Liên kết tọa độ cộng hóa trị hay liên kết phối trí là một loại liên kết trong đó một trong các nguyên tử được gắn cung cấp tất cả các electron dùng chung.
Trong một liên kết cộng hóa trị đơn giản, mỗi nguyên tử cung cấp một điện tử cho liên kết. Mặt khác, trong liên kết phối trí, các nguyên tử nhường electron để tạo thành liên kết được gọi là nguyên tử cho, trong khi nguyên tử nhận cặp electron tham gia được gọi là nguyên tử nhận (Clark, 2012).
Hình 1: biểu diễn liên kết phối trí giữa nguyên tử cho (N) và nguyên tử nhận (H).
Liên kết phối trí được biểu diễn bằng một mũi tên bắt đầu từ nguyên tử cho và kết thúc ở nguyên tử nhận (Hình 1). Trong một số trường hợp, chất cho có thể là một phân tử.
Trong trường hợp này, một nguyên tử trong phân tử có thể tặng cặp điện tử, đó sẽ là bazơ Lewis, trong khi phân tử có khả năng nhận sẽ là axit Lewis (Liên kết cộng hóa trị phối hợp, SF).
Liên kết phối trí có các đặc điểm tương tự như liên kết cộng hóa trị đơn giản. Các hợp chất có loại liên kết này thường có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp, không tồn tại tương tác cộng kết giữa các nguyên tử (không giống như liên kết ion) và các hợp chất này rất dễ hòa tan trong nước (Atkins, 2017).
Một số ví dụ về tọa độ liên kết cộng hóa trị
Ví dụ phổ biến nhất về liên kết phối trí là ion amoni, được hình thành do sự kết hợp của phân tử amoniac và proton từ axit.
Trong amoniac, nguyên tử nitơ có một cặp electron duy nhất sau khi hoàn thành octet của nó. Cho cặp đơn lẻ này cho ion hydro, do đó nguyên tử nitơ trở thành chất cho. Nguyên tử hydro trở thành chất nhận (Schiller, SF).
Hình 2: biểu diễn liên kết phối trí ion hydronium.
Một ví dụ phổ biến khác về liên kết âm là sự hình thành ion hydronium. Giống như với ion amoni, cặp electron tự do của phân tử nước đóng vai trò là chất cho proton là chất nhận (Hình 2).
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng một khi liên kết phối trí đã được thiết lập, tất cả các hydro gắn với oxy đều hoàn toàn tương đương. Khi một ion hydro bị phân hủy một lần nữa, không có sự phân biệt nào giữa hydro nào được giải phóng.
Một ví dụ tuyệt vời về phản ứng axit-bazơ Lewis, minh họa sự hình thành liên kết cộng hóa trị tọa độ, là phản ứng hình thành cộng bo triflorua với amoniac.
Bo trifluoride là một hợp chất không có cấu trúc khí cao quý xung quanh nguyên tử bo. Boron chỉ có 3 cặp electron trong lớp vỏ hóa trị của nó nên BF3 được cho là thiếu electron.
Cặp electron không chia sẻ của nitơ amoniac có thể được sử dụng để khắc phục sự thiếu hụt đó, và một hợp chất được hình thành có liên quan đến liên kết phối trí.
Hình 3: Chất cộng giữa phân tử bo triflorua và amoniac.
Cặp electron đó từ nitơ được tặng cho quỹ đạo p trống của bo. Ở đây amoniac là bazơ Lewis và BF3 là axit Lewis.
Hóa học phối hợp
Có một nhánh hóa học vô cơ dành riêng cho việc nghiên cứu các hợp chất tạo thành kim loại chuyển tiếp. Các kim loại này liên kết với các nguyên tử hoặc phân tử khác thông qua liên kết phối trí để tạo thành các phân tử phức tạp.
Những phân tử này được gọi là hợp chất phối trí và khoa học nghiên cứu chúng được gọi là hóa học phối trí.
Trong trường hợp này, chất liên kết với kim loại, chất cho điện tử, được gọi là phối tử và các hợp chất phối trí thường được gọi là phức chất.
Các hợp chất phối hợp bao gồm các chất như vitamin B12, hemoglobin và chất diệp lục, thuốc nhuộm và chất màu, và các chất xúc tác được sử dụng để điều chế các chất hữu cơ (Jack Halpern, 2014).
