配位化學:結構與異構

配位化合物

想像一塊小磁鐵,周圍的鐵屑全都朝它指過來、緊貼著它。配位化合物就是用化學搭出來的這個畫面:一個中心金屬原子或離子,周圍緊緊聚攏著一群分子或離子,它們各自提供電子對來與金屬結合。金屬是中樞,周圍的基團是它招攬來的「乘客」。這類化合物給了我們銅在氨中的深藍、血液中鐵的鮮紅、對抗癌症的鉑類藥物,以及製造塑料的催化劑。

更準確地說,配位化合物含有至少一個配位實體:一個中心金屬與若干周圍配體結合,每個配體把一對孤對電子給入金屬的空軌道,形成配位(授受)鍵。金屬及其直接結合的配體構成配位球,寫在方括號裡,例如 [Cu(NH3)4]SO4。如果這個配位實體帶電荷,它就是一個配離子,方括號外面的離子(這裡是硫酸根)是平衡電荷、但並不與金屬成鍵的抗衡離子。一個整體中性的化合物也可以完全就是一個中性配合物,例如 [Ni(CO)4] 或 [Co(NH3)3Cl3]。

配位化合物是無機化學的核心研究對象,也提醒我們「無機」並不意味著沒有生命:血紅蛋白、葉綠素,以及固氮的酶都是配位化合物。它們的結構(有幾個配體、排成什麼幾何)、命名和異構現象是本領域要打下的基礎;顏色和磁性留待配位場理論解釋,它們的反應則交給機理研究。

硫酸銅溶於水呈淡藍色,因為生成了水合配離子 [Cu(H2O)4]2+(外加兩個結合較鬆的水)。加入氨後,隨著氨配體取代水,生成深皇家藍的 [Cu(NH3)4]2+。兩者都是配位化合物;改變的只是配體,顏色也隨之改變。

把水配體換成氨,讓淡藍色的銅溶液變成深皇家藍。

配體與金屬之間的鍵通常被稱為配位鍵或授受鍵,因為共享的兩個電子都來自配體;但鍵一旦形成,它就是普通的共價鍵——它並不會因為電子最初來自哪裡而變得更弱或「特別」。

又稱
coordination complexcomplex compound配合物络合物