Name: metal ligand bonds in coordination complexes
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 42 s
Channel: JoVE

Koordinat kompleksleri, koordinat kovalent bağlarına katılan metal orbitallere bağlı olarak oktahedral, tetrahedral ve kare düzlem gibi farklı geometriler sergiler. Değerlik bağ teorisi veya VBT, bunu metalin s, p ve d orbitallerinin hibridizasyonuna dayanarak açıklar. Hibridizasyon, doldurulmuş ligand orbitallerine koordine olabilen eşdeğer enerjilere sahip boş orbitaller sağlar.Oktahedral bir kompleks olan hexafluorocobaltate düşünün. Ko³⁺iyonu kısmen doldurulmuş 3d orbitallere ve boş 4s, 4p ve 4d orbitallere sahiptir. Kompleksi oluşturmak için, metalin altı boş orbitali, 4s, 4p ve iki 4d, bir oktahedronun köşelerine işaret eden altı sp³d² orbitaline hibritlenir.Hibrit orbitaller, paramanyetik kompleksi oluşturmak için altı florür grubundan yalnız çiftleri kabul eder. Hexamminecobalt'ta amino grupları kobaltın 3 boyutlu elektronlarının yeniden düzenlenmesine ve iki boş 3 boyutlu orbital oluşturmasına neden olur. Bunlar, 4s ve 4p orbitalleri ile birleşerek altı d²sp hibrit orbitali oluşturur ve bunlar daha sonra diyamanyetik kompleksi oluşturmak için altı amonyak grubuna koordineli olarak bağlanır.Şimdi, tetrahedral kompleksi tetrakloronikelat'ı düşünün. Ni²⁺ion 3d⁸ konfigürasyonuna sahiptir. Boş 4s ve 4p orbitalleri, bir tetrahedronun köşelerine işaret eden dört sp³ orbital verecek şekilde melezlenir.Burada, her bir klorür grubundan bir tane olmak üzere dört çift elektron, paramanyetik kompleksi oluşturmak için hibrit orbitalleri işgal eder. Son olarak, tetrakloroplatinat gibi kare düzlemsel bir kompleksi inceleyin. Pt²⁺ion bir d⁸ konfigürasyonuna sahiptir.Klorür grupları, metalin 3 boyutlu elektronlarını yeniden düzenlenmeye zorlayarak boş bir yörünge oluşturur. Boş orbital, bir karenin köşelerine yönlendirilmiş dört dsp² hibrit orbital vermek için 4s ve iki 4p orbitaliyle birleşir. Klorür ligandlarından elektron çiftlerini kabul ettikten sonra, diyamanyetik kompleks oluşur.Koordinasyon kompleksleri renkleri ve manyetik davranışları bakımından farklılık gösterse de, VBT bunların elektronik spektrumlarını ve manyetik davranışlarının sıcaklıkla değişimini açıklamaz.

değerlik bağı teorisi

Valence Bond Theory

Koordinasyon bileşikleri ve kompleksleri, oluştukları metal atomuna/iyonuna ve ligandlarına bağlı olarak farklı renkler, geometriler ve manyetik davranışlar sergiler. Koordinasyon komplekslerinin bağını ve yapısını açıklamak için Linus Pauling, hibridizasyon kavramlarını ve atomik orbitallerin üst üste binmesini kullanarak değerlik bağı teorisini (VBT'yi) önerdi. VBT'ye göre, merkezi metal atomu veya iyonu (Lewis asidi) uygun enerjinin boş orbitallerini sağlamak için melezleşir. Bu orbitaller, koordinat kovalent metal-ligand bağları oluşturmak için dolu ligand orbitallerinden (Lewis bazları) elektron çiftlerini kabul eder. Hibridizasyon türü ve hibrit orbitallerin sayısı kompleksin geometrisini belirler.
 <table style="margin-left: auto; margin-right: auto;">
 <tbody>
 <tr>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;">Geometri</td>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;"> Hibridizasyon  </td>
 </tr>
 <tr>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;">Lineer</td>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;">sp</td>
 </tr>
 <tr>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;">Tetrahedral</td>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;">sp3</td>
 </tr>
 <tr>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;"> Kare düzlemsel </td>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;">dsp2</td>
 </tr>
 <tr>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;">Oktahedral</td>
 <td style="color: black; border: 1px solid black; text-align: center;"> d2sp3 or sp3d2 </td>
 </tr>
 </tbody>
 </table>
 
