2003 Calle - Compuestos De Coordinacion

COMPUESTOS DE COORDINACIÓN

Autor:

JUAN FERNANDO CALLE, JAVIER CARBO, GONZALO CHIRIBOGA & ALEX ZEA

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR 2003

CALLE ET AL

COMPUESTOS DE COORDINACIÓN

Para consultas o comentarios, ponerse en contacto con: Juan Fernando Calle e-mail:

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COMPUESTOS DE COORDINACIÓN Juan Fernando Calle, Javier Carbo, Gonzalo Chiriboga & Alex Zea Universidad Central Del Ecuador

RESUMEN En la siguiente practica se logro comprender el funcionamiento dentro de la naturaleza de las reacciones de los compuestos de coordinación y presenciar su existencia y formación dentro del laboratorio, también se pudo observar la presencia de una serie de precipitados, cambios tanto físicas como químicos de los compuestos de coordinación, un ejemplo de esto es el cambio de olor, color, y el desprendimiento de calor durante y después de la reacción Palabras claves: Compuestos / coordinación / reacciones

INTRODUCCIÓN Compuestos de Coordinación Compuesto en el que un átomo metálico o un ion positivo se encuentra rodeado de moléculas neutras o iones negativos formando enlaces con él. Estos compuestos se utilizan como catalizadores y suelen ser coloreados, por lo que se emplean como colorantes o tintes. Se les denomina también complejos. En los compuestos de coordinación, el metal suele ser un metal de transición. Las moléculas neutras o iones negativos se denominan ligandos y forman enlaces con el metal a través de sus pares de electrones libres; estos enlaces son covalentes de tipo dativo (aquéllos en los que los dos electrones del enlace provienen de uno sólo de los átomos implicados en el enlace). Son ligandos habituales el amoníaco (NH3), el agua (H2O), los iones cloruro (Cl-) y los iones hidróxido (OH-). Los complejos pueden estar cargados positiva o negativamente, o también pueden ser neutros, dependiendo de la suma de las cargas del metal y los ligandos. El número de ligandos que rodean al metal recibe el nombre de número o índice de coordinación del complejo. Los números o índices de coordinación más habituales son 4 y 6. Los complejos tetracoordinados suelen ser cuadrados o tetraédricos, mientras que los hexacoordinados son octaédricos. A continuación se muestran algunos ejemplos.

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El cis-platino es una molécula tetracoordinada planocuadrada, y se utiliza en la quimioterapia anticancerígena. Es eléctricamente neutra: el platino está en forma de ion con carga +2, los dos ligandos amoníaco son neutros y los dos cloruros poseen una carga negativa cada uno.

El anión tetraédrico tetraclorocobalto (II) posee carga negativa porque el ion cobalto (Co2+) está rodeado de cuatro ligandos cloruro con una carga negativa cada uno.

El catión hexaacuoníquel (II) tiene carga positiva, ya que el ion Ni2+ está rodeado por seis moléculas de agua neutras dispuestas en las esquinas de un octaedro. Enlaces de coordinación: Enlace Covalente. En este enlace cada uno de los átomos aporta un electrón. Los orbitales de las capas de valencia de ambos átomos se combinan para formar uno solo que contiene a los 2 electrones. El enlace covalente se representa con una línea recta que une a los 2 átomos, por ejemplo: O-H Características del enlace covalente. •

Es muy fuerte y se rompe con dificultad.

•

Si la diferencia de electronegatividades entre los 2 átomos es marcada, tenemos un enlace polar y se favorecerá la solubilidad de la substancia en solventes polares. Ejemplo: un enlace O-H

•

Si la diferencia de electronegatividades es poca, tenemos un enlace no polar y se favorecerá la solubilidad de la substancia en solventes no polares. Ejemplo: un enlace C-H o C-C

Enlace Covalente Coordinado. En este enlace también se combinan los orbitales de las capas de valencia de ambos átomos para formar uno solo que contiene a los 2 electrones; la diferencia con el anterior es que sólo uno de los átomos aporta los 2 electrones y queda con carga positiva.

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El enlace covalente coordinado se representa con una flecha que sale del átomo que cedió el par de electrones: N->H Características del enlace covalente coordinado. •

Una vez formado es idéntico a los demás enlaces covalentes.

