Coördinatiechemie

Coördinatieverbindingen bevatten een centraal metaalatoom of -ion omringd door liganden die elektrondichtheid doneren. Hun gedrag hangt af van het metaal, zijn oxidatietoestand, de ligandenset en de driedimensionale rangschikking rond het centrum.

Metaalcentrum, liganden en coördinatiegetal

Een ligand bindt via één of meer donoratomen. Monodentate liganden hebben één donorsite; chelerende liganden meerdere. Het coördinatiegetal telt donoratomen die rechtstreeks aan het metaal zitten, niet simpelweg ligandmoleculen. In [Co(NH₃)₆]³⁺ geven zes N-donoren coördinatiegetal 6.

Moctaëdrisch: CN 6Mtetraëdrisch: CN 4
Geometrie is een structurele variabele. Veel voorkomende coördinatiegetallen geven herkenbare geometrieën: 4 kan tetraëdrisch of vierkant planair zijn en 6 is vaak octaëdrisch. De geometrie verandert de splitsing van de d-orbitalen en kan daardoor kleur, magnetisme en reactiviteit veranderen.

Oxidatietoestand is formele boekhouding

De oxidatietoestand van het metaal volgt uit de ligandladingen en de totale complexlading. Hij is nuttig voor elektronen tellen, maar is niet hetzelfde als een gemeten partiële lading. In [Fe(CN)₆]⁴⁻ leveren zes CN⁻ samen −6 en is het complex −4, dus Fe is formeel +2.

Geometrie is een structurele variabele

Veel voorkomende coördinatiegetallen geven herkenbare geometrieën: 4 kan tetraëdrisch of vierkant planair zijn en 6 is vaak octaëdrisch. De geometrie verandert de splitsing van de d-orbitalen en kan daardoor kleur, magnetisme en reactiviteit veranderen.

degt2gΔoct
Ligandveldsplijting en magnetisme. In een octaëdrische omgeving blijven de vijf d-orbitalen niet gedegenereerd: het ligandveld splitst ze in twee energiegroepen. De grootte hangt af van metaal, oxidatietoestand en liganden. Of elektronen in de lagere niveaus paren of hogere niveaus bezetten, hangt af van de competitie tussen ligandveldsplijting en paringsenergie. Ongepaarde elektronen veroorzaken paramagnetisme.

Ligandveldsplijting en magnetisme

In een octaëdrische omgeving blijven de vijf d-orbitalen niet gedegenereerd: het ligandveld splitst ze in twee energiegroepen. De grootte hangt af van metaal, oxidatietoestand en liganden. Of elektronen in de lagere niveaus paren of hogere niveaus bezetten, hangt af van de competitie tussen ligandveldsplijting en paringsenergie. Ongepaarde elektronen veroorzaken paramagnetisme.

Isomeren en chelatie

Complexen met dezelfde formule kunnen verschillen in connectiviteit of ruimtelijke rangschikking. Cis/trans- en optische isomerie kunnen fysische of biologische eigenschappen veranderen. Chelaterende liganden vormen vaak extra stabiele complexen doordat meerdere donorplaatsen aan hetzelfde metaal binden en dissociatie meerdere contacten moet verbreken of herschikken.

Uitgewerkte voorbeelden

1. Oxidatietoestand van kobalt

Oplossing

In [CoCl₄]²⁻ leveren vier Cl⁻ samen −4. Co moet +2 zijn om totaal −2 te krijgen.

2. Coördinatiegetal met een bidentaat ligand

Oplossing

Drie ethyleendiamineliganden doneren elk via twee N-atomen; [M(en)₃] heeft dus coördinatiegetal 6.

3. Inferentie uit magnetisme

Oplossing

Een complex dat in een magnetische veldgradiënt wordt aangetrokken, bevat minstens één ongepaard elektron en is dus paramagnetisch.