Este documento trata sobre la formación de complejos de coordinación y sus constantes de formación. Brevemente describe que los complejos son importantes en procesos biológicos como la clorofila y la hemoglobina. Explica que los ligandos actúan como bases de Lewis al donar pares de electrones para formar enlaces de coordinación con cationes metálicos. Además, presenta tablas con constantes de formación β para diferentes metales y ligandos como OH- y NH3, y diagramas para predecir las reacciones entre los metales y ligandos.
1. Equilibrios de complejos
y valoraciones
Dra. Gabriela Roa Morales
Química analítica
Ingenieria Química
Facultad de Química
Universidad Autónoma del Estado de México
1
2. Compuestos de Coordinación o Complejos
El estudio de los compuestos de coordinación es debida a que son de gran
importancia en la vida diaria, como en:
Plantas Sangre
Clorofila
Hemoglobina
Complementos
Vitamina B12 2
3. Compuestos de Coordinación o Complejos
En el revelado de fotografías para eliminar el AgBr que no reacciona se retira
con un tiosulfato:
AgBr + S2O3
-2 Ag[(S2O3
-2 ) 2]3- + Br-
En el tratamiento del Saturnismo (intoxicación con Pb(II)) se utiliza
3
5. Complejos se comportan similar a los ácidos y bases de
acuerdo a la Teoría de Lewis
Los ligandos son bases son donadores de pares de electrones
que contiene uno o más grupos coordinados que pueden unirse
a el ácido que acepta pares de electrones iones metálicos*
formando enlaces de coordinación.
Es un compuesto de coordinación, formado por aniones ( L- ) y
cationes (Mn+).
5
11. Predicción de reacción
pH
K1 = 106.5
Kw = 10-14
K a= 10-7.5
7.5 8.7 11.3
Por lo tanto se puede utilizar las mismas formulas para los diagramas de
distribución de especies que en ácido-base
𝐶𝑢2+ + 𝑂𝐻− ⇌ Cu𝑂𝐻+
𝐶𝑢2+
Cu𝑂𝐻+
Cu𝑂𝐻+
12.9
Cu(𝑂𝐻)2
Cu(𝑂𝐻)3
−
Cu(𝑂𝐻)2
Cu(𝑂𝐻)3
−
Cu(𝑂𝐻)4
2−
𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻+ + 𝑂𝐻−
𝐶𝑢2+ + 𝐻2𝑂 ⇌ Cu𝑂𝐻+ + 𝐻+
Ácidos
Bases
11
17. Ejercicio
17
Si se mezclan 10 mL de Cu(II) 0.05 M con 20 mL de Buffer de NH3 0.1 M a pH 10.
Explique cuál es el complejo que se forma
i) VoCo
10mL*0.05 M
0.5 mmol
Ag) V1C1
20mL*0.1
2 mmol
Eq) 𝜀 1.5 mmol 0.5 mmol
𝐶𝑢2+
+ 𝑁𝐻3 ⇌ [Cu𝑁𝐻3]2+
[Cu𝑁𝐻3]2+
+ 𝑁𝐻3 ⇌ [Cu(𝑁𝐻3)2]2+
i) 0.5
mmol
Ag) 1.5 mmol
Eq) 𝜀 1.0 mmol 0.5 mmol
[Cu(𝑁𝐻3)2]2++𝑁𝐻3 ⇌ [Cu(𝑁𝐻3)3]2+
i) 0.5 mmol
Ag) 1.0 mmol
Eq) 𝜀 0.5 mmol 0.5 mmol
[Cu(𝑁𝐻3)3]2++𝑁𝐻3 ⇌ [Cu(𝑁𝐻3)4]2+
i) 0.5 mmol
Ag) 0.5 mmol
Eq) 𝜀 𝜀 0.5 mmol
18. Metal Log K
Ca(II) 10.69
Cu(II) 18.8
Mg(II) 8.79
Bi(III) 27.8
Pb(II) 18.04
Formación de complejos Quelatos y
predicción de reacción
