Koordinační chemie

Zleva - dvoujaderný komplex s můstkovým ligandem a dvoujaderný komplex s vazbou kov - kov

Centrální atom je Lewisova kyselina, protože obsahuje volné orbitaly. Slouží jako akceptor (příjemce) elektronových párů od ligandů. Komplexy lze tedy za určitých okolností považovat za Lewisovy soli. Centrální atomy jsou nejčastěji d-prvky (přechodné kovy), existují i komplexy s s-prvky a p-prvky (např. Na₃[AlF₆]). Běžné komplexy obsahují pouze jeden centrální atom (jsou tzv. jednojaderné), ale existují i komplexy s více centrálními atomy (dvoujaderné, polyjaderné). V takovýchto vícejaderných komplexech mohou být centrálních atomy vázány spolu buď prostřednictvím ligandu (tzv. můstkový ligand) nebo přímo vazbou kov - kov. Komplexy, které obsahují tři nebo více centrálních atomů vázaných přímo vazbou kov – kov, se nazývají klastry (cluster=hnízdo).

Shora - Podand, koronand a kryptand

Ligandy v komplexech vystupují nejčastěji jako Lewisovy báze, což jsou částice, které obsahují záporný náboj nebo alespoň volný elektronový pár. Velmi vzácně může být ligandem i kationt. Tato situace nastává například u hydrazinu, který přijal pouze jeden kation vodíku a díky toho má stále ještě jeden volný elektronový pár. Volný elektronový pár je v ligandu obvykle lokalizován na elektronegativním atomu (halogen, kyslík nebo dusík). Lze se setkat i s ligandy, které nemají žádný záporný náboj nebo volný elektronový pár a přesto tvoří komplexy. Tyto komplexy obsahují vhodný systém π-elektronů. Takovými ligandy jsou například benzen nebo ethyn.

Ligandy se dělí podle své denticity. Podle počtu koordinačně kovalentních vazeb, které jsou schopny s centrálním atomem vytvořit. Ligandy se tedy dělí na jednovazné, dvojvazné, více vazné (monodentátní, bidentátní, polydentátní). Většinou je počet donorových atomů roven vaznosti ligandu. Výjimku tvoří ambidentátní ligandy. Tyto ligandy obsahují více donorových atomů, ale mohou se vázat pouze na centrální atom jedním z nich. Jako příklad slouží thiokyanatanový a izothiokyanatanový anion. Vícevazné ligandy, které se vážou na centrální atom více donorovými atomy, tvoří v struktuře cyklická uspořádání – tzv. chelátové kruhy. Takovým komplexům se říká cheláty. Tyto komplexy se mohou dále členit na speciální skupiny. Podle tvaru na podandy (lineární polyethery), koronandy neboli crowny (cyklické polyethery) a kryptandy (polycyklické polyethery). Komplexy s těmito ligandy se označují jako podáty, koronáty a kryptáty.

Koordinační sféra je soubor ligandů vázaných na centrální atom. Pokud jsou všechny ligandy vázané na centrální atom stejné, tak se tato sféra označuje jako homogenní. Pokud jsou na centrálním atomu různé druhy ligandů, tak se sféra označuje jako heterogenní. Koordinační číslo je množství vazeb mezi centrálním atomem a ligandy. Toto číslo je rovno počtu ligandů pouze v případě, že všechny ligandy jsou jednovazné.

Koordinační vazba neboli koordinačně-kovalentní vazba je vazba vznikající v komplexních sloučeninách. V počátcích koordinační chemie bylo předpokládáno, že tato vazba vzniká mezi centrálním atomem (akceptorem elektronováho páru) a ligandy (donorem elektronového páru), čili že jde o sdílení elektronových párů a tedy tvorbu kovalentní vazby mezi centrálním atomem a ligandy. V úplných počátcích teorie koordinační vazby se navíc předpokládalo, že ligandy doplňují atomu přechodného kovu tolik elektronů, aby dosáhl stabilní konfigurace následujícího vzácného plynu - to by znamenalo, že pro každý atom je počet ligandů konstantní. Později byla tato teorie doplněna o možnost hybridizace atomu. Zhruba ve stejné době vytvořili fyzici teorii, která vysvětlovala magnetické a i spektrální vlastnosti (barevnost) komplexů. Pro chemiky bylo ovšem nepřijatelné, že se v této teorii vysvětlovala koordinační vazba pouze čistým elektrostatickým přitahováním mezi centrálním atomem a ligandy. Další teorie sjednotila dvě předchozí a vytvořila nefelauxetickou řadu, v níž byly ligandy seřazeny podle rostoucích schopností tvořit kovalentní charakter vazby. Doposud poslední, avšak nejsložitější teorií, dokonale popisuje všechny vlastnosti koordinačních sloučenin. Pro běžné používání je však nepraktická, jelikož je velmi složitá. V dnešní době se ale díky moderním počítačům používá stále častěji.