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Colore dei complessi dei metalli di transizione- chimicamo

Colore dei complessi dei metalli di transizione

  |   Chimica, Chimica Generale

La varietà dei colori che mostrano i complessi dei metalli di transizione ha sempre affascinato i chimici.

Questi complessi hanno colorazioni tipiche

  • rossa di una soluzione di [Fe(H2O)6]3+
  • rosa di una soluzione di [Co(H2O)6]2+
  • verde di una soluzione di [Ni(H2O)6]2+
  •  blu di una soluzione di [Cu(H2O)6]2+

I metalli di transizione appartengono al blocco d e sono definiti come elementi che possono dare uno o più ioni che presentano un orbitale d incompleto.

Orbitali egt2g

Gli elettroni d inizialmente degeneri si suddividono in due gruppi:

  • il primo costituito dagli orbitali  dx2- y2, dz2 doppiamente degenere  a energia maggiore (eg)
  • il secondo tre volte degenere costituito dagli orbitali dxy, dxz, dyz a energia minore (t2g).

Poiché l’energia media degli orbitali si mantiene costante all’innalzamento di energia degli orbitali dx2- y2, dz2corrisponde un abbassamento di energia degli orbitali dxy, dxz, dyz.

Gli elettroni assorbono determinate frequenze della radiazione elettromagnetica per poter essere promossi a orbitali a maggiore energia. Queste frequenze hanno una determinata energia che corrisponde alla differenza di energia tra i diversi orbitali.

La gran parte delle sostanze assorbono radiazioni che hanno una frequenza che non cade nel campo del visibile. Ciò implica che riflettono tutti gli altri tipi di radiazioni comprese quelle che cadono nel campo del visibile e l’occhio umano percepisce la somma di tutti i colori che, componendosi, danno la colorazione bianca.

Per cationi dei metalli di transizione, tuttavia, in genere la differenza di energia tra gli orbitali non degeneri di tipo d corrisponde all’energia di radiazione della luce visibile quindi essi assorbono una parte dello spettro della luce visibile e riflettono la parte rimanente che componendosi appare di una determinata colorazione.

Così, ad esempio, se un elettrone in un complesso metallico ottaedrico è in grado di assorbire la luce verde per passare da un orbitale dyz a un orbitale dz2 il composto riflette tutti i colori ad eccezione del verde e quindi appare rosso.

Fattori che influenzano il colore

I fattori che influenzano il colore di uno ione complesso di un metallo di transizione sono dovuti al tipo di metallo, al suo numero di ossidazione, al tipo di legante e alla geometria del complesso.

Ad esempio mentre i sali dello ione Cu2+ sono colorati quelli dello ione Cu+ sono bianchi. Ciò è dovuto al fatto che mentre la configurazione elettronica dello ione Cu+ è 4s0 3d10, quella dello ione Cu2+ è 4s0 3d9.

Nel primo caso l’orbitale 3d è pieno quindi non si possono avere transizioni tra gli orbitali t2g e eg

Nel secondo caso 6 elettroni si dispongono nel livello t2g e 3 elettroni si dispongono nel livello eg. Quando la luce bianca attraversa una soluzione contenente questo ione una parte dell’energia della radiazione è usata per promuovere un elettrone dagli orbitali t2g a quelli eg

La radiazione assorbita, che cade nel campo del visibile, è sottratta alla luce bianca. Le radiazioni riflesse si compongono e noi osserviamo una data colorazione.

Tuttavia anche il legante influenza la colorazione dello ione complesso infatti tre complessi del rame (II) hanno una diversa colorazione:

  • blu [Cu(H2O)6]2+
  • blu scuro [Cu(NH3)4]2+
  • verde [CuCl4]2-

I  leganti infatti inducono una separazione di campo cristallino diversa provocando un diverso valore di Δ che determina la lunghezza d’onda della radiazione assorbita.

Un altro fattore che influenza la colorazione dello ione complesso è la sua geometria infatti la variazione della geometria del complesso fa variare il valore di Δ.

Le soluzioni contenenti lo ione esaacquo rame (II) in cui vi sono sei molecole di acqua coordinate è un complesso ottaedrico sono di colore blu. Se a questa soluzione viene aggiunto HCl concentrato avviene la reazione:

[Cu(H2O)6]2+ + 4 Cl[CuCl4]2- + 6 H2O

La formazione dello ione tetraclorocuprato (II) che ha geometria tetraedrica e conseguentemente un diverso valore di Δ fa variare il colore della soluzione che diventa verde scuro.

Aggiungendo a quest’ultima soluzione ammoniaca concentrata il colore cambia nuovamente divenendo blu scuro a causa della formazione del complesso tetrammino rame (II) secondo la reazione:

[CuCl4]2- + 4 NH3 → [Cu(NH3)4]2+ + 4 Cl

Lo ione tetrammino rame (II) ha geometria quadrato planare e quindi una diversa colorazione.

 

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