Complejos de metales de transición: color, número de coordinación y geometría
QuímicaQuímica inorgánicaEdades 17–18Laboratorio virtual
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Un vaso contiene el acuocomplejo de un ion de metal de transición (Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺) con su color real. Arrastra el control de concentración de ligando (NH₃, Cl⁻ concentrado, SCN⁻ u OH⁻) para que el ligando sustituya poco a poco a las moléculas de agua de la esfera de coordinación interna: el color de la disolución pasa al del nuevo complejo, y un modelo 3D que se puede girar muestra la forma correcta octaédrica, tetraédrica o plano cuadrada, junto con la fórmula del complejo y el número de coordinación. La pantalla de desdoblamiento d: elige un ion (Ti³⁺, Cr²⁺/Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺/Fe³⁺, Co³⁺, Cu²⁺) y un ligando de la serie espectroquímica I⁻ < Cl⁻ < H₂O < NH₃ < en < CN⁻ < CO para ver Δo = hν, la longitud de onda absorbida y el color complementario, espín alto o bajo al comparar Δo con la energía de apareamiento, los electrones desapareados y el momento μ = √(n(n+2)) μB medido con una balanza de Gouy. La pantalla Tubos de ensayo: añade NaOH, NH₃ o Na₂CO₃ gota a gota y luego en exceso a Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cr³⁺, Al³⁺ o a una disolución desconocida, lee el pH y registra los precipitados, el comportamiento anfótero y el CO₂.
Lección: Compuestos de coordinación: átomo central, ligandos, número de coordinación, geometría y color
Qué muestra
Un complejo de un metal de transición tiene un ion metálico central unido a ligandos, moléculas o iones que ceden pares de electrones. En agua, el ion existe como complejo acuo; un ligando añadido sustituye moléculas de agua y puede cambiar el número de coordinación, la geometría y el color. Seis ligandos suelen dar una forma octaédrica, y cuatro una tetraédrica o plano-cuadrada. El color aparece porque los ligandos separan los niveles de energía de los orbitales d y el complejo absorbe parte de la luz visible, así que un nuevo ligando da un nuevo color, como el azul intenso del Cu²⁺ con NH₃ en exceso. La pantalla de desdoblamiento d muestra los niveles t₂g y e_g separados por Δo, que crece a lo largo de la serie espectroquímica y con la carga del ion; se absorbe luz de energía hν ≈ Δo, y Δo frente a la energía de apareamiento decide si el complejo es de espín alto o bajo. En la pantalla Tubos de ensayo, la cantidad de reactivo decide lo que se forma: los hidróxidos precipitan, algunos se redisuelven en exceso y los iones 3+, más ácidos por su mayor densidad de carga, liberan CO₂ del carbonato.
Cómo usarla
Elige un Ion metálico central y un Ligando añadido, y arrastra el control de Concentración de ligando añadida desde 0 M. Observa cómo cambia el color de la disolución a medida que los ligandos sustituyen al agua, y lee en la línea de la ecuación la fórmula, el número de coordinación y la geometría. Con Mostrar modelo 3D del complejo activado, arrastra para girar el modelo de bolas y varillas. Algunas combinaciones dan un precipitado o ningún cambio claro, lo que también sirve para debatir. En la pestaña Desdoblamiento d, elige un Ion metálico y un Ligando (o toca la serie), compara Δo con P, lee el color y enciende el imán de la balanza de Gouy para medir el momento. En Tubos de ensayo, elige una Disolución y un Reactivo, añade gotas, luego exceso, y pulsa Registrar; prueba Desconocida para identificar un ion.
Parámetros que puedes cambiar
- Ion metálico central Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺
- Ligando añadido NH₃ en exceso, Cl⁻ concentrado (HCl), SCN⁻, OH⁻
- Concentración de ligando añadida 0–6 M
- Mostrar modelo 3D del complejo
- Pantalla Color y geometría, Desdoblamiento d (Δo), Tubos de ensayo
- Ion metálico (pantalla de desdoblamiento) Ti³⁺, Cr²⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Cu²⁺
- Ligando en la serie espectroquímica I⁻, Cl⁻, H₂O, NH₃, en (etilendiamina), CN⁻, CO
- Imán de la balanza de Gouy encendido
- Disolución (pantalla de tubos) Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Desconocida
- Reactivo (pantalla de tubos) NaOH, NH₃, Na₂CO₃
Preguntas para explorar
- En el complejo que forma el Cu²⁺ con NH₃ en exceso, ¿cuál es el ion central y cuáles son los ligandos?
- ¿Por qué cambia el color de la disolución cuando un nuevo ligando sustituye a las moléculas de agua?
- ¿Qué geometrías son posibles para un complejo con número de coordinación 4?
- ¿Por qué las disoluciones de Fe³⁺, Cr³⁺ y Al³⁺ liberan CO₂ con Na₂CO₃ mientras Cu²⁺, Fe²⁺ y Co²⁺ forman carbonatos?
