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配位化合物 (配位化合物, 英語 : coordination compound )은 錯化合物 이라고도 하며 비어있는 오비탈 이 많은 中心 金屬 이온에 리간드 의 孤立電子雙이 配位結合 을 통해 形成된다. 中心金屬은 主로 原子番號 21番~ 30番의 轉移金屬 이다. 리간드는 中性分子나 이온이 될 수 있다. 中心金屬은 루이스 산 , 리간드는 루이스 鹽基 로 作用한다. 錯化合物의 이온인 착이온 (complex ion)은 金屬 이온과는 또 다른 性質을 가지는 이온이다. 착이온의 形成常數는 10의 수 제곱 程度로 매우 크기 때문에 中心金屬이 單獨으로 이온狀態로 이온으로 있기보다 착이온을 形成하여 安定해지려 한다.

化學 結合의 하나로, 共有 結合의 一種이다. 共有 結合은 相互 間의 電子共有가 일어나지만, 배위 結合의 境遇 한쪽 原子에서 電子雙을 一方的으로 提供하는 形態로 結合을 形成한다. 다시 말하자면, 非共有 電子雙을 지닌 配位子(루이스 鹽基)가 電子가 不足한 양이온(루이스 산)에게 電子雙을 주면서 形成되는 結合이다. 一般的으로, 共有 結合이 非金屬 間의 結合을, 金屬 結合이 한 金屬 양이온 間의 結合을 일컫는다면 背違 結合의 境遇 金屬 양이온을 中心으로 하고 配位子가 둘러싸는 錯化合物을 說明하는 데 使用된다. 水素이온(H+)과 암모니아(NH3)로 이루어진 암모늄이온(NH4+)은 配位結合을 통한 共有結合을 하고 있다. 全體的으로 電子 한個가 不足한 1街 양이온 狀態이며, 性質은 알칼리 이온과 비슷하다.

위의 化合物은 配位結合이지만 配位化合物을 의미하지는 않는다. 配位化合物은 中心이 되는 原子(主로 金屬이온)에 몇個의 이온 또는 分子가 配位結合을 하고 있는 化合物이다.

配位化合物(Coordination compound)은 中心의 金屬이온에 리간드가 結合된 錯化合物과 같으며, 中心 金屬이온은 銓衡金屬元素나 轉移金屬元素 모두 可能하다. 다만 原子番號 21~30番의 轉移金屬元素는 獨特한 色이 있고, 自省이 있으며, 觸媒나 醫藥品으로 使用되는 特性이 있다.

配位化合物의 中心元素人 착이온은 루이스 산, 리간드는 루이스 鹽基로 作用하고, 金屬이온이 착이온을 形成하는 理由는 單獨으로 存在할때보다도 安定하기 때문이며, 金屬이온들과는 또다른 性質을 가진다.

金屬 暗民 착貨物(Metal ammine complex)은 金屬에 한個以上의 암모니아(NH3)와 리간드(結合)된 形態의 化合物이다. 거의 모든 金屬이 암모니아와 리간드 結合이 可能하지만, 特히 Cr(III), Co(III), Ni(II), Cu(II)와 白金 等의 金屬과 리간드 結合을 할때를 意味한다.

착이온化合物의 幾何學的 構造에서 配位水가 2일 때는 線形構造를 띄고 主로 d10의 電子配置를 가지는 金屬이온에서 많이 생긴다. 配位水가 4일 때는 四角平面이나 四面體의 構造를 띄게 된다. 特히, 四角平面의 構造는 主로 d8 電子 配置를 지닌 金屬이온, 例를 들어 Pd2+, Pt2+에서 많이 생긴다. 四面體 救助의 착이온들은 幾何異性質體가 存在할 수 없지만 光學異性質體는 可能하다. 配位水가 6人 것은 가장 흔한 착이온의 形態이고 八面體 構造를 取한다.