Ligante EDTA=Y
LogY
8.79
2
MgY
2
Mg
10.69 18.04
2
CaY
2
Ca
2
Pb
18.8
2
Cu
27.8
3
Bi
2
PbY
2
CuY
BiY
'
Y
n
M
18
19. Ca2+ + Y-4 CaY2-
Inicio) VoCo
Agre) V1C1
PE) ε ε VoCo
Se valoran 50 mL de solución de CaCl2 0.02 M con EDTA 0.02 M
Cuantitaivdad
Calcule el pCa en el equilibrio
19
𝐾𝑒𝑞 =
𝐶𝑎𝑌2−
𝐶𝑎2+ 𝑌4−
= 1010.69
1010.69 =
1𝑚𝑚𝑜𝑙
100𝑚𝐿
𝜀 𝜀
=
0.01
𝜀2
𝜀 =
0.01
1010.69
= 4.51𝑥10−7
%𝐶 = 1 − 4.51𝑥10−7 ∗ 100 = 99.9999
𝑝𝐶𝑎 = −𝑙𝑜𝑔 𝐶𝑎2+ = −𝑙𝑜𝑔 4.51𝑥10−7
𝑝𝐶𝑎 = 6.345
20. Complejos
Valoraciones con EDTA (Y-4)
Mn+ + Y-4 → MYn-4
La especie de Y-4 va ha depender del pH a la que
se encuentre la solución
]
][
[
]
[
4
4
=
Y
M
MY
K n
n
H4Y H3Y- H2Y2- HY3-
Y4-
2.1 2.7 6.2 10.3
pH
21. Diagrama de Distribución del EDTA
4
3
2
1
3
2
1
2
1
2
1
3
4
4
3
2
1
4
]
[
]
[
]
[
]
[
]
[
]
[
4
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
y
k
k
k
k
k
k
k
H
k
k
H
k
H
H
k
k
k
k
EDTA
Y
=
=
4
3
2
1
3
2
1
2
1
2
1
3
4
]
[
]
[
]
[
]
[ a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
k
k
k
k
k
k
k
H
k
k
H
k
H
H
D
=
D
k
k
k
H
EDTA
HY a
a
a
HY
3
2
1
3
]
[
]
[
]
[
3
=
=
D
k
k
H
EDTA
Y
H a
a
Y
H
2
1
2
2
2 ]
[
]
[
]
[
2
2
=
=
D
k
H
EDTA
Y
H a
Y
H
1
3
3 ]
[
]
[
]
[
3
=
=
D
H
EDTA
Y
H
Y
H
4
4 ]
[
]
[
]
[
4
=
=
23. ]
[
]
[ 4
4
EDTA
Y
y
=
Valores de Y para el EDTA
pH alfa Y
0 1.30E-23
1 1.90E-18
2 3.30E-14
3 2.60E-11
4 3.80E-09
5 3.70E-07
6 0.000023
7 0.000500
8 0.005600
9 0.054000
10 0.36
11 0.85
12 0.98
13 1.00
14 1.00
24. Constante condicional
]
][
[
]
[
4
4
=
Y
M
MY
K n
n
]
[
]
[ 4
4
EDTA
Y
y
=
Despejando a Y-4 obtenemos ]
[
]
[ 4
4
EDTA
Y Y
=
Y sustituyendo en K obtenemos
]
[
]
[
]
[
4
4
EDTA
M
MY
K
Y
n
n
=
Por lo tanto la K esta impuesta por un pH y se le denomina constate de
formación condicional (K’):
]
][
[
]
[ 4
'
4
EDTA
M
MY
K
K n
n
Y
T
=
=
Mn+ + Y-4 → MYn-4
25. Valoraciones con EDTA (Y-4)
Ca2+ + Y-4 → CaY-2 log Kf=10.69
La valoración de Ca(II) debe llevarse acabo a pH alcalinos para que EDTA no compita
con los H+ ya que
1
.
10
69
.
10
'
10
)
85
.
0
(
10 =
=
K
pH alfa Y logKf’
1 1.90x10-18
5 3.70x10-7
10 0.36
11 0.85 10.1
12 0.98
H4Y H3Y- H2Y2- HY3-
Y4-
2.1 2.7 6.2 10.3
pH
26. Tras eliminar las membranas, una cáscara de huevo se secó y se determinó la masa, que
fue de 5.613 g, Se puso en un vaso de precipitado de 250 mL y se disolvió en 25 mL HCl
6 M. Tras filtrar la disolución que contenía la cáscara de huevo disuelta, se diluyo a 250
mL en un matraz volumétrico. Una alícuota de 10 mL se colocó en un matraz Erlenmeyer
de 125 mL y se ajustó el pH a 10. La valoración con EDTA requirió 44.11 mL para llegar
al punto final.
