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compuestos de zinc

Los compuestos de zinc son compuestos químicos que contienen el elemento zinc , perteneciente al grupo 12 de la tabla periódica . El estado de oxidación del zinc en la mayoría d...

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Los compuestos de zinc son compuestos químicos que contienen el elemento zinc , perteneciente al grupo 12 de la tabla periódica . El estado de oxidación del zinc en la mayoría de los compuestos es +2. El zinc se clasifica como un elemento de transición posterior del grupo principal, junto con el zinc(II). Los compuestos de zinc se caracterizan por su apariencia y comportamiento poco distintivos: generalmente son incoloros (a diferencia de los compuestos de otros elementos con número de oxidación +2, que son coloreados), no participan fácilmente en reacciones redox y suelen adoptar estructuras simétricas. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Características generales

En sus compuestos, los iones Zn²⁺ tienen una configuración electrónica [Ar] 3d¹⁰ . Por lo tanto, el Zn²⁺ tiende a tener una geometría de coordinación simétrica tanto en sus complejos como en sus compuestos. Tanto en el ZnO como en el ZnS ( zincblenda ), el zinc se une tetraédricamente a cuatro ligandos (óxido y sulfuro, respectivamente). Muchos complejos , como el ZnCl₄²⁻ , son tetraédricos. El zinc con coordinación tetraédrica se encuentra en metaloenzimas como la anhidrasa carbónica . Los complejos octaédricos hexacoordinados también son comunes, como el complejo acuoso [Zn(H₂O ) ₆ ] ²⁺ , que está presente cuando las sales de zinc se disuelven en agua. Los números de coordinación cinco y siete pueden ser impuestos por ligandos orgánicos especiales.

Muchas sales de zinc(II) son isomorfas (tienen el mismo tipo de estructura cristalina ) con las sales correspondientes de magnesio (II). Este paralelismo se debe a que el Zn²⁺ y el Mg²⁺ tienen radios iónicos casi idénticos , así como capas electrónicas completas. Que dos elementos con números atómicos tan diferentes tengan el mismo radio es consecuencia de la contracción del bloque d . Si bien el calcio es algo más grande que el magnesio, se observa una disminución constante de su tamaño a medida que aumenta el número atómico desde el calcio hasta el zinc.

Los complejos de Zn(II) son cinéticamente lábiles, es decir, los enlaces Zn-ligando se intercambian rápidamente con otros ligandos. Por esta razón, los iones de zinc se encuentran en los centros catalíticos de muchas enzimas.

Zn(I)

Los compuestos con zinc en estado de oxidación +1 son extremadamente raros. [ 5 ] Estos compuestos tienen la fórmula RZn₂R y contienen un enlace Zn—Zn análogo al enlace metal-metal en el ion mercurio(I), Hg₂²⁺ . En este sentido, el zinc es similar al magnesio , donde se han caracterizado compuestos de baja valencia que contienen un enlace Mg—Mg. [ 6 ]

Otros estados de oxidación

No se conocen compuestos de zinc con estados de oxidación distintos de +1 o +2. Los cálculos indican que es improbable que exista un compuesto de zinc con estado de oxidación +4. [ 7 ]

Color y magnetismo

cloruro de zinc

Los compuestos de zinc, al igual que los de los elementos del grupo principal , son en su mayoría incoloros. Existen excepciones cuando el compuesto contiene un anión o ligando coloreado . Sin embargo, tanto el seleniuro de zinc como el telururo de zinc son coloreados debido a procesos de transferencia de carga . El óxido de zinc se torna amarillo al calentarse debido a la pérdida de algunos átomos de oxígeno y la formación de una estructura defectuosa . Los compuestos que contienen zinc suelen ser diamagnéticos , excepto cuando el ligando es un radical.

Reactividad del zinc metálico

El zinc es un agente reductor fuerte con un potencial redox estándar de −0,76 V. El zinc puro se empaña rápidamente en el aire, formando rápidamente una capa pasiva . La composición de esta capa puede ser compleja, pero uno de sus componentes es probablemente el carbonato básico de zinc, Zn₅ ( OH ) ₆CO₃ . [ 8 ] La reacción del zinc con el agua se ralentiza por esta capa pasiva. Cuando esta capa se corroe por ácidos como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico , la reacción procede con desprendimiento de hidrógeno gaseoso. [ 1 ] [ 9 ]

Zn + 2 H + → Zn 2+ + H 2

El zinc reacciona con los álcalis igual que con los ácidos.

Con oxidantes como los calcógenos y los halógenos , el Zn forma compuestos binarios como ZnS y ZnCl 2 .

compuestos binarios

La estructura de wurtzita, que muestra el entorno tetraédrico de los átomos de Zn y S.
una celda unitaria de blenda de zinc

El óxido de zinc, ZnO , es el compuesto de zinc fabricado más importante, con una amplia variedad de usos. [ 2 ] Cristaliza con la estructura de wurtzita. Es anfótero , disolviéndose en ácidos para dar el ion acuoso Zn²⁺ y en álcalis para dar el ion zincato (también conocido como tetrahidroxozincato), [Zn(OH) ₄ ] ²⁻ . El hidróxido de zinc , Zn(OH) ₂, también es anfótero.

