Compuestos de coordinación

Definición de compuestos de coordinación

Un compuesto de coordinación es cualquier compuesto que contenga una entidad de coordinación. Una entidad de coordinación es el conjunto formado por un átomo o ión metálico central (con orbitales de valencia no ocupados que se comportan como ácidos de Lewis aceptando electrones), rodeado por un número de iones, átomos o moléculas, que reciben el nombre de ligandos que se comportan como bases de Lewis pues tienen electrones libres no compartidos. La formación de una entidad de coordinación se puede interpretar pues como una reacción entre un ácido de Lewis y una base de Lewis, entre los que se establece un enlace covalente coordinado o dativo.

Aunque generalmente el grupo central es un catión también puede ser un átomo neutro o una molécula y puede poseer carga positiva, negativa o no tener carga.

El número o índice de coordinación de un complejo es el número de ligandos unidos directamente al átomo metálico central mediante enlaces σ (pero no se cuentan los enlaces π) que suele ser el doble de la valencia del átomo central.

La esfera de coordinación interna contiene a los ligandos unidos al metal central. Estos ligandos se encierran entre corchetes. Los ligandos de la esfera de coordinación interna dependen de la valencia secundaria del complejo, es decir, del número de enlaces que forma el metal con el ligando y por tanto también da información de la geometría del complejo. La esfera de coordinación externa, la forman el resto de ligandos y no van encerrados entre corchetes. Así, en el complejo [Co(NH₃)₆]Cl₃. Los tres iones cloruro forman la esfera de coordinación externa, y neutralizan la valencia primaria o estado de oxidación del catión Co(III) y las seis moléculas (índice de coordinación) de amoníaco se unen con las valencias secundarias del Co y constituyen la esfera de coordinación interna del metal.

Clasificación de los ligandos

a) En base al número de átomos directamente unidos al átomo central. Pueden ser monodentados, bidentados, tridentados y, en general, polidentados. Los ligandos polidentados se denominan ligandos quelatos, porque al unirse al átomo central actúan como una pinza que forma un anillo, llamado anillo “quelato”. Puede darse un tercer tipo de ligandos conocidos como ligandos ambidentados que son en realidad ligandos que actúan como monodentados, pero de dos maneras diferentes.

b) En base al tipo de enlace que establecen con el átomo metálico:

1.- Ligandos que no tienen disponibles electrones ni orbitales vacios tipo π y que, por tanto, se coordinan sólo a través del enlace σ. Ejemplos : H^-, NH₃, (SO₃)^2-,…..

2.- Ligandos con dos o tres pares de electrones libres que pueden desdoblarse en un par de energía menor y formar un enlace σ, y los otros se convierten en pares electrónicos π, con una energía mayor. Ejemplos: N₃^-, O₂^-, F^-, Cl^-, Br^-, I^-, (OH)^-, S^2-,…

3.- Ligandos que tienen pares electrónicos de enlace σ y orbitales π de antienlace vacíos de baja energía, los cuales pueden aceptar electrones de orbitales “d” del metal, que están orientados de forma adecuada. Ejemplos: CO, R₃P, R₃As, Br^-, I^-, CN^-, ….

4.- Ligandos que carecen de pares de electrones libres, pero que tienen electrones π de enlace. Como ejemplos podemos considerar los alquenos, alquinos, benceno,….

5.- Ligandos que pueden formar dos enlaces σ con dos átomos metálicos separados y, en consecuencia, actúan como puentes. Ejemplos: (OH)^-, Cl^-, F^-, (NH₂)^-, O₂^2-, CO,….

Hay ligandos que actúan como puente enlazando a dos o más átomos centrales.

Carga, número de coordinación y estado de oxidación

La carga total de un ion complejo se determina por el sumatorio de las cargas del núcleo de coordinación y la de los ligando que participan. Los ligandos se unen al núcleo de coordinación en una región bastante próxima al mismo llamada esfera de coordinación que es el lugar en el espacio donde es posible que los electrones del ligando interactúen con los orbitales vacíos del grupo central. Cada uno de los átomos del ligando que accede a la esfera de coordinación para aportar un par de electrones no compartidos se denomina átomo donador. El número de coordinación de un núcleo de coordinación en es directamente el número de pares de electrones (en orbitales σ) que recibe de los átomos del o de los ligandos. Este valor depende del tamaño del núcleo de coordinación y del tamaño de los ligandos que participan en el complejo. Ejemplo: catión pentaaminoclorocobalto (III), [CoCl(NH₃)₅]²⁺, como el cobalto actúa con el número de oxidación +3, los amino son neutros y el anión Cl^- tiene una carga negativa, la carga del catión es +3 -1 = 2+. Su índice de coordinación es 6 ya que el cobalto se une a seis ligandos (5 aminos y un cloruro).

El estado de oxidación del átomo central se define como la carga que soportaría si se eliminasen todos los ligandos con los pares de electrones que comparten con el átomo central. Se representa en números romanos y entre paréntesis. Hay que recalcar que aquí el número de oxidación es el resultado de utilizar una serie de reglas simples y formales pero no es un indicador directo de la distribución electrónica. Cuando la aplicación de esas regals de un número de oxidación inaceptable para el átomo central es preferible la alternativa de citar la carga de la entidad de coordinación en lugar del número de oxidación. Si el estado de oxidación es negativo se pone delante del número romano y si es nula se coloca la cifra arábiga cero. Si se desea se puede colocar el número de oxidación después del elemento como superíndice. Ejemplos: [Co(NH₃)₆]³⁺ Como el ión tiene carga 3+ y los ligandos son neutros el número de oxidación del Co es (III), [Co(CN)₅H]³⁺ el CN^- y H^- de nuevo elcobalto tiene (III), [Fe(CO)₄]^2- como el CO es neutro, el estado de oxidación del hierro es (-II).

Nomenclatura e los compuestos de coordinación o complejos

Nos referiremos exclusivamente a las entidades de coordinación mononucleares con ligandos monodentados.

- Nomenclatura sistemática :

Para nombrar un compuesto de coordinación se citan primero los ligandos en orden alfabético.

— El orden alfabético no considera los prefijos numéricos que indican la presencia de varias moléculas de un mismo ligando. Por ejemplo aqua, diaqua y triaqua van antes que ciano.

— Se utilizan los prefijos di-, tri-, etc., para especificar el número de cada clase de ligando sencillo (unidentado).

— Para ligandos complicados (agentes quelantes polidentados) se usan los prefijos bis, tris, tetraquis, pentaquis, hexaquis, etc.

— El nombre de los ligandos complicados se escribe encerrado entre paréntesis.

— Los ligandos ambidentados reciben un nombre diferente de acuerdo a cuál sea el átomo que se une al grupo central. Por ejemplo: NO₂ si se une a través del oxígeno (- O-NO) se denomina nitrito, pero si lo hace a través del nitrógeno (-NO₂) se denomina nitro. SCN si se une a través del azufre (-S-CN) se denomina tiocianato, pero si se une a través del nitrógeno (-NCS) se denomina isotiocianato.

— Una vez que ya se han nombrado todos los ligandos, se nombra al átomo central de la siguiente manera:

• Si se trata de un complejo ANIONICO se utiliza la raíz del nombre del átomo central seguida de la terminación ATO, y al final entre paréntesis se escribe el estado de oxidación del átomo central con números romanos (Sistema de Stock). Ejemplo: [Fe(Cl)₅(NH₃)]^2-: ion aminopentacloroferrato (III)

• Si se trata de un complejo CATIONICO o NEUTRO no se añade ningún sufijo al nombre del átomo central. Ejemplos: [Ni(CN)₃(H₂O)₃] triaquatricianoniquel, ó [CoCl(NH₃)₅]²⁺ catión pentaaminoclorocobalto (III)

• Las sales de iones complejos se denominan como cualquier otra sal, teniendo en cuenta el nombre del anión o catión complejo. Ejemplos: Mg₂[Ni(NCS)₆] hexakis(isotiocianato)niquelato(II) de magnesio, [Cu(NH₃)₄]SO₄ sulfato de tetraamincobre(II).

Recomendaciones de la IUPAC para nombrar las oxisales ácidas (libro rojo del 2005)

La IUPAC en su libro rojo del 2005 recomienda usar también la carga de los iones entre paréntesis, sobre si el estado de oxidación del átomo central es ambiguo, y utilizar la nueva nomenclatura de adición para los aniones de los oxoácidos. Los nombres de los ligandos tanto orgánicos como inorgánicos terminan en -o pero se mantienen las terminaciones -uro, -ito y -ato. Si son ligandos inorgánicos con prefijos numéricos (de los poliácidos y tioácidos, di, tri, tio, etc.) se necesitan signos de inclusión (paréntesis o corchetes).

Los quelatos se indican con didentado, tridentado, tetradentado, etc y si hay más de un átomo central unidos por ligandos puente o enlace metal-metal se indica mediante dinuclear, trinuclear, tetranuclear, etc.

Ahora se exponen algunos ligandos importantes con el nombre propuestos en estas recomendaciones del 2005:

Formulación de los compuestos de coordinación o complejos

Nos referiremos a las entidades de coordinación mononucleares con ligandos monodentados.

Se escribe entre corchetes primero el átomo central despues los aniones por orden alfabético del primer símbolo de sus fórmula y por último los ligandos neutros también en orden alfabético de su símbolo. Si los ligandos son poliatómicos se encierran entre paréntesis y las abreviaturas de ligandos también. Despues se coloca la esfera de coordinación externa si tiene.

Si se nos da la fórmula de un compuesto de coordinación, obtener el nombre

Si es una sal descomponemos o disociamos la sal en su anión y su catión, cualquiera de ellos puede ser una entidad de coordinacionación. En la entidad vamos identificamos de izquierda a derecha el elemento central y los ligandos sus proporciones, su tipo y sus cargas; con ellos y la carga de la entidad de coordinación (obtenida en la disociación) de hallamos el estado de oxidación del elemento central. A partir de estos datos siguiendo los métodos enunciados más arriba nombramos el complejo (de derecha a izquierda) y después la sal completa. Si la entidad de coordinación es un ión o una especie neutra ya se nos proporciona la carga de la entidad.

Bueno. ¡Ahora, a fijar lo aprendido!. Descarga estos ejercicios de formulación y nomenclatura de los compuestos de coordinación y ¡practica, por favor !.