Koordinationskemi
Koordinationsföreningar innehåller en central metallatom eller metalljon omgiven av ligander som donerar elektrontäthet. Egenskaperna beror på metallen, dess oxidationstal, liganduppsättningen och den tredimensionella ordningen runt centrum.
Metallcentrum, ligander och koordinationstal
En ligand binder genom en eller flera donatoratomer. Monodentata ligander har ett donatorställe, kelaterande ligander flera. Koordinationstalet räknar donatoratomer direkt bundna till metallen, inte bara antalet ligandmolekyler. I [Co(NH₃)₆]³⁺ ger sex N-donatorer koordinationstal 6.
Oxidationstal är formell bokföring
Metallens oxidationstal fås genom att balansera ligandernas laddningar mot komplexets totala laddning. Det är användbart för elektronräkning men är inte samma sak som en uppmätt partiell laddning. I [Fe(CN)₆]⁴⁻ bidrar sex CN⁻ med −6 och komplexet är −4, alltså är Fe formellt +2.
Geometri är en strukturell variabel
Vanliga koordinationstal ger igenkännbara geometrier: 4 kan vara tetraedrisk eller kvadratplan och 6 är ofta oktaedrisk. Geometrin ändrar d-orbitalernas splittring och kan därmed ändra färg, magnetism och reaktivitet.
Ligandfältsuppdelning och magnetism
I en oktaedrisk omgivning är de fem d-orbitalerna inte längre degenererade: ligandfältet delar dem i två energigrupper. Storleken beror på metall, oxidationstal och ligander. Om elektroner paras i de lägre nivåerna eller upptar högre nivåer beror på konkurrensen mellan ligandfältsuppdelning och parningsenergi. Oparade elektroner ger paramagnetism.
Isomeri och kelatering
Komplex med samma formel kan skilja sig i bindningsmönster eller rumslig ordning. Cis/trans- och optisk isomeri kan ändra fysikaliska eller biologiska egenskaper. Kelaterande ligander bildar ofta särskilt stabila komplex eftersom flera donatorställen binder samma metall och dissociation kräver att flera kontakter bryts eller omorganiseras.
Genomräknade exempel
1. Kobolts oxidationstal
Lösning
I [CoCl₄]²⁻ bidrar fyra Cl⁻ med −4. Co måste vara +2 för att ge totalt −2.
2. Koordinationstal med en bidentat ligand
Lösning
Tre etylendiaminligander donerar vardera genom två N-atomer; [M(en)₃] har därför koordinationstal 6.
3. Slutsats från magnetism
Lösning
Ett komplex som attraheras i en magnetfältsgradient måste innehålla minst en oparad elektron och är därför paramagnetiskt.