Back to chapter

10.4:

מספר קוארדינציה וגאומטריה

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Coordination Number and Geometry

Languages

Share

למתכות מעבר רבות יש מספרי חמצון רבים, התורמים לתכונות הייחודיות שלהם, כגון צבעם. אבל איך נקבע מספר החמצון של המתכת? תרכובות קוארדיטיביות הן בעלות מטען חשמלי ניטרלי, המורכב מתרכובת קוארדינטיביות ומיונים נגדיים עם ערכיות ראשית ומשנית.הערכיות הראשית היא מספר החמצון של יון המתכת. כדי לחשב את מספר החמצון, התחילו בזיהוי המטענים הנתרמים על ידי ליגנות ועל ידי יונים נגדיים. בשלב הבא סכמו את המטענים ומצאו את מספר החמצון של יון המתכת.אם כל הליגנדות ניטרליות, המטען של הקומפלקס היוני הופך למספר החמצון של יון המתכת. הערכיות המשנית מתייחסת למספר הליגנדות הקשורות באופן ישיר ליון המתכת המרכזי, ונקראת גם מספר קואורדינציה. כאן מספר הקואורדינציה של רודיום הוא שש.לחלק מיוני המתכות יש מספר קואורדינציה אחד בלבד. מספרי הקואורדינציה של קובלט ופלטינה הם 6 ו-4. אך מספרי הקואורדינציה של יוני מתכות רבים נעים בתחום של 2 עד 6.הגודל היחסי של הליגנדות והיונים מתכתיים משפיעים על מספר הקואורדינציה. לדוגמה, ליגנדות קטנות יותר כמו פלואור הן בעלות מספר קואורדינציה של 6 עם ברזל בהשוואה לכלור הגדול יותר, שמספר הקואורדינציה שלו הוא 4 בלבד. מטענים שליליים הנתרמים על ידי הליגנדות ליון המתכת גם הם משפיעים על מספר הקואורדינציה.מספר הקואורדינציה של ניקל עם מולקולות מים ניטרליים הוא 6, והוא יורד ל-4 עם יוני כלור אניונים. הצורה הגאומטרית של הקומפלקס היוני קשורה באופן חלקי במספר הקואורדינציה של יון מתכת. לקומפלקס שמספר הקואורדינציה שלו הוא 2 יש גאומטריה לינארית, שבה שתי הליגנדיות רחוקות זו מזו ב-180 מעלות מכל צד של יון המתכת.קומפלקס שמספר הקואורדינציה שלו הוא 4 מוצג בשני סוגי גאומטריה בהתאם לאלקטרון הערכיות בתת-קליפה d. יוני מתכת עם שמונה אלקטרוני d כמו פלדיום הם מישורים מרובעים, ואילו ליוני מתכת עם עשרה אלקטרוני d, כמו אבץ יש גאומטריה טטרהדרלית. קומפלקס שמספר הקואורדינציה שלו הוא 6 הוא אוקטהדרלי.ששת הליגנות מאכלסות שישה קודקודים, ארבע ליגנדות יוצרות את פינות המרובע והשתיים האחרות מאכלות את המישורים שמעל ומתחת במרחק שווה ערך. לכן, אוקטהדרון מופיע כשתי פירמידות עם בסיס מרובע משותף ושמונה פאות.

10.4:

מספר קוארדינציה וגאומטריה

For transition metal complexes, the coordination number determines the geometry around the central metal ion. Table 1 compares coordination numbers to molecular geometry. The most common structures of the complexes in coordination compounds are octahedral, tetrahedral, and square planar.

 Coordination Number  Molecular Geometry Example
2 linear    [Ag(NH3)2]+   
3 trigonal planar [Cu(CN)3]2
4   tetrahedral(d0 or d10), low oxidation states for M  [Ni(CO)4]
4 square planar (d8) [NiCl4]2−
5 trigonal bipyramidal [CoCl5]2−
5 square pyramidal [VO(CN)4]2−
6 octahedral [CoCl6]3−
7 pentagonal bipyramid [ZrF7]3−
8 square antiprism [ReF8]2−
8 dodecahedron [Mo(CN)8]4−
9 and above more complicated structures [ReH9]2−

Table 1. Coordination Numbers and Molecular Geometry.

Unlike main group atoms in which both the bonding and nonbonding electrons determine the molecular shape, the nonbonding d-electrons do not change the arrangement of the ligands. Octahedral complexes have a coordination number of six, and the six donor atoms are arranged at the corners of an octahedron around the central metal ion. Examples are shown in Figure 1. The chloride and nitrate anions in [Co(H2O)6]Cl2 and [Cr(en)3](NO3)3, and the potassium cations in K2[PtCl6], are outside the brackets and are not bonded to the metal ion.

Image1

Figure 1. Many transition metal complexes adopt octahedral geometries, with six donor atoms forming bond angles of 90° about the central atom with adjacent ligands. Note that only ligands within the coordination sphere affect the geometry around the metal center.

For transition metals with a coordination number of four, two different geometries are possible: tetrahedral or square planar. In tetrahedral complexes such as [Zn(CN)4]2− (Figure 3), each of the ligand pairs forms an angle of 109.5°. In square planar complexes, such as [Pt(NH3)2Cl2], each ligand has two other ligands at 90° angles (called the cis positions) and one additional ligand at a 180° angle, in the trans position.

Image2

Figure 2. Transition metals with a coordination number of four can adopt a tetrahedral geometry (a) as in K2[Zn(CN)4] or a square planar geometry (b) as shown in [Pt(NH3)2Cl2].

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section19.2: Coordination Chemistry of Transition Metals.