Formación de complejos por metales de transición
En el capítulo 8, aprendiste que los iones metálicos en solución acuosa están hidratados, es decir, rodeados por una envoltura de normalmente cuatro o seis moléculas de agua. Un ion hidratado es un tipo de ion complejoEspecie iónica que se forma entre un ion metálico central y uno o más ligandos circundantes debido a una interacción ácido-base de Lewis. El ion metálico cargado positivamente actúa como ácido de Lewis y el ligando como base de Lewis. (o, simplemente, complejo), una especie formada entre un ion metálico central y uno o más ligandos circundantesUn ion o una molécula que contiene uno o más pares de electrones que pueden compartirse con el metal central en un complejo metálico., moléculas o iones que contienen al menos un par solitario de electrones, como el ion [Al(H2O)6]3+ de la figura 16.2.22 «Efecto de un ion metálico en la acidez del agua».
Un ion complejo se forma a partir de un ion metálico y un ligando debido a una interacción ácido-base de Lewis. El ion metálico cargado positivamente actúa como un ácido de Lewis, y el ligando, con uno o más pares de electrones solitarios, actúa como una base de Lewis. Los iones metálicos pequeños y muy cargados, como el Cu2+ o el Ru3+, son los que más tienden a actuar como ácidos de Lewis y, en consecuencia, los que más tienden a formar iones complejos.
Características de los iones complejos
En esta página se explican los términos ion complejo y ligando, y se examina el enlace entre los ligandos y el ion metálico central. Se analizan varios tipos de ligandos (incluidos algunos bastante complicados) y se describe el significado del número de coordinación.
Un ion complejo tiene un ion metálico en su centro con una serie de otras moléculas o iones que lo rodean. Se puede considerar que éstos están unidos al ion central por enlaces de coordinación (covalentes dativos). (En algunos casos, el enlace es en realidad más complicado que eso).
Nota: Si no está seguro de lo que es el enlace coordenado (covalente dativo), no podrá entender lo que sigue sin seguir este enlace. Entre otros ejemplos de enlace coordenado, esa página contiene una descripción del enlace en el complejo iónico que se forma entre los iones de aluminio y las moléculas de agua, y que se repetirá a continuación en esta página, por lo que no es necesario que dediques mucho tiempo a leer esa parte.
Nota: Si no has encontrado el término base de Lewis y quieres saber más, puedes seguir este enlace a una página sobre teorías de ácidos y bases. Sin embargo, para el resto de esta página no es especialmente importante que sepas nada más que el hecho de que una sustancia que forma un enlace coordinado donando un par de electrones solitarios a otra cosa se conoce como una base de Lewis.
Formación de iones complejos y solubilidad
Anteriormente, aprendiste que los iones metálicos en solución acuosa están hidratados, es decir, rodeados por una envoltura de normalmente cuatro o seis moléculas de agua. Un ion hidratado es un tipo de ion complejo (o, simplemente, complejo), una especie formada entre un ion metálico central y uno o más ligandos circundantes, moléculas o iones que contienen al menos un par solitario de electrones, como el ion [Al(H2O)6]3+.
Un ion complejo se forma a partir de un ion metálico y un ligando debido a una interacción ácido-base de Lewis. El ion metálico cargado positivamente actúa como un ácido de Lewis, y el ligando, con uno o más pares de electrones solitarios, actúa como una base de Lewis. Los iones metálicos pequeños y muy cargados, como el Cu2+ o el Ru3+, son los que más tienden a actuar como ácidos de Lewis y, en consecuencia, los que más tienden a formar iones complejos.
Como ejemplo de la formación de iones complejos, considere la adición de amoníaco a una solución acuosa del ion Cu2+ hidratado {[Cu(H2O)6]2+}. Como es una base más fuerte que el H2O, el amoníaco sustituye las moléculas de agua del ion hidratado para formar el ion [Cu(NH3)4(H2O)2]2+. La formación del complejo [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ va acompañada de un drástico cambio de color, tal y como se muestra en la figura (\PageIndex{1}). La solución pasa del azul claro del [Cu(H2O)6]2+ al azul-violeta característico del ion [Cu(NH3)4(H2O)2]2+.
Ejemplos de formación de iones complejos
Ser complejo en un mundo complejoSi el mundo y la química no fuesen ya lo suficientemente complejos, debemos ocuparnos también de los iones complejos y sus efectos en la química de las soluciones. Un ion complejo es un ion que tiene un catión metálico central que está unido a una o más moléculas o iones llamados ligandos. Lo que vemos en estos iones complejos es una relación ácido-base de Lewis. Recordemos que un ácido de Lewis es una sustancia capaz de aceptar un par de electrones de otra molécula o ion, y una base de Lewis es una sustancia capaz de donar un par de electrones. ¿Qué aspecto podrían tener algunos de estos ligandos (véase la figura 1)?
¿Qué ves en común en todos estos ejemplos de ligandos? Cada uno de ellos tiene uno o más pares de electrones no enlazantes disponibles que pueden ser donados al catión metálico central para formar un ion complejo. Esto los convierte en bases de Lewis. Lo contrario ocurre entonces con los cationes metálicos centrales, ya que son ácidos de Lewis, como los iones de Cu, Co, Fe, Pb, Ag, Zn y otros. Entonces, ¿cómo se forman estos iones?
Formación y otra constanteEl enlace típico que se encuentra en los iones complejos se llama enlace covalente coordinado, que es un caso especial de formación de enlaces covalentes en el que los dos electrones compartidos son aportados por un átomo para formar el enlace en lugar de un electrón de cada átomo. Aquí es donde entra en juego el par o pares de electrones no enlazantes de los ligandos. En el caso de los cationes que forman iones complejos, muchos lo hacen de forma escalonada, con un ligando que se une al catión mediante un enlace covalente de coordenadas antes de que el siguiente ligando pueda unirse. Estas reacciones de unión son equilibrios y, por tanto, tienen una constante de equilibrio asociada. La constante de equilibrio global para la formación de un ion complejo se denomina constante de formación, Kf. Cuando la formación del ion complejo es de varios pasos, la ecuación para la formación global del ion da como resultado una constante de formación igual al producto de las constantes de formación de los pasos individuales:
