04/06/2012

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IONES COMPLEJOS

Cuando un catin, llamado ion central, se

combina con uno o mas aniones o molculas

neutras, llamadas ligandos, para formar un

nuevo ion se llama ion complejo.

Por lo general el ion central es un ion metlico.

Ion complejo Tipo de ion.

Cu(NH3)42+ complejo catinico

Ag(CN)2- complejo aninico

Au(CN)2- complejo aninico

FeF63- complejo aninico

CdCl+ Complejo catinico

El agua puede actuar como ligando y los iones metlicos se

encuentran a menudo en forma de acuocomplejos o complejos

hidratados.

As por ejemplo Cu2+ se encuentran en realidad asociados a las

molculas de agua como Cu(H2O)42+.

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Metales alcalinos: Na+, K+, Li+ Ningn ion complejo

Metales alcalinoterreos: Ca++, Ba++, Sr++ Pocos iones complejos,

en condiciones especiales

Metales mas comunes que forman complejos:

Fe3+

, Cd2+

, Zn2+

, Cu2+

, Ni2+

, Co2+

, Pt4+

, Au+, Ag

+, Hg

++

La mayora

Algunos complejos solubles de importancia en Hidrometalurgia

NH3 CN- Cl- F- OH- S2- S04

2- C032-

Ag+ Ag(NH3)2+ Ag(CN)2

- AgCI2-

AI3+ AIF63- AI(OH)4

-

As3* AsS33-

Ass+ AsS43-

Au+ Au(NH3)2+ Au(CN)2

-

Au3+ AuCI4-

Be2+ BeF3- Be(OH)3

-

Co2* Co(NH3)62+ Co(CN)6

4-

Co3+ Co(NH3)63+ Co(CN)6

3-

Cu+ Cu(NH3)2+ Cu(CN)2

- CuCI2-

Cu2+ Cu(NH3)42+ CuCI3

-

Fe2+ Fe(CN)64-

Fe3+ Fe(CN)63- Fe(SO4)2

-

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Algunos complejos solubles de importancia en Hidrometalurgia

NH3 CN- Cl- F- OH- S2- S04

2 ' C032-

Hg2+ Hg(NH3)22+ Hg(CN)4

2- HgCI42- HgS2

2-

Mn2+ Mn(CN)64-

Nb5+ NbF72-

Pt4+ PtCI62-

Sb3+ . Sb(OH)4- SbS3

3-

Sb5+ Sb(OH)6- SbS4

3-

Si4+ SiF62-

Sn4+ SnCI62- Sn(OH)6

2- SnS32-

Ta5+ TaF72-

U022+ UO2(SO4)3

- UO2(CO3)34-

Zn2+ Zn(NH3)42+ Zn(CN)4

2- Zn(OH)3-

NH3

CN-

Ligandos inorgnicos Cl-

mas comunes: OH-

H2O

Las especies LIGANDOS tienen como

caracterstica fundamental el poseer por

lo menos un par libre de electrones para

ser compartidos con el catin metlico o

ion central .

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tomo de O tiene 8 electrones (2,6) y el de H 1 electrn

Covalent Bond

Covalent Bond

1 par de e- libres

1 par de e- libres

tomo de C tiene 6 electrones (2,4) y el de N 7 electrones (2,5)

tomo de N tiene 7 electrones (2,5) y el de H 1 electrn

tomo de Cl tiene 17 electrones (2,8,7)

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Se define como el nmero mximo de ligandos

asociados a un ion metlico.

No existen reglas determinadas para predecir este nmero.

Una regla prctica es la siguiente:

El nmero mximo de ligandos que se asocian a un in metlico es a menudo el doble de la carga inica del ion.

Ejemplo:

Para los iones: Ag+

y Au+, el nmero de coordinacin es 2.

Nmeros de coordinacin para iones comunes

N coordinacion

Iones

2 Cu+

Ag+

Au+

3 Cu+ O

2- Pb

2+

4 Cu2+

Cd2+

Zn2+

6 Co

2+, Co

3+ Ni

2+, Ni

3+ Fe

2+, Fe

3+

Pb4+

Mn2+

Sn4+

, Sb3+

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Un metal no tiene porque estar asociado con su nmero mximo

de ligandos (excepto en el caso del agua).

As por ejemplo, en una disolucin que contenga Cu2+ y NH3

pueden encontrarse los siguientes iones:

Cu(NH3)42+, Cu(NH3)3

2+, Cu(NH3)22+, Cu(NH3)

2+, Cu2+.

Aunque en realidad seria:

Cu(NH3)42+, Cu(NH3)3(H20)

2+, Cu(NH3)2(H20)22+,

Cu(NH3)(H20)32*, Cu(H20)4

2+.

Para concentraciones muy elevadas de NH3 libre existe tambin

algo de Cu(NH3)52+.

El nmero de iones complejos y sus concentraciones relativas

depender de las concentraciones de Cu2+ y NH3 en la disolucion.

La nica manera segura de conocer la composicin de

un ion complejo (previamente estudiado) consiste en

consultar una tabla de iones complejos.

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- Con cuatro ligandos generalmente es un tetrahedro,

con los ligandos ocupando los vrtices de este.

El nmero de coordinacin y la geometra del complejo estn

determinadas por la estructura electrnica del tomo central y

de los ligandos.

Representacin geomtrica de un ion complejo

- Con 6 ligandos forman generalmente octaedros.

N:

H

H

H

N

Zn++

H

H

H

H

:N

..

