Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Complejos de metales de transición


Los complejos de metales de transición son un tema importante en el campo de la química organometálica, que une la brecha entre la química inorgánica y la orgánica. Estos complejos implican la interacción de metales de transición con ligandos que pueden formar enlaces covalentes coordinados. Juegan roles importantes en varios procesos catalíticos, ciencia de materiales y funciones biológicas.

Estructura y formación

Los complejos de metales de transición contienen un átomo o ion metálico central rodeado de moléculas o aniones llamados ligandos. Los ligandos donan pares de electrones al metal, formando enlaces de coordinación. El centro metálico en un complejo de metal de transición generalmente proviene del bloque d o f de la tabla periódica. La formación de estos complejos se puede representar con la fórmula general:

[ML n ]

donde M es el metal, L es el ligando, y n es el número de ligandos unidos al centro metálico.

Ligandos: clasificación y ejemplos

Los ligandos a menudo se clasifican según su denticidad, que se refiere al número de sitios donantes que pueden unirse al ion metálico. Los tipos comunes de ligandos incluyen:

  • Ligandos monodentados: Estos ligandos tienen un único átomo donante que puede unirse al metal. Ejemplos incluyen el agua (H 2 O), el amoníaco (NH 3) y el ion cloruro (Cl -).
  • Ligandos bidentados: Estos ligandos tienen dos átomos donantes que pueden unirse simultáneamente al centro metálico. Un ejemplo de esto es la etilendiamina (H 2 NCH 2 CH 2 NH 2).
  • Ligandos polidentados: Estos ligandos tienen múltiples átomos donantes. Un ejemplo popular de esto es el etilendiaminotetraacetato (EDTA), que tiene seis átomos donantes.

Número de coordinación y geometría

El número de coordinación está relacionado con el número de átomos donantes de ligandos unidos al centro metálico. Este número, junto con la configuración electrónica del metal, determina la estructura geométrica del complejo. Las geometrías de coordinación comunes incluyen:

  • Octaédrica: A menudo se encuentra en complejos con un número de coordinación de seis, como [Co(NH 3 ) 6 ] 3+.
  • Cuadrado planar: Generalmente existe en complejos con un número de coordinación de cuatro, como [PtCl 4 ] 2-
  • Tetraédrica: Se encuentra en complejos con número de coordinación cuatro, incluyendo [NiCl 4 ] 2-

Ejemplo de estructura geométrica: complejo octaédrico

M

Estructura electrónica y enlace

La estructura electrónica de los complejos de metales de transición está determinada por los orbitales d del metal, que afectan significativamente las características de enlace y las propiedades del complejo. Las transiciones d-d (donde los electrones saltan entre orbitales d) dan lugar a las propiedades de color que se observan a menudo en estos complejos. La teoría del campo de ligandos y la teoría del campo cristalino son importantes para explicar estas características electrónicas.

Teoría del campo cristalino

La teoría del campo cristalino (CFT) describe el efecto de los ligandos en los orbitales d del metal central. En una disposición octaédrica, los orbitales d se dividen en dos niveles de energía: e g y t 2g. La diferencia de energía entre estos niveles se denota como Δ (energía de división del campo cristalino). La magnitud de Δ se ve afectada por el tipo de ligando, ya que algunos ligandos (ligandos de campo fuerte) causan una división más sustancial que otros (ligandos de campo débil).

Teoría del campo de ligandos

La teoría del campo de ligandos (LFT) amplía la CFT al considerar aspectos covalentes del enlace. Proporciona una descripción más precisa de las interacciones de enlace en complejos de metales de transición al considerar la superposición entre los orbitales d del metal y los orbitales del ligando. Esta teoría es útil para inferir la reactividad compleja y las propiedades magnéticas.

Relevancia biológica

Los complejos de metales de transición tienen importantes implicaciones biológicas. Muchas metaloenzimas y metaloproteínas contienen complejos metálicos en sus sitios activos, donde desempeñan roles importantes en la actividad enzimática y el transporte de electrones. Por ejemplo, la hemoglobina en nuestra sangre es un complejo porfirínico con hierro, que es importante para el transporte de oxígeno.

Ejemplo: hemoglobina

La hemoglobina es un complejo proteico que une y transporta moléculas de oxígeno (O 2) a lo largo del cuerpo utilizando hierro coordinado en un anillo de porfirina (conocido como hemo). El entorno de coordinación permite una unión reversible, lo cual es esencial para su función.

Aplicaciones en catálisis

Los complejos de metales de transición son excepcionalmente importantes en catálisis, que facilita la transformación de compuestos químicos. Funcionan en catálisis homogénea, donde el catalizador está en la misma fase que los reactantes, lo cual se usa a menudo en una variedad de procesos industriales y síntesis orgánicas.

Ejemplos de catálisis

  • Hidrogenación: El catalizador de Wilkinson [RhCl(PPh 3 ) 3 ] se usa en la hidrogenación de alquenos.
  • Oxidación: Los complejos de metales de transición, especialmente platino y paladio, se utilizan para reacciones de oxidación en síntesis orgánica.
  • Polimerización: Los catalizadores de Ziegler-Natta basados en complejos de titanio y aluminio se utilizan ampliamente para la polimerización de alquenos.

Síntesis de complejos de metales de transición

La síntesis de complejos de metales de transición implica varios métodos generales, incluida la combinación directa de ligandos y sales metálicas, así como la síntesis por plantillas, donde el ion metálico dirige la formación del marco del ligando.

Ejemplo: síntesis de complejos de níquel

Para sintetizar complejos de níquel con etilendiamina, el complejo se puede obtener combinando cloruro de níquel con etilendiamina en un medio acuoso:

[Ni(en) 3 ]Cl 2

Estabilidad de los complejos de metales de transición

La estabilidad de los complejos de metales de transición depende de muchos factores, incluyendo la naturaleza del metal, el tipo de ligando y las condiciones ambientales como el pH y la temperatura. La sustitución de ligandos y el efecto quelato también son consideraciones importantes para determinar la estabilidad.

Efecto quelato

El efecto quelato se refiere a la mayor estabilidad de los complejos que contienen ligandos polidentados en comparación con complejos similares que contienen ligandos monodentados equivalentes. Esto se atribuye a la formación de estructuras anulares estables en los complejos de ligandos polidentados.

Conclusión

Los complejos de metales de transición son un área importante de la química que desempeña muchos roles en procesos industriales, biológicos y ambientales. Sus propiedades estructurales y electrónicas únicas permiten una amplia gama de funciones y aplicaciones, desde la catálisis hasta rutas biológicas importantes. Comprender su estructura, función y reactividad avanza tanto la química fundamental como la ciencia aplicada.


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