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El descubrimiento revolucionario de Bill Brum: ¿Cómo determinó la constante de estabilidad?
En química de coordinación, la constante de estabilidad (también llamada constante de formación o constante de enlace) es la constante de equilibrio para la formación de un complejo en solución. Mide la fuerza de la interacción entre los reactivos para formar un complejo. Estos complejos incluyen principalmente compuestos formados por iones metálicos y ligandos, así como complejos supramoleculares como complejos huésped-anfitrión y complejos aniónicos. Las constantes de estabilidad proporcionan la información necesaria para calcular la concentración de un complejo en solución y tienen una amplia gama de aplicaciones en varios campos, incluida la química, la biología y la medicina.
Antecedentes históricosEn 1941, Jannik Bjerrum desarrolló el primer método general para determinar las constantes de estabilidad de los complejos de metal-amida. Este progreso llegó relativamente tarde, ya que la estructura correcta del compuesto de coordinación había sido propuesta por Alfred Werner casi cincuenta años antes. La clave del método de Bilrum fue el uso del entonces recién desarrollado electrodo de vidrio y medidor de pH, que podía emplearse para determinar la concentración de iones de hidrógeno en solución. Se dio cuenta de que el proceso por el cual los iones metálicos y los ligandos forman complejos metálicos es en realidad un equilibrio ácido-base: existe una competencia entre iones metálicos (Mn+) e iones de hidrógeno (H+), lo que da como resultado la existencia de dos equilibrios al mismo tiempo.
"Bill Rummel determinó la constante de estabilidad de ML rastreando la concentración de iones de hidrógeno agregando ácido alcalino a la mezcla y utilizando la constante de disociación ácida de HL".
Bilrum se propuso entonces determinar las constantes de estabilidad para los numerosos complejos posibles que podrían formarse. Durante las dos décadas siguientes, el número de constantes de estabilidad creció casi exponencialmente y se descubrieron relaciones que incluían la serie Irving-Williams. En aquella época, la informática se hacía fundamentalmente a mano y se basaba en los denominados métodos gráficos. Los métodos matemáticos utilizados durante este período se describen brevemente y en detalle en las obras de Rossotti y Rossotti. El siguiente avance clave fue el uso del programa informático LETAGROP para los cálculos, que permitió examinar sistemas demasiado complejos.
Teoría
La reacción entre el ion metálico M y el ligando L para formar un complejo es normalmente una reacción de sustitución. Por ejemplo, en soluciones acuosas, los iones metálicos suelen existir en forma de iones hidratados. Por lo tanto, la reacción para formar el primer complejo se puede expresar como:
[M(H2O)n] + L ⇋ [M(H2O)n-1L] + H2O. La constante de equilibrio de esta reacción se puede expresar como: β' = [M(H2O)n-1L][H2O] / [M(H2O)n][L]. En soluciones diluidas, la concentración de agua puede considerarse una constante, dando como resultado una forma más simplificada:
β = [ML] / [M][L].
"Con la profundización de la investigación, la determinación de las constantes de estabilidad se ha convertido hoy en día en una operación casi "de rutina", y los datos de varios complejos se han acumulado hasta miles".
Constantes de paso y constantes acumulativas
La constante de acumulación (β) es la constante en el proceso de formación del complejo a partir de la materia prima. Por ejemplo, para la constante de acumulación que forma ML2, se puede expresar como β1,2 = [ML2] / [M][L]2. Las constantes de paso K1 y K2 se refieren a la formación paso a paso del complejo. Esta representación de ocupación facilita la comprensión del proceso dinámico de formación de complejos metal-ligando.
Productos de hidrólisis
Las reacciones de hidrólisis generalmente implican una reacción química con agua como sustrato y producen iones de hidróxido e hidrógeno. La formación típica de complejos de hidrólisis se puede representar como M + OH ⇋ M(OH). La constante de reacción se puede expresar como K = [M(OH)] / [M][OH]. El estudio de estas constantes de reacción de hidrólisis puede proporcionar una comprensión más profunda de las propiedades químicas de los metales.
El estudio de la termodinámica de la formación de complejos entre iones metálicos y ligandos proporciona información importante, especialmente para distinguir entre efectos entálpicos y entrópicos. Estos conceptos termodinámicos son particularmente útiles para explicar fenómenos como el efecto de quelación. Existe una estrecha relación entre el cambio de energía libre de Gibbs estándar (ΔGθ) y la constante de equilibrio de la reacción:
ΔGθ = -2,303RT log β. Estas relaciones no sólo proporcionan información sobre las respuestas, sino que también ayudan a predecir los impactos desde la escala micro a la macro.
Con el desarrollo de la investigación, la determinación y el análisis de las constantes de estabilidad se ha convertido en una de las áreas importantes de la química contemporánea. ¿Podemos esperar más descubrimientos tan innovadores en el futuro?
