10.2: Teorías de vinculación

Los complejos de coordinación causaron gran fascinación entre los químicos durante el siglo XIX, aunque no fue hasta finales del siglo que Alfred Werner determinó los principios fundamentales de su estructura. A lo largo de la primera mitad del siglo XX se desarrolló una comprensión más completa de sus estructuras. Esta comprensión se desarrolló por etapas, con nuevas teorías y modelos basados en los anteriores en lugar de reemplazarlos por completo.

Teoría del campo cristalino

A principios de la década de 1930, los físicos estadounidenses John Hasbrouck van Vleck y Hans Bethe desarrollaron un tratamiento teórico de los compuestos cristalinos de metales de transición que explicaban sus propiedades magnéticas y ópticas. Este tratamiento no consideró la unión de ninguna manera, pero sí se preocupaba por la geometría de los ligandos, o contraiones, alrededor de un ion metálico central. Las consideraciones electrostáticas formaron la base de la teoría, con atención a las fuerzas repulsivas entre los electrones ligandos y\(d\) los electrones sobre el ión metálico. El modelo dio buenas predicciones sobre el efecto de la geometría del ligando en la estructura electrónica del ion metálico.

Teoría del campo del ligando

Durante la década de 1950, los químicos británicos John Stanley Griffith y Leslie Orgel combinaron algunos aspectos de la teoría del campo cristalino con la teoría orbital molecular para producir un modelo de unión para complejos de coordinación. En lugar de solo considerar las interacciones electrostáticas entre el metal y el ligando, este enfoque utilizó interacciones orbitales para modelar el papel de la covalencia en la determinación de la estructura electrónica del complejo.

Modelo de superposición angular

Este modelo es un enfoque específico para considerar cómo los orbitales de ligando y metal se combinan para producir orbitales moleculares en un complejo de coordinación. Utiliza la simetría y orientación de los orbitales atómicos para determinar qué combinaciones de estos orbitales deben considerarse.

Química Computacional

Los tres “modelos de papel y papel” descritos anteriormente para la unión en complejos de coordinación han sido aumentados en gran medida por el poder de la química computacional moderna. Aunque basados en los mismos principios, los métodos computacionales ofrecen un nivel mucho mayor de información cuantitativa sobre la energía electrónica y permiten una evaluación relativamente fácil de posibles características estructurales como la geometría de coordinación. Los métodos pioneros incluyeron la teoría extendida de Hückel, desarrollada originalmente por Roald Hoffman y Robert Burns Woodward para estudiar reacciones pericílicas. El método fue posteriormente adaptado por Hoffman y otros para investigar complejos inorgánicos y organometálicos. Más recientemente, desarrollos como la teoría funcional de la densidad han facilitado enormemente el trabajo computacional en sistemas de metales de transición debido a su tratamiento simplificado de sistemas de muchos electrones. Estos enfoques y otros similares permiten la predicción de propiedades complejas de coordinación a través de una interfaz de computadora.