Mini-kurzus

Koordinációs kémia

Koordinációs komplexben központi fématom vagy fémion ligandumok elektronpárjait fogadja el koordinatív kötések kialakításakor. A komplex geometriája, oxidációs állapota és ligandumai együtt határozzák meg színét, mágneses viselkedését és reakciókészségét.

Ligandum és donoratom

A ligandum Lewis-bázisként elektronpárt ad a fémközpontnak. Egyfogú ligandumnak egy donoratomja kapcsolódik, többfogú ligandumnak több. Az etilén-diamin két nitrogénnel kelátgyűrűt alkothat, az EDTA pedig több donorhelyet kínál. A koordinációs szám a közvetlenül kapcsolódó donoratomok száma, nem feltétlenül a ligandumok darabszáma.

Oxidációs állapot

A komplex teljes töltése és a ligandumok formális töltése alapján meghatározható a fém oxidációs száma. Például [Fe(CN)₆]⁴⁻ esetén hat CN⁻ összesen −6, így a vas formális oxidációs száma +2. Az oxidációs állapot könyvelési fogalom; nem jelenti azt, hogy a tényleges elektroneloszlás teljesen ionos.

Geometria

Négyes koordináció lehet tetraéderes vagy négyzetes sík, hatos gyakran oktaéderes. A választást fémion mérete, elektronszerkezete, ligandumok és térbeli követelmények befolyásolják. Ugyanaz a koordinációs szám ezért nem garantálja ugyanazt a geometriát vagy mágneses tulajdonságot.

Kristálytér-felhasadás

Oktaéderes környezetben a d-pályák energiája nem marad egyforma: az e_g és t_2g csoportokra hasad. A felhasadás nagysága Δ_o függ a fémiontól és a ligandumtól. Az elektronok eloszlása a felhasadás és a párosítási energia versenyétől függ, ezért lehet magas- vagy alacsony spinű komplex.

Szín

Egyes átmenetifém-komplexek látható fényt nyelnek el d-szintek közötti vagy töltésátadási átmenetek miatt. Az elnyelt hullámhossz a szintkülönbségtől függ, a megfigyelt szín pedig a továbbított vagy visszavert fény keveréke. Nem minden komplex színe magyarázható egyszerűen egyetlen d–d átmenettel.

Keláthatás

Többfogú ligandummal képzett komplex gyakran stabilabb, mint hasonló egyfogú ligandumokkal képzett megfelelője. Ennek fontos része az entrópia: egy többfogú ligandum beépülése során kedvező lehet a szabad részecskék számának változása. A keláthatás biológiai fémkötésben és analitikai kémiában is kulcsszerepű.

Ligandumcsere és kinetika

Termodinamikailag stabil komplex lehet ligandumszubsztitúció szempontjából gyorsan reagáló vagy kinetikailag inert. A stabilitási állandó az egyensúlyi kedvezőséget írja le, nem közvetlenül a reakció sebességét. Ez ugyanaz a fontos különbség, mint a Gibbs-energia és az aktiválási energia között.

Próbáld ki

Mi a kobalt oxidációs száma a [Co(NH₃)₆]Cl₃ vegyület komplex kationjában?

Megoldás

Az NH₃ semleges ligandum, három Cl⁻ ellenion miatt a komplex kation töltése +3. Ezért a Co formális oxidációs száma +3.