Chimie de coordonație

Compușii de coordonație conțin un atom sau ion metalic central înconjurat de liganzi care donează densitate electronică. Comportamentul lor depinde de identitatea metalului, starea sa de oxidare, setul de liganzi și geometria tridimensională din jurul centrului.

Centrul metalic, liganzii și numărul de coordonație

Moctaedric: CN=6Mtetraedric: CN=4
Un ligand se leagă prin unul sau mai mulți atomi donori. Liganzii monodentați folosesc un singur centru donor, iar liganzii chelanți pot folosi mai multe. Numărul de coordonație numără atomii donori legați direct de metal, nu pur și simplu moleculele de ligand. În [Co(NH₃)₆]³⁺ cei șase atomi N dau numărul de coordonație 6. Geometria schimbă separarea orbitalilor și astfel culoarea, magnetismul și reactivitatea.

Un ligand se leagă prin unul sau mai mulți atomi donori. Liganzii monodentați folosesc un singur centru donor, iar liganzii chelanți pot folosi mai multe. Numărul de coordonație numără atomii donori legați direct de metal, nu pur și simplu moleculele de ligand. În [Co(NH₃)₆]³⁺ cei șase atomi N dau numărul de coordonație 6. Geometria schimbă separarea orbitalilor și astfel culoarea, magnetismul și reactivitatea.

[Co(NH₃)₆]³⁺ → CN = 6

Starea de oxidare este un instrument formal de evidență

Starea formală de oxidare a metalului se obține prin echilibrarea sarcinilor liganzilor cu sarcina totală a complexului. Este utilă pentru numărarea electronilor, dar nu este identică cu sarcina parțială măsurată. În [Fe(CN)₆]⁴⁻ cei șase CN⁻ contribuie −6, deci Fe este formal +2. Câmpul ligandic ridică degenerarea orbitalilor d ai metalului.

[Fe(CN)₆]⁴⁻: 6×(−1)+x=−4 → Fe=+2

Culoarea și magnetismul provin din structura electronică

Când energia luminii vizibile corespunde unei tranziții electronice permise, anumite lungimi de undă sunt absorbite și complexul apare colorat. Un ion metalic nu are o singură culoare fixă: ligandul, geometria și starea de oxidare contează toate. Electronii nepereche produc paramagnetism, iar starea de spin rezultă din competiția dintre separarea de câmp ligandic și energia de împerechere.

Izomerie și chelatare

Complexele cu aceeași formulă pot diferi prin conectivitate sau aranjament spațial. Izomeria cis/trans și cea optică pot schimba proprietățile fizice sau biologice. Liganzii polidentați chelanți formează adesea complexe foarte stabile deoarece același ligand se prinde de metal prin mai multe puncte donatoare.

Exemple rezolvate

1. Starea de oxidare a cobaltului

Soluție

În [CoCl₄]²⁻, patru Cl⁻ dau −4; pentru o sarcină totală −2, Co trebuie să fie +2.

2. Număr de coordonație cu ligand bidentat

Soluție

Trei liganzi etilendiamină donează fiecare prin doi atomi N, deci [M(en)₃] are număr de coordonație 6, nu 3.

3. Inferență din electroni nepereche

Soluție

Un complex atras într-un gradient de câmp magnetic conține cel puțin un electron nepereche și este deci paramagnetic.