P1 - Q.coord. - Complejos Coloridos de Fe (III)

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán C.1

Licenciatura en Química
Laboratorio de Química de Coordinación
Complejos coloridos de hierro (III)
Grupo: 1301B/D Alumno: Moreno Venegas Alejandro
15 de octubre de 2020
Objetivos:
● Entender los conceptos teóricos que explican la existencia y características de un
compuesto de coordinación, tales como número de coordinación, ligante y
geometría.
● Estudiar teóricamente el proceso de formación y síntesis de un compuesto complejo
de hierro con ligante “acac”
Introducción:
Los compuestos de coordinación o simplemente “complejos” son compuestos cuyas
propiedades y comportamiento son explicados mediante varias teorías, tales como la teoría
de enlace valencia (TUV), la teoría de campo cristalino (TCC) y la teoría de orbitales
moleculares (TOM), estos compuestos poseen características que durante muchos años
previos al comienzo de su estudio lo hacían únicos y principalmente identificables gracias a
sus intensos colores.
Compuestos de Coordinación
Según la teoría de enlace valencia (TUV), los compuestos de coordinación son resultado de
la donación de pares de electrones de una especie química a otra y dicho intercambio es
explicado mediante teoría de ácidos y bases de Lewis:
La interacción entre un ácido de Lewis, el cual es una especie química capaz de aceptar un
par de electrones, siendo estos usualmente iones metálicos (M); y una base de Lewis capaz
de donar al menos un par de electrones llamado ligante (nL) da cómo resultado la formación
de un complejo. Dicha unión es representa gráficamente como:
[M] + [nL] → [MLn]
Sin embargo, al igual que en cualquier otro tipo de compuesto, puede existir un carácter
neutro o uno iónico y por tanto existir diferentes tipos de enlaces resultado de diferentes
interacciones entre las especies químicas o inclusive la existencia de diferentes tipos de
interacciones en un solo compuesto, ya que, estructuralmente un compuesto de
coordinación se encuentra divido en dos segmentos.
● La esfera de coordinación interna, representada por el número 1. En dónde las
interacciones entre las especies químicas están dadas por un enlace covalente
coordinado.
● La esfera de coordinación externa, representada por el número 2. En dónde las
interacciones están dadas por fuerzas electrostáticas entre el núcleo metálico y un
ion.
Ión Acetilacetonatotetraacuohierro (II)
Dentro de un compuesto de coordinación, los ligantes, como se mencionó; deben ser

capaces de donar al menos un par de electrones siendo estos ligandos conocidos como
monodentados, es decir que es un solo átomo el que se encuentra donando el par libre; sin
embargo; existen ligantes de más de dos átomo donadores, llamados polidentados,
pudiendo ser estos didentados (2), tridentados (3), etc. Dichos ligantes pueden ser
igualmente de carácter neutro o iónico, contribuyendo entonces estos o no a la modificación
del estado de oxidación del núcleo metálico.
Durante la práctica, los ligantes del compuesto a sintetizar serán los ligantes neutros acuo
(H2O) y el ligante acac (Acetilacetonato).
_
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_
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El acac, un ligante orgánico es monodentado ya que, a pesar de poseer dos átomos
donadores de pares libres; presenta únicamente la capacidad de unirse mediante un solo
oxígeno al reaccionar la “parte” ácida del compuesto con una base.
El mecanismo de reacción describe la existencia
de una interacción entre los hidrógenos ácidos
pKa =9.0 del acac con una base en medio acuoso (acido-
base de Brønsted-Lowry), resultando el la
obtención de una carga negativa en los óxigenos
al reaccionar los H del compuesto.
OH-
Hidrógeno H3O+
ácido H+
En la imagen, el mecanismo de reacción el cual es una manera gráfica de mostrar la serie

de pasos secuenciados que sigue una reacción, usualmente entre compuestos orgánicos;
con el fin de ilustrar cambios en las estructuras; describe la creación del ligante bidentado
acac de valencia -1.
Otra característica de los compuestos se desprende de los ligantes; el número de

coordinación (NC), el cual se definirá por el momento como la cantidad de átomos
donadores al núcleo metálico, dicho número a la vez estará íntimamente relacionado con la
geometría del compuesto:
Número de Geometría Número de Geometría