El sulfuro de zinc, ZnS , cristaliza en dos estructuras estrechamente relacionadas: la estructura cristalina de blenda de zinc y la estructura cristalina de wurtzita , estructuras comunes en compuestos con la fórmula MA. Tanto el Zn como el S están coordinados tetraédricamente por el otro ion. Una propiedad útil del ZnS es su fosforescencia . Los otros calcogenuros , ZnSe y ZnTe , tienen aplicaciones en electrónica y óptica. [ 10 ]

De los cuatro haluros de zinc , ZnFEl 2 tiene el carácter más iónico, mientras que los otros,ZnCl2 ,ZnBr2 yZnI2 , tienen puntos de fusión relativamente bajos y se consideran de carácter más covalente. [ 2 ] LospnictogenurosZn3 N2 (destacado por su alto punto de fusión [ 11 ] ),Zn3 P2 ,Zn3 Como2 yZn3 Sb2 , tienen diversas aplicaciones. [ 12 ] Otros compuestos binarios de zinc incluyen el peróxido de zincZnO2 , hidruro de zincZnH2 y carburo de zincZnC2 . [ 13 ]

Sales

nitrato de zinc Zn(NO3 )2 (utilizado comoagente oxidante), clorato de zincZn(ClO3 )2 , sulfato de zincZnSO4 (conocido como "vitriolo"), fosfato de zincZn3 (PO4 )2 (utilizado comopigmentode imprimación ), molibdato de zincZnMoO4 (utilizado como pigmento blanco), cromato de zincZnCrO4 (uno de los pocos compuestos de zinc coloreados), arsenito de zinc Zn(AsO2)2(polvo incoloro) y octahidrato de arseniato de zincZn(AsO4 )2 •8H2 O(polvo blanco, también conocido comokoettigita) son algunos ejemplos de otros compuestos inorgánicos comunes de zinc. Los dos últimos compuestos se utilizan en insecticidas y conservantes de madera. [ 14 ] Uno de los ejemplos más simples de uncompuesto orgánicode zinc es el acetato de zincZn(O2 CCH3 )2 , que tiene varias aplicaciones medicinales. Las sales de zinc suelen estarcompletamente disociadasen solución acuosa. Existen excepciones cuando el anión puede formar un complejo, como en el caso delsulfato de zinc, donde puede formarse el complejo [Zn(H₂O)n(SO₄)], (log K= aprox. 2,5). [ 15 ]

Complejos

Estructura del acetato de zinc básico sólido, [ Zn4 (μ4-O)(η2-O2 CCH3 )6 ]

La estructura más común de los complejos de zinc es tetraédrica. Sin embargo, no son raros los complejos octaédricos comparables a los de los metales de transición anteriores. El Zn²⁺ es un aceptor de clase A en la clasificación de Ahrland, Chatt y Davies, [ 16 ] y por lo tanto forma complejos más fuertes con los átomos donadores de la primera fila, oxígeno o nitrógeno, que con los de la segunda fila, azufre o fósforo. En términos de la teoría HSAB, el Zn²⁺ es un ácido duro.

En solución acuosa, el complejo octaédrico [Zn(H₂O ) ₆ ] ²⁺ es la especie predominante. [ 17 ] Las soluciones acuosas de sales de zinc son ligeramente ácidas porque el aqua-ión está sujeto a hidrólisis con un pKa de alrededor de 9, dependiendo de las condiciones. [ 18 ]

[Zn(H₂O ) ₆ ] ²⁺ ⇌ [ Zn( H₂O ) ₅ (OH)] ⁺ + H⁺

La hidrólisis explica por qué las sales básicas como el acetato de zinc básico y el carbonato de zinc básico, Zn₃ ( OH) ₄ (CO₃ ) •H₂O , son fáciles de obtener. La hidrólisis se debe a la alta densidad de carga eléctrica del ion zinc, que atrae electrones de un enlace OH de una molécula de agua coordinada y libera un ion hidrógeno. El efecto polarizante del Zn²⁺ es parte de la razón por la que el zinc se encuentra en enzimas como la anhidrasa carbónica .

Estructura de un dialquilditiofosfato de zinc monomérico

No se conocen complejos fluorados, pero se pueden preparar complejos con otros haluros y con pseudohaluros , [ZnX₃ ] ⁻ y [ZnX₄ ] ²⁻ . El caso del complejo de tiocianato ilustra el carácter de clase A del ion zinc, ya que es el isómero con enlace N, [Zn(NCS) ₄ ] ²⁻, en contraste con [Cd(SCN) ₄ ] ²⁻ , que tiene enlace S. Ser un aceptor de clase A no excluye la formación de complejos con donadores de azufre, como lo demuestran el ditiofosfato de zinc y el complejo de dedo de zinc (abajo).

