad. La formación de quelatos polidentados da por resultado un compuesto mucho más estable que cuando el metal se une solamente con un átomo ligante (monodentado). Esto se debe sobre todo a efectos entrópicos, ya que después de la primera coordinación las demás etapas suelen producirse liberando los ligandos coordinados anteriormente y aumentando así la entropía del sistema. La estabilidad de los quelatos varía con el metal y con los átomos ligantes. Por ejemplo, el mercurio y el plomo tienen mayor afinidad por el azufre y el nitrógeno que por el oxígeno. Estas diferencias sirven como base de la acción de los quelantes en el cuerpo humano. Los quelatos resultantes que se forman en el cuerpo son solubles en agua y se excretan intactos en gran parte por la orina, a una velocidad más rápida que la esperada para el metal en sí.
5. Investigue 3 compuestos de coordinación presente en los organismos vivos, escriba la
estructura de estos.
a) La hemoglobina es una proteína que transporta O2 en la sangre. La molécula contiene cuatro cadenas largas plegadas que se llaman subunidades. Cada subunidad contiene un grupo hemo (iones Fe2+ enlazados a anillos de porifirina) así que la molécula de hemoglobina se puede unir a cuatro moléculas de O2.
b) La molécula de clorofila, esencial para la fotosíntesis en las plantas, también contiene el anillo porfirina, pero en este caso el ion metálico es el Mg2+ en lugar del Fe2+.
c) El complejo hierro-hemo está presente en otro tipo de proteínas, denominadas citocromos. El hierro forma un complejo octaédrico en estas proteínas, pero como los grupos histidina y metionina están unidos con fuerza al ion metálico, el oxígeno u otros ligandos no pueden desplazarlos. Por esta razón los citocromos funcionan como acarreadores de electrones, esenciales para los procesos metabólicos.
6. ¿Por qué los complejos de cobre son coloreados y por qué los de plata no? Prácticamente todas las sales y complejos de cobre II son coloreados y un gran número de ellos verdes o azules. Estos colores son debido a la presencia de una banda de absorción en la región de 600-900 nm del espectro electromagnético. La plata I es el estado de oxidación más frecuente en el que se encuentra la plata en los compuestos químicos. En soluciones ácidas o neutras es posible encontrar el catión Ag+; el cual, debido a la estabilidad de su configuración electrónica que impide transiciones electrónicas en longitudes de onda del espectro visible, es incoloro.
ESTE TRABAJO SE HIZO GRACIAS A LOS INCONMENSURABLES E INGENTES ESFUERZOS DE:
BRAVO ALIANO ALEXIS MIJAIL 14100050 LEANDRO DIAZ JOSSEPY JEFFREY 14100068 MENDIVIL MALPICA ALEJANDRO 14100058 PRADO ALIAGA GERSON ENRIQUE 14100014 GRUPO 4 - JUEVES DE 13:00 A 17:00
