Efecto trans, efecto quelato y serie de Irving-Williams en química de coordinación

Efecto Trans

El efecto trans es la influencia de un ligando sobre la velocidad de sustitución del ligando situado en posición trans a él. Consiste en un efecto labilizante de un ligando sobre el que se encuentra en posición trans, lo que permite diseñar procesos encaminados a la síntesis de un determinado complejo.

Es importante tener en cuenta que, para ligandos con un efecto trans similar, pueden producirse inversiones. Además, cuando en un complejo existen dos ligandos iguales en posición cis y con mayor efecto trans que los otros dos, si estos últimos son un halógeno y un nitrógeno-dador, el halógeno resulta más labilizado.

Condiciones para que un ligando presente efecto trans:

• Tener un enlace sigma (σ) fuerte con el metal.
• Tener un enlace pi (π) fuerte con el metal.

Como consecuencia de este enlace fuerte, se debilita el enlace en posición trans al ligando con efecto trans. En general, se admite que el efecto trans es mayor para ligandos poco electronegativos y/o aceptores π.

Efecto Quelato

Los complejos que contienen ligandos bi- o polidentados, actuando como quelatos, poseen constantes de formación mayores que aquellos que poseen ligandos monodentados. El término ΔS (cambio de entropía) es claramente favorable para complejos con ligandos quelato.

En un acuocomplejo, si el desorden es mayor, el complejo es más estable. A este efecto estabilizador se le denomina efecto quelato (por ejemplo, la constante de formación (K) del segundo complejo es 10 veces mayor). Este efecto también es responsable de que los ligandos bidentados desplacen con facilidad a los ligandos monodentados.

El tamaño del anillo es importante: el máximo de estabilidad se observa para los quelatos que contienen cinco o seis miembros. Un número mayor o menor de miembros puede determinar tensiones en los enlaces que reduzcan la estabilidad. Sin embargo, los ligandos macrocíclicos, como éteres corona, porfirinas, criptandos, etc., dan lugar a complejos muy estables, ya que el efecto quelato es muy marcado en estos casos.

Serie de Irving-Williams

La Serie de Irving-Williams se basa en las estabilidades relativas de los complejos formados por iones M²⁺. Estas estabilidades reflejan una combinación de los efectos electrostáticos y la estabilización por el campo de los ligandos. La serie es la siguiente:

Mn²⁺ < Fe²⁺ < Co²⁺ < Ni²⁺ < Cu²⁺ < Zn²⁺

Para entender esta serie, se tienen en cuenta los siguientes factores:

• Se espera que el radio iónico disminuya de Mn²⁺ a Zn²⁺.
• La energía de estabilización del campo cristalino (EECC) aumenta desde 0 (para Mn²⁺) a lo largo de la serie.
• Aunque la EECC del Cu(II) es menor que la del Ni(II), los complejos octaédricos del cobre (Cu(II)) están sujetos al efecto de Jahn-Teller, lo que proporciona estabilidad adicional.