配位化學:結構與異構
主價與副價
想像配合物中的中心金屬繫著兩條不同的腰帶。一條繫著可以遠距離「還清」的離子,就像還債;另一條則繫著緊貼在身上、被牢牢抓住的基團。維爾納的偉大洞見是:金屬同時使用這兩條腰帶,而它們並不是一回事。他把它們稱為主價(primary valence)和副價(secondary valence)。
主價是必須由負離子來中和的普通結合能力——今天我們把它理解為金屬的氧化態。在 [Co(NH3)6]Cl3 中,鈷的主價為三,由外面三個氯離子平衡,這些氯在水中可以自由解離。副價則是金屬在其周圍空間裡直接抓住的固定基團數目——這就是我們今天所說的配位數,對鈷(III)而言是六。這些直接被抓住的基團(六個氨)就是配體,它們與金屬一起構成配位球,通常寫在方括號裡。一個巧妙之處:像氯這樣的單一陰離子,有時能同時滿足兩者——既直接結合在金屬上(副價),又平衡電荷(主價)。
在現代語言中我們很少再說「主價和副價」,而是說氧化態和配位數。但維爾納所作的區分完全正確,至今仍組織著整個學科:電荷平衡(哪些離子是自由的抗衡離子)與幾何(有幾個基團貼著金屬、在什麼位置)是兩個獨立的問題。把這兩者分開,是讀懂任何配位化學式的第一項基本功。
在 [CoCl(NH3)5]Cl2 中,鈷的主價為三(氧化態 +3),副價為六(配位數 6)。一個氯位於內界,直接結合在鈷上——它同時滿足了兩種價。另外兩個氯是自由的外界離子,只滿足主價,遇銀會沉澱。
一個結合的氯可以同時滿足主價(電荷)和副價(幾何)。
不要把主價等同於整個配離子的淨電荷。主價是金屬的氧化態;配離子的總電荷取決於金屬的氧化態再加上所有結合配體電荷的總和。
又稱
另見