銅の錯体ってどうして正方形なの？

みなさんこんにちは！

ともきです！

勉強は早い時期からやったもん勝ち！

「今すぐ」この記事を「最後まで」読むことで、

早い時期から勉強に「差」をつけよう！

さて以前の記事について、

錯イオンの立体構造には

配位子の数＆VSEPR則

の二つが関わっていることを学んだ。

配位数：２個 ならば 直線形

配位数：４個 ならば 正四面体形

配位数：６個 ならば 正八面体形

になるんだったね！

しか～し！　例外が存在する！

テトラアンミン銅(II)イオン：[Cu(NH3)4]2+

テトラヒドロキシアルミン(III)酸イオン：[Al(OH)4]-

は配位子が４つしかないのに

正方形形になるんだ！

今回はこの「謎」を解き明かしていくよ。

銅イオンの「謎」

あらかじめ注意しておくと、

テトラアンミン銅(II)イオンでは

高校化学の範囲を大幅に超えた

大学で学ぶ高度な知識が必要なんだ。

今回は高校生でも理解できるように

かみ砕いて説明していくよ～

一言に要約して説明すると、ズバリ！

「本当は６配位の錯体なんだけど

ヤーンテラー効果で形が歪んで

正方形のように見える」

初めて聞く単語が登場したはずだ。

まず「ヤーンテラー効果」とは何だろうか？

ヤーンテラー効果とは、

「エネルギーを安定化しようとして

分子の立体構造が変化すること」

を意味する化学用語だ！

この場合は、

正四面体形や八面体形ではなくて、

正方形形がエネルギー的に安定である

ことがいえるね！

今度は配位数に着目してみよう。

水分子は極性分子であるから、

酸素原子は負に

水素原子は正に帯電している。

すなわちイオンに近い状態なので、

さらに水分子が二つ結合するのは容易で

実際は「[Cu(NH3)4(H2O)2]2+」

の６配位で存在している。

４配位ではなく６配位になる理由はこれだ。

これ以上の詳細な説明は、

d電子だったり、縮退の解消だったりと

高校では理解し難い概念が多数登場するので

省きます！　すみません！

それではお粗末なブログになっちゃうので、

ヤーンテラー効果が起こりやすい錯体を

説明しておきます。

それはズバリ！

・遷移金属の八面体形錯体

・銅(II)錯体

が起こりやすくなる条件だ！

これをテトラアンミン銅(II)イオンに適用すると、

・本当は６配位になる

・銅(II)イオンが中心原子

と、見事条件に一致してる！

だからこそ、テトラアンミン銅(II)イオンは

✓ヤーンテラー効果を起こしたがって

✓正方形形になることで

✓エネルギー的に安定になるんだ！

正直、大学入試で問われない題材だけど

覚えておいて損はないし、

落単のリスクを少しでも回避できるなら

頭に留めておく程度に知っておくべき！

本日はここまで！

次回はテトラヒドロキシアルミン(III)酸イオン

の理由について説明するよ。

一読ありがとうございました！