thumb|upright=1.2|Cisplatin, PtCl2(NH3)2 je koordinacijski kompleks platine(II), sa dva hloridna i dva amonijeva liganda. To je jedan od najuspješnijih lijekova protiv raka.
Koordinacijski kompleks sastoji se od centralnog atoma ili iona, koji je obično metalni i naziva se koordinacijskim centrom, i okolnog niza vezanih molekula ili iona, koji su pak poznati kao ligandi ili agensi za kompleksiranje. Mnogi hemijski spojevi koji sadrže metal, posebno oni od prelaznih metala, su koordinacijski kompleksi. Koordinacioni kompleks čiji je centralni atom metal nazvan je metalni kompleks blok elementa.
Nomenklatura i terminologija Koordinacijski kompleksi toliko su rašireni da su njihove strukture i reakcije opisane na mnogo načina, ponekad zbunjujuće. Atom u ligandu koji je vezan za centralni atom ili ion metala naziva se donorski atom. U tipskom kompleksu, metalni ion vezan je za nekoliko donorskih atoma, koji mogu biti isti ili različiti. Polidentatni (višestruko vezani) ligand je molekula ili ion koji se veže za centralni atom preko nekoliko atoma liganda. Uobičajeni su ligandi sa 2, 3, 4 ili čak 6 veza na centralni atom. Ti se kompleksi nazivaju helatni kompleksi; formiranje takvih kompleksa naziva se helacija, kompleksacija i koordinacija. Središnji atom ili ion, zajedno sa svim ligandima, čine koordinacijsku sferu. Centralni atomi ili atomi iona i donora čine prvu koordinacijsku sferu.
Koordinacija odnosi se na "koordinatne kovalentne veze" (dipolarne veze između liganda i centralnog atoma. Prvobitno je kompleks podrazumijevao reverzibilnu asocijaciju molekula, atoma ili iona preko tako slabe hemijske veze. Primijenjeno na koordinacijsku hemiju, ovo značenje je evoluiralo. Neki metalni kompleksi nastaju gotovo nepovratno, a mnogi su povezani prilično čvrstim vezama.
Broj donorskih atoma koji su vezani za središnji atom ili ion naziva se koordinacijski broj. Najčešći koordinacijski brojevi su 2, 4, a posebno 6. Hidratizirani ion je jedna vrsta složenog iona (ili jednostavno kompleks), vrsta nastala između središnjeg metalnog iona i jednog ili više okolnih liganada, molekula ili iona koji sadrže najmanje jedan usamljeni par elektrona.
Ako su svi ligandi monodentatni, tada je broj donorskih atoma jednak broju liganada. Naprimjer, ion kobalta (II) heksahidrata ili ion heksaakvakobalta(II) [Co(H2O)6]2+ je hidratizirani kompleksni ion koji se sastoji od šest molekula vode, pričvršćenih na metalni ion Co. Stanje oksidacije i koordinacijski broj odražavaju broj veza nastalih između metalnog iona i liganada u kompleksnom ionu. Međutim, koordinacijski broj Pt (en) je 4 (umjesto 2), jer ima dva bidentatna liganda, koji sadrže ukupno četiri donorska atoma.
Bilo koji atom donora daje par elektrona. Postoje neki donorski atomi ili grupe koji mogu ponuditi više od jednog para elektrona. Takvi se nazivaju bidentatni (daje dva para elektrona) ili polidentatni (nudi više od dva para elektrona). U nekim slučajevima, atom ili grupa nudi par elektrona dvama sličnim ili različitim centralnim metalnim atomima ili akceptorima – podjelom elektronskog para – u trocentralnoj dvoelektronskoj vezi. Oni se nazivaju premošćujući ligandi.
