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Los isómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero difieren en la disposición de sus átomos o en su estructura espacial, lo que les confiere propiedades físicas y químicas distintas. Entre ellos, los isómeros cis y trans son un tipo de estereoisómeros geométricos que se presentan en moléculas con dobles enlaces o en compuestos cíclicos.

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Los isómeros cis son un tipo de estereoisómeros geométricos que se presentan en moléculas con dobles enlaces o en estructuras cíclicas. En esta configuración, los grupos idénticos o funcionales se encuentran en el mismo lado de la molécula, lo que suele generar una mayor polaridad y afectar sus propiedades físicas, como el punto de ebullición y la solubilidad.

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Los isómeros trans son un tipo de estereoisómeros geométricos que aparecen en moléculas con dobles enlaces o estructuras cíclicas. En esta configuración, los grupos idénticos o funcionales están ubicados en lados opuestos de la molécula, lo que generalmente disminuye la polaridad y puede influir en propiedades como la estabilidad y el punto de fusión.

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Estructura molecular del trióxido de Carbono

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Los isómeros comparten la misma fórmula molecular, pero sus diferencias estructurales les confieren propiedades únicas. Estas diferencias pueden influir en su polaridad, estabilidad y reactividad química, lo que impacta su comportamiento en distintos entornos. Además, presentan variaciones en características físicas como el punto de ebullición y la solubilidad. Su importancia radica en su influencia en áreas como la farmacología, la química orgánica y la bioquímica, donde su estructura determina su funcionalidad en diversas aplicaciones.

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Los isómeros estructurales son compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero difieren en la forma en que sus átomos están conectados. Esta variación en la estructura influye en sus propiedades físicas y químicas, haciendo que puedan reaccionar de manera distinta, incluso si contienen los mismos elementos en la misma proporción. Su disposición interna afecta características como la solubilidad, el punto de ebullición y la reactividad.

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Estructura molecular del ácido gamma-aminobutírico (GABA)

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Los isómeros espaciales presentan una estructura tridimensional distinta a pesar de compartir la misma fórmula molecular y el mismo tipo de enlaces entre átomos. Su configuración en el espacio influye en cómo interactúan con otras moléculas, afectando propiedades como la reactividad química, la actividad biológica y las interacciones intermoleculares.

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Estructura de cadena del butanal y 2-butanona

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Los isómeros de cadena son compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero difieren en la disposición de su estructura principal. Es decir, los átomos pueden estar organizados en cadenas lineales o ramificadas, lo que influye en sus propiedades físicas y químicas. Aunque su composición es idéntica, su configuración afecta características como la estabilidad y la reactividad.

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Estructura de cadena del butano, isobutano, hexano y 2,3-dimetilbutano

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Los isómeros de posición son moléculas que tienen la misma fórmula molecular, pero con diferencias en la ubicación de ciertos grupos funcionales o enlaces dentro de la estructura. Este cambio puede influir en cómo reaccionan o interactúan en distintos entornos, sin alterar su composición elemental.

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Estructura molecular de Alanina-D y Alanina-L

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Los isómeros de grupo funcional son compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero presentan diferentes grupos funcionales en su estructura. Esto significa que, aunque contienen los mismos átomos en igual proporción, su configuración interna cambia, lo que les da distintas características y formas de interacción con otras sustancias.

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Los isómeros configuracionales son un tipo de estereoisómeros que se caracterizan por tener la misma fórmula molecular y la misma conectividad de átomos, pero difieren en la disposición espacial de sus átomos o grupos. A diferencia de los isómeros conformacionales, los isómeros configuracionales no se interconvierten fácilmente a temperatura ambiente y pueden separarse físicamente.

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Los isómeros ópticos, también llamados enantiómeros, son un tipo de estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles entre sí. Estos isómeros tienen la misma fórmula molecular y estructural, pero difieren en la forma en que rotan el plano de la luz polarizada. Un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes se denomina carbono quiral o asimétrico y es la base para la existencia de los isómeros ópticos.

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El postulado de Werner se trata de una teoría propuesta por el químico Alfred Werner en 1893, para explicar cómo se estructuran ciertos compuestos metálicos, especialmente los llamados compuestos de coordinación.

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1. Valencia primaria

Las valencias primarias son aquellas que exhibe un metal en la formación de sales simples, por ejemplo CoCl₃ , NaCl, CuSO₄, etc.

En terminología moderna representa el número de oxidación del metal.