El complejo de acetilacetonato de zinc , Zn(acac) ₂ , es interesante. Como el ligando es bidentado, cabría esperar una estructura tetraédrica. Sin embargo, el compuesto es de hecho un trímero, Zn₃ ( acac) ₆, en el que cada ion Zn está coordinado por cinco átomos de oxígeno en una estructura bipiramidal trigonal distorsionada. [ 2 ] Se pueden diseñar otras estructuras 5-coordinadas eligiendo ligandos que tengan requisitos estereoquímicos específicos. Por ejemplo, la terpiridina , que es un ligando tridentado, forma el complejo [Zn(terpy)Cl₂ ] . Otro ejemplo implicaría un ligando tripodal como la tris(2-aminoetil)amina. El zinc 5-coordinado piramidal cuadrado se encuentra en el tetra(4-piridil)porfinatomonopiridinazinc(II) [ 19 ]. Se han publicado estudios en solución de otras porfirinas de zinc 5-coordinadas. [ 20 ] [ 21 ] El compuesto cianuro de zinc, Zn(CN) 2 , no es 2-coordinado. Adopta una estructura polimérica que consiste en centros de zinc tetraédricos unidos por ligandos cianuro puente. El grupo cianuro muestra desorden cabeza-cola, donde cada átomo de zinc tiene entre 1 y 4 átomos de carbono vecinos y los restantes son átomos de nitrógeno. Estos dos ejemplos ilustran la dificultad de relacionar a veces la estructura con la estequiometría.

En la amida de zinc Zn(NR 1 R 2 ) 2 (R 1 =CMe 3 , R 2 =SiMe 3 ); el ligando es tan voluminoso que no hay espacio suficiente para más de dos de ellos. [ 22 ]

Biocomplejos

Anhidrasa carbónica: se muestra un grupo hidróxido (rojo) unido al zinc (gris).
Motivo de dedo de zinc. El ion zinc (verde) está coordinado por dos residuos de histidina y dos residuos de cisteína .

Un gran número de metaloenzimas contienen zinc(II). Asimismo, muchas proteínas contienen zinc por razones estructurales. El ion zinc es invariablemente tetracoordinado con al menos tres ligandos que son cadenas laterales de aminoácidos . El nitrógeno del imidazol de una cadena lateral de histidina es un ligando común. A continuación se presentan ejemplos típicos de los dos tipos de complejos zinc-proteína.

En el sitio activo de la anhidrasa carbónica en reposo , un ion zinc está coordinado por tres residuos de histidina. La cuarta posición está ocupada por una molécula de agua, que se encuentra fuertemente polarizada como en la hidrólisis (véase más arriba). Cuando el dióxido de carbono entra en el sitio activo, sufre un ataque nucleofílico por parte del átomo de oxígeno, que posee una carga negativa parcial, o incluso una carga negativa completa si la molécula de agua se disocia. El CO₂ se convierte rápidamente en un ion bicarbonato. [ 23 ]

[(-hys) 3 Zn(H 2 O)] 2+ + CO 2 → [(-hys) 3 Zn] 2+ + HCO 3 − + H +

Se cree que algunas peptidasas , como la glutamato carboxipeptidasa II, actúan de manera similar, con el ion zinc promoviendo la formación de un reactivo nucleofílico. [ 23 ]

El motivo de dedo de zinc es una subestructura rígida en una proteína que facilita la unión de la proteína a otra molécula, como el ADN . [ 24 ] En este caso, las cuatro posiciones de coordinación están ocupadas por los residuos de histidina y cisteína . La geometría tetraédrica alrededor del ion zinc restringe un fragmento de hélice α y un fragmento de lámina β antiparalela a una orientación particular entre sí.

El ion magnesio, que tiene una mayor concentración en los fluidos biológicos, no puede desempeñar estas funciones porque sus complejos son mucho más débiles que los del zinc.

Compuestos organometálicos

Dietilzinc

Los compuestos organozinc contienen enlaces covalentes zinc-carbono. Dietilzinc ( (C2 H5 )El 2 Zn) se informó por primera vez en 1848. Se obtuvo mediante la reacción de zinc yyoduro de etiloy es el primer compuesto conocido que contiene unenlace sigma. [ 25 ] Durante mucho tiempo fue un misterio por qué el cobre(II) no formaba un compuesto análogo. No fue hasta la década de 1980 que se encontró la razón: el compuesto de zinc no experimenta lade eliminación de beta-hidruro,mientras que el compuesto del metal de transición cobre sí lo hace. Los compuestos de zinc alquil y aril contienen el motivo lineal C—Zn—C. Debido a que el centro de zinc es coordinativamente insaturado, los compuestos sonelectrófilos. De hecho, los compuestos de bajo peso molecular se inflaman espontáneamente al contacto con el aire y se destruyen inmediatamente por reacción con moléculas de agua. El uso de alquilos de zinc ha sido reemplazado en gran medida por el uso dereactivos de Grignard. Esto demuestra otra conexión más entre las químicas del zinc y el magnesio.

cianuro de zinc, Zn(CN)2 , se utiliza como catalizador en algunas reacciones orgánicas. [ 26 ]

Los compuestos organometálicos de zinc(I) contienen enlaces M—M. Actualmente se conoce el decametildizincoceno . [ 27 ]

Véase también

Referencias

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