실험1. [Co(en)2Cl2]Cl의 합성

Report
Co(en)2Cl2 의 합성
20141808 김현주
20141822 심우석
20141837 장문성
목차
• Lewis의 산염기
• 배위결합과 d-orbital
• 배위수와 geometry
• Chelate ligand
• structural isomerism, steroisomerism
Lewis의 산-염기
20141808 김현주
Arrhenius의 산-염기
• Arrhenius의 산 : 물에 녹였을 때 H+를 내놓는 물질
HCl + 물 → H+ + ClHNO3 + 물 → H+ + NO3H2SO4 + 물 → 2H+ + SO42-
• Arrhenius의 염기 : 물에 녹였을 때 OH- 를 내놓는 물질
NaOH + 물 → Na+ + OHKOH
+ 물 → K+ + OHBa(OH)2 + 물 → Ba2+ + 2OH-
Arrhenius의 산-염기
• Arrhenius 정의의 한계점
-수용액에서 수소 이온(H+)이나 수산화 이온(OH-)을 내놓지 않는
물질에는 적용할 수 없음
ex) 암모니아(NH3)
-수용액에서 일어나는 반응에만 적용할 수 있음
Brønsted-Lowry의 산-염기
• Brønsted-Lowry의 산 : H+(양성자)를 내놓는 분자나 이온
→양성자(H+) 주개
• Brønsted-Lowry의 염기 : H+ (양성자)를 받아들이는 분자나 이온
→양성자(H+) 받개
Brønsted-Lowry의 산-염기
• 짝산-짝염기 관계가 존재함
Brønsted-Lowry의 산-염기
• 수용액 속에서 산과 염기를 설명할 수 있음
• 수용액이 아닌 경우에도 산과 염기를 설명할 수 있음
Brønsted-Lowry의 산-염기
• 양쪽성 물질 : 때에 따라서 양성자 받개, 양성자 주개 모두 될 수
있는 물질
Brønsted-Lowry의 산-염기
• Brønsted-Lowry 정의의 한계점
-수용액이 아닌 경우에 일어나는 산-염기 반응은 설명할 수 있지
만, 산이 이온화 될 수 있는 수소 원자를 포함하고 있어야만 한다
는 제한이 있음
Lewis의 산-염기
• Lewis의 산 : 다른 물질의 비공유 전자쌍을 받는 물질
→전자쌍 받개
• Lewis의 염기 : 다른 물질에 비공유 전자쌍을 내놓는 물질
→전자쌍 주개
Lewis의 산-염기
Lewis의 산-염기
Lewis의 산-염기
• Co(코발트) – Lewis 산
• C2H4(NH2)2(ethylenediamine) – Lewis 염기
• Cl(염소) – Lewis 염기
Arrhenius⊂Brønsted-Lowry⊂Lewis
산
염기
Arrhenius
수용액 상에서 H+ 내놓는 물질
수용액 상에서 OH-를 내놓는 물질
Brønsted-Lowry
H+ 내놓는 물질
H+ 받는 물질
Lewis
전자쌍 받는 물질
전자쌍 내놓는 물질
배위결합과 d-orbital
배위수와 geometry
20141822 심우석
배위결합
비공유 전자쌍을 지니고 있는 분자나 이온이 전자쌍을 제공하는
결합이다.
다전자 오비탈의 에너지 준위
• 다전자 오비탈에서 에너지 준위가 생기는 이유는 가리움 효과
가 있기 때문이다.
d-orbital
• n(주양자 수)≥3 과 l(각운동량 양자수)=2 인것으로 M껍질에서
부터 나타난다.
• 5개의 방향성을 가지며 각 방향성 마다 2개의 전자가 채워지므
로 총 10개의 전자를 채울 수 있다.
전이 원소(전이 금속)
• 주기율표에서 3족부터 12족(또는 11족)에 속하는 원소들이다.
전이원소의 물리적 특징
• 모두 금속이며 대체적으로 녹는점과 끓는점이 높다.
• 상자성을 띤다.
• 색을 띤다.