Strukture Ako su svi ligandi monodentatni, tada je broj donorskih atoma jednak broju thumb|Struktura heksola Ioni ili molekule koji okružuju središnji atom nazivaju se ligandi. Ligandi su klasificirani kao L ili X (ili njihova kombinacija), ovisno o tome koliko elektrona daju za vezu između liganda i centralnog atoma. L ligandi daju dva elektrona iz usamljenog elektronskog para, što rezultira koordinatnom kovalentnom vezom. X ligandi pružaju jedan elektron, a središnji atom drugi elektron, čineći tako pravilnu kovalentnu vezu. Za ligande se kaže da su koordinirani s atomom. Za alkene, pi-veze mogu se koordinirati s atomima metala. Primjer je etilen u kompleksu [PtCl3(C2H4)]–.
Geometrija U koordinacijskoj hemiji, struktura se prvo opisuje svojim koordinacijskim brojem, brojem liganada koji su vezani za metal (tačnije, brojem donorskih atoma). Obično se mogu brojati vezani ligandi, ali ponekad čak i brojanje može postati dvosmisleno. Koordinacijski brojevi su obično između dva i devet, ali veliki broj liganda nije rijetkost za lantanide i aktinide. Broj veza ovisi o veličini, naboju i konfiguraciji elektrona metalnog iona i liganda. Ioni metala mogu imati više od jednog koordinacijskog broja.
U hemiji kompleksa prijelaznih metala obično dominiraju interakcije između s i p molekulaskih orbitala s atoma donora u ligandima i d orbitala metalnih iona. S, p i d orbitale metala mogu primiti 18 elektrona (vidi pravilo 18-elektrona). Stoga je maksimalni koordinacijski broj za određeni metal povezan s elektroničkom konfiguracijom metalnog iona (tačnije, brojem praznih orbitala) i s omjerom veličine liganada i metalnog iona. Veliki metali i mali ligandi dovode do visokih koordinacijskih brojeva, npr. [Mo(CN)8]4−. Mali metali s velikim ligandima dovode do niskih koordinacijskih brojeva, npr. Pt[P(CMe3)]2. Zbog svoje velike veličine, lantanidi, aktinidi i rani prijelazni metali imaju tendenciju da imaju visoke koordinacijske brojeve.
Većina struktura slijedi uzorak tačaka na sferi (ili, kao da je središnji atom u sredini poliedra, gdje su uglovi tog oblika lokacije liganda), gdje će orbitno preklapanje (između orbitale liganda i metala) i odbijanja ligand-ligand teže dovesti do određenih pravilnih geometrija. Najuočljivije geometrije su navedene u nastavku, ali postoji mnogo slučajeva koji odstupaju od pravilne geometrije, npr. zbog upotrebe liganda različitih tipova (što rezultira nepravilnom dužinom veze, a atomi koordinacije ne slijede uzorak tačaka na sferi. thumb|Struktura heksola Ioni ili molekule koji okružuju središnji atom nazivaju se ligand. Ligandi su klasifikovani kao L ili X (ili njihova kombinacija), ovisno o tome koliko elektrona daju za vezu između liganda i centralnog atoma. L ligandi daju dva elektrona iz usamljeni elektronski par, što rezultira u koordinatna kovalentna veza. X ligandi pružaju jedan elektron, a središnji atom drugi elektron, čineći tako pravilnu kovalentnu vezu. Za ligande se kaže da su koordinisani 'sa atomom. Za alkene, pi veza se mogu koordinirati s atomima metala. Primjer je etilen u kompleksu [PtCl3(C2H4)]–.
Najuočljivije geometrije su navedene u nastavku, ali postoji mnogo slučajeva koji odstupaju od pravilne geometrije, npr. zbog upotrebe liganada različitih tipova (što rezultira nepravilnom dužinom veze; koordinacijski atomi ne slijede uzorak tačaka na kugli), zbog veličine liganda ili zbog elektronskih efekata (vidi, npr. Jahn-Tellerova deformacija):
Linearna za dvokoordinaciju; Trigonalna planarna za trokoordinaciju; Tetraedarska ili kvadratna ravan za četverokoordinaciju; Trigonalna bipiramidna za petokoordinaciju; Oktaedarska za šestokoordinaciju; Peterougaona bipiramidna za sedmokoordinaciju; Kvadratna antiprizmatska za osmokoordinaciju Trostruko ograsničenana trigonalna prizmatična za devet koordinacija.
