Kimia Koordinasi

Kimia koordinasi mempelajari senyawa yang terbentuk ketika ion logam mengikat molekul atau ion di sekitarnya yang disebut ligan, yang mengatur struktur, warna, magnetisme, dan reaktivitas sebagian besar blok-d dan blok-f.

Definition

Kimia koordinasi adalah cabang kimia anorganik yang berkaitan dengan senyawa koordinasi—spesies di mana atom atau ion logam pusat terikat pada sekumpulan ligan melalui ikatan koordinasi—dan dengan struktur, sifat elektronik, stabilitas, serta mekanisme reaksinya.

Scope

Bidang ini mencakup ikatan, struktur, stabilitas, dan reaksi senyawa koordinasi: bagaimana ligan dengan dentisitas yang bervariasi mengelilingi pusat logam, isomer geometris dan optik yang dihasilkan, serta model elektronik—teori medan kristal dan medan ligan—yang menjelaskan warna dan magnetisme. Ini juga mencakup termodinamika pembentukan kompleks (konstanta stabilitas, efek kelat) dan kinetika serta mekanisme substitusi dan reaksi transfer elektron pada pusat logam. Bidang ini tidak membahas ikatan logam-karbon secara mendalam, yang termasuk dalam kimia organologam, maupun teori grup ikatan yang terperinci, yang dibahas dalam simetri dan ikatan.

Sub-topics

• Stabilitas dan Pembentukan Kompleks Koordinasi
• Isomerisme dalam Senyawa Koordinasi
• Teori Medan Ligan dan Medan Kristal
• Substitusi Ligand dan Mekanisme Transfer Elektron

Core questions

• Bagaimana ligan tersusun di sekitar pusat logam, dan geometri serta isomer apa yang dihasilkan?
• Mengapa kompleks logam transisi berwarna, dan apa yang menentukan sifat magnetiknya?
• Faktor termodinamika apa, seperti efek kelat, yang mengontrol stabilitas suatu kompleks?
• Melalui mekanisme apa ligan tersubstitusi dan elektron berpindah pada pusat logam?

Key concepts

• Ligan, dentisitas, dan bilangan koordinasi
• Pembelahan medan kristal dan deret spektrokimia
• Konfigurasi spin tinggi dan spin rendah
• Konstanta stabilitas dan efek kelat
• Isomerisme geometris dan optik
• Kompleks inert versus labil

Key theories

Teori koordinasi Werner

Werner mengusulkan bahwa ion logam memiliki valensi primer dan valensi sekunder (bilangan koordinasi) yang mengarahkan ligan ke posisi geometris tetap, menjelaskan keberadaan dan isomerisme kompleks sebelum teori ikatan elektronik ada.

Teori medan kristal dan medan ligan

Memperlakukan ligan sebagai muatan titik (medan kristal) atau memasukkan pencampuran kovalen (medan ligan) membelah orbital d logam menjadi set yang celah energinya menjelaskan deret spektrokimia, warna, keadaan spin tinggi/rendah, dan magnetisme.

Efek kelat dan makrosiklik

Ligan multidentat membentuk kompleks yang jauh lebih stabil daripada ligan monodentat yang sebanding, sebuah peningkatan yang didorong oleh entropi yang, dengan pra-organisasi makrosiklik, mendasari pengikatan logam selektif.

Mechanisms

Substitusi ligan berlangsung melalui jalur asosiatif, disosiatif, atau pertukaran tergantung pada konfigurasi elektron dan geometri logam, sementara perubahan redoks terjadi melalui mekanisme bola-dalam melalui ligan jembatan atau mekanisme bola-luar tanpa pemutusan ikatan.

Clinical relevance

Kimia koordinasi mendasari terapi kelasi untuk keracunan logam, agen kontras resonansi magnetik berdasarkan kompleks gadolinium, obat antikanker platinum, dan berbagai macam katalis industri, pewarna, serta reagen analitik.

History

Kimia koordinasi dimulai dengan teori koordinasi Alfred Werner pada tahun 1893, yang menjelaskan struktur dan isomerisme kompleks amina kobalt dan memberinya Hadiah Nobel pada tahun 1913. Bethe dan Van Vleck mengembangkan teori medan kristal dan medan ligan pada tahun 1930-an, dan studi Taube pada pertengahan abad ke-20 tentang mekanisme substitusi dan transfer elektron menempatkan reaktivitas kompleks pada pijakan kuantitatif.

Key figures

• Alfred Werner
• Hans Bethe
• John Hasbrouck van Vleck
• Henry Taube

Seminal works

• werner1893
• weller2018
• cotton1999

Frequently asked questions

Mengapa beberapa kompleks logam transisi berwarna cerah sementara yang lain hampir tidak berwarna?

Warna muncul dari transisi elektronik antara orbital d yang terbelah; kompleks dengan konfigurasi d0 atau d10, atau dengan pembelahan yang sangat besar atau sangat kecil, tidak memiliki transisi d–d yang dapat diakses dalam rentang tampak dan tampak pucat atau tidak berwarna.

Apa perbedaan antara kompleks labil dan inert?

Kelabilan dan keinertan adalah deskripsi kinetik tentang seberapa cepat ligan bertukar: kompleks labil tersubstitusi dengan cepat sementara yang inert bereaksi lambat, dan ini tidak tergantung pada stabilitas termodinamika, sehingga suatu kompleks dapat stabil secara termodinamika dan labil secara kinetik.