리간드 配列은 固定될 수 있으나, 安定한 다른 反應에 依해 여러 가지 形態의 異性質體를 만들게 된다.

配位化合物은 크게 네 가지 異性質體가 存在하는데, 하나는 시스(cis-)이다. 리간드가 180° 다른 方向은 트랜스(trans-)이다. 卽, 리간드가 서로 같은 方向인 시스(cis-), 다른 方向인 트랜스(trans-)는 種種 다른 物理的 特性을 가진다.

서로 마주보듯 한쪽 面을 차지하는 것을 面異性質體(facial isomer, fac-), 金屬原子를 通過하는 平面을 서로 차지하는 것을 子午線異性質體(meridional isomer, mer-)라고 한다.

이밖에도 光學異性質體, 構造異性質體가 存在한다.

配位化合物(特히 轉移金屬 錯化合物)은 光學活性이 存在하므로 光學異性質體가 흔히 存在한다. 킬레이트 化合物(chelate compound)은 普通 有機化合物에서 많은데, 金屬이온과 두個以上의 리간드가 配位結合한 化合物이다. 各各의 構造와 性質에 따라 여러 가지 用途로 活用이 되는 特性을 가진다.

不安定한 反結合狀態인 LUMO結合이 있다. 시그마結合은 一般的인 配位結合으로 金屬(M)은 電子받게(acceptor)가 된다. 하지만 파이逆結合은 金屬(M)李 電子株게(donor)가 된다.

配位結合은 시그마結合처럼 金屬(M)側의 비어있는 電子軌道와 相互作用하며 電子가 주어지며 結合한다. 하지만 逆配位結合(backbonding)은 反對로 金屬(M)側의 孤立電子方向으로 相對元素의 비어있는 電子軌道에 電子를 주며 逆結合한다.

轉移金屬化合物은 間或 逆配位結合(backbonding)이 일어나기도 한다. 一酸化炭素는 轉移金屬과 잘 結合하는데, 一酸化炭素, 니트로소디움, 에틸렌 等은 逆配位結合을 통해 오히려 安定한 結合을 한다.

配位水 [ 編輯 ]

配位水 란 中心金屬과 리간드의 結合水, 卽 中心金屬이 제공받는 非共有 電子雙의 個數를 말한다. 配位水와 리간드의 數는 다르다. 왜냐하면 리간드 中 自身이 가진 여러個의 非共有 電子雙이 配位結合에 參與하는 것도 있기 때문이다. 한자리 리간드에는 ${\displaystyle {\ce {H2O}}}$, ${\displaystyle {\ce {CN-}}}$, ${\displaystyle {\ce {SCN-}}}$, 할로겐 ${\displaystyle {\ce {X-}}}$, ${\displaystyle {\ce {NH3}}}$, ${\displaystyle {\ce {NO2-}}}$, ${\displaystyle {\ce {OH-}}}$等이 있다. 두자리 리간드에는 ${\displaystyle {\ce {CO3^2-}}}$, ${\displaystyle {\ce {C2O4^2-}}}$, 에틸렌다이아민(Ethylenediamine, en) 等이 있고 여섯자리 리간드에는 EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)가 있다.

配位水는 金屬 이온의 크기, 殿下, 電子 配置에 따라 두 個에서 여덟 個까지 多樣한데, 6配位가 가장 흔하고 그 다음이 4背違, 2背違 巡이다. 6背違 착물은 八面體 救助, 4背違 착물은 四面體나 四角平面 構造, 2背違 착물은 線形 構造를 形成한다.

