2.7: Mediciones Magnéticas

Existen varios métodos físicos utilizados para estudiar las propiedades de los iones metálicos en biología. Estos estudios pueden realizarse sobre compuestos modelo simples. Los compuestos modelo son compuestos de coordinación diseñados para imitar el ambiente de coordinación de un ion metálico en biología. Por ejemplo, si un ion metálico parece estar coordinado por tres histidinas, entonces un complejo modelo apropiado podría tener tres ligandos con donantes de nitrógeno. La esperanza es que el complejo de coordinación más simple pueda proporcionar una idea de las propiedades del centro metálico en la metaloproteína mucho más complicada.

Frecuentemente, también se pueden realizar mediciones sobre la propia metaloproteína. Obviamente esto proporciona información mucho más útil, al menos potencialmente, porque los resultados describen el sistema de interés, más que algún modelo simplificado. Sin embargo, a veces obtener los datos de manera confiable puede ser más problemático con la metaloproteína.

Los métodos físicos utilizados en el estudio de las metaloproteínas incluyen la voltametría cíclica y otros estudios electroquímicos. Estos métodos nos dicen directamente sobre el potencial de reducción del material. Además, la espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica (EPR) puede proporcionar información sobre el entorno de electrones desapareados en la muestra. Esa información nos puede dar una idea de la estructura de un complejo metálico.

Al igual que la EPR, las mediciones magnéticas pueden proporcionar cierta información sobre la presencia de electrones desapareados en una muestra. Eso es porque los electrones desapareados tienen una atracción por los campos magnéticos. De hecho, podemos medir esa atracción hacia un campo magnético para tener una idea de cuántos electrones desapareados están presentes. En principio, cuanto más electrones desapareados, más fuerte es la atracción hacia el campo magnético. Eso significa que las mediciones magnéticas pueden decirnos sobre el estado de oxidación de un material.

En principio, una medición magnética se puede hacer de manera muy sencilla. Todo lo que se necesita es un equilibrio y un campo magnético. Todos sabemos cómo funciona un balance. En un modelo sencillo de una época anterior, colocamos la muestra en una sola sartén. El saldo se inclina. Encontramos el peso apropiado - una pequeña pieza de metal cuidadosamente preparada, certificada por alguna oficina de estándares. El saldo se equilibra. Las masas en las dos cacerolas deben ser iguales.

Con un balance Gouy, se aplica la misma idea, pero también lanzamos un campo magnético. Incluso cuando se debe equilibrar, la balanza se inclina, debido a una atracción hacia el campo magnético. Necesitamos encontrar otro peso que consiga el saldo aún más. El peso necesario para equilibrar la báscula es proporcional a la atracción del material al campo magnético.

Se producen todo tipo de cálculos. Conocemos la masa del material original, y presumiblemente conocemos su peso molecular, por lo que conocemos el número de moles de material en la balanza. Eso nos lleva a un valor llamado la susceptibilidad magnética molar, χ _M. El momento magnético en realidad cambia con la temperatura, por lo que debemos tomarlo en cuenta para reportar “el momento magnético efectivo”.

\[\mu_{eff} = 2.83 \sqrt{XMT} \beta \nonumber\]

n que T es la temperatura y β es una constante, el magnetón Bohr. Por lo general, el valor se acaba de dejar en unidades de β así que no tenemos que enchufar ese valor.

En un mundo muy sencillo, ese momento magnético efectivo es causado simplemente por los electrones desapareados en la muestra. El valor predicho se llama μ _así, el momento magnético “spin only”. Ese valor está relacionado con los giros desapareados por:

\[\mu_{so} = \sqrt{n(n+2)} \beta \nonumber\]

en el que n es el número de electrones desapareados.

Idealmente, el momento magnético efectivo es causado solo por esos electrones desapareados, por lo que es lo mismo que el único momento efectivo de giro.

\[\mu_{so} = \mu_{eff} \nonumber\]

Eso hace que sea bastante fácil estimar el número de electrones desapareados en la muestra, dado el momento magnético efectivo.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Estime μ _eff para cada uno de los siguientes números de electrones desapareados.

a) n = 0 b) n = 1 c) n = 2 d) n = 3 e) n = 4 f) n = 5

Responder a

a) 0 β

Respuesta b

b) 1.73 β

Respuesta c

c) 2.83 β

Respuesta d

d) 3.87 β

Respuesta e

e) 4.89 β

Respuesta f

f) 5.92 β

En general, la relación es más simple de lo que parece inicialmente. El momento magnético efectivo, en las unidades de magnetón Bohr, es siempre aproximadamente uno más que el número de electrones desapareados.

\[n= \mu_{eff} -1 \nonumber\]

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Estimar μ _eff para cada uno de los siguientes metales.

a) Octaédrico Co ²⁺ (alto espín) b) octaédrico V ²⁺ c) tetraédrico Mn ⁴⁺ (espín bajo) d) tetraédrico Mo ⁴⁺

e) Cr octaédrico ²⁺ (alto espín) f) octaédrico Co ³⁺ (espín bajo) g) Mn ²⁺ octaédrico (espín alto)

Responder a

a) aprox. 4 β

Respuesta b

b) aprox. 4 β

Respuesta c

c) aprox. 2 β

Respuesta d

d) aprox. 3 β

Respuesta e

e) aprox. 5 β

Respuesta f

f) aprox. 0 β

Respuesta g

g) aprox. 6 β