NOMENCLATURA: Los también conocidos como COMPUESTOS COMPLEJOS se nombran al igual que los BINARIOS y TERNARIOS mencionando primero al ANION sea o no este el ION COMPLEJO. Ya que la cantidad de este tipo de compuestos se multiplica por el fenómeno de ISOMERIA es prudente señalar que aquí se presenta un resumen de las reglas más importantes de su nomenclatura, los cuales nos sirven para nombrar los complejos más simples y comunes. •

Si el ion complejo es un anión, se utilizará la terminación ATO. Si es catión o neutro, el nombre no cambia.

•

Los constituyentes del complejo se nombran primero los aniónicos, moléculas neutras y el ion metálico central.

•

A los ligantes aniónicos se les da terminación en "o". Ejemplo: OH-1 hidroxo Cl-1 cloro CN-1 ciano F-1 fluoro CNO-1 cianato O-2 oxo S-2 tio CO3-2 carbonato C2O4-2 oxalato NO3-1 nitrato S2O3-2 tiosulfato NO2-1 nitro SO4-2 sulfato

•

Los nombres de ligandos neutros no cambian, ejemplos: H2O agua (acuo) CO carbonilo NH3 amino NO nitrosilo

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•

El número de ligandos simples es indicado por los refijos di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-. Para los ligandos complejos como la etilendiamino se emplean bis-, tris, tetrakis, pentakis.

•

El número de oxidación del ion metálico central es indicado por un número romano encerrado en paréntesis. K4[Fe(CN)6] Hexacianoferrato (II) de potasio K+1 [Fe(CN)6]-4 catión anión

•

[Co(NH3)4(H2O)Cl]Cl2 Cloruro de cloro-acuo Tetramino Cobalto (III) [Pt(NH3)4][PtCl6] Hexacloroplatinato (IV) de Tetramino platino (II) [Cu(en)2]SO4 Sulfato de bis (etilendiamino) Cobre (II) [Ni(CO)4] Tetracarbonilo de niquel (0) [Ag(NH3)2]Cl Cloruro de diamino plata (I) [Co(NH3)3Cl3] Tricloro triamino cobalto (III) K3[Al(C2O4)3] Tris oxalato aluminato de potasio

Existen nombres triviales que se imponen sobre el nombre moderno. Ejemplo: K3[Fe(CN)6] Ferricianuro de potasio Trivial Hexaciano Ferrato (III) de potasio Moderno OBJETIVOS Estudiar sus características. Obtener compuestos de coordinación o complejos en el Laboratorio.

PARTE EXPERIMENTAL 3.1 MATERIALES Y EQUIPOS 9 Ocho tubos de ensayo 9 Una gradilla SUSTANCIAS Y REACTIVAS 9 9 9 9

Sulfato de cobre Hidróxido de amonio Cianuro de potasio Ácido sulfhídrico

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9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

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Sulfato de cadmio Cloruro de calcio Zinc sólido Cloruro férrico Sulfocianato de amonio Fluoruro de sodio sólido Nitrato de cobalto II Sulfato de zinc Nitrato de cromo III Sulfato de aluminio Sulfato de níquel Ácido oxálico Ácido cítrico Sulfocianato de sodio

PROCEDIMIENTO Ensayo 1 •

• • •

En un tubo de ensayo poner un mol de sulfato de cobre, y despues hidróxido de aminio hasta que se forme un precipitado,el cual es el compuesto [ Cu(NH3)4]2+, después se aplica gota a gota una solución de KCN, y dara el precipitado [Cu(CN)4]3-, después se deja burbujear ácido sulfhídrico, observar. Repetir el procedimiento con sulfato de cadmio. En un tubo de ensayo poner un mal de sulfato de cobre adicionar dos gotas de cloruro de calcio, observar. En un tubo de ensayo poner un ml de sulfato de cobre adicionar zinc sólido, observar. En un tubo de ensayo poner un mal de sulfato de cobre adicionar hidróxido de amonio hasta la aparición de un precipitado, añadir hidróxido de amonio hasta la desaparición totaldel precipitado. Dividir la solución en dos tubos de ensayo, al primero añadir un mal de cloruro de calcio, y al segundo zinc sólido. Observar.

Ensayo 2 •

En un tubo de ensayo, poner un mal de cloruro mal de NH4SCN, observar los cambios producidos complejo Fe(SCN)3, adicionar una pequeña cantidad sólido, observar la coloración, por la formación de procedimiento utilizando Co(NO3)2.

