活潑配合物與惰性配合物
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有些配合物像旋轉門——配體進進出出快得幾乎來不及抓個現行。另一些則像密封的罐子;你把它們放在檯面上擱一個禮拜,配體還會原封不動地待在你放的位置。前一種叫活潑(labile),後一種叫惰性(inert)。區分二者的唯一標準是速度,而不是配合物有多強、多穩定。
陶布(Henry Taube)提出過一個實用的分界:在室溫、約 0.1 莫耳濃度的溶液中,若配體取代反應在大約一分鐘內完成,就算活潑;若要慢得多,就算惰性。關鍵在於這是一種動力學分類——關乎活化能壘的高低——與配合物是否處於可達到的最低能量排列毫無關係。晶體場理論能很好地解釋八面體配合物的規律。惰性往往伴隨著那些在過渡態幾何畸變途中會損失大量晶體場穩定化能的電子組態。低自旋 d6 離子(如鈷(III))、有半充滿 t2g 的鉻(III),以及低自旋的 d3、d4、d5、d6 體系通常都是惰性的,因為擾動那些已填滿或半充滿的 t2g 組要付出很大的能量代價。而那些在較高能 eg 軌道裡有電子的離子,或 d0、d1、d2 組態的離子,通常都是活潑的。
正是這一區分,才讓某些情況下的配位化學得以進行。惰性配合物能保持構型足夠久,得以被分離、結晶、研究——這就是為什麼一個世紀前維爾納能拆分鈷(III) 配合物的旋光異構體,也是為什麼鉑類藥物能在體內先走一程再反應。相比之下,活潑配合物則是水中鐵、銅離子在各形態間閃爍切換、快得無法定格的原因。只是要記住那句老實的提醒:惰性不等於永遠不反應,也不等於最穩定——它的意思只是「慢」。
鉻(III) 是 d3 離子,以惰性著稱:它的六水合離子交換水分子的半衰期長達數日,而 d5 的錳(II) 六水合離子換水的速度要快上十億倍。
透過晶體場穩定化能,d 電子數是預測八面體配合物活潑性的最佳指標。
活潑與惰性是動力學標籤,不是熱力學標籤。一個熱力學上不穩定的配合物可以是惰性的(分解得慢),而一個非常穩定的配合物可以是活潑的(交換得快)。別把惰性理解成最穩定。