• 같은 주기에서 원자 번호가 증가하면 질량은 증가하지만 원자
의 크기는 별로 변하지 않는다.
상자기성
• 원자나 이온으로 이루어진 물질이 하나 이상의 홀전자를 가질
때 물질이 상자기성이다.
• 자기 모멘트가 자석과 알짜 인력을 형성하므로 자기장에 끌린
다.
전이원소의 화학적 특징
• Sc=[Ar]4s2/3d1 , Mn=[Ar]4s2/3d5 → 최외각 전자수가 같다.
이온 상태 에서는 4s, 5s 오비탈의 전자가 빠져 나가므로 대부분
+2가 양이온이다.
• 최외각 전자 이외에 안쪽의 d오비탈의 전자도 결합에 참여하므
로 다양한 산화수를 가진다.
• 리간드와 결합해 착물 또는 착이온을 형성한다.
리간드(Ligands)
• 착물에서 금속 이온(양이온)과 배위결합한 분자나 이온을 리간
드 (ligand)라 한다.
착물, 착이온
• 중심 전이 금속이온이 주위 분자나 이온과 결합된 물질을 금속
착물 또는 착물 이라고 한다. 착물이 알짜 전하를 가진다면 착이
온, 착물을 포함하는 화합물은 배위 화합물 이라 한다.
배위수
• 한 원자를 둘러싸는 가장 가까운 원자의 수를 배위수라고 한다.
2-배위수의 기하구조
• 2-배위수의 기하구조 – 선형(sp혼성)
• 2-배위 착물들은 여분의 리간드와 결합하여 3-또는 4-배위 착물
을 형성한다
4-배위수의 기하구조
• 4배위 수의 모형은 정사면체 구조(sp3혼성)
와 평면 사각형 구조(dsp2혼성)가
가장 일반적이다.
• 중심 원자가 작고 리간드가 크면 정사면체 구조를 중심 원자가
크면 정사면체 구조를 띤다.(리간드-리간드 반발력)
5-배위수의 기하구조
• 사각 뿔이나 삼각 쌍뿔 구조를 갖는다.
• 삼각 쌍뿔 구조가 리간드-리간드 반발력을 최소화 하지만 리간
드가 한 자리이상을 통해 금속과 결합을 형성할 수 있을때는 입
체적 장애 때문에 사각 뿔 구조가 더 선호된다.
6-배위수의 기하구조
• 정팔면체 구조(d2sp3혼성)를 이룬다.
Co(en)2Cl2 의 오비탈
착물의 배위수에 영향을 주는 요인
• 중심 원자나 이온의 크기
• 리간드-리간드의 입체적 상호작용
• 중심 원자-리간드의 전자적 상호 작용
• VSEPR(원자가 전자쌍 반발)
• 중심 원자 주변의 거대 리간드들의 반발이나 입체적인 장애
Chelate ligand
Structural isomerism, stereoisomerism
20141837 장문성
Chelate ligand
1.Ligand
-착물 속에서 중심 금속 원소에 배위결합한 이온 또는 분
자를 총칭한다.
2.Chelate ligand
-중심 금속 원소에 두 자리 이상으로 배위 결합하는 이온
또는 분자를 말한다.
착이온과 착화합물
-중심 금속 원소에 리간드가 결합되어 있는 형태의 화합물들
로 통틀어서 배위 화합물이라고 한다.
1. 착이온
-중심 금속 이온에 리간드가 배위 결합을 하며 형성된 이온
이다. Ex) [Cu(NH3)4]2+, [Cu(en)2]2+
착이온과 착화합물
2. 착화합물
-착이온을 포함하는 화합물로, 착이온이 상대 이온에 결합
하여 형성된 화합물이다. Ex) [Co(en2)Cl2 ]Cl, [Cu(NH3)4 ]Cl2
-착이온: 전이 금속
원소 + 리간드
-상대이온: 배위 화
합물의 알짜 전하가
0이 되도록 하는 이
온이다.
Chelate Effect
-Chelate
Chelate는 중심 금속 이온에 Chelate ligand가 결합하여 형
성된 고리 모양의 착물이다.
-Chelate Effect
1.엔트로피의 증가: 전체 몰 수가 증가한다.
