Complexo em solução aquosa

As moléculas de água possuem propriedades de ligantes, pois apresentam par de

elétrons não compartilhados:

Quando cátions metálicos, que possuem habilidade de formar complexos, são colocados em água eles não ficam na forma de íons simples (Cu²⁺ ; Fe³⁺ ; Ni²⁺ ; ....) mas formam íons complexos aquosos, representados pela fórmula geral: [M(H₂O)n]^m+

O processo de formação de um novo complexo, quando outros ligantes são introduzidos, não deve ser considerado como um processo direto de ligação entre o cátion metálico e os ligantes que estão presentes, mas um processo de substituição das moléculas de água (ligantes) do complexo aquoso pelos ligantes mais estáveis.

Ex.: Quando Cu ²⁺ é colocado em água ele fica na forma de um complexo aquoso:

[Cu(H₂O)₄]²⁺ .

Quando amônia (NH₃) é gradualmente adicionada nesta solução, as moléculas de água do complexo aquoso são substituídas pelas moléculas de amônia, com a formação, primeiro de um complexo de aqua-amônia e, após, de um complexo de amônia:

[Cu(H₂O)₄]²⁺ + NH₃ [Cu(H₂O)₃NH₃]²⁺ + H₂O

[Cu(H₂O)₃NH₃]²⁺ + NH₃ [Cu(H₂O)₂ (NH₃)₂]²⁺ + H₂O

[Cu(H₂O)₂(NH₃)₂]²⁺ + NH₃ [Cu(H₂O)(NH₃)₃]²⁺ + H₂O

[Cu(H₂O)(NH₃)₃]²⁺ + NH₃ [Cu(NH₃)₄]²⁺ + H₂O

Desta forma, qualquer complexo transforma-se gradualmente em um outro mais estável. A substituição de um ligante por outro, junto ao átomo metálico central, pode ocorrer em diferentes velocidades, o que permite classificar os complexos em lábeis, quando a substituição de ligantes ocorre rapidamente, ou inertes, quando a substituição é lenta. Para ser considerado lábil, a troca de ligantes em um complexo tem que ocorrer em um tempo inferior a 1 minuto, a 25°C e em uma solução 0,1M (por convenção).
A maioria dos complexos, incluindo os aquosos são lábeis.

Constante de estabilidade

O estudo quantitativo da estabilidade dos complexos e quelatos pode ser feito através do uso da "constante de estabilidade" ou da "constante de formação" desses compostos. A estabilidade dos complexos é determinada pela energia de ligação metal-ligante (M-L).

A ligação que ocorre é caracterizada quantitativamente pelas constantes que descrevem o equilíbrio dos complexos. Para um exemplo geral:

M ^y+ + xL [MLx]^y+

onde, M^y+ representa o cátion metálico, L o grupamento neutro doador e [ML_x]^y+ é o íon complexo formado.
A constante de estabilidade absoluta é obtida aplicando-se ao equilíbrio químico, representado pela equação descrita, a lei da ação das massas:

Esta constante define a relação entre a concentração do íon complexo do metal e as concentrações dos íons metálicos e dos ligantes livres na solução. Consequentemente, quanto maior o valor de K, maior a estabilidade do complexo do metal.
Quando se trata da formação de complexos envolvendo sucessivas etapas de reação, como no exemplo seguinte:

M + L ML			k1 = [ML] / [M][L]
ML + L ML2			k2 = [ML2] / [ML][L]
ML2 + L ML3			k3 = [ML3] / [ML2][L]
MLn-1 + L MLn			kn = [MLn] / [MLn-1][L]

As constantes k1, k2, k3, kn, são conhecidas como "constantes de formação parciais" e o produto delas é a "constante de formação absoluta ou total". Combinando-se por multiplicação, todas as equações acima, obtém-se:

M + nL MLn

K = [MLn] / [M][L]n

ou:

K = k1. k2. k3. .... kn

onde: K = constante de estabilidade ou constante de formação do complexo.

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