配位化学:结构与异构

配位化合物

想象一块小磁铁,周围的铁屑全都朝它指过来、紧贴着它。配位化合物就是用化学搭出来的这个画面:一个中心金属原子或离子,周围紧紧聚拢着一群分子或离子,它们各自提供电子对来与金属结合。金属是中枢,周围的基团是它招揽来的“乘客”。这类化合物给了我们铜在氨中的深蓝、血液中铁的鲜红、对抗癌症的铂类药物,以及制造塑料的催化剂。

更准确地说,配位化合物含有至少一个配位实体:一个中心金属与若干周围配体结合,每个配体把一对孤对电子给入金属的空轨道,形成配位(授受)键。金属及其直接结合的配体构成配位球,写在方括号里,例如 [Cu(NH3)4]SO4。如果这个配位实体带电荷,它就是一个配离子,方括号外面的离子(这里是硫酸根)是平衡电荷、但并不与金属成键的抗衡离子。一个整体中性的化合物也可以完全就是一个中性配合物,例如 [Ni(CO)4] 或 [Co(NH3)3Cl3]。

配位化合物是无机化学的核心研究对象,也提醒我们“无机”并不意味着没有生命:血红蛋白、叶绿素,以及固氮的酶都是配位化合物。它们的结构(有几个配体、排成什么几何)、命名和异构现象是本领域要打下的基础;颜色和磁性留待配位场理论解释,它们的反应则交给机理研究。

硫酸铜溶于水呈淡蓝色,因为生成了水合配离子 [Cu(H2O)4]2+(外加两个结合较松的水)。加入氨后,随着氨配体取代水,生成深皇家蓝的 [Cu(NH3)4]2+。两者都是配位化合物;改变的只是配体,颜色也随之改变。

把水配体换成氨,让淡蓝色的铜溶液变成深皇家蓝。

配体与金属之间的键通常被称为配位键或授受键,因为共享的两个电子都来自配体;但键一旦形成,它就是普通的共价键——它并不会因为电子最初来自哪里而变得更弱或“特别”。

又称
coordination complexcomplex compound配合物络合物