(Por ejemplo, las valencias primarias de Co en CoCl₃ son 3 y el estado de oxidación +3)

De manera similar, para NaCl, el estado de oxidación de Na es +1 , para CuSO ₄ , el estado de oxidación de Cu es +2.

Las valencias primarias son ionizables.

Estos están escritos fuera de la esfera de coordinación.

Estos no son direccionales y no dan ninguna geometría a los compuestos complejos.

(Ejemplo: [Co(NH₃)₆ ] Cl₃ , número de valencias primarias 3, estado de oxidación +3)

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2. Valencia secundaria

La valencia secundaria de los metales se da por iones negativos o moléculas neutras o ambas.

En la terminología moderna representa el número de coordinación del metal.

Las valencias secundarias se escriben dentro de la esfera de coordinación.

Estos son de naturaleza direccional y dan una geometría definida al complejo.

Estos no son ionizables.

(Ejemplo: el número de coordinación de [Co (NH₃ ) ₆ ]Cl₃ es 6.)

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Es cuando una molécula o ion puede unirse a un átomo metálico central a través de uno o más pares de electrones. Los ligandos pueden ser simples como el ion cloruro (Cl⁻) o más complejos como la etilendiamina.

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Los ligandos de este tipo poseen un único punto de anclaje al núcleo de coordinación, de allí el nombre monodentado que quiere decir un único diente. Comúnmente se trata de moléculas pequeñas, que poseen un único átomo donador de electrones tales como el amoníaco (NH3), el agua (H2O), o los aniones halogenuro (X−), alcóxido (RO−), o alquilo (R−), entre otros.

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Ligandos polidentados o agentes quelantes

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Ligandos polidentados o agentes quelantes

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Los ligandos de este tipo son capaces de establecer dos o más uniones simultáneas con el núcleo de coordinación, pueden ser bidentados, tridentados, tetradentados etc. A este tipo de ligandos se les suele llamar también "agentes quelantes" un nombre derivado de la palabra griega kela que significa "pinza" porque el tipo de estructura espacial que se forma se asemeja a un cangrejo con el núcleo de coordinación atrapado entre sus pinzas. Muchas veces se utiliza a los agentes quelantes como agentes precipitantes, ya que al ser capaces de establecer dos o más uniones simultáneas también pueden funcionar como "puentes" entre dos o más núcleos de coordinación, facilitando la formación de enormes agregados macromoleculares que precipitan con facilidad.

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Este tipo de ligandos podría considerarse un caso especial de los ligandos polidentados, porque poseen más de un átomo capaz de donar pares de electrones no compartidos, sin embargo poseen un tamaño demasiado pequeño como para ser capaces de donar electrones con ambos átomos a la vez, y en lugar de ello se enlazan de una manera ú otra dependiendo de las circunstancias.

Dentro de este grupo encontramos por ejemplo a los aniones tiocianato (S=C=N-), nitrito (O=N-O-) e isotiocianato (NC-S-)

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También llamado complejo de coordinación, es una estructura formada cuando uno o varios ligandos se enlazan a un metal central por enlaces de coordinación. Estos compuestos pueden tener geometrías y propiedades químicas muy variadas.

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Es el átomo, generalmente un metal de transición, que se encuentra en el núcleo del complejo. Es el punto de unión para los ligandos, y su carga positiva atrae a los ligandos que donan pares de electrones.

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En química inorgánica el número de coordinación es el número de átomos, iones o moléculas que un átomo o ion central mantienen como sus vecinos cercanos en un complejo de coordinación o un cristal.[3]​ Puede variar desde 2 hasta 12, siendo 6 el más común. Podemos definir también el número de coordinación como el número de pares electrónicos que acepta un ácido de Lewis (por lo general un centro metálico), es decir, si un compuesto de coordinación tiene dos especies que estén donando pares de electrones, entonces tendrá un número de coordinación 2.[4]​ El número de coordinación de un complejo está influenciado por los tamaños relativos del ion metálico y de los ligandos, así como de los factores electrónicos, los cuales cambiarán dependiendo de la configuración electrónica del ion metálico.

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Geometrías según el número de coordinación

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Geometrías según el número de coordinación

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Los complejos más conocidos de bajo número de coordinación son complejos de geometría lineal formados por los iones de los grupos 11 y 12, Cu(I), Ag(I) y Hg(II).

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El número de complejos que presentan un número de coordinación de cuatro es elevado. Cuando el átomo o ion central es pequeño y los ligandos son voluminosos, la geometría tetraédrica es la más favorecida. Los óxidos de los metales de la parte izquierda del bloque d, o los haluros de los metales de la parte derecha de la serie 3d son generalmente tetraédricos.

