Complessi e reazioni di equilibrio: approfondimento su costanti di formazione e costanti di instabilità
I metalli di transizione, noti anche come ioni metallici, possono legarsi a uno o più leganti per formare delle specie chiamate ioni complessi. Questi complessi si formano attraverso reazioni tra un acido e una base di Lewis, coinvolgendo un catione metallico e molecole neutre o anioni mono o poliatomici.
La formazione dei complessi in soluzione acquosa può essere rappresentata dalla seguente reazione di equilibrio: M + nL ⇄ MLn. La stabilità dei complessi è definita quantitativamente dalla costante di formazione relativa all’equilibrio: Kf = [MLn] / [M][L]n. A volte si ricorre anche alla costante di instabilità o di dissociazione Kd = 1/Kf = [M][L]n/ [MLn].
Nel contesto dei metalli di transizione, si possono osservare equilibri successivi tra un ione centrale M e un legante L, che possono formare complessi di diversi gradi. Trascurando le cariche elettriche, è possibile rappresentare tali equilibri con le relative costanti di stabilità parziali, e i prodotti delle costanti parziali possono essere utilizzati per ottenere le costanti di stabilità globali.
Esercizio 1: calcolo della frazione di ferro (III) presente in una soluzione inizialmente 0.10 M di Fe3+ e 1.0 M di SCN- (Kf = 2.3∙10^3), tenendo conto dell’equilibrio di complessazione Fe3+(aq) + 2 SCN-(aq) ⇄ Fe(SCN)2(aq). Dopo aver costruito un diagramma I.C.E. (Initial, Change, Equilibrium), si calcola che la concentrazione di Fe3+ è di 6.8 ∙10^-5 M.
Esercizio 2: calcolo della concentrazione di Cu2+ in una soluzione inizialmente 0.10 M di Cu2+ e 1.0 M di NH3 (Kf = 2.1 ∙10^13).
Queste esercitazioni possono approfondire la comprensione della formazione di complessi e l’uso delle costanti di stabilità per calcolare le concentrazioni in equilibrio.
Ci sono molti altri argomenti correlati alla chimica dei complessi che possono essere studiati per approfondire la comprensione della formazione e della stabilità dei complessi metallici.La reazione del complesso Cu(NH3)4 2+ è di fondamentale importanza nella chimica inorganica. Equilibri di questo tipo, noti come equilibri di complessazione, sono fondamentali nell’ambito delle reazioni chimiche in soluzione acquosa. Per calcolare la concentrazione degli ioni coinvolti in questa reazione, è necessario conoscere la costante di formazione del complesso, Kf, e svolgere dei calcoli basati sui dati iniziali della reazione.
La condizione iniziale della reazione viene espressa dalla tabella, dalla quale si determina il quoziente di reazione (Q). Poiché il quoziente di reazione assume un valore inferiore a quello della costante di formazione del complesso (Kf), la reazione procede verso destra. Inoltre, essendo Kf molto elevato, si può presumere che l’intero ione rame reagisca trasformandosi nel complesso Cu(NH3)4 2+. Si procede quindi alla costruzione della tabella I.C.E. per determinare le concentrazioni degli ioni in equilibrio.
Dalla tabella I.C.E. si ottiene la concentrazione di Cu2+ e NH3 in equilibrio. Successivamente, considerando la variazione delle concentrazioni, si formula l’equilibrio della reazione. Si procede quindi a risolvere l’espressione della costante di equilibrio per ottenere la concentrazione di Cu2+ in equilibrio.
Il valore ottenuto per la concentrazione di Cu2+ in equilibrio è 3.7 * 10^-14 M. Il calcolo permette quindi di determinare la concentrazione degli ioni coinvolti nella reazione del complesso Cu(NH3)4 2+.