 Bir tetrahedral komplekste, metal üzerindeki üç boş p orbital ve bir boş s orbital, kovalent koordinat bağını oluşturmak için dolu ligand orbitalleri ile örtüşen dört sp3 hibrid orbital oluşturmak üzere hibridize olur. Benzer şekilde, boş atomik orbitalleri merkezi metal iyonu ((d2sp3 veya sp3d2 hibridizasyonu) üzerinde karıştırarak oktahedral kompleksler için altı hibrit orbital oluşturulur. Doğrusal kompleksler söz konusu olduğunda, bir s ve bir p orbitalleri üst üste gelir ve iki sp hibrit orbitalinin oluşumuna yol açar.
 
 İç ve Dış Yörünge Kompleksleri
 
 Yaklaşan ligandların gücü, atomik orbitallerin merkezi metal iyonu üzerindeki hibridizasyonunu etkiler. [Co(NH3)6]+3 gibi bir oktahedral kompleks örneğini düşünün. Co+3 iyonu, 3d orbitallerde altı elektron içerir ve boş 4s ve 4p orbitallerine sahiptir. Güçlü alan ligandları olan gelen NH3 ligandları, eşleştirilmemiş 3d elektronları yeniden düzenlemeye ve diğer 3d elektronlarla eşleştirmeye zorlar. Bu, altı eşdeğer d2sp3 hibrit orbital oluşturmak için bir 4s ve üç 4p orbital ile birleştirilen iki boş 3d orbital oluşturur. Altı hibrit orbital, oktahedral kompleksi oluşturmak için amonyak ligandlarının doldurulmuş atomik orbitalleri ile örtüşür. Metal üzerindeki iç d (3d) orbitalleri hibridizasyona katıldığından, [Co(NH3)6]+3 bir iç yörünge kompleksi olur. Eşlenmemiş elektronların yokluğu nedeniyle, kompleks diamanyetiktir veya düşük spin kompleksi olarak adlandırılır.
 
 <img alt="Image1" src="/files/ftp_upload/11460/11460_Image_1.png" style="text-align: center; height: 100px;" />
 
      [Co(F)6]+3 gibi başka bir oktahedral komplekste, florür ligandı zayıf bir alan ligandı olduğundan, metalin 3d6 elektronları yeniden düzenlenmez. Hibridizasyona boş orbitaller sağlamak için, en dıştaki boş 4d orbitallerinden ikisi, altı boş hibrit orbital oluşturmak üzere bir 4s ve üç 4p orbital ile birleşir. En dıştaki d orbitalleri kullanıldığından, hibridizasyon sp3d2 hibridizasyonu olarak adlandırılır ve kompleks bir dış orbital kompleksi olarak adlandırılır. Eşleştirilmemiş elektronların varlığı kompleksi paramanyetik hale getirir ve bu nedenle bu kompleksler yüksek spin kompleksleri olarak da bilinir.
 
 <img alt="Image2" src="/files/ftp_upload/11460/11460_Image_2.png" style="text-align: center; height: 100px;" />
 <pYüksek spin veya dış yörünge kompleksleri, düşük spin veya iç yörünge komplekslerine kıyasla daha kararsız ve daha az kararlıdır (sp3d2 orbitallerinin daha yüksek enerjileri nedeniyle).