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férrico, adicionar un por la formación del de fluoruro de sodio [FeF6]3- . Repetir el

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Ensayo 3 •

En tres tubos de ensayo, poner al primero un ml de sulfato de zinc, al segundo un mal Cr(NO3)3, al tercero un mal de sulfato de aluminio, a cada uno de los tubos adicionar hidróxido de sodio de forma progresiva hasta que el precipitado formado se disuelva en su totalidad. Observar.

Ensayo 4 •

En un tubo de ensayo poner un mal de sulfato de níquel, adicionar hidróxido de sodio hasta la aparición de un precipitado. Escurrir la solución y lavar el precipitado con agua destilada, medir el pH del agua de enjuague, al precipitado añadir hidróxido de amonio, hasta completa disolución, obesrvar.

Ensayo 5 •

En tres tubos de ensayo, poner 5 gotas de cloruro férrico: o En el primer tubo asdicionar un mal de hidróxido de amonio y dos mal de ácido oxálico. o En el segundo tubo, añadir un mal de hidróxido de amonio y dos mal de ácido cítrico. o A ambos tubos adicionar 5 gotas de NaSCN, observar la formación de precipitados. o Comparar con el tercer tubo.

REACCIONES Y OBSERVACIONES Ensayo 1 a) Reacciones • • • • • • •

CuSO4 + NH4(OH) [K(NH3)4]3+ CdSO4 + NH4(OH) [K(NH3)4]3+ CuSO4 + CaCl2 CuSO4 + Zn CuSO4 + NH4(OH) CuSO4 + NH4(OH) CuSO4 + NH4(OH)

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[Cu(NH3)4]2+ + KCN

[Cu(CN)1-4]3- + H2S

[Cd(NH3)4]2+ + KCN

[Cd(CN)1-4]3- + H2S

CaSO4 + CuCl2 ZnSO4 + Cu [Cu(NH3)4]2+ [Cu(NH3)4]2+ + CaCl2 [Cu(NH3)4]2+ + Zn

[Ca(NH3)4]2+ + CuCl2 [Zn(NH3)4]2+ + Cu

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b) Observación 1.1 • Aparecimiento de Precipitado pulvurulento • Cambia a color negro azulada • Desprendimiento de Gas

1.2 • Formación de precipitado pulvurulento • Toma una coloración amarillo transparente 2 • Se observo un cambio de color celeste oscuro a celeste mas claro

3 • Aparecimiento de precipitado negro

4 • Aparecimiento de un precipitado gelatinoso • Se torna Blanco

4.1 • Toma una coloración celeste claro 4.2 • Toma una coloración celeste oscuro (medio sucio) 4.1.2

Ensayo 2

+ NH4SCN 1.1 FeCl3 1.2 Co(NH3)2+ NH4SCN

Fe(SCN)3 + NaF Co(SCN)2 + NaF

[FeF6]3[CoF4]2-

1.1.1 Ensayo 3 1.1 Zn2(SO4) + NaOH 1.2 Cr (NO3)3 + NaOH 1.3 Al2(SO4)3 + NaOH

Na2(SO4) + Zn(OH)2 Na(NO3) + Cr(OH)3 Na2(SO4) + Al(OH)3

1.1.2 Ensayo 4 1.1 Ni2(SO4)3 + NaOH NaOH 4.1.4

Na2(SO4) + Ni(OH)3

+

NH4(OH)

(NH4)2SO4

Ensayo 5

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1.1 FeCl3 NH4(OH) 1.2 FeCl3 NH4(OH) 1.3 FeCl3 NH4(OH)