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Los complejos de número de coordinación cuatro y geometría plano-cuadrada estan formados por iones de configuración d ⁸ (Pd(II), Pt(II), Rh(I), Ir(I), Au(III)) (Tabla 4):

El número de coordinación 6 es el más común para las configuraciones electrónicas desde d ⁰ hasta d ⁹. Por ejemplo, los complejos de los iones M³⁺ de la serie 3d son generalmente octaédricos: [Sc(OH)₂]³⁺ (d ⁰), [Cr(NH₃)₆]³⁺ (d ³), [Mo(CO)₆] (d ⁶), [Fe(CN)₆]³⁻ y [RhCl₆]³⁻ (d ⁶).

La gran mayoría de los complejos de número de coordinación seis son octaédricos. Sin embargo, sus geometrías no suelen ser octaedros perfectos (seis distancias M-L iguales y todos los ángulos de 90º) sino que sufren distorsiones.

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La nomenclatura de los compuestos de coordinación sigue reglas específicas para identificar y nombrar iones complejos y sus contraiones. Se nombran primero los ligandos, luego el metal central, y finalmente los contraiones. Se utilizan prefijos para indicar el número de ligandos, y se especifica el estado de oxidación del metal en números romanos dentro de paréntesis.

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1. Identificación de iones complejos: Un ion complejo consiste en un átomo central (generalmente un metal de transición) rodeado por ligandos (iones o moléculas que donan pares de electrones al átomo central).

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2. Nomenclatura de ligandos:

Aniónicos: Se cambia la terminación "-uro" por "-o". Por ejemplo, cloruro (-Cl) se convierte en cloro, óxido (-O) en oxo.

Neutros: Se utilizan nombres específicos: H2O (aqua), NH3 (ammina), CO (carbonilo), NO (nitrosilo).

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3. Nomenclatura del metal:

Si el complejo es un catión, se nombra el metal con su nombre en latín si es necesario (ej. hierro en lugar de "ferro"), seguido de su estado de oxidación en números romanos y entre paréntesis.

Si el complejo es un anión, se añade la terminación "-ato" al nombre del metal (ej. ferrato, cuprato) y se indica su estado de oxidación.

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4. Orden de nombramiento: Se nombran primero los ligandos (en orden alfabético), luego el metal central, y finalmente los contraiones.

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5. Prefijos: Se utilizan prefijos para indicar el número de cada ligando: di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, etc. Si el ligando ya contiene un prefijo, se utilizan bis-, tris-, tetrakis-, etc. y el nombre del ligando se encierra entre paréntesis.

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6. Contraiones: Si existen contraiones (iones que no están directamente unidos al metal), se nombran al final, primero el anión y luego el catión, si es necesario.

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[Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]Cl₂: Cloruro de diaquadiammincobre(II).

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[CrCl₂(H₂O)₄]Cl: Cloruro de tetraacquadiclorocromo(III).

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Muchos fármacos se presentan como mezclas racémicas (dos enantiómeros en cantidades iguales), pero cada enantiómero puede interactuar de manera distinta con los receptores biológicos. Por ejemplo, la talidomida tuvo consecuencias trágicas porque uno de sus enantiómeros era terapéutico y el otro teratogénico. Actualmente, se desarrollan versiones purificadas de medicamentos para minimizar riesgos y maximizar beneficios.

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[Fe(CN)₆]³⁻: Hexacianoferrato(III).

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[Ag(NH₃)₂]⁺: Diamminesilver(I).

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Los isómeros pueden diferir en cómo se absorben, distribuyen, metabolizan y excretan en el cuerpo. Esto significa que un isómero puede permanecer más tiempo en el organismo o tener una mayor afinidad por ciertos tejidos, lo que afecta directamente su eficacia terapéutica y su perfil de efectos secundarios.

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Desarrollo de medicamentos más seguros y eficaces

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Desarrollo de medicamentos más seguros y eficaces

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Al identificar el isómero activo de un compuesto, se puede sintetizar y administrar únicamente esa forma, reduciendo los efectos adversos. Ejemplo destacado: el ibuprofeno, que originalmente se comercializó como mezcla racémica, ahora también está disponible en su forma S-(+), que es más activa como antiinflamatorio.

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[Ni(CO)₄]: Tetracarbonilníquel(0).

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La farmacogenética estudia cómo las variantes genéticas influyen en la respuesta a los fármacos. Con el apoyo de la estereoquímica, se desarrollan terapias personalizadas que seleccionan el isómero más adecuado según el perfil genético del paciente, incrementando la eficacia y reduciendo las reacciones adversas.

