配位化学:结构与异构
配离子
溶解食盐时,钠和氯只是各自散开,成为彼此独立的离子。但溶解某些金属盐时却不同:金属并不单独漂浮——它作为一个带电的整体“包裹”移动,一个金属被一群固定的附属基团包围着,这群基团作为一个整体随它一起运动。这个包裹就是配离子。
准确地说,配离子是一个带电的配位实体:一个中心金属离子与一组确定的配体结合,整体带有净电荷。它的总电荷等于金属的氧化态加上所有配体电荷之和。对 [Co(NH3)6]3+,钴为 +3,六个氨配体为中性,所以离子为 3+;对 [Fe(CN)6]4-,铁为 +2,六个氰配体各为 1-,得到 2 + (6 × -1) = -4。在方括号之内,金属与配体作为一个整体物种存在——在溶液中那些氰并不会跑掉;这个离子作为整体扩散、导电、结晶。方括号之外则是平衡这一电荷、但不属于配合物的抗衡离子。
配离子之所以重要,是因为这正是金属在大多数真实溶液中的实际存在形式——在水中,一个“裸”的金属阳离子其实是一个水合配离子,例如 [Fe(H2O)6]3+。它解释了为什么加入配体能溶解原本难溶的盐(氯化银在氨中以 [Ag(NH3)2]+ 形式溶解),为什么分析化学的检验有效,以及金属如何在血液和河流中被携带。像 [Ni(CO)4] 这样中性的配位实体不叫配离子,因为它不带电,但它仍然是一个配合物。
氯化银以难溶著称,却能溶于氨水。原因在于配离子 [Ag(NH3)2]+:氨配体把银包裹成一个可溶的带电整体,把平衡从固体 AgCl 一侧拉走。摄影和分析化学的分离中都用到了同样的招数。
生成配离子 [Ag(NH3)2]+ 能溶解单靠水无法溶解的氯化银。
计算电荷常让人出错:它是金属的氧化态加上所有配体电荷之和,而不只是金属的电荷。中性配体(水、氨、CO)贡献零;阴离子配体(氯、氰)每个减一。
又称
另见