Koordinācijas ķīmija
Koordinācijas savienojumos centrālo metāla atomu vai jonu ieskauj ligandi, kas ar donoratomiem piešķir elektronu blīvumu. Īpašības kopā nosaka metāls, tā oksidācijas pakāpe, ligandu kopa un telpiskā ģeometrija ap centru.
Metāla centrs, ligandi un koordinācijas skaitlis
Ligands piesaistās ar vienu vai vairākiem donoratomiem. Monodentāts ligands izmanto vienu donorvietu, bet helātu veidojošs ligands — vairākas. Koordinācijas skaitlis skaita donoratomus, kas tieši saistīti ar metālu, nevis tikai ligandu molekulas. [Co(NH₃)₆]³⁺ seši N donoratomi dod koordinācijas skaitli 6. Ģeometrija maina orbitāļu šķelšanos, krāsu, magnētismu un reaktivitāti.
[Co(NH₃)₆]³⁺ → CN = 6
Oksidācijas pakāpe ir formāls uzskaites rīks
Metāla formālo oksidācijas pakāpi atrod, sabalansējot ligandu lādiņus ar visa kompleksa lādiņu. Tas ir noderīgi elektronu uzskaitei, bet nav tas pats, kas izmērīts daļējs lādiņš. [Fe(CN)₆]⁴⁻ seši CN⁻ dod −6, tāpēc Fe formāli ir +2. Ligandu lauks noņem metāla d orbitāļu deģenerāciju.
[Fe(CN)₆]⁴⁻: 6×(−1)+x=−4 → Fe=+2
Krāsa un magnētisms rodas no elektronu struktūras
Ja redzamās gaismas enerģija sakrīt ar atļautu elektronu pāreju, daži viļņu garumi tiek absorbēti un komplekss šķiet krāsains. Vienam metāla jonam nav vienas nemainīgas krāsas: nozīme ir ligandam, ģeometrijai un oksidācijas pakāpei. Nepāra elektroni rada paramagnētismu; spina stāvokli nosaka ligandu lauka šķelšanās un sapārošanās enerģijas konkurence.
Izomērija un helātu veidošanās
Kompleksi ar vienādu formulu var atšķirties pēc savienojuma vai telpiskā izkārtojuma. Cis/trans un optiskā izomērija var mainīt fizikālās vai bioloģiskās īpašības. Polidentāti helātu ligandi bieži veido īpaši stabilus kompleksus, jo viens ligands piesaista metālu vairākās donorvietās.
Atrisināti piemēri
1. Kobalta oksidācijas pakāpe
Risinājums
[CoCl₄]²⁻ četri Cl⁻ dod −4; lai komplekss būtu −2, Co jābūt +2.
2. Koordinācijas skaitlis ar bidentātu ligandu
Risinājums
Trīs etilēndiamīna ligandi katrs piesaistās ar diviem N atomiem, tāpēc [M(en)₃] koordinācijas skaitlis ir 6, nevis 3.
3. Secinājums no nepāra elektroniem
Risinājums
Ja kompleksu pievelk magnētiskā lauka gradients, tam ir vismaz viens nepāra elektrons un tas ir paramagnētisks.