화학

배위화합물

리간드, 배위수, 결정장, 색깔과 18전자 스케치.

기초

중심금속과 리간드

배위화합물은 루이스 산인 금속 이온이 루이스 염기인 리간드와 배위결합을 이룹니다. 배위수는 직접 붙은 원자 수(흔히 4 또는 6)입니다. 단일좌 리간드는 한 자리, 킬레이트(엔, EDTA)는 여러 자리로 고리를 만들어 더 안정한 경우가 많습니다(킬레이트 효과). 전하 합과 산화수가 식을 맞춥니다. 이름은 IUPAC 순서를 따르되, 교실에서는 리간드 목록과 중심 금속을 먼저 셉니다.

기하와 이성질체

배위 4는 사면체 또는 평면사각형, 배위 6은 팔면체가 기본입니다. 같은 화학식도 결합 이성질체(SCN⁻ vs NCS⁻), 이온화 이성질체, 광학 이성질체(카이랄 킬레이트)로 갈라질 수 있습니다. 시스–트랜스는 팔면체 Ma₄b₂ 와 평면사각형 Ma₂b₂ 에서 자주 나옵니다. 입체는 촉매·색·자성을 바꿉니다. 그리는 법은 쐐기와 점선으로 앞뒤를 표시합니다.

결정장과 색

리간드가 d 오비탈을 갈라 Δ 를 만듭니다. 팔면체에서 t₂g 가 낮고 e_g 가 높습니다. Δ 가 크면 전자가 쌍을 이루어 저스핀, 작으면 고스핀이 되기 쉽습니다. 보이는 색은 그 틈을 넘는 흡수(보색)입니다. 분광학 서열은 I⁻ < … < CN⁻ 처럼 리간드가 Δ 를 키우는 순서입니다. 자성은 홀전자 수로 가늠합니다.

18전자 스케치

유기금속에서 중심 금속의 원자가 전자와 리간드가 주는 전자를 합쳐 18에 가까우면 안정한 경우가 많습니다(크립톤 배위와 비슷한 세기). 예외가 많고, 촉매 순환은 16–18을 오가기도 합니다. 카보닐 Ni(CO)₄, Fe(CO)₅ 가 교과서 예입니다. 세는 법(이온적 vs 공유적)을 한 문제로 고정하세요. 독성 카보닐 취급은 실험실 규칙이 따로 있습니다.

공식

착이온 전하

q_complex = ox_metal + Σ q_ligand

산화수와 리간드 전하를 합칩니다.

기호

ox_metal 금속 산화수
q_ligand 각 리간드 전하

팔면체 결정장 갈라짐

Δ_o = E(e_g) − E(t₂g)

흡수가 이 에너지 근처이면 색이 보입니다.

기호

Δ_o 팔면체 갈라짐

결정장 안정화 (팔면체)

CFSE = (−0.4 n_{t₂g} + 0.6 n_{e_g}) Δ_o + n_p P

점유와 쌍형성 에너지 P. 부호 약속은 교과서마다 조금 다름.

기호

n_{t₂g} t₂g 전자 수
P 쌍형성 에너지

핵심 표

헤모글로빈	Fe 배위. O₂ 결합이 색과 구조를 바꿈 — 생체 착물 예
평면사각형	d⁸ (Ni²⁺, Pd²⁺, Pt²⁺) 에서 흔함
강한 장 리간드	CN⁻, CO, en — Δ 가 커서 저스핀 경향