소개글
"리간드장이론"에 대한 내용입니다.
목차
1. 결정장 이론과 리간드장 이론
1.1. d-오비탈
1.2. 결정장 이론
1.2.1. 결정장의 정의
1.2.2. d-오비탈의 갈라짐
1.2.3. 리간드장 갈라짐 인자
1.3. 리간드장 이론
1.3.1. 분자 궤도함수 이론
1.3.2. 강한장 리간드와 약한장 리간드
1.4. Co(III) 착물의 특징
1.4.1. Co(II)와 Co(III)의 전자배치 비교
1.4.2. [Co(NH3)4CO3]NO3와 [Co(NH3)5Cl]Cl2의 구조
1.5. 치환성과 난치환성
2. 실험: [Co(NH3)4CO3]NO3 및 [Co(NH3)5Cl]Cl2의 합성
2.1. 실험 원리
2.1.1. Co(III) 착물의 합성
2.1.2. 합성 반응의 메커니즘
2.2. 실험 방법
2.2.1. [Co(NH3)4CO3]NO3의 합성
2.2.2. [Co(NH3)5Cl]Cl2의 합성
2.3. 생성물의 확인 방법
2.3.1. 전기전도도 측정
2.3.2. 적외선 분광분석
2.3.3. 흡광도 측정
3. 참고 문헌
본문내용
1. 결정장 이론과 리간드장 이론
1.1. d-오비탈
d-오비탈은 주양자수 n=3부터 나타나는 오비탈로, 각운동량을 결정하는 방위양자수 l이 2이고 방향을 결정하는 자기양자수 m이 다른 5개의 궤도(0, ±1, ±2)가 존재한다. d-오비탈 역시 s, p 오비탈처럼 주양자수 n값이 커질수록 전체 원자모형이 커지며 n>3인 오비탈은 마디로 인해서 복잡한 확률 분포 양상을 보인다. 정전기와 같은 외부장이 있으면 일반적으로 축퇴도가 없어지고 에너지적으로 분열한다. 전이금속 중 내부 d궤도가 전자로 완전히 채워져 있지 않은 금속군은 고립전자쌍이 있는 리간드와 착이온을 형성한다.
1.2. 결정장 이론
1.2.1. 결정장의 정의
결정장이란 결정성이 있는 원자, 이온, 분자상에서 정전기적 힘에 의한 장을 말한다. 결정장 이론은 결정장 안에서 금속 이온의 전자 구조를 설명하는 이론으로, 점전하를 바탕으로 설명하고 있다. 금속의 d-오비탈의 에너지는 모두 같으며 이를 축퇴되었다고 표현한다. 하지만 정전기장에서는 d-오비탈의 에너지는 나눠져 축퇴도가 감소할 수 있다. 즉 금속 이온의 d-오비탈이 리간드가 제공하는 6개 전자쌍들이 만드는 팔면체 정전기장에 놓여 있을 때, d-오비탈의 전자들이 정전기장에 의해 반발된다. 이를 통해 결정장 안에서 금속 이온의 전자 구조를 설명할 수 있다.
1.2.2. d-오비탈의 갈라짐
d-오비탈의 갈라짐은 결정장 이론에 의해 설명된다. 금속 이온의 d-오비탈은 원자 궤도에 있을 때는 동일한 에너지 준위를 가지지만, 리간드에 의한 정전기장 속에 있으면 에너지 준위가 갈라지게 된다.
정전기장에서 d-오비탈은 두 그룹으로 나뉘게 된다. 리간드의 전자쌍이 위치한 축 위에 있는 d_{x^2-y^2}와 d_{z^2} 오비탈은 리간드와의 정전기적 반발력 때문에 에너지 준위가 높아진다. 반면 리간드 사이에 위치한 d_{xy}, d_{xz}, d_{yz} 오비탈은 정전기장의 영향을 덜 받아 상대적으로 낮은 에너지 준위를 갖는다.