Değerlik Bağı Teorisi

Koordinasyon bileşikleri ve kompleksleri, metal atomuna/iyonuna ve içinden çıkılan ligandlara bağlı olarak farklı renkler, geometriler ve manyetik davranışlar sergiler.

Education

JoVE Core

Chemistry

Kimya

Transition Metals and Coordination Complexes

Geçiş Metalleri ve Koordinasyon Kompleksleri

transition-metals-and-coordination-complexes

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

metal ligand bonds in coordination complexes

Coordination complexes form metal-ligand bonds through valence bond theory. In this model, Linus Pauling explained bonding with hybridization and overlap of atomic orbitals. The central metal atom or ion acts as a Lewis acid. It uses empty orbitals of suitable energy to accept electron pairs from ligands, which act as Lewis bases. These coordinate covalent bonds help explain the color, geometry, and magnetic behavior seen in coordination compounds.

The type of hybridization helps determine the shape of the complex. A linear complex uses sp hybridization. A tetrahedral complex uses sp3 hybridization. A square planar complex uses dsp2 hybridization. Octahedral complexes use either d2sp3 or sp3d2 hybridization. In a tetrahedral complex, three vacant p orbitals and one vacant s orbital on the metal mix to make four sp3 hybrid orbitals. These overlap with filled ligand orbitals to form the bond. In a linear complex, one s orbital and one p orbital overlap to form two sp hybrid orbitals. Octahedral complexes form six hybrid orbitals from the vacant orbitals on the metal ion.

Ligand strength can change which orbitals the metal uses. A strong field ligand can force electrons to pair up, while a weak field ligand may not. The octahedral complex [Co(NH3)6]3+ is a good example. The Co3+ ion has six electrons in the 3d orbitals and vacant 4s and 4p orbitals. The NH3 ligands are strong field ligands, so the unpaired 3d electrons rearrange and pair. This creates two vacant 3d orbitals. These join with one 4s orbital and three 4p orbitals to make six d2sp3 hybrid orbitals. The ammonia ligands then overlap with these orbitals to form the octahedral complex.

Because the inner 3d orbitals take part in hybridization, [Co(NH3)6]3+ is an inner orbital complex. It has no unpaired electrons, so it is diamagnetic. It is also called a low spin complex. A similar octahedral complex, [Co(F)6]3+, behaves differently because fluoride is a weak field ligand. In that case, the 3d6 electrons do not rearrange. Two outer 4d orbitals combine with one 4s and three 4p orbitals to form six sp3d2 hybrid orbitals. Since outer d orbitals are used, this is an outer orbital complex. The unpaired electrons make it paramagnetic, so it is a high spin complex. High spin, or outer orbital, complexes are also more labile and less stable than low spin, inner orbital complexes.

Metal Ligand Bonds in Coordination Complexes

metal-ligand-bonds-in-coordination-complexes

properties of transition metals

Transition Metals in the Periodic Table

Transition metals are the d-block elements and the inner transition metals in the f-block. They are defined by partially filled d orbitals. In the periodic table, the transition elements are in groups 3 through 11, and the inner transition metals appear in the two rows below the main body of the table. The d-block is often grouped into transition series. The first transition series runs from Sc through Cu. The second series runs from Y through Ag. The third series includes La and Hf through...

coordination compounds and nomenclature

How Transition Metal Complexes Are Named

Transition metal complexes are named by following rules for ligands, metal ions, and oxidation state. These compounds form when a central metal ion or atom, often a transition metal or inner transition metal, accepts electron pairs from ligands. A ligand is a Lewis base that can be an atom, molecule, or ion with one or more lone pairs to donate. In these complexes, the bond is a coordinate covalent bond. That means both electrons in the bond come from the donor, such as ammonia, and are...

metal-ligand bonds

Coordination Complexes and Chelation

Coordination complexes form when a metal ion bonds to ligands. These compounds appear in familiar examples such as hemoglobin in blood, chlorophyll in green plants, vitamin B-12, and the catalyst used to make polyethylene. Transition metal ions are especially likely to form these complexes. In a coordination complex, the metal acts as a Lewis acid. The ligand acts as a Lewis base and donates both electrons in the coordinate covalent bond. A ligand can be an atom, molecule, or ion, as long as...

