Koordinationskemi
Koordinationsforbindelser indeholder et centralt metalatom eller -ion omgivet af ligander, som donerer elektrontæthed. Deres egenskaber afhænger af metallet, dets oxidationstrin, ligandsættet og den tredimensionelle opbygning omkring centret.
Metalcenter, ligander og koordinationstal
En ligand binder gennem ét eller flere donoratomer. Monodentate ligander har ét donorsted, chelaterende ligander flere. Koordinationstallet tæller donoratomer direkte bundet til metallet, ikke blot antallet af ligandmolekyler. I [Co(NH₃)₆]³⁺ giver seks N-donorer koordinationstal 6.
Oxidationstrin er formel bogføring
Metallets oxidationstrin findes ved at afstemme ligandladningerne mod kompleksets samlede ladning. Det er nyttigt til elektrontælling, men er ikke det samme som en målt partiel ladning. I [Fe(CN)₆]⁴⁻ bidrager seks CN⁻ med −6, mens komplekset er −4, så Fe er formelt +2.
Geometri er en strukturel variabel
Almindelige koordinationstal giver genkendelige geometrier: 4 kan være tetraedrisk eller kvadratisk-plan, og 6 er ofte oktaedrisk. Geometrien ændrer d-orbitalernes opsplitning og kan dermed ændre farve, magnetisme og reaktivitet.
Ligandfeltsopsplitning og magnetisme
I et oktaedrisk miljø er de fem d-orbitaler ikke længere degenererede: ligandfeltet opdeler dem i to energigrupper. Størrelsen afhænger af metal, oxidationstrin og ligander. Om elektroner parres i de lavere niveauer eller besætter højere niveauer afhænger af konkurrencen mellem ligandfeltsopsplitning og parringsenergi. Uparrede elektroner giver paramagnetisme.
Isomeri og chelation
Komplekser med samme formel kan have forskellig forbindelse eller rumlig opbygning. Cis/trans- og optisk isomeri kan ændre fysiske eller biologiske egenskaber. Chelaterende ligander danner ofte særligt stabile komplekser, fordi flere donorsteder binder samme metal, og dissociation kræver at flere kontakter brydes eller omorganiseres.
Gennemregnede eksempler
1. Kobolts oxidationstrin
Løsning
I [CoCl₄]²⁻ bidrager fire Cl⁻ med −4. Co må være +2 for at give −2 samlet.
2. Koordinationstal med en bidentat ligand
Løsning
Tre ethylendiamin-ligander donerer hver gennem to N-atomer; [M(en)₃] har derfor koordinationstal 6.
3. Slutning fra magnetisme
Løsning
Et kompleks, der tiltrækkes i en magnetfeltgradient, må indeholde mindst én uparret elektron og er derfor paramagnetisk.