20.5
복합체의 이성질체
이성질체는 동일한 화학식을 갖는 서로 다른 화학종입니다. 배위 화합물의 구조 이성질체는 결합 이성질체와 배위 구 이성질체라는 두 가지 하위 범주로 나눌 수 있습니다.
결합 이성질체는 배위 화합물이 두 개의 서로 다른 원자를 통해 전이 금속 중심에 결합…
이성질체는 분자식은 같지만 구조 배열이 다른 화합물입니다. 각 이성질체는 뚜렷한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있습니다. 조정 화합물에서 관찰되는 이성질체의 한 종류는 구조적 이성질체입니다.
구조 이성질체에서 원자와 중심 금속 원자의 연결성은 분자식이 동일함에도 불구하고 다릅니다. 또한 배위권 이성질체와 연결 이성질체로 분류할 수 있습니다. 배위권 이성질체는 배위권에서 중심 금속과 배위된 리간드가 격자 내의 반대 이온과 위치를 교환할 때 발생합니다.
따라서 금속 이온의 배위수가 일정하게 유지되며 배위권 및 화합물의 구성은 변경됩니다. 코발트의 배위 화합물에서 브로민을 리간드 또는 염소로 하여 두 개의 배위권 이성질체가 가능합니다. 화합물의 구성이 다르기 때문에 이 이성질체들은 각기 다른 화학적 특성을 가지고 있습니다.
물에 용해되면 펜타민브로모코발트 염화물은 염화물 이온을 생성하고 펜타민 클로로코발트 브롬화물은 용액에서 브롬화 이온을 생성합니다. 반면에 결합 이성질체는 리간드가 두 가지 다른 방향으로 중심 금속 원자와 배위할 수 있을 때 발생합니다. 따라서 하나 이상의 잠재적인 공여 원자를 가진 한자리 리간드는 연결 이성 질화가 가능합니다.
어떤 공여 원자가 금속 이온과 배위하는지에 따라 리간드의 이름이 변경됩니다. 아질산염 이온은 두 개의 단일 전자 쌍을 가지고 있는데 하나는 질소 원자에 하나는 산소 원자에 있습니다. 이들 중 하나는 중심 금속 이온과 배위 공유 결합을 형성할 수 있습니다.
아질산염 이온이 질소 원자의 고독한 전자 쌍을 통해 배위할 때 니트로 리간드를 형성합니다. 산소 원자가 공여 원자 역할을 할 때 그것은 니트로 리간드를 형성합니다. 아질산염 이온과 코발트 금속의 배위 화합물은 노란색의 펜타암미네이트로코발트(III)와 주황색의 펜타암미네이트로코발트(III)의 두 가지 가능한 결합 이성질체를 가지고 있습니다.
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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.