background image

COORDINATION COMPLEXES

Prof.Dr. Amer A. Taqa

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

The d block metal form 

coordination complexes

 with molecules and ions

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

19.1 Coordination complexes

What is the electronic basis of the color of metal complexes?

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Color and Magnetism

• e

 in partially filled d sublevel absorbs visible light

moves to slightly higher energy d orbital

Magnetic properties due to unpaired electrons

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Coordination complex: A structure containing a metal (usually a metal ion)

bonded (coordinated) to a group of surrounding molecules or ions.

Ligand

 (ligare is Latin, to bind): A ligand is a molecule or ion that is directly

bonded to a 

metal ion

 in a coordination complex

Coordination sphere

: A metal and its surrounding ligands

A ligand uses a lone pair of electrons (Lewis base) to bond to the

metal ion (Lewis acid)

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Complex ions:  Three common structural types

Octahedral:

Most important

Tetrahedral

Square planar

What determines why a metal takes one of these shapes?

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Lewis

 acids and bases

Lewis base

 is a molecule or ion that 

donates

 a lone pair of electrons to

make a bond

Lewis acid

 is a molecule of ion that 

accepts

 a lone pair of

electrons to make a bond

Examples:

Examples:

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Lewis acid: Co

3+

Lewis base:

Coordination complex: Lewis base

(electron pair donor) coordinated to

a Lewis acid (electron pair acceptor)

Coordination complex: Ligand (electron

donor) coordinated to a metal

(electron acceptor)

The formation of a coordinate complex is a 

Lewis acid-base reaction

The number of ligand bonds to the central metal atom is termed the

coordination number

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

The basic idea is that the ligand (Lewis base) is providing electron

density to the metal (Lewis acid)

In terms of theory we visualize the coordination as the transfer of

electrons from the  orbital of the Lewis base to the lowest unoccupied

orbital of the Lewis acid

Co

3+

The bond from ligand to metal is covalent (shared pair), but both

electrons come from the ligand (

coordinate covalent

 bond)

Lewis

base

Lewis

acid

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Types of Ligands (electron pair donors: 

Monodentate (one tooth) Ligands

Latin: “mono” meaning one and “dens” meaning tooth

Anions

Molecules with
lone pairs

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Types of Ligands: Bidentate (two tooth) Ligands

Some common bidentate (chelates):

(

en

)

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Types of Ligands: Ethylenediaminetetraacetate ion (EDTA): a polydentate

chelating

 ligand

Chelate from

Greek 

chela,  “claw”

EDTA wraps around the metal ion at

all 6 coordination sites producing an

exceedingly tight binding to the

metal

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Alfred Werner
Switzerland
University of Zurich
Zurich, Switzerland
b. 1866
(in Mulhouse, then Germany)
d. 1919

The Nobel Prize in Chemistry 1913

"in recognition of his work on the

linkage of atoms in molecules by which

he has thrown new light on earlier

investigations and opened up new

fields of research especially in

inorganic chemistry"

Alfred Werner: the father of the

structure of coordination complexes

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

(2) Brackets 

[]

 are used to indicate all of the atomic composition of the

coordinate complex: the 

central metal atom

 and the 

ligands

. The symbol

for the 

central metal atom

 of the complex is first within the brackets

(3)

Species

 outside of the 

[]

 are not coordinated to the metal but are

require to maintain a charge balance

(1) A coordination compounds is a 

neutral

 species consisting of a

coordinate complex and uncoordinated ions required to maintain the

charge balance

[

Co

(NH

3

)

6

]

Cl

3

Composition of complex

Free species

[

Co

(NH

3

)

6

]

3+

3 Cl

-

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Werner‛s explanation of coordination complexes

Metal ions exhibit 

two

 kinds of valence: 

primary

 and 

secondary

 valences

The 

primary

 valence is the oxidation number (positive charge) of the

metal (usually 2+ or 3+)

The 

secondary

 valence is the number of atoms that are directly bonded

(coordinated) to the metal

The secondary valence is also termed the “coordination number” of the

metal in a coordination complex

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Exemplar of primary and secondary valence: [Co(NH

3

)

6

]Cl

3

[Co(NH

3

)

6

]

3+

What is the atomic composition

of the complex?

What is the net charge of the

complex?

[Co(NH

3

)

6

]Cl

3

How do we know the charge is 3+ on

the metal?

3+ is  required to balance the three

Cl

ions

The secondary valence of [Co(NH

3

)

6

]Cl

3

 is

The primary valence of [Co(NH

3

)

6

]Cl

is

3 (charge on Co

3+

)

6 (six ligands)

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Structures of Coordination Complexes: The ammonia

complexes of Co(III) = Co

3+

CoCl

3

.

