배위 화합물
1개의 원자에 몇 개의 이온 또는 원자가 배위하여 생긴 화합물 / From Wikipedia, the free encyclopedia
배위화합물(配位化合物, 영어: coordination compound)은 착화합물이라고도 하며 비어있는 오비탈이 많은 중심 금속 이온에 리간드의 고립전자쌍이 배위결합을 통해 형성된다. 중심금속은 주로 원자번호 21번~ 30번의 전이금속이다. 리간드는 중성분자나 이온이 될 수 있다. 중심금속은 루이스 산, 리간드는 루이스 염기로 작용한다. 착화합물의 이온인 착이온(complex ion)은 금속 이온과는 또 다른 성질을 가지는 이온이다. 착이온의 형성상수는 10의 수 제곱 정도로 매우 크기 때문에 중심금속이 단독으로 이온상태로 이온으로 있기보다 착이온을 형성하여 안정해지려 한다.
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화학 결합의 하나로, 공유 결합의 일종이다. 공유 결합은 상호 간의 전자공유가 일어나지만, 배위 결합의 경우 한쪽 원자에서 전자쌍을 일방적으로 제공하는 형태로 결합을 형성한다. 다시 말하자면, 비공유 전자쌍을 지닌 배위자(루이스 염기)가 전자가 부족한 양이온(루이스 산)에게 전자쌍을 주면서 형성되는 결합이다. 일반적으로, 공유 결합이 비금속 간의 결합을, 금속 결합이 한 금속 양이온 간의 결합을 일컫는다면 배위 결합의 경우 금속 양이온을 중심으로 하고 배위자가 둘러싸는 착화합물을 설명하는 데 사용된다. 수소이온(H+)과 암모니아(NH3)로 이루어진 암모늄이온(NH4+)은 배위결합을 통한 공유결합을 하고 있다. 전체적으로 전자 한개가 부족한 1가 양이온 상태이며, 성질은 알칼리 이온과 비슷하다.
위의 화합물은 배위결합이지만 배위화합물을 의미하지는 않는다. 배위화합물은 중심이 되는 원자(주로 금속이온)에 몇개의 이온 또는 분자가 배위결합을 하고 있는 화합물이다.
배위화합물(Coordination compound)은 중심의 금속이온에 리간드가 결합된 착화합물과 같으며, 중심 금속이온은 전형금속원소나 전이금속원소 모두 가능하다. 다만 원자번호 21~30번의 전이금속원소는 독특한 색이 있고, 자성이 있으며, 촉매나 의약품으로 사용되는 특성이 있다.
배위화합물의 중심원소인 착이온은 루이스 산, 리간드는 루이스 염기로 작용하고, 금속이온이 착이온을 형성하는 이유는 단독으로 존재할때보다도 안정하기 때문이며, 금속이온들과는 또다른 성질을 가진다.
금속 암민 착화물(Metal ammine complex)은 금속에 한개이상의 암모니아(NH3)와 리간드(결합)된 형태의 화합물이다. 거의 모든 금속이 암모니아와 리간드 결합이 가능하지만, 특히 Cr(III), Co(III), Ni(II), Cu(II)와 백금 등의 금속과 리간드 결합을 할때를 의미한다.
착이온화합물의 기하학적 구조에서 배위수가 2일 때는 선형구조를 띄고 주로 d10의 전자배치를 가지는 금속이온에서 많이 생긴다. 배위수가 4일 때는 사각평면이나 사면체의 구조를 띄게 된다. 특히, 사각평면의 구조는 주로 d8 전자 배치를 지닌 금속이온, 예를 들어 Pd2+, Pt2+에서 많이 생긴다. 사면체 구조의 착이온들은 기하이성질체가 존재할 수 없지만 광학이성질체는 가능하다. 배위수가 6인 것은 가장 흔한 착이온의 형태이고 팔면체 구조를 취한다.
리간드 배열은 고정될 수 있으나, 안정한 다른 반응에 의해 여러 가지 형태의 이성질체를 만들게 된다.
배위화합물은 크게 네 가지 이성질체가 존재하는데, 하나는 시스(cis-)이다. 리간드가 180° 다른 방향은 트랜스(trans-)이다. 즉, 리간드가 서로 같은 방향인 시스(cis-), 다른 방향인 트랜스(trans-)는 종종 다른 물리적 특성을 가진다.
서로 마주보듯 한쪽 면을 차지하는 것을 면이성질체(facial isomer, fac-), 금속원자를 통과하는 평면을 서로 차지하는 것을 자오선이성질체(meridional isomer, mer-)라고 한다.
이밖에도 광학이성질체, 구조이성질체가 존재한다.
배위화합물(특히 전이금속 착화합물)은 광학활성이 존재하므로 광학이성질체가 흔히 존재한다. 킬레이트 화합물(chelate compound)은 보통 유기화합물에서 많은데, 금속이온과 두개이상의 리간드가 배위결합한 화합물이다. 각각의 구조와 성질에 따라 여러 가지 용도로 활용이 되는 특성을 가진다.
불안정한 반결합상태인 LUMO결합이 있다. 시그마결합은 일반적인 배위결합으로 금속(M)은 전자받게(acceptor)가 된다. 하지만 파이역결합은 금속(M)이 전자주게(donor)가 된다.
배위결합은 시그마결합처럼 금속(M)측의 비어있는 전자궤도와 상호작용하며 전자가 주어지며 결합한다. 하지만 역배위결합(backbonding)은 반대로 금속(M)측의 고립전자방향으로 상대원소의 비어있는 전자궤도에 전자를 주며 역결합한다.
전이금속화합물은 간혹 역배위결합(backbonding)이 일어나기도 한다. 일산화탄소는 전이금속과 잘 결합하는데, 일산화탄소, 니트로소디움, 에틸렌 등은 역배위결합을 통해 오히려 안정한 결합을 한다.