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Un ion complejo se forma a partir de un ion metálico y unos ligandos por medio de una interacción ácido-base de Lewis. El ion metálico cargado positivamente actúa como ácido Lewis y los ligandos, con uno o varios pares de electrones no compartidos, actúan como bases de Lewis.
En la formación de los complejos de coordinación se establece un equilibrio entre el ion metálico y el ligando, por un parte, y el complejo por otra. Como en cualquier otro equilibrio se puede definir una constante de formación (o estabilidad) del complejo de la siguiente forma:
En general, para un complejo MxLy la constante de formación sería:
por ejemplo, en el caso de la formación del complejo dicianoargentato(I):
El gran valor de la constante indica que el complejo es muy estable.
En presencia de agua los iones Cu2+ forman el ion complejo hexaacuacuprato(II) que da a la disolución un color azul claro. Si a esa disolución se le añade amoniaco se produce un cambio de color repentino hasta azul oscuro, indicando que el amoniaco ha desplazado al agua en el complejo y se ha formado un nuevo complejo más estable, el ion tetraamincuprato(II). La sustitución del agua por amoniaco está favorecida por el mayor carácter básico de este último. El proceso podría escribirse de la siguiente manera:
Este proceso no ocurre en una sola etapa, sino que la sustitución se produce molécula a molécula en cuatro pasos, y cada uno de ellos tiene su propia constante de equilibrio.
El producto de estas cuatro constantes parciales es la constante de formación global del complejo
La siguiente tabla indica los valores de las constantes de formación de una selección de complejos:
EJEMPLO
12,5 g de Cu(NO3)2·6H2O ha sido disuelto en 0,5 L de una disolución acuosa de amoniaco de concentración 1,0 M. ¿Cuál es la concentración de iones Cu2+ en el equilibrio?.
Cu2+(aq) + 4 NH3 (aq) = [Cu(NH3)4]2+(aq) Kf=2,1·1013
Como la concentración de amoniaco disponible en disolución es 1,0 M y la concentración de Cu2+ es tan solo
podemos suponer que todo el cobre ha formado el complejo (constante de formación muy grande). Posteriormente supondremos que una parte de ese complejo se ha disuelto hasta conseguir el equilibrio. Precisamente la concentración de Cu2+ en equilibrio es la incógnita del ejemplo.
La concentración 0,0846 M de Cu2+ producirá la misma concentración de complejo y consumirá una cantidad cuatro veces mayor de amoniaco porque el complejo formado tiene esa estequiometría [Cu(NH3)4]2+. Por tanto, la concentración de amoniaco después de completar la reacción de formación del complejo será: 1,0 - 4 x 0,0846 = 0,66 M y la de complejo 0,0846 M.
Una concetración de Cu2+ extremadamente pequeña, coherente con una constante de formación del complejo muy grande.
EJEMPLO
Calcular la concentración de iones Ag+ en una disolución que inicialmente es 0,10 M con respecto al ion diaminplata(I) Ag(NH3)2+
Estrategia:
1) determinar la dirección del cambio
El ion complejo está en equilibrio con iones plata y moléculas de amoniaco. Si en las condiciones iniciales en el medio no existen iones plata (su concentración es 0) el producto iónico es Q=infinito. Como es mayor que la constante de equilibrio, su valor debe disminuir. Para que ello ocurra las concentraciones de iones plata y amoniaco deben aumentar. La única manera de que ello ocurra es mediante la disociación del ion complejo. El equilibrio se desplaza hacia la izquierda.
2) Plantear el equilibrio en función de la cantidad x en que se va a disociar el ion complejo
3) Calcular la incógnita
4) Calcular la concentración de iones plata en equilibrio
La concentraciones de iones plata en equilibrio es 0,0011 M. Cantidad realmente pequeña, pero coherente con el elevado valor de la constante de formación del complejo de plata y amoniaco.
Como ya hemos visto en otro apartado, la formación de iones complejos puede afectar a la solubilidad de sustancias poco solubles. Por ejemplo, el bromuro de plata puede disolverse en presencia de amniaco por formación del ion complejo diaminargentato(I)
Otros ejemplos son los siguientes:
Los precipitados de cloruro de plata se pueden disolver con amoniaco.
El hidróxido de aluminio se disuelve en una disolución de hidróxido de sodio por la formación del ion complejo Al(OH)4 -
El sulfuro de mercurio (II) se disuelve en una disolución de sulfuro de sodio
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