Composti di Coordinazione: Struttura e Funzionamento
I composti di coordinazione presentano un legame di tipo covalente tra un atomo e uno ione centrale, insieme ad atomi, ioni o molecole chiamati leganti. Questi composti sono noti anche come complessi, poiché spesso risultano dalla combinazione di elementi capaci di esistere in modo autonomo.
Indice Articolo
Struttura e Esempio di Composto di Coordinazione
Un esempio pratico è dato dall’aggiunta di ammoniaca a una soluzione acquosa di cloruro di nichel (II), che porta alla formazione del composto NiCl2· 6 NH3. Nella struttura di questo complesso, l’atomo di nichel (II) coordina sei molecole di ammoniaca.
Numero di Coordinazione e Leganti
Il numero di atomi legati all’ione centrale, definito come numero di coordinazione, è un parametro importante. I leganti, come l’ammoniaca, sono gruppi coordinati, mentre l’atomo direttamente legato all’atomo metallico è l’atomo donatore. Questa interazione determina la geometria di coordinazione del complesso.
Il concetto di composti di coordinazione fu introdotto per la prima volta da Alfred Werner, il chimico svizzero insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1913.
Complessi dei Metalli di Transizione
Nei complessi dei metalli di transizione, gli orbitali d sono quelli maggiormente coinvolti. Di conseguenza, numeri di coordinazione superiori a quattro sono comuni, con una geometria prevalentemente ottaedrica. Un criterio per identificare i composti di coordinazione è che l’atomo abbia un numero di coordinazione maggiore del suo numero di ossidazione.
Legame Coordinativo
Il legame che tiene uniti gli atomi all’interno dei composti di coordinazione è chiamato legame coordinativo. In generale, il legante è una molecola o uno ione contenente un atomo donatore con doppietti elettronici non condivisi, utilizzati per stabilire il legame con l’atomo centrale.Importanza dei Leganti nella Chimica dei Composti di Coordinazione
Nella chimica dei composti di coordinazione, i leganti svolgono un ruolo fondamentale nella formazione di legami con lo ione metallico centrale. Gli atomi o ioni che possiedono queste caratteristiche sono molteplici e diversificati. Tra di essi troviamo gli alogeni, che agiscono solitamente come ioni negativi, l’ossigeno presente sia come ossido sia come atomo in molecole come l’acqua, gli eteri, gli alcoli, l’ione ossidrile, e l’azoto, che si trova in molecole come ammoniaca, ammine e ammidi.
Altri esempi includono lo zolfo, che è presente nei tiooli e tioeteri, e il fosforo e l’arsenico contenuti rispettivamente nei fosfine e nell’arsina. È da sottolineare come sia comune la formazione di complessi da parte di ioni metallici con molecole organiche, con molti di essi che rivestono un’importanza biologica notevole.
Ruolo dei Leganti Multidentati
Un’altra importante caratteristica riguarda i leganti multidentati, che possono possedere più atomi donatori. In presenza di più atomi donatori legati contemporaneamente allo stesso ione metallico, si forma ciò che viene definito un complesso chelato. I composti di coordinazione costituiti da elementi di transizione spesso presentano intense e brillanti colorazioni. Inoltre, mentre nei composti non di coordinazione è raro trovare molecole con elettroni spaiati, nei composti dei metalli di transizione questa è una caratteristica più diffusa.
Importanza Biologica dei Complessi
Molti enzimi e metalloproteine sono il frutto dell’associazione di ioni metallici con molecole organiche complesse. Un esempio emblematico è l’emoglobina, che può essere vista come un complesso del ferro (II) legato a quattro atomi di azoto porfirinici in un piano, con un quinto atomo di azoto proveniente da una molecola proteica che si posiziona in modo assiale. Questa coordinazione può essere completata da una molecola di ossigeno o di monossido di carbonio.
In conclusione, i leganti giocano un ruolo cruciale nella formazione di complessi di coordinazione e nella creazione di legami stabili e importanti sia dal punto di vista chimico che biologico.Perché i composti di coordinazione siano spesso paramagnetici, è necessario considerare la Teoria del campo dei leganti. Questa teoria spiega che ogni legame covalente polare può essere assimilato a un legame ionico tra l’ione metallico positivo e il legante negativo. Gli elettroni dell’ione metallico vengono respinti dalla carica negativa del legante, con interazioni che variano a seconda dell’orbitale in cui si trovano gli elettroni.
L’influenza degli orbitali d
Ad esempio, se consideriamo un legante sull’asse x, gli elettroni in un orbitale dz2 puntato lungo la direzione del legame saranno respinti più fortemente rispetto agli elettroni in un orbitale dx2-dy2 situato ortogonalmente alla direzione del legame. L’energia complessiva degli orbitali d varia a seconda della loro posizione rispetto ai leganti. Configurazione elettronica e colorazione
Nel caso di un complesso ottaedrico ML6 n+, con una configurazione elettronica d1, l’elettrone occupa uno degli orbitali con energia più bassa. Per spostare l’elettrone verso orbitali ad energia superiore, è necessario fornire un’energia ∆, che può essere assorbita tramite radiazione elettromagnetica. Proprietà magnetiche e colorazione
L’energia assorbita corrisponde spesso alla luce visibile, causando una colorazione del complesso. Il numero di elettroni spaiati determina le proprietà magnetiche del composto. L’assorbimento della radiazione fa apparire una colorazione nel complesso, con la sostanza che si colora con il colore complementare a quello assorbito. Serie spettrochimica
La teoria del campo dei leganti considera anche l’influenza dei leganti sulla separazione energetica negli orbitali d. La serie spettrochimica ordina i leganti in base alla loro capacità di influenzare la scissione degli orbitali. Ad esempio, l’ione cianuro provoca una maggiore scissione degli orbitali rispetto all’ione ioduro. In conclusione, la Teoria del campo dei leganti fornisce un quadro chiaro delle interazioni tra ioni metallici e leganti, spiegando le proprietà magnetiche e colorimetriche dei composti di coordinazione.
