Composti di coordinazione — nomenclatura e isomeria

I composti di coordinazione sono complessi metallici in cui un atomo metallico centrale o uno ione metallico è legato ai ligandi circostanti. Per nominarne uno, separa prima la sfera di coordinazione tra parentesi quadre dagli eventuali controioni, poi nomina i ligandi, quindi il metallo e il suo stato di ossidazione. Per riconoscere l'isomeria, chiediti se la stessa formula complessiva può differire nella disposizione o nel tipo di legame.

Queste sono le due domande che gli studenti di solito intendono quando cercano nomenclatura e isomeria dei composti di coordinazione. Qual è il nome corretto, e la stessa formula può rappresentare più di un composto?

Come si presenta un composto di coordinazione

In una formula come $[Co(NH_3)_6]Cl_3$, la parte tra parentesi quadre è la sfera di coordinazione. Qui, sei ligandi ammoniaca sono legati direttamente al cobalto. I tre ioni cloruro esterni alle parentesi sono controioni, non ligandi in quella formula scritta.

Questa distinzione è importante nella nomenclatura. I ligandi all'interno della sfera di coordinazione si nominano come parte dello ione complesso. Gli ioni esterni alle parentesi si nominano separatamente, proprio come negli altri composti ionici.

Come nominare un composto di coordinazione passo per passo

Un metodo affidabile di nomenclatura è:

• nominare i ligandi prima del metallo
• usare nomi speciali dei ligandi quando richiesto, come ammina per $NH_3$ e aqua per $H_2O$
• usare nomi come clorido, cianido o idrossido per i comuni ligandi anionici nella nomenclatura IUPAC moderna
• usare prefissi come di-, tri- e tetra- per indicare quanti ligandi di ciascun tipo sono presenti
• ordinare alfabeticamente i ligandi in base al nome del ligando, non al prefisso
• scrivere lo stato di ossidazione del metallo in numeri romani

Se lo ione complesso è anionico, il nome del metallo di solito cambia nella forma in $-ate$. Poiché queste forme non sono sempre ovvie a prima vista, è meglio controllare il nome standard invece di indovinarlo.

Per i composti di coordinazione completi, si nomina prima il catione e poi l'anione. Se il complesso stesso è il catione, il suo controanione si nomina dopo. Se il complesso stesso è l'anione, si nomina prima lo ione positivo.

Esempio svolto: $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$

Questo complesso neutro è un buon esempio perché mostra sia la nomenclatura sia l'isomeria geometrica.

Inizia dallo stato di ossidazione del platino. L'ammoniaca è un ligando neutro, mentre ogni cloruro coordinato contribuisce con $-1$.

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

Quindi

$$x = +2$$

Ora nomina i ligandi. Ci sono due ligandi ammina e due ligandi clorido. In ordine alfabetico, ammina viene prima di clorido, quindi il nome base è diamminedicloridoplatino(II).

Ma questa formula può disporsi in due diversi modi planari quadrati:

• cis: i due ligandi clorido sono adiacenti
• trans: i due ligandi clorido sono opposti

Quindi i due isomeri sono cis-diamminedicloridoplatino(II) e trans-diamminedicloridoplatino(II).

Hanno la stessa formula e la stessa connettività, ma una diversa disposizione spaziale. Questa è isomeria geometrica. È la stessa idea alla base dei nomi comuni cisplatino e trapiatino.

Quali tipi di isomeria contano di più

Isomeria geometrica

Questo è l'esempio iniziale più comune. Nei complessi planari quadrati e ottaedrici, i ligandi possono occupare posizioni relative diverse anche quando la formula resta la stessa. Le etichette più note sono cis e trans, e in alcuni casi ottaedrici fac e mer.

Questo tipo di isomeria dipende dalla geometria. Se la forma del complesso o la disposizione dei ligandi non consente posizioni distinte, allora i nomi cis e trans non si applicano.

Isomeria ottica

Alcuni complessi di coordinazione possono formare coppie di immagini speculari non sovrapponibili. Questi sono isomeri ottici. Hanno la stessa connettività e spesso lo stesso schema di nomenclatura di base, ma differiscono per chiralità.

Di solito li incontri in certi complessi ottaedrici, soprattutto quando la disposizione dei ligandi rende il complesso chirale. La condizione chiave è la chiralità: se il complesso ha un piano di simmetria o un altro elemento di simmetria che elimina la chiralità, l'isomeria ottica non si verifica.

Isomeria strutturale

Gli isomeri strutturali hanno la stessa composizione complessiva ma differiscono per ciò che è legato a cosa, oppure per ciò che si trova dentro o fuori dalla sfera di coordinazione.

Un caso importante è l'isomeria di legame, in cui un ligando ambidentato si coordina attraverso atomi donatori diversi. Un altro è l'isomeria di ionizzazione, in cui un ligando e un controione si scambiano di posto se la composizione lo consente. In entrambi i casi, il nome cambia perché cambia la descrizione del legame.

Errori comuni

Trattare tutti i cloruri allo stesso modo

Uno ione cloruro esterno alle parentesi si nomina cloruro. Un ligando cloruro coordinato all'interno delle parentesi si nomina clorido. Confonderli porta a un nome sbagliato.

Usare i prefissi per l'ordine alfabetico

L'ordine alfabetico si basa sui nomi dei ligandi, non su di-, tri- o tetra-. Quindi ammina si considera sotto a, non sotto d.

Dimenticare che alcuni ligandi sono neutri

$NH_3$ e $H_2O$ sono ligandi neutri comuni. Se li tratti come carichi nel calcolo dello stato di ossidazione, il numero di ossidazione del metallo risulterà sbagliato.

Supporre che ogni complesso con ligandi ripetuti abbia isomeri cis/trans

Questo vale solo quando la geometria e la disposizione dei ligandi permettono davvero posizioni diverse. La sola formula non basta.

Dove compaiono i composti di coordinazione

Questo argomento compare in tutta la chimica di coordinazione, nella chimica dei metalli di transizione, nell'analisi qualitativa, nella catalisi e nella chimica bioinorganica. Anche se non ti specializzerai mai in questi ambiti, le regole di nomenclatura ti aiutano a leggere correttamente le formule e a non perdere il fatto che due composti possono essere in realtà isomeri diversi.

Inoltre allena un'abitudine utile: non leggere una formula come un semplice elenco di atomi. Nella chimica di coordinazione contano tutti la posizione, la carica e il tipo di legame.

Prova un esercizio simile di nomenclatura

Prova a nominare $[Co(NH_3)_5Cl]Cl_2$. Per prima cosa separa la sfera di coordinazione dai controioni. Poi calcola lo stato di ossidazione del cobalto e controlla quale cloruro è un ligando e quali cloruri sono esterni alle parentesi. Questo solo esercizio di solito rende chiara la notazione con parentesi quadre.