Compuestos de coordinación — nomenclatura e isomería

Los compuestos de coordinación son complejos metálicos en los que un átomo o ion metálico central está enlazado a ligandos que lo rodean. Para nombrar uno, primero separa la esfera de coordinación entre corchetes de cualquier contraión, luego nombra los ligandos y después el metal con su estado de oxidación. Para reconocer la isomería, pregúntate si la misma fórmula global puede diferir en la disposición o en el tipo de enlace.

Estas son las dos preguntas que los estudiantes suelen querer decir cuando buscan nomenclatura e isomería de compuestos de coordinación. ¿Cuál es el nombre correcto y puede la misma fórmula representar más de un compuesto?

Cómo es un compuesto de coordinación

En una fórmula como $[Co(NH_3)_6]Cl_3$, la parte dentro de los corchetes es la esfera de coordinación. Aquí, seis ligandos amoníaco están enlazados directamente al cobalto. Los tres iones cloruro fuera de los corchetes son contraiones, no ligandos en esa fórmula escrita.

Esa distinción importa al nombrar. Los ligandos dentro de la esfera de coordinación se nombran como parte del ion complejo. Los iones fuera de los corchetes se nombran por separado, igual que en otros compuestos iónicos.

Cómo nombrar un compuesto de coordinación paso a paso

Un método fiable de nomenclatura es:

• nombrar los ligandos antes que el metal
• usar nombres especiales de ligandos cuando sea necesario, como ammina para $NH_3$ y aqua para $H_2O$
• usar nombres como clorido, cianido o hidroxido para ligandos aniónicos comunes en la nomenclatura moderna de la IUPAC
• usar prefijos como di-, tri- y tetra- para indicar cuántos ligandos de cada tipo hay
• ordenar los ligandos alfabéticamente por el nombre del ligando, no por el prefijo
• escribir el estado de oxidación del metal en números romanos

Si el ion complejo es aniónico, el nombre del metal suele cambiar a una forma terminada en $-ato$. Como estas formas no siempre son evidentes a simple vista, es mejor comprobar el nombre estándar que adivinarlo.

Para compuestos de coordinación completos, se nombra primero el catión y después el anión. Si el propio complejo es el catión, su contraanión se nombra después. Si el propio complejo es el anión, el ion positivo se nombra primero.

Ejemplo resuelto: $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$

Este complejo neutro es un buen ejemplo porque muestra tanto la nomenclatura como la isomería geométrica.

Empieza con el estado de oxidación del platino. El amoníaco es un ligando neutro, mientras que cada cloruro coordinado aporta $-1$.

$$x + 2(0) + 2(-1) = 0$$

Entonces

$$x = +2$$

Ahora nombra los ligandos. Hay dos ligandos ammina y dos ligandos clorido. Alfabéticamente, ammina va antes que clorido, así que el nombre base es diamminedicloridoplatino(II).

Pero esta fórmula puede disponerse de dos maneras cuadrado-planares diferentes:

• cis: los dos ligandos clorido están adyacentes
• trans: los dos ligandos clorido están opuestos

Así que los dos isómeros son cis-diamminedicloridoplatino(II) y trans-diamminedicloridoplatino(II).

Tienen la misma fórmula y la misma conectividad, pero una disposición espacial diferente. Eso es isomería geométrica. Es la misma idea detrás de los nombres comunes cisplatino y transplatin.

Qué tipos de isomería importan más

Isomería geométrica

Este es el primer ejemplo más común. En complejos cuadrado-planares y octaédricos, los ligandos pueden ocupar posiciones relativas diferentes incluso cuando la fórmula sigue siendo la misma. Las etiquetas habituales son cis y trans, y en algunos casos octaédricos fac y mer.

Este tipo de isomería depende de la geometría. Si la forma del complejo o el patrón de ligandos no permite posiciones distintas, entonces los nombres cis y trans no se aplican.

Isomería óptica

Algunos complejos de coordinación pueden formar pares de imágenes especulares no superponibles. Estos son isómeros ópticos. Tienen la misma conectividad y a menudo el mismo patrón básico de nomenclatura, pero difieren en la quiralidad.

Normalmente esto aparece en ciertos complejos octaédricos, especialmente cuando la disposición de los ligandos hace que el complejo sea quiral. La condición clave es la quiralidad: si el complejo tiene un plano de simetría u otro elemento de simetría que elimine la quiralidad, la isomería óptica no aparece.

Isomería estructural

Los isómeros estructurales tienen la misma composición global, pero difieren en qué está unido a qué, o en qué queda dentro o fuera de la esfera de coordinación.

Un caso importante es la isomería de enlace, donde un ligando ambidentado se une a través de distintos átomos donadores. Otro es la isomería de ionización, donde un ligando y un contraión intercambian posiciones si la composición lo permite. En ambos casos, el nombre cambia porque cambia la descripción del enlace.

Errores comunes

Tratar todos los cloruros de la misma manera

Un ion cloruro fuera de los corchetes se nombra cloruro. Un ligando cloruro coordinado dentro de los corchetes se nombra clorido. Confundirlos lleva a un nombre incorrecto.

Usar los prefijos para el orden alfabético

El orden alfabético se basa en los nombres de los ligandos, no en di-, tri- o tetra-. Así que ammina se considera con a, no con d.

Olvidar que algunos ligandos son neutros

$NH_3$ y $H_2O$ son ligandos neutros comunes. Si los tratas como cargados al calcular el estado de oxidación, el número de oxidación del metal saldrá mal.

Suponer que todo complejo con ligandos repetidos tiene isómeros cis/trans

Eso solo funciona cuando la geometría y la disposición de los ligandos realmente permiten posiciones diferentes. La fórmula por sí sola no basta.

Dónde aparecen los compuestos de coordinación

Este tema aparece en toda la química de coordinación, la química de metales de transición, el análisis cualitativo, la catálisis y la química bioinorgánica. Aunque nunca te especialices en esas áreas, las reglas de nomenclatura te ayudan a leer correctamente las fórmulas y a no pasar por alto cuándo dos compuestos son en realidad isómeros distintos.

También entrena un hábito útil: no leas una fórmula como si fuera solo una lista de átomos. En química de coordinación, la posición, la carga y el patrón de enlace importan.

Prueba un problema de nomenclatura parecido

Intenta nombrar $[Co(NH_3)_5Cl]Cl_2$. Primero separa la esfera de coordinación de los contraiones. Luego calcula el estado de oxidación del cobalto y comprueba qué cloruro es un ligando y qué cloruros están fuera de los corchetes. Ese solo ejercicio suele hacer que la notación con corchetes encaje.