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C2O4H2 C2O4H2 C2O4

6. DISCUSIÓN Se observo en la presente practica el aparecimiento de sustancias mes complejas y también que hubo desplazamiento de elementos y algunas reacciones químicas de igual manera nos pudimos dar cuenta de cambios tanto fisicos como químicos de las sustancias nuevas, las cuales a veces tenian características parecidas y otras no, como por ejemplo cambio de color, aparecimiento de precipitado pulverulento y salida de calor procedente de la reaccion 7. CONCLUSIONES 9 Se concluye que se demostró satisfactoriamente la presencia de una reacción de desplazamiento de algunos elementos que después formaban nuevos compuestos 9 También se concluye que en las reacciones desarrolladas en el laboratorio se pudo observar la presencia de precipitados, algunos pulverulentos o gelatinosos. 9 Se aprendió como eliminar los excesos de los compuestos realizados al mezclarlos nuevamente con el elemento que esta demás produciéndose una disolución del mismo 8. APLICACIONES LOS COMPUESTOS DE COORDINACIÓN DE COORDINACIÓN Y SU IMPORTANCIA BIOLÓGICA E INDUSTRIAL. De entre todos los compuestos químicos que existen, quizá sean los llamados compuestos de coordinación los que mayores dificultades ofrecen a la hora de entender cómo los diferentes átomos están unidos entre sí. Un compuesto de coordinación está formado generalmente por un ión denominado complejo (lo que hace clara e intencionada referencia a la complicada estructura del mismo) y uno o varios contraiones (iones de carga opuesta a la del ión complejo). El interés de los compuestos de coordinación reside generalmente en las propiedades químicas y físicas del ión complejo, que además de tener unas propiedades químicas muy importantes, presenta propiedades físicas de gran interés, como un intenso color característico de cada complejo, una estructura cristalina bien definida e importantes propiedades magnéticas. Un ión complejo es un sistema cargado formado por un catión metálico central (generalmente un metal de la serie de transición, con una capa electrónica d parcialmente llena) y una esfera de coordinación formada por iones moleculares (p.ej CN-, OH- EDTA o

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ión etilendiamintetraacetato), átomos ionizados (p.ej F-, Cl-) o moléculas neutras como el agua, amoníaco, monóxido de carbono. A las especies que forman la esfera de coordinación en el complejo se les denomina ligandos. Dado que el átomo central es un catión metálico que va a tener una cierta tendencia a captar electrones, se puede entender la unión del catión metálico central y los ligandos como debida a la formación de un enlace covalente coordinado, en el que el los ligandos y el catión comparten pares electrónicos aportados por los ligandos. Los ligandos pueden aportar uno o más pares electrónicos, siendo así mono o polidentados . Por ejemplo, el EDTA, mencionado anteriormente, es un ligando hexadentado, porque puede ceder hasta 6 pares electrónicos, por lo que se dice también que es un ligando quelante ("atrapa" al catión central). El color y las propiedades magnéticas de los complejos se han podido explicar satisfactoriamente a partir de una teoría sencilla conocida como Teoría del campo del cristal. Esta teoría consiste en considerar que los orbitales d del catión metálico central, que en un principio están degenerados es decir, tienen la misma energía) se desdoblan debido a la interacción electrostática con las nubes electrónicas de los ligandos. Por ejemplo, para un complejo de geometría octaédrica, como el ferricianuro (Fe(CN)6)3- , los orbitales d sufren el siguiente desdoblamiento: En este diagrama, las flechas representan electrones. Podemos comprobar que mediante este sencillo esquema pueden entenderse las propiedades ópticas (color) y magnéticas de los complejos. El color resulta de la absorción de luz de energía DE1 o DE2 , que promueve electrones desde los niveles d inferiores a los niveles d superiores. El valor de la energía de desdoblamiento, DE, depende de la intensidad del campo provocado por el ligando, de manera que si el ligando es de campo débil, el desdoblamiento energético será pequeño, mientras que si es de campo fuerte, tendremos un gran desdoblamiento energético. En cada caso se observarán colores diferentes. 9. BIBLIOGRAFÍA (1) Lombardino J.G, Wiseman E.H, Chiaini J., J.Med.Chem., 16(5), 493-496 (1973). (2) Underhill A.E., et al., Inorg.Chim.Acta, 135, 85-89 (1987). (3) Cini, R., Giorgi G., Cinquantini A., Rossi C., Sabat M., Inorg.Chem., 29, 51975200 (1990). (4) Hernández M.G., González V. E., Mendieta P.J., Inorg.Biochem., 43, 621 (1991). (5) Enciclopedia monitor de salvat (6) Enciclopedia Océano (7) Enciclopedia interactiva Encarta 2001 (8) Química de Hein

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(9) Libro de Química del Dr Contraras (soluciones y mezclas) (10) www. Monografías.com (11) www. Google.com (12) http://platea.pntic.mec.es/~jescuder/s_c_quim.htm (13) http://www.icq.espol.edu.ec/materias/gen1.htm (14) http://ceciba.escuelaing.edu.co/quimica/qui.html (15) http://www.exactas.unlpam.edu.ar/carreras/materias/QuimicaI(irnma)(lg)(lb)( pb)(pf).htm

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