Một ví dụ về ion phức sẽ là phức coban 2+ , sẽ là dichloroaminenethylenediamine coban (IV).
Hóa học của sự phối hợp phát triển nhờ công trình của Alfred Werner, một nhà hóa học người Thụy Sĩ, người đã kiểm tra các hợp chất khác nhau của clorua coban (III) và amoniac. Sau khi thêm axit clohydric, Werner nhận thấy rằng không thể loại bỏ hoàn toàn amoniac. Sau đó, ông đề xuất rằng amoniac nên liên kết chặt chẽ hơn với ion coban trung tâm.
Tuy nhiên, khi thêm bạc nitrat trong nước, một trong những sản phẩm được tạo thành là bạc clorua rắn. Số lượng bạc clorua được tạo thành liên quan đến số lượng phân tử amoniac liên kết với coban (III) clorua.
Ví dụ, khi bạc nitrat được thêm vào CoCl 3 · 6NH 3 , cả ba clorua đều được chuyển thành bạc clorua.
Tuy nhiên, khi bạc nitrat được thêm vào CoCl 3 · 5NH 3 , chỉ có 2 trong số 3 clorua tạo thành bạc clorua. Khi xử lý CoCl 3 .4NH 3 bằng bạc nitrat, một trong ba clorua kết tủa là bạc clorua.
Kết quả quan sát cho thấy sự hình thành các hợp chất phức tạp hoặc phối trí. Trong hình cầu phối trí bên trong, còn được gọi trong một số văn bản là hình cầu thứ nhất, các phối tử được gắn trực tiếp vào kim loại trung tâm.
Trong hình cầu phối trí bên ngoài, đôi khi được gọi là hình cầu thứ hai, các ion khác được gắn vào ion phức. Werner được trao giải Nobel năm 1913 cho lý thuyết phối hợp của ông (Giới thiệu về Hóa học phối hợp, 2017).
Thuyết phối trí này làm cho các kim loại chuyển tiếp có hai loại hóa trị: hóa trị thứ nhất do số oxi hóa của kim loại quyết định và hóa trị còn lại gọi là số phối trí.
Số oxi hóa cho biết kim loại có thể hình thành bao nhiêu liên kết cộng hóa trị (ví dụ sắt (II) tạo ra FeO) và số phối trí cho biết có bao nhiêu liên kết phối trí có thể được hình thành trong phức chất (ví dụ sắt có số phối trí 4 tạo ra - và 2- ) (Các hợp chất điều phối, 2017).
Trong trường hợp của coban, nó có số phối trí 6. Đó là lý do tại sao trong các thí nghiệm của Werner, khi thêm bạc nitrat, lượng bạc clorua sẽ tạo ra coban có phối hợp hexaco luôn thu được.
Các liên kết phối trí của loại hợp chất này có đặc điểm là có màu.
Trên thực tế, chúng chịu trách nhiệm về màu sắc điển hình liên quan đến kim loại (sắt đỏ, xanh coban, v.v.) và rất quan trọng đối với các phép thử quang phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử (Skodje, SF).
Người giới thiệu
- Atkins, PW (2017, ngày 23 tháng 1). Liên kết hóa học. Phục hồi từ britannica.com.
- Clark, J. (2012, tháng 9). TRÁI PHIẾU CO-ORDINATE (DATIVE COVALENT). Được khôi phục từ chemguide.co.uk.
- Phối hợp Liên kết cộng hóa trị. (SF). Phục hồi từ chemistry.tutorvista.
- Các hợp chất phối hợp. (2017, ngày 20 tháng 4). Được khôi phục từ chem.libretexts.org.
- Giới thiệu về Hóa học Phối hợp. (2017, ngày 20 tháng 4). Được khôi phục từ chem.libretexts.org.
- Jack Halpern, GB (2014, ngày 6 tháng 1). Hợp chất phối trí. Phục hồi từ britannica.com.
- Schiller, M. (SF). Phối hợp Liên kết cộng hóa trị. Được khôi phục từ easychem.com.
- Skodje, K. (SF). Liên kết cộng hóa trị tọa độ: Định nghĩa & Ví dụ. Phục hồi từ study.com.