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Estabilidad en compuestos de coordinaciónPregunta a responder al final de la sesión:¿Qué característica estructural de los ligantes favorece una mayor estabilidad en los complejos?IntroducciónUn compuesto de coordinación, o complejo , es aquel que resulta de la unión de un ácido de Lewis (aceptor de...

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Estabilidad en compuestos de coordinación Pregunta a responder al final de la sesión: ¿Qué característica estructural de los ligantes favorece una 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. En la química de coordinación, los ácidos de Lewis más comunes son los cationes metálicos, Mn+, y es habitual referirse a uno de ellos como átomo central, ion metálico o simplemente metal. Por otro lado, a las bases de Lewis se les conocen 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: H2O, NH3, Cl-, CN-, etcétera. Al átomo con el par de electrones no compartido se le llama átomo donador. Los iones metálicos en disolución acuosa generalmente forman complejos del tipo [M(H2O)6 n+. 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. Procedimiento experimental Experimento 1 En esta prueba compararás la interacción de los iones metálicos Co2+, Cu2+ y Zn2+ con los ligantes formiato y oxalato (ver figura 1), para formar compuestos con fórmula [M(formiato)2] y [M(oxalato)], respectivamente, donde M representa a cualquiera de los metales anteriores.

H Formiato Oxalato Figura 1. Estructuras de los iones formiato y oxalato.

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Forma dos series con tres tubos de ensaye cada una. Para las dos, a uno de los tubos añade 2 mL de disolución de Co(NO3)2, a otro2 mL de disolución de Cu(NO3)2 y al restante 2 mL de disolución de Zn(NO3)2. A los tubos de una de las serie adiciónales 4 mL de disolución de formiato de sodio. Anota tus observaciones en la tabla 1. Agrega ahora 2 mL de disolución de oxalato de potasio a los tubos de la otra serie. Registra lo que observes en la tabla 1.

Tabla 1. Observaciones de la interacción de aniones formiato y oxalato con los cationes Co 2+, Cu2+ y Zn2+. Ligante adicionado

Formiato

Cationes

Co2+

Cu2+

Zn2+

Color inicial

rojo

azul

incoloro

ninguno

ninguno

ninguno

Cambio observado al agregar el ligante Ligante adicionado

Oxalato

Cationes

Co2+

Cu2+

Zn2+

Color inicial

rojo

azul

incoloro

Cambio observado al agregar el ligante

Rosa, se nota la formación de un precipitado

Azul claro, se nota la formación de un precipitado

Blanco, se nota la formación de un precipitado

a) Tomando en cuenta las estructuras de los ligantes y que se añadió un volumen doble de formiato que de oxalato, dibuja la fórmula desarrollada del producto esperado en cada caso.

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b) ¿Cómo puedes explicar los resultados tan distintos que se pudieron observar al agregar ya fuera formiato u oxalato? El oxalato sí pudo coordinar los iones estudiados ( 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 tanto es menos estable en este caso. Experimento 2 Ahora observarás las diferencias que se presentan en la formación de complejos con níquel y con los ligantes de la figura 2.

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H2N

NH2

H2N Propilamina

Etilendiamina

OH

HO

N

N

H2salen, N,N´-etilenbis(salicildenimina). Figura 2. Estructuras de los ligantes propilamina, etilendiamina y H 2salen.

Toma cuatro tubos de ensaye y coloca en cada uno 2 mL de disolución de Ni(NO3)2. Determina el pH de esta disolución y de las de los ligantes. Posteriormente, lleva a cabo las reacciones indicadas en la tabla 2 y completa ésta:

Tabla 2. Reacciones de Ni2+ con diversos ligantes. pH del Tubo Reacción ligante

pH de la mezcla

Observaciones

1

2 mL de Ni2+ + 8 mL de propilamina

12

8

Se volvió turbio, y la mezcla tomó un color verde turquesa.

2

2 mL de Ni2+ + 4 mL de etilendiamina

12

9

Al inicio era color azul y cambio a color morado-azulado.

3

2 mL de Ni2+ + 2 mL de H2salen

6

3

Era naranja y se tornó de color rojizo junto con turbidez, se forma un precipitado.

-----4

2 mL de Ni2+ + gotas de NaOH

No se muestra, pero de ser similar a la primera reacción (12)

--------Se presenta el mismo Se volvió turbia y la mezcla se producto de tornó en un color azul cielo. la reacción 1 por lo tanto el pH es (8)

a) ¿Qué producto se formó en el tubo 4 (al que se añadió NaOH)? _ Ni(OH)2 _____

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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?_ Se formó hidróxido de Níquel Ni(OH)2, igual que el compuesto generado en la primera reacción. Con los mol utilizados de propilamina no es posible que se forme el complejo ya que su estructura sólo cuenta con un solo átomo donador de pares de electrones.______________ c) Considerando que las disoluciones de Ni2+ y de todos los ligantes tienen la misma molaridad, escribe las ecuaciones de las reacciones que se efectuaron, con los coeficientes estequiométricos que correspondan. Dibuja la fórmula desarrollada de cada producto esperado.

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d) ¿Cómo puedes explicar los distintos valores de pH obtenidos? _ Los ligantes son bases de Lewis por lo que poseen un pH básico, el catión metálico es un ácido de Lewis y dicho catión presenta una fuerza acida (pH bajo) por lo que cuando reaccionan entre sí se puede observar una disminución del pH. __________________ 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. Sugiere

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y realiza un procedimiento experimental para corroborar la secuencia que planteaste. Secuencia de estabilidad: Salen>etilendiamina>propilamina

En un tubo de ensayo colocar 2 mL de Ni2+. Agregar en orden los siguientes ligantes: 1)Propilamina, 2)Etilendiamina 3)H2salen 4)NaOH. Entre cada ligante observar los cambios que se llevan a cabo. En este procedimiento se observó que mientras se agregaba un ligante más estable, se notaba un cambio se color. ______________

f) Reacción o reacciones a llevar a cabo:

En conclusión ¿Qué característica estructural de los ligantes favorece una mayor estabilidad en los complejos? La disposición geométrica de los ligantes. Mientras más dentados sean los ligantes, más estable será el compuesto. El número de átomos donadores de pares electrónicos. El número de miembros presentes en los anillos quelatos

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