20.5
Structurele isomerie
Isomerie in complexen
Isomeren zijn verschillende chemische soorten met dezelfde chemische formule. Structurele isomerie van coördinatieverbindingen k…
Isomeren zijn verbindingen met dezelfde molecuulformule maar een andere structurele rangschikking. Elke isomeer heeft verschillende fysische en chemische eigenschappen. In coördinatieverbindingen is één type isomerie dat wordt waargenomen structurele isomerie.
Bij structurele isomerie zijn de verbindingen van de atomen met het centrale metaalatoom verschillend ondanks dezelfde moleculaire formule. Het kan verder worden onderverdeeld in isomeren van de coördinatiesfeer en koppelingsisomeren. Coördinatiesfeer-isomeren ontstaan wanneer de ligand gecoördineerd met het centrale metaal in de coördinatiesfeer van plaats verwisselt met een tegenion in het rooster.
Dus terwijl het coördinatiegetal van het metaalion constant blijft, verandert de samenstelling van de coördinatiesfeer en de verbinding. In het coördinatencomplex van kobalt zijn twee coördinatenbol-isomeren mogelijk met broom of chloor als ligand. Omdat de samenstelling van de verbinding verschillend is, heeft elk van deze isomeren verschillende chemische eigenschappen.
Wanneer het wordt opgelost in water, genereert pentaamminebroomkobalt(II)chloride chloride-ionen, terwijl pentaamminechlorocobalt(II)bromide bromide-ionen in de oplossing genereert. Koppelingsisomerie, aan de andere kant, treedt op wanneer een ligand kan coördineren met het centrale metaalatoom in twee verschillende oriëntaties. Aldus zijn monodentate liganden met meer dan één potentieel donoratoom in staat tot isomerisatie.
Afhankelijk van welk donoratoom coördineert met het metaalion, verandert de naam van het ligand. Het nitrietion heeft twee vrije elektronenparen, één op het stikstofatoom en één op het zuurstofatoom. Elk van deze kan een gecoördineerde covalente binding vormen met het centrale metaalion.
Wanneer het nitrietion door het eenzame elektronenpaar op het stikstofatoom coördineert, staat het bekend als het nitro-ligand. Wanneer het zuurstofatoom als donor fungeert, staat het bekend als de nitritoligand. Coördinatiecomplexen van kobaltmetaal met nitrietionen hebben twee mogelijke koppelingsisomeren, een geelgekleurd pentaamminenitrokobalt(III)en een oranjekleurig pentaamminenitritokobalt(III)
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
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.