2.리간드 결합 해리에너지: 더 여러자리 리간드일수록 결합
해리가 어렵다.
※위의 반응에서 평형상수 K가 매우 크다.
한 자리 리간드
- 한 쌍의 비공유 전자쌍을 제공하며 결합하는 리간드를 한
자리 리간드라고 한다.
- H2O, NH3, X-(F-, Cl-, Br-, I-), OH-, CN-, CO, SCN-,
amines, pyridine 등이 있다.
두 자리 리간드
- 두 쌍의 전자쌍을 제공하면서 두 자리로 결합하는 리간드를
두 자리 리간드라고 한다.
세자리 리간드
- 세 쌍의 전자쌍을 제공하면서 세 자리로 결합하는 리간드를
세 자리 리간드라고 한다.
네 자리 리간드
- 네 쌍의 전자쌍을 제공하면서 네 자리로 결합하는 리간드를
네 자리 리간드라고 한다. 대표적으로 삼발이 리간드인 tren이
있다.
여섯 자리 리간드
- 여섯 쌍의 전자쌍을 제공하면서 여섯 자리로 결합하는 리간
드를 여섯 자리 리간드라고 한다. 대표적으로 EDTA가 있다.
Structural isomerism
Structural isomerism
결합 이성질체[Linkage isomerism]
- 일반적으로 화학적 결합 순서가 다른 이성질체를 의미하
며, 착물에서는 금속 이온과 결합하는 리간드의 부위가 다
른 이성질체를 결합 이성질체라고 한다.
Ex) [Co(NH3)5NO2]2+
이온화 이성질체[Ionisation isomerism]
- 착물의 총괄 조성은 동일하지만, 배위권이 다른 이성질체
이다.
배위 이성질체[Coordination isomer]
- 양이온성 착물과 음이온성 착물이 결합하여 화합물을 형
성하는데, 리간드의 분포 상태가 다른 것이다.
배위 이성
질체 관계
물배위(수화) 이성질체
[Solvate(hydrate) isomerism]
- 수용액 중에서 수화되면서 형성되는 착이온과 상대 이온이
다른 이성질체이다.
Ex) Cr(H2O)6Cl3 착물에 대한 이성질체
[Cr(H2O)6]Cl3과 [Cr(H2O)5Cl]Cl2ㆍH2O
Stereoisomerism
Stereoisomerism
광학 이성질체[Optical isomerism]
- 서로 거울상이면서 포개어지지 않는 이성질체를 말한다.
광학 이성질성 분자들은 회전을 통해서 겹치지 않으며 입체
중심(카이랄 중심)을 가지고 있다.
기하 이성질체[Geometrical isomerism]
-분자 내에서 작용기의 방향에 따른 입체 이성질체의 한 형
태이다. 배위화합물에서는 Cis-Trans형, Fac-Mer형이 있다.
착물의 기하 이성질체
[Geometrical isomerism]
- Cis-Trans
중심 금속을 이중결합을 한 탄소처럼 생각
- Fac-Mer
-동면 이성질체(facial, fac-)는
3개의 리간드가 정팔면체의 한
삼각형 평면에 위치하는 경우
-자오선 이성질체(meridional,
mer-)는 착물 전체를 가르는 자
오선상에 3개의 리간드들이 위
치하는 경우
평면 사각형 착물의 이성질체
-평면 사각형 착물은 광학 이성질체쌍을 갖지 않는다.
사면체형 착물의 이성질체
-사면체형 착물은 자기 자신 외에 기하 이성질체를 갖
지 않는다.
팔면체형 착물의 이성질체
- 한 자리 리간드만 결합된 팔면체형 착물의 경우 표에 나
온 개수만큼의 이성질체를 갖는다.
팔면체 착물의 이성질체
Co(en)2Cl2의 이성질체
-Co(en)2Cl2의 경우
이 경우에, 두 자리 리간드 en을 2
개 포함하므로 기하 이성질체를 2
개, 광학 이성질체를 1쌍 가진다.
-기하 이성질체 2개
-광학 이성질체 1쌍
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