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Los isómeros ópticos de ciertos metabolitos pueden servir como biomarcadores de enfermedades. Por ejemplo, la presencia anormal de ciertos enantiómeros de aminoácidos en fluidos corporales puede ser indicativa de trastornos metabólicos raros o incluso de algunos tipos de cáncer.

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Producción de vacunas y tratamientos biológicos

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Producción de vacunas y tratamientos biológicos

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En la biotecnología farmacéutica, la configuración estereoisomérica de las proteínas y péptidos influye profundamente en su estructura tridimensional y en su función. La actividad inmunológica de una vacuna depende en parte de que sus componentes tengan la estereoquímica adecuada para interactuar con el sistema inmunitario.

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Monitoreo de calidad en la industria farmacéutica

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Monitoreo de calidad en la industria farmacéutica

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La producción de medicamentos exige un control riguroso de los isómeros presentes, ya que una desviación puede afectar gravemente la seguridad del fármaco. Por eso, se emplean técnicas analíticas como la cromatografía enantioselectiva y la espectroscopía para garantizar la pureza y la identidad estérica del producto final.

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Diseño racional de fármacos estereoselectivos

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Diseño racional de fármacos estereoselectivos

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Mediante técnicas como la modelación molecular y la cristalografía de rayos X, los investigadores pueden visualizar cómo interactúan los isómeros con proteínas blanco. Esto permite diseñar medicamentos con una estereoquímica que maximice la afinidad y la especificidad por un sitio activo determinado, reduciendo así la dosis necesaria y el riesgo de interacciones indeseadas.

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Importancia en la toxicología clínica y forense

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Importancia en la toxicología clínica y forense

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En casos de intoxicación o consumo ilícito de sustancias, la identificación del isómero específico puede determinar el origen, la peligrosidad y el tratamiento. Por ejemplo, algunos estimulantes sintéticos tienen isómeros con diferencias marcadas en potencia y toxicidad, lo que impacta directamente en el abordaje clínico y legal del caso.

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La estabilidad se refiere a la tendencia de un complejo a mantenerse formado en solución.

Se expresa mediante constantes de estabilidad (K).

Hay dos tipos:

Estabilidad termodinámica

Estabilidad cinética

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¿Cómo influye el metal central?

Carga del metal: mayor carga → mayor atracción electrostática.

Tamaño del ion metálico: iones pequeños y cargados → mayor estabilidad.

Configuración electrónica: metales de transición con orbitales d vacíos o parcialmente llenos → mejor formación de enlaces coordinados.

📌 Ejemplo: Fe³⁺ forma complejos más estables que Fe²⁺.

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Ligandos: claves en la estabilidad

Ligandos duros tienden a estabilizar metales duros (regla HSAB).

Capacidad para formar enlaces múltiples o donar más de un par de electrones.

Polarizabilidad y carga también influyen.

📌 Ejemplo: CN⁻ forma complejos muy estables con Fe³⁺.

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El poderoso efecto quelato

Los ligandos multidentados (quelantes) forman anillos estables con el metal.

Aumentan la entropía → mayor estabilidad del complejo.

Más número de anillos = mayor estabilidad.

📌 Ejemplo: EDTA forma complejos muy estables con metales como Ca²⁺ y Pb²⁺.

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Factores que influyen en la estabilidad
Incluye un diagrama resumen con los tres factores:

Metal central

Tipo de ligando

Efecto quelato

🧠 Conclusión: La estabilidad depende de una combinación sinérgica de todos los factores.

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Complejos tetraédricos (ML₄)

Ángulo de enlace: 109,5°

Común en metales con número de coordinación 4.

Ligandos rodean al metal en forma de tetraedro.

📌Ejemplo: [ZnCl₄]²⁻

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Complejos octaédricos (ML₆)

Ángulo de enlace: 90°

Más común para metales de transición.

Máxima estabilidad estérica y electrónica.

📌Ejemplo: [Fe(CN)₆]³⁻

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Complejos de geometría cuadrado plana (ML₄)

Típicos en d⁸ (como Pt²⁺, Ni²⁺).

Disposición plana de los 4 ligandos.

Geometría favorecida por repulsiones electrónicas.

📌Ejemplo: [PtCl₄]²⁻

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Geometrías menos comunes

Trigonal bipiramidal (ML₅): [Fe(CO)₅]

Piramidal cuadrada (ML₅): intermedios de reacción

Tricapped trigonal prism: actínidos y lantánidos

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Comparación de geometrías de complejos
Tabla comparativa