22.8: Compuestos de Coordinación
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Un rasgo característico de los metales de transición es su capacidad para formar un grupo de compuestos llamados compuestos de coordinación, compuestos complejos, o a veces simplemente complejos. Un compuesto de coordinación típico es la sustancia sólida intensamente azul Cu (NH 3) 4 SO 4 que puede cristalizarse a partir de soluciones de CuSO 4 a las que se ha añadido un exceso muy grande de NH 3 concentrado. Estos cristales contienen dos iones poliatómicos, uno de los cuales es el ion sulfato, SO 4 2—, y el otro es el ion complejo Cu (NH 3) 4 2+ que es responsable del color azul.
Podemos considerar un ion complejo como Cu (NH 3) 4 2+ como resultado de la interacción de: NH 3 que actúa como una base de Lewis con el ion Cu 2+ actuando como un ácido de Lewis. Cada molécula NH 3 puede considerarse como una donación de un par de electrones a un Cu 2+ central, formando así cuatro enlaces covalentes coordinados (dativos) a la misma:
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La mayoría de los compuestos de coordinación contienen un ion complejo similar al Cu (NH 3) 4 2+. Este ion puede estar cargado positivamente como Cr (H 3 O) 6 3+, o puede estar cargado negativamente como CoCl 6 3—. También se conocen complejos neutros como Pt (NH 3) 2 Cl 2. Todas estas especies contienen un ion metálico central unido por enlaces covalentes coordinados a varios ligandos. Estos ligandos son invariablemente bases de Lewis. Algunos ejemplos típicos de ligandos son H 2 O, NH 3, Cl —, OH —, CN —, Br — y SCN —. Se dice que el número de ligandos unidos al ión metálico central es su número de coordinación y suele ser de 2, 4 o 6. Se dice que el grupo de ligandos unidos al metal tomados colectivamente constituye la esfera de coordinación del metal.
Al escribir la fórmula de un compuesto de coordinación que contiene iones complejos, generalmente se utilizan corchetes para encerrar la esfera de coordinación. Ejemplos son
- \( \text{[Cu(NH}_{3} \text{)}_{4} \text{]SO}_{4}\)
- \( \text{[Cr(H}_{2} \text{O)}_{6} \text{]Cl}_{3} \)
- \( \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{2} \text{Cl}_{2} ] \)
- \( \text{[Cu(NH}_{3} \text{)}_{4} \text{](NO}_{3} \text{)}_{2} \)
- \( \text{K}_{3} \text{[Fe(CN)}_{6} ] \)
- \( \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{4} \text{][PtCl}_{4} ] \)
Cuando dichos compuestos se disuelven en H 2 O, cada uno de los iones presentes en el sólido se convierte en una especie independiente con sus propias propiedades químicas y físicas. Así, cuando se disuelve 1 mol de cristal de [Cr (H 2 O) 6] Cl 3 en H 2 O, la solución contiene 1 mol de ion Cr (H 2 O) 6 3+ que puede reconocerse por su característico color gris-violeta y 3 mol de Cl, que puede ser detectado por el precipitado de AgCl que se forma cuando se agrega AgnO 3 a la solución.
| Compuesto | Conductividad Molar/A V —1 dm 2 mol —1 | Moles de AgCl precipitados por mol de compuesto | Electrodo al que migra Pt durante la electrólisis |
|---|---|---|---|
| [Pt (NH 3) 4] Cl 2 |
|
2 inmediatamente |
|
| [Pt (NH 3) 3 Cl] Cl |
|
1 inmediatamente; 1 después de varias horas |
|
| Pt (NH 3) 2 Cl 2 |
|
2 después de varias horas |
|
| K [Pt (NH 3) Cl 3] |
|
3 después de varias horas |
|
| K 2 [PtcL 4] |
|
4 después de varias horas |
|
Un ejemplo aún mejor de cómo los diversos iones en un compuesto de coordinación pueden comportarse independientemente cuando se disuelven en agua es proporcionado por el conjunto de complejos de Pt (II) que se muestra en la tabla. El primero de estos compuestos contiene el ion complejo [Pt (NH 3) 4] 2+ y en cada compuesto posterior uno de los ligandos NH 3 en la esfera de coordinación del Pt es reemplazado por un ligando Cl —. Como resultado, cada compuesto contiene un complejo de Pt de diferente composición y también de diferente carga, y cuando se disuelve en H 2 O, muestra solo la conductividad y otras propiedades que esperaríamos de la fórmula dada. Cuando se disuelve 1 mol de [Pt (NH 3) 3 Cl] Cl en H 2 O, proporciona 1 mol de iones Pt (NH 3) 3 Cl + y 1 mol de iones Cl —. La evidencia más fuerte de esto es la conductividad molar de la sal (1.2 A V —1 dm 2 mol —1), que es muy similar a la de otros electrolitos como NaCl (1.3 A V —1 dm 2 mol —1) que también producen un ión +1 y un ion —1 en solución, pero muy diferente a la de electrolitos como MgCl 2 (2.5 A V —1 dm 2 mol —1) que producen un ión + 2 y dos iones —1 en solución. El comportamiento de conductividad también sugiere que el átomo de Pt es parte de un catión, ya que el Pt se mueve hacia el cátodo durante la electrólisis. La adición de AgNo 3 a la solución sirve para confirmar esta imagen. Se precipita inmediatamente un mol de AgCl, mostrando 1 mol de iones Cl — libres. Después de unas horas se precipita un mol más de AgCl, el Cl, esta vez originado de la esfera de coordinación del átomo de Pt debido a la lenta reacción
\[ \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{3} \text{Cl]}^{+} (aq) + \text{Ag}^{+} (aq) + \text{H}_{2} \text{O} \rightarrow \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{3} \text{H}_{2} \text{O]}^{2+} (aq) + \text{AgCl} (s) \nonumber \]
Vale la pena señalar que en todos estos compuestos, el Pt tiene un número de oxidación de + 2. Así, la combinación de Pt con un ligando NH 3 y tres ligandos Cl — produce una carga global de 2 (para Pt) — 3 (para Cl) + 0 (para NH 3) = —1. El ion es así el anión [PtNH 3 Cl 3] — que se encuentra en el compuesto 4.
¿Cuál es el estado de oxidación del Pt en el compuesto Ca [Pt (NH 3) Cl 5] 2?
Solución
Dado que hay dos iones complejos por cada ion Ca 2+, la carga en cada uno debe ser —1. Añadiendo la carga en cada ligando, obtenemos —5 (para Cl —) + 0 (para NH 3) = —5. Si el número de oxidación de Pt es x, entonces x — 5 debe ser igual a la carga total en el ion complejo:
\[ x \text{ } – \text{ } 5 = \text{ } –1 \\ ~~ \\ \nonumber \]
o
\[ x =+4 \nonumber \]
El compuesto en cuestión es así un complejo Pt (IV).