20.5
Isomerismo Estructural
Isomerismo en los complejos
Los isómeros son diferentes especies químicas que tienen la misma fórmula química. El isomerismo estructural de los compue…
Los isómeros son compuestos con la misma fórmula molecular, pero con una disposición estructural diferente. Cada isómero tiene propiedades físicas y químicas distintas. En los compuestos de coordinación, un tipo de isomería observado es la isomería estructural.
En la isomería estructural, las conectividades de los átomos con el átomo metálico central son diferentes a pesar de tener la misma fórmula molecular. Además, se pueden clasificar en isómeros de esfera de coordinación e isómeros de enlace. Los isómeros de la esfera de coordinación ocurren cuando el ligando coordinado con el metal central en la esfera de coordinación intercambia lugares con un contraión en la red.
Así, mientras el número de coordinación del ion metálico permanece constante, la composición de la esfera de coordinación y el compuesto cambian. En el complejo de coordenadas de cobalto, son posibles dos isómeros de esfera de coordinación con bromo o con cloro como ligando. Como la composición del compuesto es diferente, cada uno de estos isómeros tiene diferentes propiedades químicas.
Cuando se disuelve en agua, el cloruro de pentaamminabromocobalto genera iones de cloruro, mientras que el bromuro de pentaamminaclorocobalto genera iones de bromuro en la solución. La isomería de enlace, por otro lado, ocurre cuando un ligando puede coordinarse con el átomo metálico central en dos orientaciones diferentes. Por lo tanto, los ligandos monodentados con más de un átomo donante potencial son capaces de isomerizar el enlace.
Dependiendo de qué átomo donante se coordine con el ion metálico, el nombre del ligando cambia. El ion de nitrito tiene dos pares de electrones solitarios, uno en el átomo de nitrógeno y otro en el átomo de oxígeno. Cualquiera de estos puede formar un enlace covalente coordinado con el ion metálico central.
Cuando el ion de nitrito se coordina a través del par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno, se conoce como ligando nitro. Cuando el átomo de oxígeno actúa como donante, se lo conoce como ligando nitrito. Los complejos de coordinación de cobalto metálico con iones de nitrito tienen dos posibles isómeros de enlace, un pentaamminenitrocobalto de color amarillo y un pentaamminenitritocobalto de color naranja
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Q1: What is structural isomerism in coordination compounds?
Structural isomerism occurs when coordination compounds have the same molecular formula but different connectivities of atoms to the central metal atom. This results in distinct physical and chemical properties despite identical composition. Structural isomerism divides into two categories: coordination-sphere isomers and linkage isomers, each arising from different rearrangements within the complex.
Q2: How do coordination-sphere isomers form?
Coordination-sphere isomers occur when an anionic ligand in the coordination sphere exchanges places with a counterion from the outer lattice. The coordination number remains constant, but the composition of the coordination sphere changes. For example, pentaamminebromocobalt(II) chloride and pentaamminechlorocobalt(II) bromide are coordination-sphere isomers that generate different ions when dissolved in water.
Q3: What causes linkage isomerism in coordination complexes?
Linkage isomerism occurs when a monodentate ligand with multiple donor atoms can coordinate to the metal through different atoms. The nitrite ion, for instance, has lone pairs on both nitrogen and oxygen atoms. Depending on which atom bonds to the metal, the ligand is named differently, creating distinct isomers with different colors and properties.
Q4: What are nitro and nitrito ligands?
Nitro and nitrito ligands are linkage isomers of the nitrite ion. When the nitrite ion coordinates through nitrogen's lone pair, it forms the nitro ligand. When oxygen's lone pair coordinates instead, it forms the nitrito ligand. Pentaamminenitrocobalt(III) appears yellow, while pentaamminenitritocobalt(III) appears orange, demonstrating how linkage isomerism affects compound properties.
Q5: Why do isomers have different chemical properties?
Isomers have different chemical properties because their atomic connectivities differ, altering how atoms interact and bond. In coordination-sphere isomers, different ligands occupy the coordination sphere, changing which ions are released in solution. These structural differences fundamentally affect reactivity, solubility, and other chemical behaviors despite maintaining the same molecular formula.
Q6: Which ligands are capable of linkage isomerism?
Ligands capable of linkage isomerism are monodentate ligands with more than one potential donor atom. Examples include the nitrite ion (NO2−), cyanide ion (CN−), and thiocyanate ion (SCN−). Each can bind to the metal center through different atoms, producing distinct isomers with different names and properties based on which donor atom coordinates.
Q7: How does the coordination number change in structural isomerism?
In coordination-sphere isomerism, the coordination number of the metal ion remains constant while ligands and counterions exchange positions. In linkage isomerism, the coordination number also stays the same because the ligand still occupies one coordination site, regardless of which donor atom bonds to the metal. Both types preserve the metal's coordination number while altering compound composition.