20.5
Isomérie structurelle
Isomérisme dans les complexes
Les isomères sont des espèces chimiques différentes qui ont la même formule chimique. L'isomérisme structural des compos…
Les isomères sont des composés de même formule moléculaire mais une disposition structurelle différente. Chaque isomère a des caractéristiques de propriétés physiques et chimiques distinctes. Dans les composés de coordination, un type d'isomérie observé est une isomérie structurelle.
Dans l'isomérie structurelle, les connectivités des atomes à l'atome de métal central sont différents malgré la même formule moléculaire. Il peut être davantage classé dans l'isomères de sphère de coordination et d'isomères de liaison. Les isomères de la sphère de coordination apparaissent lorsque le ligand s'est coordonné avec le métal central dans la sphère de coordination, échange des places avec un contre-ion dans le réseau.
Ainsi, alors que le nombre de coordination de l'ion métallique reste constante, la composition de la sphère de coordination et des composés changent. Dans le complexe de coordonnées du cobalt, deux isomères de sphère de coordination sont possible avec le brome comme ligand ou le chlore. Comme la composition du composé est différente, chacun de ces isomères a des propriétés chimiques différentes.
Lorsqu'il est dissous dans l'eau, le chlorure de pentaamminebromocobalt(II)génère des ions chlorure, tandis que le pentaamminechlorocobalt de bromure génère des ions bromure dans la solution. Les isomères de liaison, d'autre part, apparaissent lorsqu'un ligand peut coordonner avec l'atome de métal central dans deux orientations différentes. Ainsi, les ligands monodentés avec plus d'un atome donneur potentiel est capable d'isomérisation de liaison.
En fonction de l'atome donneur coordonné avec l'ion métallique, le nom du ligand change. L'ion nitrite a deux paires d'électrons isolées, un sur l'atome d'azote et un sur l'atome d'oxygène. L'un ou l'autre peut former une liaison covalente coordonnée avec l'ion métallique central.
Lorsque l'ion nitrite se coordonne à travers la paire isolée d'électrons sur l'atome d'azote, il est connu comme le nitro ligand. Lorsque l'atome d'oxygène agit comme un donneur, il est connu sous le nom de ligand nitrito. Les complexes de coordination du métal de cobalt avec des ions nitrite ont deux isomères de liaison possibles, un pentaamminenitrocobalt de couleur jaune et un pentaamminénitritocobalt de couleur orange.
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Q1: What is structural isomerism in coordination compounds?
Structural isomerism occurs when coordination compounds have the same molecular formula but different connectivities of atoms to the central metal atom. This results in distinct physical and chemical properties despite identical composition. Structural isomerism divides into two categories: coordination-sphere isomers and linkage isomers, each arising from different rearrangements within the complex.
Q2: How do coordination-sphere isomers form?
Coordination-sphere isomers occur when an anionic ligand in the coordination sphere exchanges places with a counterion from the outer lattice. The coordination number remains constant, but the composition of the coordination sphere changes. For example, pentaamminebromocobalt(II) chloride and pentaamminechlorocobalt(II) bromide are coordination-sphere isomers that generate different ions when dissolved in water.
Q3: What causes linkage isomerism in coordination complexes?
Linkage isomerism occurs when a monodentate ligand with multiple donor atoms can coordinate to the metal through different atoms. The nitrite ion, for instance, has lone pairs on both nitrogen and oxygen atoms. Depending on which atom bonds to the metal, the ligand is named differently, creating distinct isomers with different colors and properties.
Q4: What are nitro and nitrito ligands?
Nitro and nitrito ligands are linkage isomers of the nitrite ion. When the nitrite ion coordinates through nitrogen's lone pair, it forms the nitro ligand. When oxygen's lone pair coordinates instead, it forms the nitrito ligand. Pentaamminenitrocobalt(III) appears yellow, while pentaamminenitritocobalt(III) appears orange, demonstrating how linkage isomerism affects compound properties.
Q5: Why do isomers have different chemical properties?
Isomers have different chemical properties because their atomic connectivities differ, altering how atoms interact and bond. In coordination-sphere isomers, different ligands occupy the coordination sphere, changing which ions are released in solution. These structural differences fundamentally affect reactivity, solubility, and other chemical behaviors despite maintaining the same molecular formula.
Q6: Which ligands are capable of linkage isomerism?
Ligands capable of linkage isomerism are monodentate ligands with more than one potential donor atom. Examples include the nitrite ion (NO2−), cyanide ion (CN−), and thiocyanate ion (SCN−). Each can bind to the metal center through different atoms, producing distinct isomers with different names and properties based on which donor atom coordinates.
Q7: How does the coordination number change in structural isomerism?
In coordination-sphere isomerism, the coordination number of the metal ion remains constant while ligands and counterions exchange positions. In linkage isomerism, the coordination number also stays the same because the ligand still occupies one coordination site, regardless of which donor atom bonds to the metal. Both types preserve the metal's coordination number while altering compound composition.