Pregrado
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  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
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Ligandos y compuestos de coordinación


La química de coordinación es una rama fascinante de la química que se centra en el estudio de compuestos de coordinación, que se forman por la combinación de átomos o iones metálicos con ligandos. Estos compuestos son importantes en muchos procesos biológicos, aplicaciones industriales y son centrales en nuestra comprensión tanto de la química inorgánica como de la orgánica.

Comprendiendo los compuestos de coordinación

Los compuestos de coordinación, también llamados compuestos complejos, se forman cuando los iones metálicos se enlazan con moléculas o iones (conocidos como ligandos) para formar un compuesto complejo con un átomo o ion metálico central en su núcleo. Este proceso lleva a la formación de moléculas grandes, a menudo con estructuras fascinantes. Para entenderlos mejor, comencemos con algunas definiciones básicas.

Centro de coordinación

El centro de coordinación es el ion o átomo metálico central en un compuesto complejo. Los metales que se ven con frecuencia en compuestos complejos incluyen metales de transición como Fe, Cu, Co, Ni y Pt. Estos metales pueden enlazarse con muchos ligandos debido a su configuración electrónica y su capacidad para formar enlaces de coordinación.

Ligandos

Los ligandos son iones o moléculas que donan uno o más pares de electrones al átomo o ion metálico, formando un enlace de coordinación. Pueden ser moléculas neutras como NH3 y H2O o iones como Cl- o OH-. La capacidad de un ligando para enlazarse con el centro metálico se denomina su denticidad.

  • Ligandos monodentados: Estos ligandos se enlazan a través de un único sitio donante. Un ejemplo clásico es Cl-, que se enlaza usando un solo par de electrones.
  • Ligandos bidentados: Estos ligandos tienen dos sitios donantes. Un ejemplo de esto es la etilendiamina, representada como en, que se enlaza con sus dos átomos de nitrógeno.
  • Ligandos polidentados: Estos ligandos, también conocidos como agentes quelantes, tienen múltiples sitios donantes y pueden envolver alrededor del ion metálico para formar complejos más estables.
Ejemplo de un compuesto de coordinación simple:
[Cu(NH3)4]SO4 - Sulfato de tetraamminecobre(II)
Cu es el metal central.
NH3 es un ligando monodentado.

Número de coordinación y geometría

El número de coordinación es el número de átomos de ligando que están directamente unidos al átomo central. El número de coordinación afecta la geometría del complejo, y algunas geometrías comunes incluyen:

  • Número de coordinación 4: Esto a menudo resulta en una geometría tetraédrica o cuadrada planar. El tetraédrico es común para complejos que involucran metales que tienen ligandos grandes.
  • Número de coordinación 6: Esto generalmente resulta en una geometría octaédrica, que es prevalente debido a su perfecta simetría y permite un fácil empaquetamiento de ligandos alrededor del ion metálico central.
tetraédrica cuadrada planar octaédrica

Nomenclatura en compuestos de coordinación

Nombrar compuestos de coordinación sigue reglas específicas establecidas por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). El protocolo implica nombrar primero el ligando, seguido del nombre del metal central y su estado de oxidación. Aquí hay una explicación simple:

  • Nombrar el ion positivo ocurre antes de nombrar el ion negativo, similar a cómo se nombran los compuestos iónicos.
  • El nombre del ligando se coloca antes del nombre del metal. Los aniones terminan en -o y los aniones neutros conservan sus nombres comunes (por ejemplo, cloro, ammine).
  • Si el complejo es un anión, se añade el sufijo "ato" al nombre del metal central. Por ejemplo, ferrato para el hierro.
Por ejemplo:
[Fe(CN)6]3- se llama hexacianoferrato(III).
[Cu(NH3)4(H2O)2]2+ se llama tetraamminacuadriacocobre(II).

Isomerismo en compuestos de coordinación

Como en la química orgánica, los compuestos de coordinación también exhiben isomerismo, donde compuestos con la misma fórmula química tienen diferentes arreglos de átomos.

  • Isomerismo geométrico: Ocurre debido a los diferentes arreglos geométricos posibles de los ligandos alrededor del átomo central. Por ejemplo, en complejos cuadrados planos, puede existir isomerismo cis-trans, donde ligandos similares están en direcciones adyacentes u opuestas.
  • Isomerismo óptico: Esto involucra complejos que no son superponibles a sus imágenes especulares, como manos izquierda y derecha. Estos se conocen como enantiómeros.
  • Isomerismo de enlace: Algunos ligandos pueden enlazarse a través de múltiples átomos, resultando en isómeros de enlace. Un ejemplo conocido es el ion nitrito NO2-, que puede enlazarse a través de los átomos de nitrógeno u oxígeno.
Ejemplo de isomerismo geométrico:
[Pt(NH3)2Cl2]
En la forma cis el grupo NH3 y el grupo Cl están adyacentes.
La forma trans tiene los grupos NH3 opuestos entre sí.

Papel de los ligandos en los sistemas biológicos

Los ligandos son esenciales en los sistemas biológicos, en los cuales la coordinación metal-ligando juega un papel crucial en procesos como el transporte de oxígeno, transferencia de electrones y función enzimática. Un ejemplo destacado de esto es la hemoglobina, una proteína compleja que contiene un centro metálico de hierro coordinado con átomos de nitrógeno.

La clorofila, el pigmento verde esencial para la fotosíntesis, es otro compuesto de coordinación donde el ion magnesio es central para su estructura. Los iones metálicos coordinados con ligandos orgánicos hacen que estos procesos sean vitales.

Aplicaciones de compuestos de coordinación

Los compuestos de coordinación no se limitan solo a sistemas biológicos. Sus aplicaciones abarcan varias industrias:

  • Catalizadores: Los compuestos de coordinación se utilizan como catalizadores en muchas reacciones químicas industriales. Por ejemplo, el compuesto [RhCl(PPh3)3] se utiliza en reacciones que involucran hidrogenación.
  • Medicina: Los compuestos de coordinación tienen aplicaciones medicinales. Un compuesto bien conocido es el cisplatino [PtCl2(NH3)2], que se utiliza en el tratamiento del cáncer.
  • Química analítica: Los compuestos de coordinación se utilizan en análisis, como en ensayos colorimétricos, debido a su capacidad de cambiar de color dependiendo del entorno de coordinación.

Conclusión

En conclusión, la química de coordinación, con sus conceptos centrales de ligandos y compuestos de coordinación, juega un papel integral en la expansión de las fronteras de la química. A medida que exploramos más, encontramos estos compuestos complejos tanto en los procesos vitales de la naturaleza como en aplicaciones industriales. Comprender su estructura, formación y función abre nuevas fronteras en ciencia y tecnología.


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