Energi i kemi och fysik

Metallcentrum och ligander

Koordinationskemi handlar om komplex där en central metallatom eller metalljon binder ligander som donerar elektronpar. Formen och ligandmiljön runt metallen påverkar färg, magnetism, reaktivitet och stabilitet, vilket gör koordinationskemi central i både biokemi och materialkemi.

En ligand har minst ett elektronpar som kan användas för att bilda en koordinativ bindning till metallcentrumet. Vatten, ammoniak och klorid är vanliga exempel. En ligand kan binda genom en atom eller genom flera donoratomer; flertandade ligander kan därför omsluta metalljonen och ge den så kallade kelateffekten.

Koordinationstalet anger hur många donoratomer som är direkt bundna till metallen. Talet sex ger ofta oktaedrisk geometri, medan fyra kan ge tetraedrisk eller kvadratisk-plan geometri. Geometrin avgör vilka d-orbitaler som påverkas mest av ligandernas elektriska fält och därmed hur energinivåerna splittras.

I många övergångsmetallkomplex ligger skillnaden mellan splittrade d-nivåer i samma energiområde som synligt ljus. Om komplexet absorberar vissa våglängder ser vi den komplementära färgen i det ljus som återstår. Färgen påverkas därför både av metalljonens oxidationstal och av ligandtypen.

Hemoglobin använder ett järncentrum i en porfyrinliknande ligandmiljö för reversibel syrebindning. Klorofyll innehåller magnesium i ett besläktat makrocykliskt system. I katalys används metallkomplex eftersom ligander kan finjustera elektronrikedom, geometri och tillgängliga reaktionsvägar.