이때 두 그룹의 에너지 준위 차이는 결정장 갈라짐 에너지 Δ_{o}(또는 10Dq)로 나타낸다. 일반적으로 Δ_{o}의 값은 d-오비탈의 갈라짐 정도를 결정하며, 이는 리간드의 종류와 중심 금속이온의 성질에 따라 달라진다.
예를 들어 팔면체 배위 화합물에서 d-오비탈은 t_{2g}와 e_{g}의 두 그룹으로 갈라지게 되는데, t_{2g} 오비탈은 0.4Δ_{o} 만큼 낮은 에너지 상태에 있고 e_{g}는 0.6Δ_{o} 만큼 높은 상태에 있다. 이러한 d-오비탈의 갈라짐은 착물의 색, 자기적 성질, 열역학적 안정성 등 다양한 특성에 영향을 미치게 된다.금속 이온의 d-오비탈이 리간드에 의한 정전기장에 놓이게 되면 d-오비탈의 에너지 준위가 갈라지게 된다. 이는 리간드의 고립 전자쌍과 금속 d-오비탈 전자 간의 정전기적 반발 때문이다.
구체적으로 살펴보면, 팔면체 배위 화합물에서 리간드의 고립 전자쌍이 위치한 축 상에 있는 d_{x^2-y^2}와 d_{z^2} 오비탈은 리간드와의 반발력이 크기 때문에 에너지 준위가 높아진다. 반면 리간드 사이에 위치한 d_{xy}, d_{xz}, d_{yz} 오비탈은 정전기장의 영향을 덜 받아 상대적으로 낮은 에너지 준위를 갖게 된다.
이때 두 그룹의 에너지 준위 차이를 결정장 갈라짐 에너지 Δ_{o}(또는 10Dq)라고 한다. Δ_{o}의 값은 리간드의 종류와 중심 금속의 특성에 따라 달라지며, 이는 착물의 여러 물리화학적 성질에 영향을 미치게 된다.
예를 들어 팔면체 배위 화합물에서는 t_{2g} 오비탈이 0.4Δ_{o} 만큼 낮은 에너지 상태에 있고, e_{g} 오비탈은 0.6Δ_{o} 만큼 높은 상태에 있다. 이러한 d-오비탈의 갈라짐 정도는 착물의 색, 자기적 성질, 열역학적 안정성 등에 영향을 준다.
종합하면, 금속 이온의 d-오비탈은 리간드에 의한 정전기장 속에서 에너지 준위가 갈라지게 되며, 이러한 갈라짐의 정도를 나타내는 Δ_{o}는 착물의 특성을 결정하는 중요한 요인이 된다.
1.2.3. 리간드장 갈라짐 인자
리간드장 갈라짐 인자란 리간드가 중심 금속 이온에 미치는 영향으로 인해 d-오비탈의 에너지 준위가 얼마나 크게 갈라지는지를 나타내는 척도이다. 이 인자는 리간드의 세기에 따라 달라지며, 리간드의 종류와 중심 금속 이온의 종류 및 산화수에 따라서도 변한다.
리간드가 강한 장(strong-field)일수록 d-오비탈 간의 에너지 갈라짐이 크게 나타나고, 약한 장(weak-field)일수록 에너지 갈라짐이 작게 나타난다. 이는 리간드와 중심 금속 간의 상호작용 정도에 따른 것이다. 강한...
참고 자료
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화학교재연구회, 2018, 레이먼드 창의 일반화학 제12판, 사이플러스
John E. Mcmurry, 2012, 맥머리의 유기화학(8판), 사이플러스
안전보건공단 화학물질정보, water, 질산크롬구수화물, acetone, 2019년10월24일, https://msds.kosha.or.kr/kcic/msdssearchMsds.do
americanelements, Chromium(III) chloride hexahydrate, 2019년10월27일, https://www.americanelements.com/chromium-iii-chloride-hexahydrate-10060-12-5