6NH

3

CoCl

3

.

5NH

3

CoCl

3

.

4NH

3

CoCl

3

.

3NH

3

In all of these complexes there are no free NH

3

 molecules

(No reaction with acid)

3 “free” Cl

-

 ions

Orange-Yellow

2 “free” Cl

-

 ions

Purple

1 “free” Cl

-

 ions

Green

0 “free” Cl

-

 ions

Green

How did Werner deduce the structure of coordination complexes?

Ions

released

Compositio

n

Colo

r

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Compound 1:

CoCl

3

.

6NH

 = [Co(NH

3

)

6

]

3+

(Cl

-

)

3

 = [Co(NH

3

)

6

](Cl)

3

Conclude: 3 free Cl

-

 ions, 

complex = [Co(NH

3

)

6

]

3+

Compound 2:

CoCl

3

.

5NH

 = [Co(NH

3

)

5

Cl]

2+

(Cl

-

)

2

 = [Co(NH

3

)

5

Cl](Cl)

2

Conclude: 2 free Cl

-

 ions, 

complex = [Co(NH

3

)

5

Cl]

2+

Compound 3:

CoCl

3

.

4NH

 = [Co(NH

3

)

4

Cl

2

]

1+

(Cl

-

) = [Co(NH

3

)

4

Cl

2

](Cl)

Conclude: 1 free Cl

-

 ion, 

complex = [Co(NH

3

)

4

Cl

2

]

1+

Compound 4:

CoCl

3

.

3NH

 = 

[Co(NH

3

)

3

Cl

3

] = complex

No free Cl

-

 ions, both Cl

-

 and NH

3

 in sphere

“free” Cl

-

 is not in sphere; all NH

molecules are is in sphere

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

CoCl

3

.

6NH

3

CoCl

3

.

5NH

3

CoCl

3

.

4NH

3

Isomers!

Coordination complexes: Three dimensional structures

Cl

-

Cl

-

Cl

-

Cl

-

Cl

-

Cl

-

Cl

-

Bond toward

you

Bond away from

you

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Coordination Compound

• Consist of a 

complex ion 

and necessary 

counter

ions

[Co(NH

3

)

5

Cl]Cl

2


• Complex ion:

[Co(NH

3

)

5

Cl]

2+

Co

3+

  +   5 NH

3

   +   Cl

   =

1(3+)  +    5 (0)     +  1(1‐)

   =    2+

• Counter ions:

2 Cl

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

K

3

[Fe(CN)

6

]

K

2

[PtCl

4

]

Na

2

[Fe(CO)

4

]

[Co(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]Cl

3

[Ni(H

2

O)(NH

3

)

4

]SO

4

Na

2

[OsCl

5

N]

[CoCl(NO

2

)(NH

3

)

4

]Cl

[CoCl(NH

2

)(en)

2

]NO

3

[FeH(CO)

3

(NO)]

[PtCl(NH

2

CH

3

)(NH

3

)]Cl

NOW some for you to try!!!

Potassium hexacyanoferrate(III)

Potassium tetrachloroplatinate(II)

Sodium Tetracarbonylferrate(II)

Tetraammindiaquacobalt(III) chloride

Tetraaminediaquanickel(II) sulfate

Sodium pentachloronitridoosmate(VI)

Tetraaminechloronitritocobalt(III) chloride

Amidochlorobis(ethylenediamine)cobalt(III) chloride

Tricarbonylhydridonitrosyliron(I) ?(II)??

Amminchloro(methylamine) platinum(II) chloride

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

[V(H

2

O)

6

]

2+

[V(H

2

O)

6

]

3+

[Cr(NH

3

)

6

]

3+

[Cr(NH

3

)

5

Cl]

2+s

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Linkage Isomers

[Co(NH

3

)

5

(NO

2

)]Cl

2

Pentaamminenitrocobalt(III)

chloride

[Co(NH

3

)

5

(ONO)]Cl

2

Pentaamminenitritocobalt(III)

chloride

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Chromium

Chemical properties reflect oxidation state

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Water in outer sphere (water that is

part of solvent)

Water in the inner sphere

water (water is a ligand in

the coordination sphere of

the metal)

Hydrate isomers:

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Linkage isomers

Bonding to metal may occur at the 

S

 or

the 

atom

Example:

Bonding occurs from

N

 atom to metal

Bonding occurs from

S

 atom to metal

Prof.Dr. Amer A. Taqa


background image

Stereoisomers: geometric isomers (cis and trans)

Cl

-

Cl

Prof.Dr. Amer A. Taqa




رفعت المحاضرة من قبل: Maryam WaadAllah
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 144 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل