Química de Coordinación
La química de coordinación estudia los compuestos formados cuando los iones metálicos se unen a moléculas o iones circundantes, denominados ligandos, lo que rige las estructuras, los colores, el magnetismo y la reactividad de gran parte de los bloques d y f.
Definition
La química de coordinación es la rama de la química inorgánica que se ocupa de los compuestos de coordinación —especies en las que un átomo o ion metálico central está unido a un conjunto de ligandos mediante enlaces de coordinación— y de sus estructuras, propiedades electrónicas, estabilidades y mecanismos de reacción.
Scope
Esta área abarca la unión, la estructura, la estabilidad y las reacciones de los compuestos de coordinación: cómo los ligandos de denticidad variable rodean un centro metálico, los isómeros geométricos y ópticos resultantes, y los modelos electrónicos —teoría del campo cristalino y del campo ligando— que explican el color y el magnetismo. También cubre la termodinámica de la formación de complejos (constantes de estabilidad, el efecto quelato) y la cinética y los mecanismos de las reacciones de sustitución y transferencia de electrones en los centros metálicos. No cubre en profundidad los enlaces metal-carbono, que pertenecen a la química organometálica, ni la teoría de grupos detallada de la unión, tratada bajo simetría y unión.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se organizan los ligandos alrededor de un centro metálico y qué geometrías e isómeros resultan?
- ¿Por qué los complejos de metales de transición son coloreados y qué determina sus propiedades magnéticas?
- ¿Qué factores termodinámicos, como el efecto quelato, controlan la estabilidad de un complejo?
- ¿Mediante qué mecanismos se sustituyen los ligandos y se transfieren los electrones en los centros metálicos?
Key concepts
- Ligandos, denticidad y número de coordinación
- Desdoblamiento del campo cristalino y la serie espectroquímica
- Configuraciones de alto espín y bajo espín
- Constantes de estabilidad y el efecto quelato
- Isomería geométrica y óptica
- Complejos inertes versus lábiles
Key theories
- Teoría de la coordinación de Werner
- Werner propuso que los iones metálicos poseen una valencia primaria y una valencia secundaria (número de coordinación) que dirigen los ligandos a posiciones geométricas fijas, explicando la existencia y el isomerismo de los complejos antes de que existiera la teoría de los enlaces electrónicos.
- Teoría del campo cristalino y del campo ligando
- Tratar los ligandos como cargas puntuales (campo cristalino) o incluir la mezcla covalente (campo ligando) divide los orbitales d del metal en conjuntos cuya brecha de energía explica la serie espectroquímica, el color, los estados de alto/bajo espín y el magnetismo.
- Efectos quelato y macrocíclico
- Los ligandos multidentados forman complejos marcadamente más estables que los ligandos monodentados comparables, una mejora impulsada por la entropía que, con la preorganización macrocíclica, subyace a la unión selectiva de metales.
Mechanisms
La sustitución de ligandos procede por vías asociativas, disociativas o de intercambio, dependiendo de la configuración electrónica y la geometría del metal, mientras que el cambio redox ocurre por mecanismos de esfera interna a través de un ligando puente o mecanismos de esfera externa sin ruptura de enlaces.
Clinical relevance
La química de coordinación sustenta la terapia de quelación para la intoxicación por metales, los agentes de contraste de resonancia magnética basados en complejos de gadolinio, los fármacos de platino contra el cáncer y una vasta gama de catalizadores industriales, colorantes y reactivos analíticos.
History
La química de coordinación comenzó con la teoría de la coordinación de Alfred Werner en 1893, que explicó las estructuras y el isomerismo de los complejos de amina de cobalto y le valió el Premio Nobel en 1913. Bethe y Van Vleck desarrollaron la teoría del campo cristalino y del campo ligando en la década de 1930, y los estudios de Taube a mediados del siglo XX sobre los mecanismos de sustitución y transferencia de electrones sentaron las bases cuantitativas de la reactividad de los complejos.
Key figures
- Alfred Werner
- Hans Bethe
- John Hasbrouck van Vleck
- Henry Taube
Related topics
Seminal works
- werner1893
- weller2018
- cotton1999
Frequently asked questions
- ¿Por qué algunos complejos de metales de transición son de colores brillantes mientras que otros son casi incoloros?
- El color surge de las transiciones electrónicas entre orbitales d desdoblados; los complejos con una configuración d0 o d10, o con desdoblamientos muy grandes o muy pequeños, no tienen transiciones d-d accesibles en el rango visible y parecen pálidos o incoloros.
- ¿Cuál es la diferencia entre un complejo lábil y uno inerte?
- La labilidad y la inercia son descripciones cinéticas de la velocidad con la que los ligandos intercambian: los complejos lábiles se sustituyen rápidamente mientras que los inertes reaccionan lentamente, y esto es independiente de la estabilidad termodinámica, por lo que un complejo puede ser termodinámicamente estable y cinéticamente lábil.