coordinación. coordinación.
2 Lineal 4 Cuadrada*
3 Trigonal plana 5 Bipirámide trigonal
4 Tetraédrica* 6 Octaédrica
Nota: La existencia de dos geometrías para el NC 4 se debe a la predisposición de algunos metales
de utilizar orbitales d8 para la formación de enlaces (metales nobles); y la geometría de algunos
ligantes, los cuales fuerzan la geometría del compuesto, resultando estos factores en la formación de
geometrías cuadradas.
En nuestra práctica, sin embargo, trabajaremos únicamente con compuestos complejos de
hierro (III), donde los número de coordinación más comunes son 4 y 6, siendo estos
relacionados a geometrías tetraédricas o cuadradas y octaédricas.
Algunas de las características de los compuestos complejos son:
● Usualmente presentan colores intensos debido a la participación de orbitales
moleculares “d” en los enlaces covalentes coordinados del compuesto.
● Su formación, a diferencia de otros procesos de formación, es más complicada pues
en muchas ocasiones la formación del compuesto no se da de manera directa, sino
que los ligandos se unen secuencialmente al núcleo metálico según la naturaleza de
los mismos ligantes.
● Los complejos de iones metálicos tienden a ser insolubles en solventes orgánicos y
más
● solubles en agua.
● Los complejos sin carga tienden a ser insolubles en agua y solubles en solventes
orgánicos.
Síntesis del tris acetilacetonato hierro (III)

Durante la práctica, se estudiará el proceso de síntesis para el compuesto mencionado
utilizando como reactivo [FeCl3] 6H2O como la fuente de obtención del ión metálico hierro
(III);
El proceso es explicado con las

ecuaciones químicas:
A. [FeCl3] 6H2O + H2O → [Fe(H2O)6]3+ (aq) + 3Cl-(aq)
B. [Fe(H2O)6]3+ + H2O → [Fe(H2O)5(OH)]2+ + H3O+(aq)
C. [Fe(H2O)6]3+ + acac- → [Fe(H2O)4(acac)]2+ + 2H2O
Como resultado de estas reacciones se llega a la ecuación general:

[Fe(H2O)6]3+ +3acacH → [Fe(acac)3] + 3H2O + 3H3O+
Log Kf = 25.3
De manera adicional, durante la práctica se observarán:

● Los cambios que produce en el proceso el incremento del pH mediante la adición de
acetato de sodio (CH3COONa) al disminuir la concentración de la especie ácida
presente.
● La solubilidad del compuesto complejo haciendo uso del disolvente diclorometano
(CH2Cl2).
Finalmente, con objetivos de observación, se calculará el aprovechamiento porcentual de
los procesos llevados a cabo mediante la fórmula:
g de producto obtenido
%Ren=100⋅
g del rendimientoteórico
Como información adicional, se anexa una tabla con algunas propiedades de los
compuestos a utilizar y su código de seguridad NFPA
T1. Tabla de reactivos
Nombre y fórmula Propiedades NFPA
FeCl36H2O Color: Amarillo

(Cloruro ferrico hexahidratado) M: 270.3 g/mol
CAS 10025-77-1 P. Ebullición: 280-285°C
P. Fusión: 37°C
pKa: N.A. (pH ~1.8)
Color: Verde amarillento

M: 100.12 g/mol
P. Ebullición: 140.4°C
(Acetilacetonato) P. Fusión: -23°C
CAS 123-54-6 pKa: 8.9
CH3COONa Color: polvo blanco

(Acetato de sodio) M: 82.03379 g/mol
CAS 127-09-3 P. Ebullición: 881.4°C
P. Fusión: >300°C
pKa: N.A. (pH 8.5-9.9)
CH2Cl2 Color: Líquido incoloro

(Dicloruro metano) M: 84.933 g/mol
CAS 75-09-2 P. Ebullición: 39.6°C
P. Fusión: -95°C
pKa: N.A. (pH >7)
Bibliografía:
● Huheey, J., Keiter, E. A., & Keiter, R. L. (1997). Química Inorgánica: Química de los
compuestos de coordinación. pp- 411-415. (4ta. Edición ed.). Oxford University
Press. México
● Solano, A., Garduño, R., & Vega, O. (2020). Manual de Prácticas - química de
coordinación: Complejos coloridos de hierro III. pp-4-15. FES Cuautitlán. México
● ChemicalBook. (2020). ChemicalBook---Chemical Search Engine.
https://www.chemicalbook.com/ProductIndex_EN.aspx

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[M] + [nL] → [MLn]

Ión Acetilacetonatotetraacuohierro (II)

Dentro de un compuesto de coordinación, los ligantes, como se mencionó; deben ser

En la imagen, el mecanismo de reacción el cual es una manera gráfica de mostrar la serie

Otra característica de los compuestos se desprende de los ligantes; el número de

Número de Geometría Número de Geometría

3 Trigonal plana 5 Bipirámide trigonal

Síntesis del tris acetilacetonato hierro (III)

El proceso es explicado con las

Como resultado de estas reacciones se llega a la ecuación general:

De manera adicional, durante la práctica se observarán:

FeCl36H2O Color: Amarillo

Color: Verde amarillento

CH3COONa Color: polvo blanco

CH2Cl2 Color: Líquido incoloro

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