歷史 [ 編輯 ]

配位化合物은 現代 化學이 始作된 以來로 알려져 왔다.  初期 잘 알려진 配位化合物은 Prussian blue 같은 染料를 包含한다. 그들의 特性은 Christian Wilhelm Blomstrand의 1869年 硏究 以後 1800年代 後半에 처음으로 잘 理解되었다. Blomstrand는 착이온 chain 理論으로 알려져온 것을 발전시켰다. 이 理論은 配位化合物이 形成되는 理由는 溶液에서 이온이 암모니아 사슬을 통해 結合되기 때문이라고 主張했다. 그는 이 效果를 다양한 炭水化物 체인이 形成되는 方式에 比喩했다. 이 理論에 이어 덴마크의 科學者 Sophus Mads Jørgensen이 이를 改善했다. 그의 理論에서, Jørgensen은 分子가 溶液에서 分離될 때 두 가지 可能한 結果가 있다고 主張했다. 卽, 이온들은 Blomstrand가 說明한 암모니아 사슬을 통해 結合되거나 이온들은 金屬과 直接 結合될 것이다. 1893年이 되어서야 오늘날 가장 널리 받아들여진 理論이 Alfred Werner에 依해 發表되었다. Alfred Werner의 硏究는 Blomstrand 理論에 對한 두 가지 重要한 變化를 包含했다. 첫째는 Alfred Werner가 두 가지 다른 이온 可能性을 調整 領域에서 位置 側面에서 說明했다는 것이다. 그는 이온이 사슬을 形成한다면 이는 配位圈 밖에서 일어나는 反面 金屬과 直接 結合되는 이온들은 調整 領域 內에서 일어날 것이라고 主張했다. 그러나 Alfred Werner의 가장 重要한 發見 中 하나에서 그는 사슬 理論의 大多數를 反證했다. Alfred Werner는 複雜한 六角類 코발트의 形成에 關與하는 靭帶의 空間的 配置를 發見할 수 있었다. 그의 理論은 化合物에서 調整된 리간드와 殿下 밸런싱 이온의 差異를 理解할 수 있게 하고, 例를 들어 코발貪民 鹽化物의 鹽化 이온을 理解할 수 있게 하고, 以前에는 說明할 수 없었던 異所體의 많은 部分을 說明할 수 있게 한다. 1914年 Alfred Werner는 헥솔이라 불리는 背違 化合物을 光學 異所體로 分解하여 炭素 化合物만이 音色을 가질 수 있다는 理論을 뒤집었다.

리간드 [ 編輯 ]

中心 金屬 이온에 電子雙을 提供하여 背違 結合을 形成하는 物質로, 中性分子 또는 陰이온이다. 配位子라고도 한다. 하나의 中心 金屬 이온과 몇 個의 結合을 形成하느냐에 따라 리간드의 자리 數가 決定된다. 結合을 한 個 形成하면 한 자리(monodentate), 두 個面 두 자리(bidentate), 그 以上이면 여러 자리(polydentate) 리간드라 한다. 特히 두 자리 以上 리간드를 킬레이트(chelate)라 부른다.

착이온의 磁氣性 [ 編輯 ]

리간드가 中心金屬에 接近할 때, 오비탈의 에너지는 共通的으로 增加한다. 다만 오비탈의 模樣에 따라서 增加하는 程度가 달라진다. 八面體 착물을 例로 들어 說明하자면, 리간드가 x,y,z軸에서 各各 接近할 때 리간드와 正面으로 反撥하는 d x^2-y^2와 dz^2오비탈(eg)은 相對的으로 에너지 增加量이 크고, 리간드 사이사이에 位置한 dxy, dxz, dyz오비탈(t2g)은 相對的으로 에너지 增加量이 적다. 이때 t2g와 eg의 에너지 差가 八面體 착물의 決定場 갈라짐 에너지(△o)이다.

이제 이 d 오비탈들에 電子를 채워야 하는데, 에너지가 낮은 t2g에 먼저 홀電子를 모두 채운 뒤 다음 電子를 채우기 위해서는 에너지가 必要하다. 센 腸(strong field)에서 [4] 前者는 △o를 克服하지 못하고 t2g에 채워지는데, 이처럼 홀電子 數가 最小가 되도록 電子가 채워지는 t2g것을 저스핀(low spin)이라 한다. 反對로 弱한 腸(weak field)에서는 電子가 高스핀(high spin)으로 보다 에 채워지는 것이 더 安定하다.

