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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Serie espectroquímica


La química de coordinación es una fascinante rama de la química inorgánica que se centra en el estudio de los compuestos que se forman entre iones metálicos y ligandos. Un concepto importante dentro de este campo es la "serie espectroquímica," una lista de ligandos comunes clasificados según su capacidad para dividir los orbitales d del ion metálico central en un complejo. Esta división afecta las propiedades electrónicas del complejo y puede influir en su color, estabilidad y reactividad. En esta guía integral, profundizaremos en los detalles de la serie espectroquímica, sus orígenes, su importancia y sus aplicaciones.

Definición de serie espectroquímica

La serie espectroquímica es una secuencia que clasifica a los ligandos según su fuerza en términos de su fuerza de campo o del parámetro de división del campo cristalino (Δ). Más simplemente, clasifica a los ligandos que van desde aquellos que producen una pequeña división de los orbitales d hasta aquellos que causan una gran división. Esta serie es importante para predecir la geometría y el color de los compuestos de coordinación.

        Ligandos de campo débil: I -, Br -, Cl -, F -, OH -, C 2 O 4 2-, H 2 O
        
        Ligando intermedio: NCS-, NH3, N(ethylenediamine)

        Ligandos de campo fuerte: NO 2 -, CN -, CO

Es importante entender que las series espectroquímicas solo proporcionan tendencias generales. El estado exacto del ligando puede variar dependiendo del ion metálico al que esté unido, el estado de oxidación del metal y otros factores.

Origen y contexto histórico

El concepto de serie espectroquímica surgió de estudios sobre los espectros electrónicos y propiedades magnéticas de complejos de coordinación. Estos estudios se llevaron a cabo a principios del siglo XX, cuando investigadores como Alfred Werner comenzaron a explorar la naturaleza de los compuestos de coordinación. Posteriormente, técnicas más sofisticadas como la espectroscopía UV-Vis y la susceptibilidad magnética reforzaron la comprensión y validación de las series espectroquímicas.

Fundamento teórico

Teoría del campo cristalino

Central en la serie espectroquímica es la teoría del campo cristalino (CFT), que describe cómo la degeneración de los orbitales d metálicos se ve afectada por la presencia de ligandos circundantes. Según la CFT:

  • La repulsión surge cuando los electrones del ligando se acercan al ion metálico central, resultando en la división de los orbitales d degenerados en diferentes niveles de energía.
  • En un campo octaédrico, los orbitales d se dividen en dos conjuntos: orbitales t 2g de menor energía (d xy, d xz, d yz) y orbitales e g de mayor energía (d x 2 -y 2, d z 2).
         p. ej.
         | Δ
         T2G

La magnitud de Δ (energía de división del campo cristalino) determina si un ligando es de campo débil o de campo fuerte.

Teoría del campo de ligandos

La teoría del campo de ligandos (LFT) se basa en la CFT incorporando la teoría del orbital molecular. Esta teoría tiene en cuenta las interacciones covalentes entre iones metálicos y ligandos, proporcionando una explicación más completa de la unión y las propiedades electrónicas. La LFT considera tanto interacciones σ como π, que pueden aumentar o disminuir la división dependiendo de la naturaleza del ligando.

Factores que afectan la serie espectroquímica

Varios factores afectan dónde cae un ligando en la serie espectroquímica:

Naturaleza del ion metálico

El tipo de metal, su estado de oxidación y configuración electrónica pueden afectar el efecto que un ligando tiene en la división de los orbitales d. Los metales de transición con estados de oxidación más altos generalmente producen energías de división del campo cristalino más altas.

Geometría del complejo

La geometría de un complejo afecta cómo se dividen los orbitales d. Por ejemplo, en un campo tetraédrico, los orbitales d se dividen de manera opuesta a como lo hacen en un complejo octaédrico.

         T2G
        | Δ
         p. ej.

El concepto de complejos de alto y bajo spin existe principalmente en geometría octaédrica.

Propiedades electrónicas del ligando

Los ligandos con potenciales de donador π y aceptor π pueden cambiar sus posiciones dentro de la serie espectroquímica. Por ejemplo, ligandos con potenciales de aceptor π como CO son ligandos de campo fuerte.

Aplicaciones de la serie espectroquímica

Comprender la serie espectroquímica tiene aplicaciones en el mundo real en las siguientes áreas:

Catalisis

La naturaleza de la coordinación de ligandos afecta la actividad catalítica y la selectividad de los catalizadores centrados en metales. Los ligandos de campo fuerte pueden influir en los ciclos catalíticos estabilizando estados de oxidación o intermediarios particulares.

Bioquímica inorgánica

En sistemas biológicos, los iones metálicos coordinados a biomoléculas a menudo muestran propiedades electrónicas únicas que son importantes para funciones como el transporte de oxígeno, la transferencia de electrones y la actividad enzimática. Las propiedades espectroquímicas de los centros metálicos biológicos pueden explicar su función y reactividad.

Color de los complejos

El color observado en compuestos de coordinación surge debido a las transiciones d-d, que están fuertemente afectadas por la magnitud de la división del campo cristalino. Los ligandos de campo débil resultan en pequeñas divisiones, produciendo a menudo complejos de colores claros, mientras que los ligandos de campo fuerte resultan en grandes divisiones, produciendo a menudo colores ricos y profundos.

Ejemplos de series espectroquímicas

Ejemplo 1: Predicción de estados de spin

Considere el complejo [Fe(H 2 O) 6 ] 3+. El agua es un ligando de campo débil, por lo que el complejo forma un estado de alto spin. En contraste, [Fe(CN) 6 ] 3- forma un estado de bajo spin con cianuro (un ligando de campo fuerte).

Ejemplo 2: Comprensión del cambio de color

El color púrpura de [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ contrasta con el color naranja-rojo de [Cr(NH 3 ) 6 ] 3+. Esta transición de un ligando de campo débil a un ligando de fuerza media resulta en una transición d-d cambiada y, por lo tanto, un color diferente.

Conclusión

La serie espectroquímica es un concepto fundamental en la química de coordinación, proporcionando profundas ideas sobre las propiedades electrónicas de los complejos metálicos. Al entender esta serie, los químicos pueden predecir no solo la geometría y el color de los complejos, sino también su reactividad y estabilidad. Conocer la ubicación de un ligando en la serie espectroquímica facilita la síntesis adaptada de compuestos de coordinación para aplicaciones deseadas, convirtiéndolo en una herramienta importante en la química inorgánica moderna.


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