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

Posgrado → Química inorgánica → Química de coordinación ↓


Teoría del campo cristalino


Introducción

La teoría del campo cristalino (CFT) es un modelo que describe la estructura electrónica de los complejos de metales de transición. Esta teoría se desarrolló para entender el comportamiento, color, magnetismo e incluso la estabilidad de los complejos metálicos. En CFT, se considera el efecto del campo creado por los ligandos circundantes sobre los orbitales d del metal de transición para predecir las propiedades del complejo.

Fundamentos de la teoría del campo cristalino

La base de la CFT radica en ver al ligando como una carga puntual (especialmente aplicable en complejos iónicos como [Ti(H 2 O) 6 ] 3+), aplicando un campo eléctrico a los orbitales d del ion metálico. Cuando los ligandos se acercan al átomo metálico central, interactúan con sus electrones d, causando un desplazamiento en los niveles de energía. Esto resulta en que los orbitales d se dividan en diferentes niveles de energía.

División de los orbitales d

En un átomo metálico aislado, los niveles de energía de los cinco orbitales d son los mismos (degenerados). Sin embargo, debido a la presencia de ligandos, estos orbitales se dividen en diferentes niveles de energía. El patrón y la extensión de esta división dependen de la naturaleza del ligando y la geometría de la disposición de los ligandos.

Complejo octaédrico

Considere el caso general de un complejo octaédrico donde seis ligandos están dispuestos simétricamente alrededor de un ion metálico central.

En la región cristalina octaédrica, los orbitales d se dividen en dos grupos:

  • t 2g: Contiene los orbitales d xy, d yz y d zx.
  • Ejemplo: Involucra los orbitales dx2 - y2 y dz2.

Esta interacción resulta en una diferencia de energía característica, usualmente denotada por la letra griega Δ, a menudo referida como la energía de división del campo cristalino. En complejos octaédricos, Δ oct es la diferencia de energía entre dos orbitales.

2 orbitales (eg g) 3 orbitales (t 2g) Δ Oct

La figura anterior muestra la división de los orbitales d en un campo octaédrico, donde los orbitales t 2g tienen menor energía que los orbitales e g.

Complejo tetraédrico

A diferencia de los complejos octaédricos, los complejos tetraédricos involucran cuatro ligandos dispuestos alrededor del ion metálico para formar un tetraedro.

Para la coordinación tetraédrica, los orbitales d se dividen de la siguiente manera:

  • e: Compuesto por los orbitales d x 2 -y 2 y d z 2.
  • t 2: Consta de los orbitales d xy, d yz y d zx.

Aquí, la brecha de energía entre estos orbitales, Δtet, es más pequeña que la que se observa típicamente en complejos octaédricos, debido a la disposición menos simétrica de los ligandos.

3 orbitales (t 2) 2 orbitales (e) Δ Tet

La diferencia entre la fisión octaédrica y tetraédrica es clara: el orden de las energías orbitales está invertido y la fisión tetraédrica es menor.

Factores que afectan la división del campo cristalino

La magnitud de la energía de división del campo cristalino (Δ) se ve afectada por varios factores:

Naturaleza del ion metálico

El estado de oxidación y el número cuántico principal del ion metálico afectan directamente a Δ. Los estados de oxidación más altos generalmente aumentan Δ, debido al aumento de interacciones electrostáticas entre el ion metálico y el ligando.

Naturaleza del ligando

Diferentes ligandos producen diferentes campos cristalinos, según lo resumido por la "serie espectroquímica", que ordena los ligandos según su capacidad para dividir los orbitales d: 

I - < Br - < S 2- < Cl - < F - < OH - < H 2 O < NH 3 < en < C 2 O 4 2- < CN - < CO
Los ligandos a la derecha, como CO o CN -, producen una mayor división que los ligandos a la izquierda, como I - o Br -.

Geometría compleja

Como se discutió, las geometrías octaédricas y tetraédricas resultan en diferentes patrones de división y magnitudes. Los complejos cuadrado-planos muestran valores de Δ más altos que los complejos octaédricos debido a un aumento de la asimetría.

Aplicaciones e implicaciones de la teoría del campo cristalino

Comprender la división del campo cristalino ayuda a explicar muchas propiedades de los complejos de metales de transición.

Color

Las transiciones de electrones entre los orbitales d divididos conducen a la absorción de longitudes de onda específicas de luz. El color que se ve es el color complementario de la luz absorbida. Por ejemplo, un complejo que absorbe luz roja parecerá verde.

Magnetismo

La disposición de los electrones en los orbitales d divididos determina el comportamiento magnético de los complejos. Los orbitales t 2g- llenos y los orbitales e g vacíos resultan en complejos diamagnéticos, mientras que los electrones desapareados inducen paramagnetismo.

Estabilidad

La estabilidad de los complejos metálicos puede predecirse en función de la división. Los valores de Δ más grandes generalmente indican mayor estabilidad debido a la mayor energía requerida para mover los electrones entre los orbitales.

Conclusión

La teoría del campo cristalino proporciona una comprensión importante del comportamiento de los complejos de metales de transición. Esta teoría ofrece una visión de los efectos de la disposición de los ligandos y permite la predicción de propiedades como el color, el magnetismo y la estabilidad. Sus aplicaciones se extienden a áreas como la catálisis, la ciencia de materiales y la química bioinorgánica, destacando su importancia y relevancia continua en la química moderna.


Posgrado → 3.1.1


U
username
0%
completado en Posgrado

← Anterior (3.1)
Química de coordinación
Siguiente (3.1.2) →
Teoría del campo de ligandos

Comentarios 



Teoría del campo cristalino

https://www.chemistryelite.com/g/3.1.1?ceal=es