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1. 배위수와 화합물 구조
1.1. 원자 크기와 배위수
원자의 질량은 핵에 의해 결정되고, 크기는 전자에 의해 결정된다. 그러나 양자론의 관점에서 보면, 전자의 위치와 속도를 정확히 측정할 수 없다는 "불확정성의 원리"에 의해 원자 크기를 정확히 정의하기는 어렵다. 따라서 원자 및 이온 크기는 분자 또는 결정을 구성하는 원자 및 이온 핵 간의 거리를 바탕으로 계산된 가상의 크기로 볼 수 있다. 이러한 원자 및 이온 반경은 결합 환경에 따라 조금씩 달라질 수 있다.
이온과 이온의 결합으로 결정이 만들어질 때, 특정 이온이 다른 이온들에 의해 둘러싸이는 현상을 배위(coordination)라 한다. 둘러싸고 있는 이온들의 수를 배위수(coordination number)라고 한다. 배위수는 둘러싼 이온과 둘러싸인 이온 간의 크기 비율, 즉 이온 반경비(ionic radius ratio)에 의해 결정된다.
이온 반경비에 따라 배위수가 결정되는데, 불규칙한 배위 구조로부터 규칙적인 다면체 배위 구조까지 다양하게 나타난다. 예를 들어 이온 반경비가 0.414인 경우 정팔면체 구조를 갖는 배위수 6을 갖는다. 이와 같이 배위수에 따른 화합물의 기하학적 구조가 결정되며, 이는 화합물의 물리화학적 성질에 영향을 미친다.
1.2. 이온 반경비와 배위수
이온 반경비와 배위수는 밀접한 관련이 있다. 이온 반경비에 따라 중심 금속 이온을 둘러싸고 있는 리간드의 수, 즉 배위수가 결정되기 때문이다.
양이온과 음이온의 이온 반경비가 0.414 정도일 경우, 양이온을 중심으로 6개의 음이온이 배위하여 팔면체 구조를 이루게 된다. 이온 반경비가 0.732일 경우에는 4개의 음이온이 정사면체 구조로 배위하게 된다. 이처럼 이온 반경비에 따라 특정한 배위수와 기하 구조가 안정화되는 것이다.
일반적으로 이온 반경비가 0.155-0.225이면 2배위, 0.225-0.414이면 4배위, 0.414-0.732이면 6배위, 0.732-1.000이면 8배위가 안정하다. 이는 이온 간 반발력과 인력의 균형을 이루는 구조로 결정되기 때문이다.
예를 들어 Mg2+와 Cl-의 이온 반경비는 0.45로, 6배위 팔면체 구조의 MgCl6
2-가 안정하다. 반면 Na+와 Cl-의 이온 반경비는 0.56으로, 8배위 입방체 구조의 NaCl이 안정하다.
이러한 배위 구조는 화합물의 물리화학적 성질, 결정 구조, 스펙트럼 등에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 이온 반경비와 배위수의 관계를 이해하는 것은 배위 화합물의 구조와 성질을 예측하는데 매우 중요하다고 할 수 있다.
1.3. 배위수에 따른 화합물 구조
배위수에 따른 화합물 구조는 매우 다양하게 나타나는데, 이는 중심 금속 원자나 이온과 그 주변의 리간드 원자들 간의 결합 형태에 따라 달라지기 때문이다. 중심 금속 주변의 리간드 수를 배위수(coordination number)라고 하는데, 배위수에 따라 정사면체, 팔면체, 삼각 쌍뿔 등의 다양한 기하학적 구조가 관찰된다.
일반적으로 배위수가 2인 경우 직선형 구조를, 배위수가 3인 경우 삼각 평면 구조를, 배위수가 4인 경우 정사면체 구조를, 배위수가 6인 경우 팔면체 구조를 나타낸다. 이러한 배위수와 기하학적 구조의 관계는 다음과 같이 정리할 수 있다.
배위수가 2인 경우: 직선형 구조
배위수가 3인 경우: 삼각 평면 구조
배위수가 4인 경우: 정사면체 구조
배위수가 5인 경우: 삼각 쌍뿔 또는 사각 피라미드 구조
배위수가 6인 경우: 팔면체 구조
배위수가 7인 경우: 삼각 쌍뿔 구조
배위수가 8인 경우: 사각 배치 구조
배위수가 9인 경우: 삼각 쌍뿔 구조
배위수가 10인 경우: 사면체 구조
이처럼 배위수에 따라 금속 착화합물의 기하학적 구조가 달라지며, 이는 리간드와 중심 금속 간의 상호작용 및 안정성에 큰 영향을 미친다. 따라서 금속 착화합물의 구조와 성질을 이해하기 위해서는 배위수에 대한 지식이 필수적이다.""
2. 금속-DMSO 배위 화합물의 성질
2.1. DMSO의 배위 결합 특성
DMSO의 배위 결합 특성은 다음과 같다. DMSO는 중심 원자인 황 원자와 두 개의 메틸기, 그리고 산소 원자로 구성된 분자 구조를 가지고 있다. DMSO의 황 원자는 전자쌍을 제공하는 염기 역할을 하며, 금속 이온과 배위 결합을 형성할 수 있다. 배위 결합 시 DMSO의 산소 원자는 부분적인 음전하를 띠게 되고 황 원자는 부분적인 양전하를 갖게 된다. 이에 따라 S=O 결합의 결합 차수가 감소하게 된다. 한편 금속 이온이 전자를 제공하면 황 원자에서 S=O 결합 차수가 증가하게 된다. 이처럼 DMSO는 금속 이온과 배위 ...
