配位化合物の性質

配位化合物は、複数の配位子に同時に結合している中心金属原子がある化学化合物のクラスです。配位子は陰イオン性または中性である可能性があり、まれにしか陽イオン性ではありません。それらの結合は本質的に方向性があり、その磁気的および光学的特性は注目に値します。配位化合物のこれらの特性は、それらの結合と構造によって説明できます。

ユニークな特性を持ついくつかのタイプの配位化合物があります。それを説明するのに役立つ配位化合物に関して、時間の経過とともにいくつかの理論が提案されてきました.

原子価結合理論 (VBT)

配位化合物の性質を理解するために、まずこれらの配位化合物がどのように形成されるかを理解しましょう。原子価結合理論を使用して、それらの形成を説明できます。

VBT に従って、金属は (n-1)d、ns、np または ns、np、nd 軌道を使用して配位子と結合できます。配位子は、これらの混成軌道に電子対を供与し、八面体、正方平面、四面体などの明確な形状を生成します。金属のこれらの空の混成軌道は、配位子の軌道と重なります。

参照用の表は次のとおりです:

配位化合物の例

特定の例を通して、配位化合物の概念を理解しましょう。

コーディネート番号4の場合：

[NiCl4]2-

Ni28 の電子配置は [Ar] 4s2 3d8

Ni2+ の電子配置は [Ar] 4s0 3d8 です。

d 軌道は 10 個の電子を収容できますが、Ni2+ では 3d 軌道には 8 個の電子しかありません。 4s と 4p は電子がゼロです。 [NiCl4]2- では、1 つの 4s 軌道と 3 つの 4p 軌道が混成し、四面体形状の 4 つの同等の混成軌道を形成します。 4 つの塩化物イオンが、それらの電子密度を混成軌道に提供します。

[Ni(CN)4]2- では、シアン化物イオンの強い配位子効果により、3d 軌道の 2 つの不対電子が対になります。現在、d 軌道が 1 つ空いています。 1, 3d 軌道、1, 4s 軌道、および 2, 4p 軌道が混成し、正方形の平面形状を持つ同等の混成 dsp2 軌道を形成します。

化合物が dsp2 または sp3 を形成するかどうかにかかわらず、ハイブリダイゼーションは空軌道とリガンドの利用可能性に依存します。たとえば、亜鉛は [Ar] 4s0 3d10 の電子配置を持つ Zn2+ の形で存在します。 4つのリガンドと結合する場合、d軌道が空いていないため、sp3ハイブリダイゼーションを採用せざるを得ません。

ただし、空の d 軌道がある場合、形成されるハイブリダイゼーションのタイプは配位子の強度に依存します (上記のニッケル錯体の場合と同様)。

コーディネート番号4の場合：

[Co(NH3)6]3+

Co27 の電子配置は [Ar] 4s2 3d7

Co3+ は [Ar] 4s0 3d6 の電子配置を持っています

この場合、アンモニア配位子は強い電場配位子として振る舞い、3d 軌道の不対電子を対にします。その結果、2 つの 3d 軌道、1 つの 4d 軌道、および 3 つの 4p 軌道が混成して、d2sp3 混成軌道が生成されます。

[CoF6]3-

Co27 の電子配置は [Ar] 4s2 3d7

Co3+ は [Ar] 4s0 3d6 の電子配置を持っています

フッ化物は弱い電場配位子です。つまり、3d 軌道の不対電子をペアにすることはできません。その結果、すべての 3d 軌道が占有され、ハイブリダイゼーションに使用できなくなります。 1 つの 4d 軌道、3 つの 4p 軌道、および 2 つの 4d 軌道が混成して、フッ化物がその電子対を供与する sp3d2 混成軌道を生成します。外軌道、高スピン、および常磁性複合体が形成されます。

配位化合物の性質

与えられた配位数の配位錯体が採用するハイブリダイゼーションは、主に空軌道の利用可能性と配位子の場の強さに依存します。配位子の電界強度は、分光化学系列によって決定されます。

配位化合物の色と磁気特性は、それらの結合によって予測できます。配位化合物は、その中の不対電子の存在に応じて、反磁性または常磁性になる可能性があります。

不対電子の存在により、化合物は常磁性になります ([NiCl4]2- および [CoF6]3- の場合のように)。不対電子が存在しない場合、化合物は反磁性です。

磁気モーメントの計算式 =[n(n+1)]½

ここで、n は不対電子の数です。

単位は BM (ボーアのマグネトロン) です。

さまざまな種類の配位化合物の色は、d→d遷移によって発生します。配位子の影響下では、5 つの d 軌道のエネルギーは等しくありません (結晶場理論で説明されているように)。むしろ、それらは 3 つの t2g 軌道と 2 つの eg 軌道に分割されます。色は、d 軌道が部分的に満たされている場合 (d1 から d9) にのみ観察されます。

結論

VBT は、上記の配位化合物の例に見られるように、化合物のハイブリダイゼーションとジオメトリを説明します。配位化合物の磁気的性質は、VBT を使用して説明することもできます。化合物の色が異なる理由を理解するために、結晶場理論を参照します。上記の配位化合物ノートに見られるように、主に d→d 電子遷移が化合物に色を与えます。