위의 說明을 바탕으로 착이온의 磁氣性을 說明할 수 있다. 八面體 착물을 形成하는 의 d 오비탈에 저스핀 또는 고스핀으로 電子를 채워보자. 저스핀으로 채우면 홀前者가 없으므로 反磁性을 띤다. 反面 고스핀으로 채우면 4個의 홀前者가 있으므로 常磁性을 나타낸다.

決定場 갈라짐 에너지의 크기에 影響을 미치는 要因으로는 리간드, 金屬 이온의 電荷量, 金屬의 種類, 그리고 立體 構造가 있다.

1. 리간드의 分光化學的 系列은 다음과 같다.

( I - < Br- < Cl- < F- < OH- < H20 < SCN- < NH3 < en < NO2- < CN- < CO )오른쪽에 있을수록 강한장 리간드인데, 강한장 리간드일수록 △값이 크고 最大 吸收 波長(λ)李 짧다.

2. 金屬 이온의 電荷量이 클수록, 卽 酸化數가 클수록 리간드가 金屬 이온에 더 가까이 끌려가므로 리간드가 d 오비탈과 더 强하게 反撥한다. 따라서 金屬 이온의 電荷量이 클수록 △값이 크다.

3. 같은 族 金屬에서, 그 크기가 클수록 d 오비탈과 리간드의 겹침이 커져 △값이 增加한다.

4. 四面體(△t) < 八面體(△o) < 四角平面(△sp) 巡으로 △값이 크다.

四面體의 境遇 리간드와 正面으로 衝突하는 d 오비탈이 없어 △값이 八面體의 約 4/9 程度 크기로 매우 작다. 따라서 恒常 弱한 腸(高스핀)李 된다.

四角平面의 리간드 配列은 八面體에서 z軸 上의 리간드를 除去한 것으로 생각할 수 있다. 이때dz^2의 에너지는 크게 낮아지고 dx^2-y^2의 에너지는 가장 높아진다.

착이온의 色깔 [ 編輯 ]

착이온의 色깔은 d 電子가 갈라진 d 오비탈 사이를 移動하기 때문에 나타난다. 特定 착이온의 △값에 該當하는 波長의 빛을 提供하면 d 電子가 들뜨게 되고, 착이온은 吸收된 波長의 補色에 該當하는 色깔을 나타낸다. 特히 大部分의 八面體 착물이 色을 나타내는 理由는 △값이 可視光線 領域의 에너지에 該當하기 때문이다.

決定場 理論 [ 編輯 ]

金屬과 리간드의 結合을 靜電氣的 人力(이온結合)으로 解釋한다. 리간드의 非共有 電子雙과 겹치는 d오비탈의 에너지 準位가 높아져 5個의 d 오비탈의 에너지 準位가 달라진다. 決定場 갈라짐 에너지는 中心金屬 種類, 酸化數, 리간드, 配位水 構造에 따라 달라진다. 강한장 리간드일수록 決定場 갈라짐 에너지가 크고 저스핀 化合物이 된다. 또한 中心金屬이 決定場 安定化 에너지에 該當되는 에너지의 빛을 吸收하는데 이는 主로 可視光線 領域의 빛에 該當되고 따라서 착이온은 色을 띄게 된다.

착이온의 幾何構造 [ 編輯 ]

配位水가 2일 때는 線形構造를 띄고 主로 d ¹⁰ 의 電子配置를 가지는 金屬이온에서 많이 생긴다. 配位水가 4일 때는 四角平面이나 四面體의 構造를 띄게 된다. 特히, 四角平面의 構造는 主로 d ⁸ 電子 配置를 지닌 金屬이온, 例를 들어 Pd ²⁺ , Pt ²⁺ 에서 많이 생긴다. 四面體 救助의 착이온들은 幾何異性質體가 存在할 수 없지만 光學異性質體는 可能하다. 配位水가 6人 것은 가장 흔한 착이온의 形態이고 八面體 構造를 取한다.

配位化合物 命名法 [ 編輯 ]

中心 金屬이 1個인 配位化合物의 境遇,

化學式에 標示된 順序로 리간드의 이름을 적은 後에 金屬의 이름을 붙여서 나타낸다.

( 그러나 化學式을 標示하는(나타내는) 順序에 對한 說明은 없다. )

( 英文 命名法: 다른 種類의 리간드들이 配位되어 있는 境遇 리간드 이름의 알파벳순으로 順序를 定한다. )

같은 리간드가 여러 個인 境遇에는 리간드의 이름에 수 接頭辭를 붙여서 나타낸다.

置換된 리간드는 括弧로 묶는다.

陰이온 먼저 명명하고, 양이온을 명명한다.

( 이온結合 化合物 命名法과 同一.)

착이온은 리간드 먼저 명명하고, 中心 金屬을 명명한다.

( 2種類 以上 리간드는 英文名 알파벳순으로 명명한다. )

陰이온 리간드는 英文名 語幹에 ?o를 붙인다.

( ${\displaystyle {\ce {Cl^-}}}$: 鹽化, chloride ---> 클로로, chloro )

( ${\displaystyle {\ce {CN^-}}}$: 시안화, cyanide ---> 시아노, cyano )

中性 리간드는 分子 이름과 같다.

( 例外: ${\displaystyle {\ce {H2O}}}$, 아쿠아; ${\displaystyle {\ce {CO}}}$, 카르보닐; ${\displaystyle {\ce {NH3}}}$, 暗民 )

2個 以上 리간드는 리간드 앞에 디(di-), 트리(tri-), 테트라(tetra-) 等의 그리스어 接頭辭를 使用한다.

리간드에 그리스어 接頭辭가 이미 붙어있으면, 비스(bis), 트리스(tris), 테트라키스(tetrakis) 等의 接頭辭를 使用한다.

中心 金屬의 酸化數는 括弧 속 로마數字로 나타낸다.

陰이온 착물에서 中心 金屬의 이름은 山(-ate)으로 명명한다.

( 크로뮴, chromium ---> 크로뮴山, chromate )

( 九里, copper ---> 구리産, cuprate )

( 亞鉛, zinc ---> 아연산, zincate )

安定常數 [ 編輯 ]

리간드에 對한 金屬 이온의 親和力은 安定 常數로 說明되며, 形成 常數라고도 하며, 記號 Kf로 標示된다. 그것은 構成 金屬과 리간드로부터 組立을 위한 平衡 常數로서, 簡單한 境遇에 對한 다음 例에서와 같이 그에 따라 計算할 수 있다.

(X)Metal(aq) + (Y)Lewis Base(aq) ? (Z)Complex Ion(aq)

.........................[complex ion]^z

kf = ---------------------------------

............[metal ion]^x[lewis base]^y

여기서 X, Y, Z는 各 種의 確率係數다. 形質 상수는 매우 다양하다. 큰 값은 시스템이 平衡 狀態일 境遇 金屬이 리간드에 높은 親和力을 가지고 있음을 나타낸다.

때때로 安定性 상수는 不變의 上手라고 알려진 다른 形態로 될 것이다. 이 常數는 形成의 常數의 逆數로 表現되며, Kd = 1/Kf로 標示된다. 이 常數는 複雜한 이온이 各各의 金屬과 리간드 成分으로 分解되는 逆反應을 나타낸다. Kd에 對한 값을 比較할 때 값이 클수록 複雜한 이온이 不安定해진다.

溶液에서 이러한 複雜한 이온이 形成됨에 따라 그것들은 또한 다른 化合物의 溶解性에 重要한 役割을 할 수 있다. 複雜한 이온이 形成되면 溶液 內의 成分들의 濃度를 변화시킬 수 있다.

다음의 例를 살펴보자

Ag+(aq) + 2NH4OH(aq) ? Ag(NH3)+2 + H2O

AgCl(s) + H2O(l) ? Ag+(aq) + Cl?(aq)

이러한 反應이 모두 同一한 反應 容器에서 發生한 境遇, Diammine Argentum(I) 複合體의 形成은 溶液으로부터 自由 銀 이온의 相當 部分을 消費하기 때문에 鹽化銀의 溶解度가 NH4OH의 存在에 依해 增加될 것이다. 르 샤틀리에의 原理에 따르면, 이것은 銀이온을 生産物로 하는 鹽化銀의 溶解에 對한 坪型反應을 右側으로 移動하게 한다.

이 새로운 溶解性은 元來의 反應에 對한 Kf와 Ksp의 값을 考慮하여 計算할 수 있다. 溶解性은 基本的으로 두 個의 分離된 坪型反應을 하나의 組合된 坪型反應으로 結合함으로써 發見되며, 이 複合反應은 새로운 溶解度를 決定하는 反應이다. 따라서 새로운 溶解性 上手인 Kc는 다음과 같이 標示된다.

kc=ksp*kf

配位化合物의 活用 [ 編輯 ]

金屬은 團地 配位化合物로만 溶液에 存在하며, 이 種類의 化合物은 다양한 方法으로 有用하다.

-바이오 無機化學

生物 武器 化學 및 生體 工學 化學에서 配位化合物은 構造 또는 觸媒 機能을 遂行한다. 蛋白質의 約 30%는 金屬 이온을 包含하고 있다. 그 例로는 헤모글로빈 속의 헤메군, 사이토크롬, 葉綠素의 鹽素群, 消化에 重要한 水酸化酵素人 카르복시펩티다아제 等이 있다. 또 다른 複雜한 이온 酵素는 細胞의 廢水所를 過酸化水素로 分解하는 觸媒劑다.

-産業

均質 觸媒劑는 有機物 生産을 위한 配位化合物의 主要 應用이다. 過程에는 水素化, 水酸化, 酸化 等이 있다. 한 例로 티타늄 트리클로로이드와 트리에틸알루民늄의 組合은 에틸렌과 프로필렌의 重合化에 使用되는 지글러-나타 觸媒劑를 發生시켜 纖維, 필름, 플라스틱으로 商業的으로 매우 重要한 폴리머를 提供한다.

니켈, 코발트, 구리는 複雜한 이온이 包含된 水蒸氣적 工程을 利用하여 抽出할 수 있다. 그들은 暗民 콤플렉스로서 그들의 鑛石에서 抽出된다. 金屬은 또한 複雜한 이온의 選擇的 强首와 溶解性을 使用하여 分離될 수 있다. 시안화물은 主로 鑛石에서 金과 銀을 抽出하는 데 使用된다.

프脫路시아닌 콤플렉스는 色素의 重要한 種類다.

-分析學

한 때, 金屬의 存在를 確認하기 爲해 配位化合物을 使用했다. 質的 武器 分析은 크게 原子 吸收 分光 分析(AAS), 誘導 結合 플라스마 原子 放出 分光 分析(ICP-AES), 誘導 結合 플라스마 質量 分析(ICP-MS)과 같은 器樂 分析 方法으로 代替되었다.

같이 보기 [ 編輯 ]

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背違 化合物

• 活性化 착물 (activated complex)

參考 文獻 [ 編輯 ]

David W. Oxtoby. 《Principles Modern Chemistry 6E/Oxtoby, Gillis, Campion》. ISBN   978-89-92603-08-9 .  

參考한 페이지

t 펭 /blog.naver.com/applepop/221199000371

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