HH

H

..

HH

N

Zn(NH3)4++

NH3

Mecanismo de formacin de

iones complejos

Cu2+ + NH3 = Cu(NH3)2+

Cu(NH3)2+ + NH3 = Cu(NH3)2

2+

Cu(NH3)22+ + NH3 = Cu(NH3)3

2+

Cu(NH3)32+ + NH3 = Cu(NH3)4

2+

La carga elctrica que presenta el ion complejo se

determina ajustando la ecuacin inica de su formacin.

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Con frecuencia se impide que un ion metlico simple

precipite o intervenga en una reaccin, formando un ion

complejo, lo cual hace disminuir la concentracin del ion

metlico en la disolucin y por consiguiente aumenta su

solubilidad

La formacin de complejos proporciona una manera de

controlar la concentracin de un ion metlico simple en

solucin.

DIVISIN DE LOS IONES COMPLEJOS

1. Desde el punto de vista del ion metlico

ion central

COMPLEJOS MONONUCLEARES

Los iones complejos que contienen tan solo un ion metlico

central junto con sus ligandos asociados.

COMPLEJOS POLINUCLEARES

Contienen dos ms iones metlicos centrales por cada

molecula de un ion complejo: Fe2(OH)2+4, Bi5(OH)8

+2

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2. Desde el punto de vista del ligando

COMPLEJOS MONODENTADOS ("con solo un diente")

Los ligandos pueden satisfacer una sola posicin de

coordinacion de un ion metlico por ligando, es decir, el

ligando posee una pareja de electrones que pueden ser

utilizados para formar un enlace metal-ligando

En general con los ligandos inorgnicos: NH3, H20, F-, CN-.

COMPLEJOS POLIDENTADOS

Cuando un ligando posee mas de una pareja de

electrones que pueden ser utilizados para formar un

enlace metal-ligando, es decir el ligando puede

compartir dos o mas pares libres de electrones con el

ion metlico o sea compartir dos o ms posiciones de

coordinacion del metal.

Por ejemplo, el ligando orgnico ETILENDIAMINA (EN):

:N

H

H

N:

H

H

CH CH2 2

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La etilendiamina EN con sus dos pares libres de electrones se

une al ion metlico satisfaciendo dos posiciones del metal, dando

lugar a un anillo; as es el caso de la etilendiamina de cobre:

CH2

CH2

N:

H

H

N:

H

H

Cu2+

:N

H

H

:N

H

H

CH2

CH2

Otro ligando importante es el cido etilendiaminotetraactico,

que generalmente se conoce como EDTA:

Este EDTA reacciona siempre segn una sencilla proporcin

uno a uno con un ion metlico: Mn+ + Y4- = Myn-4

En donde Y4- es una abreviatura que representa la forma ionizada del

EDTA.

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Los complejos formados por ligandos polidentados se

denominan QUELATOS.

Con estos quelatos solamente se puede formar una

sola clase de compuestos, en cambio con los ligandos

monodentados se pueden formar compuestos

intermedios.

KEST del Cu(NH3)42+ = 4*1012

KEST del Cu(EN)22+ = 4*1019

Los complejos quelatos son ms estables que

aquellos en los que intervienen ligandos

monodentados, asi por ejemplo:

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CONSTANTES DE FORMACIN DE

ESTABILIDAD

Ejemplo: Cd-Cl

1. Cd++ + Cl- = CdCl+

2. CdCl+ + Cl- = CdCl2(aq)

3. CdCl2(aq) + Cl- = CdCl3

-

4. CdCl3- + Cl- = CdCl4

-2

ClCd

KCdCl

1

ClCdClK

2(aq)

2

CdCl

ClCdCl

Kaq)(2

33

CdCl

ClCdCl

K2

3

2

44

CdCl

CONSTANTES DE FORMACIN GLOBAL

TOTAL

Ejemplo: Cd-Cl

1. Cd++ + Cl- = CdCl+

2. Cd++ + 2Cl- = CdCl2(aq)

3. Cd++ + 3Cl- = CdCl3-

4. Cd++ + 4Cl- = CdCl4-2

11

CdCl K

ClCd

212

2(aq)

2

CdCl KK

ClCd

3213

33

CdCl KKK

ClCd

43214

2

44

CdCl KKKK

ClCd

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Como se puede apreciar, las constantes son combinaciones de las constantes K. Para efectos de clculos estas constantes se pueden utilizar.

CONSTANTES DE INESTABILIDAD =

CdCl4-2 = Cd++ + 4Cl-

Estas constantes de inestabilidad no se pueden usar directamente para clculos.

1

24

4

CdCl

ClCdK DADINESTABILI

FORMACIN DE COMPLEJOS DE

SLIDOS

Por ejemplo formacin de complejos desde sales ligeramente

solubles y que estn en exceso en presencia de un anin:

Ejemplo: AgCl(s) - Cl-

AgCl(s) = Ag+ + Cl-

ClAgK ps

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1. AgCl(s) = AgCl(aq)

2. AgCl(s) + Cl- = AgCl2

-

3. AgCl(s) + 2Cl- = AgCl3

-2

4. AgCl(s) + 3Cl- = AgCl4

-3

Estos equilibrios slo pueden suceder cuando se tiene un

exceso de AgCl(s) sin disolver y existe suficiente Cl-.

(aq)1 AgClK

Cl

K 22AgCl

2

2

33

AgCl

Cl

K

3

3

44

AgCl

Cl

K