Problema
𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑 (𝒔) + 𝑯+ ⇌ 𝑯𝟐𝑪𝑶𝟑 + 𝑪𝒂𝟐+
5.613 𝑔
𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
𝑆𝑒 𝑎𝑓𝑜𝑟𝑎 𝑎
250 𝑚𝐿
𝐴𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝐿
Se ajusta el pH=10
𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟
NET
𝑠𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑎
𝑐𝑜𝑛 𝐸𝐷𝑇𝐴
𝐸𝐷𝑇𝐴
44.11 𝑚𝐿
𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
HCl
25 𝑚𝐿 6 𝑀
A) Escriba y balancee las reacciones que se llevan a cabo en el procedimiento descrito.
El HCl es para solubilizar el el
CaCO3 y pasar a Ca2+
𝑪𝒂𝟐+ + 𝒀𝟒− ⇌ 𝑪𝒂𝒀𝟐−
Reacción de valoración de Ca2+ con EDTA (Y4-)
en la muestra y con el PP que es CaCl2 a pH
=10
27. Problema
𝑪𝒂𝟐+ + 𝒀𝟒− ⇌ 𝑪𝒂𝒀𝟐−
1
.
10
69
.
10
'
10
)
85
.
0
(
10 =
=
K
][
[
]
[ 4
'
4
EDT
M
MY
K
K n
n
Y
T +
-
=
= -
a
B) Calcule la constante condicional de reacción de valoración y calcule la cuantitatividad.
Considerando los datos del incico E).
𝐾′ =
[CaY2−]
𝑪𝒂𝟐+ 𝒀𝟒− = 1010.1
i) CoVo
ag) C1V1
pe) ε ε CoVo
1010.1 =
[CaY2−]
𝜀 𝜀
=
𝐶𝑜𝑉𝑜
𝑉𝑡
𝜀2 =
2𝑚𝑚𝑜𝑙
40
𝜀2 =
0.05
𝜀2
𝜀2 =
0.05
1010.1= 10−11.4
𝜀 = 10−11.4 = 10−5.7
%𝐶 = 1 − 10−5.7 100 = 99.998
28. C) Si tomó una masa de 54.91 mg de CaCl2 puro, se disolvió en agua ajustando el pH=10
y se requirieron 10 mL para llegar al punto final del indicador de NET, cuál es la
concentración del EDTA?
Problema
54.91 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑙2 ∗
1𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶𝑙2
110.98 𝑚𝑔𝐶𝑎𝐶𝑙2
= 0.4947 mmol 𝐶𝑎𝐶𝑙2
𝑪𝒂𝟐+ + 𝒀𝟒− ⇌ 𝑪𝒂𝒀𝟐−
i) 0.4947 mmol
pe) ε V1 = 10 mL
0.4947 mmol 𝑪𝒂𝟐+
𝒙
1𝑚𝑚𝑜𝑙 𝒀𝟒−
1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑪𝒂𝟐+ = 0.4947 mmol 𝒀𝟒−
0.4947𝑚𝑚𝑜𝑙 𝒀𝟒−
10 𝑚𝐿 𝒀𝟒− = 0.04947 M 𝒀𝟒−
29. Problema
D) Determine la cantidad de Ca presente en la cáscara de huevo como porcentaje
en peso de CaCO3.
