Formación y estabilidad de un complejo colorido

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

Laboratorio de Química Analítica

Anteproyecto

Formación y estabilidad de un complejo colorido

Presenta

Escobedo Medina Hugo

Profesor: María Dolores Castillo

Marco teórico

Teoría de Lewis.

El químico estadounidense Lewis dio una definición acerca del comportamiento de los ácidos y de las bases. Una base es una especie que puede donar un par de electrones, un ácido es una especie puede aceptar dicho par de electrones. El ácido debe tener su octeto de electrones incompleto y la base debe tener algún par de electrones solitario. La reacción de un ácido con una base de Lewis da como resultado un compuesto de adición.  De esta forma se incluyen sustancias que se comportan como ácidos, pero no cumplen la definición de Brønsted y Lowry, y suelen ser denominadas ácidos de Lewis. Puesto que el protón, según esta definición, es un ácido de Lewis (tiene vacío el orbital 1s, en donde "alojar" el par de electrones), todos los ácidos de Brønsted-Lowry son también ácidos de Lewis:
Lewis propuso una nueva teoría basada en la estructura electrónica. Esta teoría plantea que:

• Un ácido es todo átomo, molécula o ion capaz de aceptar un par de electrones para formar una unión covalente.
• Una base es todo átomo, molécula o ion capaz de ceder un par de electrones para formar una unión covalente.

De este modo, un H es un ácido de Lewis, ya que su estructura permite aceptar un par de electrones, mientras que el amoníaco será una base de Lewis, pues en la capa de valencia del nitrógeno existe un par de electrones sin compartir.

Complejos

Un complejo o compuesto de coordinación, es el resultado de la interacción de un átomo central, (ion metálico con orbitales de valencia vacíos que puede actuar ácido de Lewis) y una o varias bases de Lewis con pares de electrones libres, que se conocen como agentes a complejantes o ligados, esta interacción lleva a la formación de un enlace covalente coordinado.  El átomo central debe disponer de orbitales vacíos capaces de aceptar pares de electrones, los cationes de los grupos 1 y 2 al disponer de orbitales con poca tendencia a captar electrones tienen poca tendencia a formar complejos, son los metales de transición los que presentan una mayor tendencia. Los ligandos se coordinan al metal, formando la esfera de coordinación del complejo (Figura 1.1). El conjunto puede ser neutro, catiónico o anicónico, los ligandos forman la primera esfera de coordinación.

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Teoría de Coordinación

Los postulados sobre la teoría de la coordinación establecen que un átomo metálico puede tener dos tipos de valencia. La valencia principal o ionizable La valencia secundaria, llamada número o índice de coordinación, se trata del número de especies que rodean al catión metálico, llamados ligandos. Dichos ligandos pueden ser especies con carga o neutras, mono dentados o polidentados (conocidos como quelatos), y se dirigen de forma simétrica en el espacio alrededor del átomo metálico central. La orientación es plano-cuadrada o tetraédrica, dependiendo de la naturaleza del átomo metálico.

Un complejo es una especie química distinta; posee propiedades físicas y químicas propias y diferentes al ion metálico así también de los  ligandos que compone dicha esfera; El interés de los compuestos de coordinación reside generalmente en las propiedades químicas y físicas del ion 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.

Color 
En general, el color de un complejo depende del metal especifico, su estado de oxidación y los ligandos unidos al metal. Por lo común, la presencia de una subcapa d parcialmente llena en el metal es necesaria para que un complejo muestre color. Casi todos los iones de metales de transición tienen una subcapa d parcialmente llena. Para que un compuesto tenga color, debe absorber luz visible. La luz visible se compone de radiación electromagnética con longitudes de onda que van desde aproximadamente 400 nm hasta 700 nm La luz blanca contiene todas las longitudes de onda de esta región visible. Esta luz se puede dispersar en un espectro de colores, cada uno de los cuales tiene una gama característica de longitudes de onda (Figura 1.2).[pic 4]

Magnetismo

Muchos complejos de metales de transición exhiben paramagnetismo simple. En este tipo de compuestos los iones metálicos individuales poseen cierto número de electrones no apareados. Es posible determinar el número de electrones no apareados por ion metálico con base en el grado de paramagnetismo.

Reacción de Formación

Son reacciones en las que un metal o ion central se une o compleja con sustancias llamadas ligandos, formando complejos o compuestos de coordinación (Figura 1.3). Al número de ligandos que rodean al ion central se le llama número de coordinación. Se dice que un complejo es fuerte cuando es difícil de separar al metal y los ligandos. Se dice que el complejo es débil o lábil, cuando el complejo se disocia con facilidad. Lo fuerte o débil que sea un complejo depende de varios factores, siendo el factor fundamental la naturaleza del metal y de los ligandos.[pic 5]

Reacción de desplazamiento

Una reacción de sustitución es aquella donde un átomo o grupo en un compuesto químico es sustituido por otro átomo o grupo. Son procesos químicos donde las sustancias intervinientes, sufren cambios en su estructura, para dar origen a otras sustancias. (Figura 1.4). El cambio es más fácil entre sustancias líquidas o gaseosas, o en disolución, debido a que se hallan más separadas y permiten un contacto más íntimo entre los cuerpos reaccionantes.

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Constante de equilibrio en complejos

Una constante de estabilidad (constante de formación, constante de unión) es una constante de equilibrio para la formación de un complejo en solución. Es una medida de la fuerza de la interacción entre los reactivos que se unen para formar el complejo. Hay dos tipos principales de complejos: compuestos formados por la interacción de un ion metálico con un ligando y complejos supramoleculares, como complejos huésped-huésped y complejos de aniones. Las constantes de estabilidad proporcionan la información requerida para calcular las concentraciones de los complejos en solución. La formación de un complejo entre un ion metálico, M, y un ligando, L, de hecho, suele ser una reacción de sustitución.

La figura 1.5, demuestra la ecuación que modela el equilibrio planteado en una reacción de formación de un complejo. En caso de una reacción de desplazamiento que incluye la interacción de 1 complejo y de un ion metálico, se realiza la siguiente expresión para determinar la constante de equilibrio en dicha reacción. Figura 1.6. El valor de las constantes de equilibrio a condiciones estándar se puede observar en la figura 1.7. [pic 7]

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Planteamiento del problema

¿Cuál sería la posible reacción del complejo [FeSCN]2+ formado al adicionar diferentes especies químicas conocidas con el nombre de bases de Lewis como EDTA, OH y NH3; además de someterse a prueba con un ácido de Lewis siendo el catión Cu2+ dicha especie?

Justificación

La presente investigación se enfoca a estudiar el equilibrio presente en los complejos y compuestos de coordinación, esto permitirá determinar de manera cualitativa el desplazamiento ocurrido en la reacción del complejo y del equilibrio químico que se lleve a cabo. Se pretende entonces, generar conocimientos que ayuden a comprender la importancia de la constante de equilibrio de un complejo o compuesto de coordinación frente a la exposición de diversos ácidos y bases de Lewis.

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