20.5
Структурная изомерия
Изомеризм в комплексах
Изомеры — это различные химические виды, которые имеют одинаковую химическую формулу. Структурный изомеризм координационных сое…
Изомеры это соединения с одинаковой молекулярной формулой, но с разным структурным расположением. Каждый изомер имеет различные физические и химические свойства. В координационных соединениях одним из наблюдаемых типов изомерии является структурная изомерия.
В структурной изомерии связи атомов с центральным атомом металла различны, несмотря на одинаковую молекулярную формулу. Далее его можно разделить на изомеры координационной сферы и изомеры связи. Изомеры координационной сферы возникают, когда лиганд, координированный с центральным металлом в координационной сфере, меняется местами с противоионом в решетке.
Таким образом, хотя координационное число иона металла остается постоянным, состав координационной сферы и соединения изменяется. В координационном комплексе кобальта возможны два изомера координационной сферы с бромом или хлором в качестве лиганда. Поскольку состав соединения отличается, каждый из этих изомеров имеет разные химические свойства.
При растворении в воде хлорид пентаамминбромокобальта(II)генерирует ионы хлора, а бромид пентаамминхлорокобальта(II)генерирует ионы бромида в растворе. С другой стороны, изомерия сцепления возникает когда лиганд может координироваться с центральным атомом металла в двух разных ориентациях. Таким образом, монодентатные лиганды с более чем одним потенциальным донорным атомом способны к изомеризации связи.
В зависимости от того, какой донорный атом координируется с ионом металла, меняется название лиганда. У нитрит-иона есть две неподеленные пары электронов, одна на атоме азота, а другая на атоме кислорода. Любой из них может образовывать координированную ковалентную связь с центральным ионом металла.
Нитрит-ион, который координируется через неподеленную пару электронов на атоме азота, известен как нитролиганд. Когда атом кислорода действует как донор, он известен как нитрито-лиганд. Координационные комплексы металла кобальта с ионами нитрита имеют два возможных изомера связи:пентаамминнитрокобальт(III)желтого цвета пентаамминнитритокобальт(III)оранжевого цвета.
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.