2.1824 mmol𝑪𝒂𝟐+
∗
250 𝑚𝐿 𝑀𝑡𝑟𝑎
10 𝑚 𝐿 𝑚𝑡𝑟𝑎
= 54.5611 mmol 𝑪𝒂𝟐+
𝑪𝒂𝟐+ + 𝒀𝟒− ⇌ 𝑪𝒂𝒀𝟐−
i) ? 𝑚mol
Vo=10 mL
pe) ε V1 = 44.11 mL
C1 = 0.04997M
2.1824 mmol
2.1824 mmol 𝒀𝟒−
𝒙
1𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑪𝒂𝟐+
1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝒀𝟒−
= 2.1824 mmol𝑪𝒂𝟐+
54.5611 mmol 𝑪𝒂𝟐+
1 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑
1mmol 𝑪𝒂𝟐+ ∗
100.087 𝑚𝑔 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑
1 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑
= 5460.86 𝑚𝑔 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑
Una alícuota de 10 mL se colocó en un matraz Erlenmeyer de 125 mL y se ajustó el pH
a 10. La valoración con EDTA requirió 44.11 mL para llegar al punto final.
5.613 g muestra
𝑆𝑒 𝑎𝑓𝑜𝑟𝑎 𝑎 250 𝑚𝐿
𝐴𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎 𝑑𝑒 10 𝑚𝐿
Se ajusta el pH=10
5.461 𝑔 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑
100 %
5.613 𝒈 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂
= 97.3% 𝑑𝑒 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑
30. Ca2+ + Y-4 → CaY-2
Impone el pCa
i) CoVo
(0.1M)(20mL)
ag) C1V1
0.1MV1
ape) 2mmol- 0.1V1 ε 0.1V1
pe) ε ε 2mmol
dpe) ε 0.1V1 –2mmol 2mmol
]
log[ 2
= Ca
pCa
=
1
1
1
log
V
Vo
V
C
VoCo
pCa
]
log[
2
1
'
2
1 2
= CaY
pK
pCa
]
[
]
[
log
' 2
4
=
CaY
Y
pK
pCa
1
.
10
log '
=
f
K
E) Elabore la TVCM utilizando Vo= 20 mL y Co=C1=0.1 M e indique que especies imponen el pCa y
el pY.
31. 𝑝𝐶𝑎 =
1
2
10.1 −
1
2
𝑙𝑜𝑔
2𝑚𝑚𝑜𝑙
(20 + 20)𝑚𝐿
= 5.7
Para V1 = 5 mL
Cálculos para obtener curva de valoración teórica pCa=f(V1)
]
log[ 2
= Ca
pCa
Etapa de la
valoración
V1,
mL
pCa
inicio 0 1
ape
5 1.22
10 1.47
15 1.84
19 2.59
pe 20 5.7
dpe
21 8.79
25 9.49
30 9.7
𝑝𝐶𝑎 = −𝑙𝑜𝑔
𝑉𝑜𝐶𝑜 − 𝑉1𝐶1
𝑉𝑜 + 𝑉1
𝑝𝐶𝑎 = −𝑙𝑜𝑔
2𝑚𝑚𝑜𝑙−0.5𝑚𝑚𝑜𝑙
20+5
= 1.22
𝑝𝐶𝑎 = (10.1) + 𝑙𝑜𝑔
2𝑚𝑚𝑜𝑙 − 2𝑚𝑚𝑜𝑙
2.1𝑚𝑚𝑜𝑙
= 8.79
Para V1 = 21 mL
33. 𝑝𝑌 =
1
2
10.1 −
1
2
𝑙𝑜𝑔
2𝑚𝑚𝑜𝑙
(20 + 20)𝑚𝐿
= 5.7
Para V1 = 5 mL
Cálculos para obtener curva de valoración teórica pY=f(V1)
Etapa de la
valoración
V1,
mL
pCa
inicio 0 𝛼
ape
5 10.57
10 10.1
15 9.62
19 8.82
pe 20 5.7
dpe
21 2.61
25 1.95
30 1.6 𝑝𝑌 = −𝑙𝑜𝑔
𝑉1𝐶1 − 𝑉𝑜𝐶𝑜
𝑉𝑜 + 𝑉1
= −𝑙𝑜𝑔
2.1 − 2
20 + 21
= 2.61
Para V1 = 21 mL
𝑝𝑌 = 10.1 + 𝑙𝑜𝑔
𝑉1𝐶1
𝑉𝑜𝐶𝑜 − 𝑉1𝐶1
𝑝𝑌 = 10.1 + 𝑙𝑜𝑔
0.5 𝑚𝑚𝑜𝑙
2 − 0.5
= 10.57
34. F) ¿Qué patrón primario utilizaría para valorar al EDTA? CaCl2
G) Explique por qué se debe ajustar el pH antes de valorar el Ca.
