Química de coordinació

Els compostos de coordinació contenen un àtom o ió metàl·lic central envoltat de lligands que donen densitat electrònica. El comportament depèn del metall, del seu estat d’oxidació, del conjunt de lligands i de la disposició tridimensional al voltant del centre.

Centre metàl·lic, lligands i nombre de coordinació

Un lligand s’uneix a través d’un o més àtoms donadors. Els lligands monodentats aporten un lloc donador; els quelants, diversos. El nombre de coordinació compta els àtoms donadors units directament al metall, no simplement el nombre de molècules de lligand. En [Co(NH₃)₆]³⁺, sis N donadors donen nombre de coordinació 6.

Moctaèdrica: CN 6Mtetraèdrica: CN 4
La geometria és una variable estructural. Els nombres de coordinació més comuns donen geometries recognoscibles: 4 pot ser tetraèdrica o quadrada planar i 6 és sovint octaèdrica. La geometria modifica com s’escindeixen els orbitals d del metall i, per tant, pot canviar el color, el magnetisme i la reactivitat.

L’estat d’oxidació és comptabilitat formal

L’estat d’oxidació del metall s’obté equilibrant les càrregues dels lligands amb la càrrega total del complex. És útil per comptar electrons, però no és el mateix que una càrrega parcial mesurada. En [Fe(CN)₆]⁴⁻, sis CN⁻ aporten −6 i el complex és −4, de manera que Fe és formalment +2.

La geometria és una variable estructural

Els nombres de coordinació més comuns donen geometries recognoscibles: 4 pot ser tetraèdrica o quadrada planar i 6 és sovint octaèdrica. La geometria modifica com s’escindeixen els orbitals d del metall i, per tant, pot canviar el color, el magnetisme i la reactivitat.

degt2gΔoct
Escissió del camp de lligands i magnetisme. En un entorn octaèdric, els cinc orbitals d no continuen degenerats: el camp dels lligands separa dos conjunts d’energia. La magnitud de l’escissió depèn del metall, de l’estat d’oxidació i dels lligands. Si els electrons s’aparellen als nivells inferiors o ocupen nivells superiors depèn de la competència entre l’escissió del camp de lligands i l’energia d’aparellament. Els electrons desaparellats produeixen paramagnetisme.

Escissió del camp de lligands i magnetisme

En un entorn octaèdric, els cinc orbitals d no continuen degenerats: el camp dels lligands separa dos conjunts d’energia. La magnitud de l’escissió depèn del metall, de l’estat d’oxidació i dels lligands. Si els electrons s’aparellen als nivells inferiors o ocupen nivells superiors depèn de la competència entre l’escissió del camp de lligands i l’energia d’aparellament. Els electrons desaparellats produeixen paramagnetisme.

Isòmers i quelació

Complexos amb la mateixa fórmula poden diferir en connectivitat o disposició espacial. Isomeria cis/trans i isomeria òptica poden canviar propietats físiques o biològiques. Els lligands quelants sovint formen complexos especialment estables perquè diversos llocs donadors s’uneixen al mateix metall i la dissociació exigeix trencar o reorganitzar diversos contactes.

Exemples resolts

1. Estat d’oxidació del cobalt

Solució

En [CoCl₄]²⁻, quatre Cl⁻ aporten −4. Co ha de ser +2 perquè la càrrega total sigui −2.

2. Nombre de coordinació amb un lligand bidentat

Solució

Tres lligands etilendiamina donen cadascun a través de dos N; per tant [M(en)₃] té nombre de coordinació 6.

3. Inferència a partir del magnetisme

Solució

Un complex atret cap a un gradient de camp magnètic ha de contenir almenys un electró desaparellat i, per tant, és paramagnètic.