Enlace covalente coordinado: qué es y ejemplos
Un enlace covalente coordinado o enlace de coordinación es un tipo de enlace en el cual uno de los átomos unidos suministra todos los electrones compartidos.
En un enlace covalente simple, cada átomo suministra un electrón al enlace. Por otro lado se tiene que en un enlace de coordinación, los átomos que donan el electrón para formar un enlace se llaman átomo dador, mientras que el átomo que acepta el par de electrones para unirse se llama átomo aceptor (Clark, 2012).
Un enlace de coordinación está representado por una flecha que parte de los átomos dadores y termina en el átomo aceptor (Figura 1). En algunos casos el donante puede ser una molécula.
En este caso, un átomo en la molécula puede donar el par de electrones, el cual sería la base de Lewis mientras que la molécula con la capacidad aceptora sería el ácido de Lewis (Coordinate Covalent Bond, S.F.).
Un enlace de coordinación tiene características similares a la de un enlace covalente simple. Los compuestos que posean este tipo de enlace por lo general tienen bajo punto de fusión y de ebullición, con una inexistente interacción coulómbica entre los átomos (a diferencia del enlace iónico) y los compuestos son muy solubles en agua (Atkins, 2017).
Algunos ejemplos de enlaces covalentes coordinados
El ejemplo más común de un enlace de coordinación es el ion amonio, el cual está formado por la combinación de una molécula de amoniaco y un protón proveniente de un ácido.
En el amoníaco, el átomo de nitrógeno tiene un par solitario de electrones después de completar su octeto. Dona este par solitario al ion de hidrógeno, así el átomo de nitrógeno se convierte en donante. El átomo de hidrógeno se convierte en el aceptor (Schiller, S.F.).
Otro ejemplo común de enlace dativo es la formación del ion hidronio. Al igual que con el ion amonio, el par de electrones libre de la molécula de agua sirve como dador al protón que es el aceptor (figura 2).
Sin embargo, hay que tener en cuenta que una vez que se ha establecido el enlace de coordinación, todos los hidrógenos unidos al oxígeno son exactamente equivalentes. Cuando un ion de hidrógeno se vuelve a romper, no hay discriminación entre cuál de los hidrógenos se libera.
Un excelente ejemplo de una reacción ácido base Lewis, que ilustre la formación de un enlace covalente coordinado, es la reacción de formación del aducto del trifluoruro de boro con amoniaco.
El trifluoruro de boro es un compuesto que no tiene una estructura de gas noble alrededor del átomo de boro. El boro sólo tiene 3 pares de electrones en su capa de valencia por lo que se dice que el BF3 es deficiente en electrones.
El par de electrones no compartidos del nitrógeno del amoníaco se puede usar para superar esa deficiencia, y se forma un compuesto que implica un enlace de coordinación.
Ese par de electrones del nitrógeno es donado al orbital p vacío del boro. Aquí el amoníaco es la base de Lewis y BF3 es el ácido de Lewis.
Química de coordinación
Existe una rama de la química inorgánica dedicada exclusivamente al estudio de compuestos que forman los metales de transición. Estos metales se unen a otros átomos o moléculas a través de enlaces de coordinación para formar moléculas complejas.
Dichas moléculas se les conoce como compuestos de coordinación y la ciencia que lo estudia se llama química de coordinación.
En este caso, la sustancia unida al metal, que sería la dadora de electrones, se le conoce como ligando y comúnmente a los compuestos de coordinación se les conoce como complejos.
Los compuestos de coordinación incluyen sustancias tales como vitamina B12, hemoglobina y clorofila, colorantes y pigmentos, y catalizadores utilizados en la preparación de sustancias orgánicas (Jack Halpern, 2014).
Un ejemplo de un ion complejo sería el complejo de cobalto [Co(NH2CH2CH2NH2)2ClNH3]2+ que sería el dicloroaminetilendiamin cobalto (IV).
La química de la coordinación surgió del trabajo de Alfred Werner, un químico suizo que examinó diversos compuestos del cloruro del cobalto (III) y del amoníaco. Tras la adición de ácido clorhídrico, Werner observó que el amoníaco no podía eliminarse por completo. A continuación, propuso que el amoníaco debía estar más estrechamente unido al ion cobalto central.
Sin embargo, cuando se añadió nitrato de plata acuoso, uno de los productos formados fue cloruro de plata sólido. La cantidad de cloruro de plata formada se relacionó con el número de moléculas de amoníaco unidas al cloruro de cobalto (III).
Por ejemplo, cuando se añadió nitrato de plata a CoCl3 · 6NH3, los tres cloruros se convirtieron en cloruro de plata.
Sin embargo, cuando se añadió nitrato de plata a CoCl3 · 5NH3, sólo 2 de los 3 cloruros formaron cloruro de plata. Cuando se trató CoCl3.4NH3 con nitrato de plata, uno de los tres cloruros precipitó como cloruro de plata.
Las observaciones resultantes sugirieron la formación de compuestos complejos o de coordinación. En la esfera de coordinación interna, a la que también se hace referencia en algunos textos como primera esfera, los ligandos están directamente unidos al metal central.
En la esfera externa de coordinación, a veces denominada segunda esfera, otros iones están unidos al ion complejo. Werner fue galardonado con el Premio Nobel en 1913 por su teoría de la coordinación (Introduction to Coordination Chemistry, 2017).
Esta teoría de coordinación hace que los metales de transición posean dos tipos de valencia: la primera valencia, determinada por el número de oxidación del metal y la otra valencia denominada número de coordinación.
El número de oxidación dice cuántos enlaces covalentes se pueden formar en el metal (ejemplo hierro (II) produce FeO) y el número de coordinación dice cuántos enlaces de coordinación se puede formar en el complejo (ejemplo hierro con número de coordinación 4 produce [FeCl4]– y [FeCl4]2-) (Coordination Compounds, 2017).
En el caso del cobalto, este posee número de coordinación 6. Es por eso que en los experimentos de Werner, al agregar el nitrato de plata, siempre se obtenía la cantidad de cloruro de plata que dejara a un cobalto hexacoordinado.
Los enlaces de coordinación de este tipo de compuesto tienen la característica de ser coloreados.
De hecho son los responsables de la coloración típica asociada a un metal (hierro rojo, cobalto azul etc) y son importantes para los ensayos espectrofotométricos de absorción y emisión atómica (Skodje, S.F.).
Referencias
- Atkins, P. W. (2017, Enero 23). Chemical bonding. Recuperado de britannica.com.
- Clark, J. (2012, Septiembre). CO-ORDINATE (DATIVE COVALENT) BONDING. Recuperado de chemguide.co.uk.
- Coordinate Covalent Bond. (S.F.). Recuperado de chemistry.tutorvista.
- Coordination Compounds. (2017, Abril 20). Recuperado dechem.libretexts.org.
- Introduction to Coordination Chemistry. (2017, Abril 20). Recuperado de chem.libretexts.org.
- Jack Halpern, G. B. (2014, Enero 6). Coordination compound. Recuperado de britannica.com.
- Schiller, M. (S.F.). Coordinate Covalent Bonding. Recuperado de easychem.com.
- Skodje, K. (S.F.). Coordinate Covalent Bond: Definition & Examples. Recuperado de study.com.