본문내용
1. 킬레이트 화합물의 합성
1.1. 실험 목적 및 원리
1.1.1. 화학결합
화학결합이란 광물을 구성하는 원자들이 하나의 집합체를 형성할 수 있도록 해주는 원자들 사이에 작용하는 힘 또는 그 결합 자체를 의미한다. 원자 간의 상호작용 양상에 따라 강한 결합(strong chemical bonding)과 극성을 띄는 원자 또는 분자 사이에 작용하는 상대적으로 약한 결합력에 의한 결합으로 나눌 수 있다.
강한 원자간 결합은 다시 이온결합, 공유결합, 금속결합으로 구분된다. 이온결합은 서로 다른 극성의 양이온과 음이온이 정전기적 인력에 결합하는 것이며, 공유결합은 두 개의 원자가 외각 전자를 공유하며 결합하는 것이다. 금속결합은 금속 원자들의 외각 전자들이 자유롭게 이동하는 전자구름 사이에 작용하는 정전기적 인력에 의해 형성된다.
이처럼 화학결합은 물질을 구성하는 기본적인 단위인 원자들이 다양한 결합 방식으로 결합하여 안정한 화합물을 형성하는 과정이다. 화학결합의 종류와 결합의 세기에 따라 물질의 성질이 달라지므로, 화학결합에 대한 이해는 물질의 구조와 성질을 이해하는 데 필수적이다.
1.1.2. 착화합물
착화합물은 중심 전이 금속 원자나 이온에 여러 개의 리간드가 결합하여 형성된 화합물이다. 황산구리(CuSO4)를 물에 녹이면 Cu2+와 SO42-로 해리되는데, 이때 Cu2+는 물 분자와 배위결합하여 [Cu(H2O)6]2+의 구조를 가지게 된다. 이처럼 리간드가 중심 금속 원자나 이온과 배위 공유 결합을 하여 형성된 화합물을 착화합물 또는 배위화합물이라고 한다.
착화합물은 중심 금속 원자에 n개의 리간드가 배위된 구조를 가지고 있다. 일반적으로 중심 금속 원자가 2개 이상의 여러 자리 리간드와 배위결합하여 고리 모양의 구조를 가진 착화합물을 킬레이트 화합물이라고 한다. 착화합물은 전이금속이 중심 원자인 경우 특유의 색을 가지며, 촉매로 사용되는 경우가 많다. 또한 착화합물이 전하를 띠는 경우 착이온(complex ion)이라고 불린다.
따라서 착화합물은 중심 금속 원자나 이온을 둘러싸고 있는 리간드에 의해 형성된 화합물로, 리간드의 종류와 배위 구조에 따라 착화합물의 특성이 달라진다고 할 수 있다.
1.1.3. 리간드의 종류
리간드(ligands)는 배위 화학(coordination chemistry)에서 중심 금속원자에 결합하여 배위 착화합물(coordination complex)을 형성하는 이온 또는 분자를 뜻한다. 이때 금속과의 결합은 일반적으로 하나 이상의 리간드로부터 전자쌍을 제공받아 이루어진다.
리간드는 전하, 크기, 결합에 참여한 원자의 종류, 금속에 전달된 전자의 개수 등 여러 가지 방법으로 분류할 수 있으며, 리간드의 원추 각(cone angle)으로 표시되기도 한다. 여러 자리 리간드를 킬레이트 리간드라고 한다. 사이안화 이온은 착화합물을 이룰 때 탄소 원자가 금속에 배위하며, 에틸렌다이아민은 두 개의 질소원자가 배위한다. 착화합물에 결합된 리간드의 종류에 따라 리간드 치환(ligand substitution) 반응, 리간드 자체 반응, 산화환원(redox)을 포함하여 중심 원자의 반응성이 결정된다. 리간드는 생무기(bioinorganic), 의약 화학(medicinal chemistry), 균일 촉매(homogeneous catalysis), 및 환경 화학(environmental chemistry) 등의 영역 특성에 알맞게 선택해야 한다.
1.1.4. 착화합물의 배위 구조와 형성
착화합물은 중심 전이 금속 원자나 이온에 여러 개의 리간드가 결합하여 형성된다. 가장 자주 접할 수 있는 착화합물은 가진 리간드가 4개일 때는 주로 사면체 혹은 평면 사각형 배위구조를 취하고, 5개일 경우 삼각쌍뿔이나 사각뿔, 6개일 때는 팔면체 배위구조를 가진다.
황산구리 수용액에서...
