Date post: | 16-Jan-2016 |
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QUÍMICA INORGÁNICA 3
Prof. Nora Alvino FCNM 2015-I
Introducción a la Química de Coordinación
1. QUÍMICA INORGÁNICA
ÁREAS PRINCIPALES • Química de los Grupos Principales
• Química de Coordinación
• Química Organometálica
• Química Bioinorgánica
• Química Inorgánica Medicinal
• Ciencia de los Materiales
todas son áreas de interés en la investigación inorgánica.
aportes invalorables a la Química tanto en el campo teórico (enlace químico,
estructuras) como experimental (métodos y técnicas especiales de síntesis).
tipos novedosos de reacciones (síntesis orgánica y catálisis).
importantes aplicaciones industriales y tecnológicas.
rol fundamental de los centros metálicos en biomoléculas y en procesos biológicos.
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. A. INTRODUCCIÓN
La Química de Coordinación se ocupa del estudio de los «complejos metálicos».
Complejos metálicos:
También llamados complejos de coordinación, son compuestos que tienen un
átomo central rodeado de un grupo de moléculas o iones denominados ligandos.
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. A. INTRODUCCIÓN
Átomo Central: metal en alto estado de oxidación. p.e Cu2+, Fe3+, etc.
Ligando: ion o molécula que podría tener existencia propia. p.e Cl-, OH-, H2O, etc.
Complejo = átomo central + ligandos
metal
Ácido de
Lewis
Base de
Lewis
Coordinación al
metal
átomo dador
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. A. INTRODUCCIÓN
Esfera de coordinación: conformada por el átomo central y los ligandos.
Esfera de
coordinación
interna
Esfera de
coordinación
externa
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. A. INTRODUCCIÓN
Compuesto de coordinación: si el complejo es de estructura neutra.
Si el complejo es iónico, el compuesto de coordinación
se forma por asociación con contra-aniones o contra-cationes
[Ni(CO)4] Complejo neutro
[Co(NH3)6]Cl3 Complejo catiónico con tres contra-aniones
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. B. RESEÑA HISTÓRICA
Finales s. XIX formación de enlaces por fuerzas electrostáticas.
valencia = n° de coordinación = estado de oxidación
Na(+1); O(-2) valencias fijas
Cu(+1, +2); P(-3, +3, +5) valencias variables
Primeros complejos Finales s. XVIII
Primeras teorías Principios s. XX
La valencia determina la capacidad coordinativa
de los elementos
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. B. RESEÑA HISTÓRICA
A finales s. XIX las teorías no podían explicar ciertos comportamientos.
capacidad de algunos metales para reaccionar con NH3:
CrCl3 + 6 NH3 CrCl3.6NH3
PtCl2 + 4 NH3 PtCl2.4NH3
La justificación de estas
especies suscitó gran controversia
Blomstrand y Jørgensen justificaban:
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. B. RESEÑA HISTÓRICA
A finales s. XIX las teorías no podían explicar ciertos comportamientos.
Compuestos con igual fórmula global pero con propiedades diferentes:
CoCl3.4NH3 lila
CoCl3.4NH3 verde
CoCl3.5NH3 púrpura
CoCl3.6NH3 amarillo naranja
Diferente reactividad con AgNO3:
CoCl3.4NH3 + AgNO3 (exc) un equivalente de AgCl [CoCl2(NH3)4]Cl
CoCl3.5NH3 + AgNO3 (exc) dos equivalentes de AgCl [CoCl(NH3)5]Cl2
CoCl3.6NH3 + AgNO3 (exc) tres equivalentes de AgCl [Co(NH3)6]Cl3
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. B. RESEÑA HISTÓRICA
Blomstrand, 1869 Teoría de las concatenaciones.
El amoniaco podía ser divalente
como en H–NH3–Cl
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. B. RESEÑA HISTÓRICA
Jørgensen, 1884 modifica la teoría para justificar las
diferentes precipitaciones de los
cloruros.
Cuestionamientos:
¿por qué sólo coordinan 6 NH3?
¿por qué no concatenan 8 NH3?
¿Cómo se justifica que IrCl3.3NH3
no tenga cloruros ionizables?
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Alfred Werner, 1892 Propuso dos tipos de valencia:
Primaria: estado de oxidación
Secundaria: índice de coordinación
Distribuciones simétricas espaciales [CoCl2(NH3)4]Cl
Debería haber más de
1 isómero
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Alfred Werner, 1892 Propuso dos tipos de valencia:
Primaria: estado de oxidación
Secundaria: índice de coordinación
Werner aisló el segundo isómero de [CoCl2(NH3)4]Cl (cis)
Jørgensen admite públicamente su derrota.
Lewis, 1916 formación de enlaces por donación de pares de e-.
Sidwick, 1927 Ligandos dadores de pares de e-.
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Alfred Werner (Nobel 1913)
"En reconocimiento por sus trabajos sobre la unión de los
átomos de las moléculas, que han arrojado nueva luz y han
abierto nuevos campos en la investigación, especialmente en
la química inorgánica"
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. C. EN RESUMEN
Siglo XIX
Compuestos de coordinación: sustancias insólitas que desafiaban reglas usuales
de valencia “complejos”.
Ejemplos:
CoCl3. 5NH3
PtCl2. 4NH3
Pioneros:
Alfred Werner y Sophus Mads Jørgensen.
Sintetizaron un gran número de complejos de coordinación y propusieron
estructuras y teorías de enlace.
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Aportes importantes
1. Establecer formulación correcta de los complejos conocidos, diferenciando
“valencia primaria”(estado de oxidación) de “valencia secundaria” (número de
coordinación).
CoCl3.5NH3 : [Co(NH3)5Cl]Cl2
PtCl2.4NH3 : [Pt(NH3)4]Cl2
Evidencia experimental:
Reacciones de precipitación de AgCl
Mediciones de conductividad molar
2. Determinar estructura geométrica correcta de muchos complejos (cálculo de
isómeros).
CoCl3.5NH3 : octaédrica
PtCl2.4NH3 : cuadrado plano
CoCl3.4NH3 + 1 AgNO3 (exc) 1 AgCl ↓ [CoCl2(NH3)4]Cl
CoCl3.5NH3 + 2 AgNO3 (exc) 2 AgCl ↓ [CoCl(NH3)5]Cl2
CoCl3.6NH3 + 3 AgNO3 (exc) 3 AgCl ↓ [Co(NH3)6]Cl3
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Aportes importantes
Reacciones con AgNO3 (ac)
Complejo Color Nombre original
CoCl3.6NH3 Amarillo Naranja Complejo Luteo
CoCl3.5NH3 Púrpura Complejo Purpureo
CoCl3.4NH3 Verde Complejo Praseo
CoCl3.4NH3 Lila Complejo Violeo
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Conductividades molares (soluciones 0,001 M)
Fórmula Empírica Conductividad Formula de Werner
No Electrolitos
PtCl2.4NH3 3.52 [Pt(NH3)4Cl2] (trans)
PtCl2.4NH3 6.99 [Pt(NH3)4Cl2] (cis)
Electrolitos 1:1
NaCl 123.7 -
PtCl4.3NH3 96.8 [Pt(NH3)3Cl3]Cl
PtCl4.NH3.KCl 106.8 K[Pt(NH3)Cl5]
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Conductividades molares (soluciones 0,001 M)
Fórmula Empírica Conductividad Formula de Werner
Electrolitos 1:2 y 2:1
CaCl2 260.8 -
CoCl3.5NH3 261.3 [Co(NH3)5Cl]Cl2
CoBr3.5NH3 257.6 [Co(NH3)5Br]Br2
CrCl3.5NH3 260.2 [Cr(NH3)5Cl]Cl2
CrBr3.5NH3 280.1 [Cr(NH3)5Br]Br2
PtCl4.4NH3 228.9 [Pt(NH3)4Cl2]Cl2
PtCl4.2KCl 256.8 K2[PtCl6]
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Conductividades molares (soluciones 0,001 M)
Fórmula Empírica Conductividad Formula de Werner
Electrolitos 1:3 y 3:1
LaCl3 393.5 -
CoCl3.6NH3 431.6 [Co(NH3)6]Cl3
CoBr3.6NH3 426.9 [Co(NH3)6]Br3
CrCl3.6NH3 441.7 [Cr(NH3)6]Cl3
PtCl4.5NH3 404 [Pt(NH3)5Cl]Cl3
Electrolitos 1:4
PtCl4.6NH3 522.9 [Pt(NH3)6]Cl4
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Cálculo de isómeros
Fórmula NC 6
Hexagonal Planar
Prisma Trigonal
Octaédrico Experimental
MA5B 1 1 1 1
MA4B2 3 3 2 2
MA3B3 3 3 2 2
Fórmula NC 4
Cuadrado Plano
Tetraédrico Experimental
MA2B2 2 1 2
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Algunos Complejos de Coordinación Clásicos
tetracloroniquelato(II)
diclorobis(etilendiamin)cobalto(III)
dicloro-bis(trifenilfosfina)niquel(II)
nitrato de cis-diclorobis(etilendiamin)cobalto(III)
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Algunos Complejos de Coordinación Clásicos
cis-diamindicloro-platino(II) clorotris(trifenilfosfina)-rodio(I)
Diacetatodiacuocinc(II) diacuo-μ-tetraacetatodicobre(II)
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Algunos Complejos de Coordinación Clásicos
μ-oxo-bis(pentamin)cromo(III) Fe4S4(RS)4
~ D2d
[Re2Cl8] 2-
D4h
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Algunos Complejos de Coordinación Clásicos
Mo(CN)84-
D2d
TaF83-
D4d
ReH93-
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Complejos Organometálicos de Metales de Transición
[PtCl3 (C2H4)] -
(1827)
Ni (CO)4
(1890)
[Fe4 (CO)13] 2-
(1930´s)
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Complejos Organometálicos de Metales de Transición
Fe (C5H5)2
(1951)
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Mo ( 6- C6H6) (CO)3
Ti (1-C5H5)2 (5- C5H5)2
Th(5 -C5(CH3)5)2(OR)H
Complejos Organometálicos de Metales de Transición
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
W (3-C5H5) (5- C5H5) (CO)2 Fe2 (CO)4 (C5H5)2
trans- [ IrCl (CO) (PPh3)2]
Complejos Organometálicos de Metales de Transición
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Algunas Aplicaciones en Catálisis Industrial
Hidrogenación de alquenos
Usos: manufactura de margarina, farmacéuticos y petroquímicos
Catalizador de Wilkinson: RhCl(PPh3)3
Hidroformilación
Uso: aldehídos se reducen a alcoholes (usados como solventes, plastificantes
y en síntesis de detergentes).
Catalizadores: complejos de Co y Rh como Co2(CO)8
CHRRHC RCH- RCH222
H+
22 HCOCHCHR HCCHCHR 2
H OII I
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Algunas Aplicaciones en Catálisis Industrial
Síntesis del ácido acético: Proceso Monsanto
Polimerización de alquenos
Catalizador de Ziegler- Natta:
Uso: polimerización de eteno (Ziegler) y estereoespecífica de propeno (Natta).
¡antieconómico!
CO OHCH3
+ COOHCH3
-2)(2 CORhI
34AlEt TiCl + ¡heterogéneo!
EtOH COOHCH3
ox. aeróbica
bacteriana
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN
Anhidrasa carbónica humana
Sitio activo
Conformación nativa
2. QUÍMICA DE COORDINACIÓN