La reacción es cuantitatica a pH mayores de 10.
Curva de valoración teórica pY=f(V1)
pCa
pY
38. 50mL de una solución que contiene Ni2+ y Pb2+ gasto 42.86 mL de solución de EDTA
0.02026 M en la titulación de los dos metales. Una segunda muestra de 50 mL se
trató con KCN para enmascarar el Ni y después se tituló con 26.34 mL de la misma
solución de EDTA para determinar la cantidad de Pb. Calcule las molaridades de los
iones Ni y Pb en la muestra.
Ejercicios
Ni2+ + Pb2+ + Y-4 → NiY-2 + PbY-2
50 mL de muestra
gasto 42.86 mL
0.02026 M
0.87mmol
Pb2+ + Y-4 → PbY-2
gasto 26.34 mL
0.02026 M
0.53mmol
50 mL de
muestra
0.87 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑖 𝑦 𝑃𝑏 − 0.53𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑃𝑏 = 0.34 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑖
Ni2+ + Y-4 → NiY-2
𝑃𝑏2+
=
0.53𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑃𝑏
50 𝑚𝐿
= 0.0106 𝑀 𝑁𝑖2+ =
0.34 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑖
50 𝑚𝐿
= 0.0068 𝑀
39. Ejercicios
Se añaden 35 mL de EDTA 0.055 M (en exceso) a 20 mL de solución de MgCl2. Se
valora por retroceso el exceso de EDTA con 12.5 mL de ZnCl2 0.048 M. Calcule la
concentración de Mg en la muestra. Calcule la K’ de la reacción de valoración el pH
fue de 11.
Mg2+ + Y-4 → MgY-2
35 mL
0.055 M
1.925 mmol Y-4 + Zn2+ → ZnY-2
gasto 12.5 mL
0.048 M
0.6mmol
valora por retroceso el exceso de EDTA
1.925 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝐸𝐷𝑇𝐴 − 0.6 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑠𝑖𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑟 = 1.325 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑖 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎
𝑀𝑔2+
=
1.3254 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑀𝑔
20 𝑚𝐿
= 0.0662 𝑀
20 mL de
muestra
1.325 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 ∗
1.𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔2+
1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐷𝑇𝐴
= 1.325 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔2+
40. Cálculo de constante condicional
Especies Generalizadas
Y
H
Y
H
Y
H
HY
Y
Y
CaOH
Ca
Ca
CaHY
CaY
CaY
4
3
2
2
3
4
2
2
'
'
'
=
=
=
'
'
' CaY
Y
Ca
42. Diagramas lineales de predominio
4
3
2
2
3
4 _
_
_
_ Y
HY
Y
H
Y
H
Y
H
'
CaY
CaHY
2
CaY
3.1
'
Ca
2
Ca
CaOH
12.7
pH
pH
'
Y
2.0
pH
2.6 6.2 10.3
44. Cálculo de las constantes termodinámicas
para el caso de pH de 6.2 a 10.3
𝐶𝑎2+
+ 𝑌4−
⇌ 𝐶𝑎𝑌2−
𝐾 = 1010.7
H𝑌3−
⇌ 𝑌4−
+ 𝐻+
𝐾 = 10−10.3
𝐶𝑎2+
+ 𝐻𝑌3−
⇌ 𝐶𝑎𝑌2−
+ 𝐻+
𝐾 = 100.4
𝐾 =
[CaY2−
] 𝑯+
𝑪𝒂𝟐+ 𝑯𝒀𝟑− = 100.4
−𝑙𝑜𝑔 𝐾′ =
𝑯+
100.4
−𝑙𝑜𝑔𝐾′ = −𝑙𝑜𝑔 𝑯+ − (−𝑙𝑜𝑔 100.4 )
𝑝𝐾′ = 0.4 + 𝑝𝐻
Constate de formación termodinámica
Constate de formación condicional K’ por la
dependencia o condición del pH
Reacomodando la expresión matemática obtendremos una ecuación matemática para
calcular K’ en un intervalo de 6.2 a 10.3
pK’ a pH 10 por lo tanto sería de 10.4