coordination number and geometry

Transition Metal Shapes from Coordination Number

Transition metal complexes are often identified by their coordination number and the shape around the metal ion. The coordination number is the number of donor atoms bonded to the central metal. In many complexes, the most common shapes are octahedral, tetrahedral, and square planar. Coordination number and molecular geometry are linked in a clear pattern. A coordination number of 2 gives a linear shape, as in [Ag(NH3)2]+. A coordination number of 3 gives a trigonal planar shape, as in...

structural isomerism

Linkage and Ionization Isomers

Isomers are different chemical species that share the same chemical formula. In coordination compounds, structural isomerism includes linkage isomers and coordination-sphere isomers. These two forms show how the same atoms can be arranged in different ways around a metal center. Linkage isomers form when a ligand can attach to a transition metal through two different atoms. The cyanide ligand, CN−, can bind through carbon or nitrogen. The thiocyanate ligand, SCN−, can bind through sulfur or...

stereoisomerism

Isomer Shapes in Coordination Complexes

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ. One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion...

valence bond theory

Coordination complexes form metal-ligand bonds through valence bond theory. In this model, Linus Pauling explained bonding with hybridization and overlap of atomic orbitals. The central metal atom or ion acts as a Lewis acid. It uses empty orbitals of suitable energy to accept electron pairs from ligands, which act as Lewis bases. These coordinate covalent bonds help explain the color, geometry, and magnetic behavior seen in coordination compounds. The type of hybridization helps determine the...

crystal field theory - octahedral complexes

crystal-field-theory-octahedral-complexes

Octahedral d-Orbital Splitting in Crystal Fields

Crystal field theory explains how ligands affect the d orbitals in transition metal complexes. This electrostatic model helps predict the colors, magnetic behavior, and some structures of coordination compounds. It focuses on the nonbonding electrons on the central metal ion, not on the metal-ligand bonds. In crystal field theory, the metal ion and ligands are treated as very small point charges. Because electrons are negative, electrons donated by the ligands repel the electrons in the...

crystal field theory - tetrahedral and square planar complexes

crystal-field-theory-tetrahedral-and-square-planar-complexes

Crystal Field Splitting in Non-Octahedral Shapes

Crystal field theory also explains d orbital splitting in tetrahedral and square planar complexes. These shapes do not follow the same pattern as an octahedral complex, so the d orbitals respond to ligand placement in different ways. In tetrahedral complexes, the four ligands sit between the axes. None of the d orbitals points directly at the ligands, but the d x2−y2 and d z2 orbitals lie along the Cartesian axes and overlap less with the ligands than the d xy, d xz, and d yz orbitals. The d...

colors and magnetism

Color and Spin in Coordination Complexes

Color in coordination complexes comes from how metal electrons absorb light. When atoms or molecules absorb light at the right frequency, electrons move to higher-energy orbitals. For many main-group atoms and molecules, the absorbed light is ultraviolet and cannot be seen. In coordination compounds, the energy gap between d orbitals often matches visible light, so the compound can absorb and emit colors that the human eye detects. Small changes in orbital energy can cause large shifts in the...

key terms and concepts

Learn how valence bond theory explains metal-ligand bonding, hybridization, complex shape, and the difference between inner and outer orbital complexes.

Metal Ligand Bonds in Coordination Complexes | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Kimya, özlü ve kolay anlaşılır animasyon video derslerini kullanarak genel kimya kavramlarına hayat veriyor. Ek olarak, bilim insanı uygulama videolarımız ile klasik ve orijinal araştırma deneylerini dünya çapında günümüz laboratuvarlarında görselleştiriyoruz.

Metal Ligand Bonds in Coordination Complexes

Description

Transcript

Tags