Idealizirani opisi koordinacija 5-, 7-, 8- i 9- često se geometrijski ne razlikuju od alternativnih struktura s malo različitim uglovima L-M-L (ligand-metal-ligand), npr. razlika između kvadratnih piramidnih i trigonalnih bipiramidnih struktura.Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications
Kvadratna piramidalna za petokoordinaciju Ograničena oktaedra ili kapsulirana trigonalna prizmatična za sedmokoordinacijisku Dodekaedarska ili dvoograničena trigonalna prizmatska za osmokoordinaciju Ograničena kvadratna antiprismatska za devetokoordinaciju.
U sistemima sa malim d brojem elektrona, zbog specijalnih elektronskih efekata kao što je (drugi red) Jahn–Tellerove stabilizacije, određene geometrije (u kojima atomi koordinacije ne slijede uzorak tačke na kugli) stabilizirane su u odnosu na ostale mogućnosti, npr. za neke spojeve trigonalna prizmatska geometrija je stabilizirana u odnosu na oktaedarske strukture za šestokoordinaciju.
Savijena za dvokoordinaciju; Trigonalna piramidalna za trokoordinaciju; Trigonalna prizmatična za šestokoordinaciju.
Izomerija Raspored liganada je fiksiran za dati kompleks, ali u nekim slučajevima je promenljiv reakcijom koja stvara drugi stabilni izomer.
Postoji mnogo vrsta izomerije u koordinacijskim kompleksima, baš kao i u mnogim drugim spojevima.
Stereoizomerija Stereoizomerija se javlja s istim vezama u različitim orijentacijama. Stereoizomerija se dalje može klasificirati, kako slijedu.von Zelewsky, A. "Stereochemistry of Coordination Compounds" John Wiley: Chichester, 1995. .
Cis – trans izomerija i facijalno-meridionalna izomerija Cis-trans izomerija javlja se u oktaedarskim i kvadratnim ravninskim kompleksima (ali ne i u tetraedru). Kada su dva liganda susjedna, kaže se da su u cis, a nasuprot jedni drugima su u trans položaju. Kada tri identična liganda zauzmu jedno lice oktaedra, za izomer se kaže da je lični ili fac. U fac izomeru, bilo koja dva identična liganda su međusobno susjedna ili cis. Ako su ova tri liganda i ion metala u jednoj ravni, za izomer se kaže da je meridionalan ili mer. Izomer mer može se smatrati kombinacijom trans i cis, jer sadrži i trans i cis parove identičnih liganada.
Optička izomerija Optička izomerija se dešava kada kompleks sa svojom ogledalskom slikom nije superponiran. Naziva se tako jer su dva izomera svaki optički aktivni, odnosno rotiraju ravninu polarizovane svjetlosti u suprotnim smjerovima. U prvoj prikazanoj molekuli simbol Λ (lambda) koristi se kao prefiks za opisivanje okreta propelera lijevostrano formiranog od tri bidentatna liganda. Druga molekula je slika u ogledalu prve, sa simbolom Δ ( delta) kao prefiks za okretanje desnog vijka. Treća i četvrta molekula su sličan par Λ i Δ izomera, u ovom slučaju sa dva bidentatna i dva identična monodentatna liganda. .
Strukturna izomerija Strukturna izomerija nastaje kada su veze same po sebi različite. Prepoznata su četiri tipa strukturne izomerije: izomerija ionizacije, izomerija solvata ili hidrata, izomerija povezivanja i izomerija koordinacije. Ionizacijska izomerija – izomeri daju različite ione u rastvoru, iako imaju isti sastav. Ovaj tip izomerije javlja se kada je protiv-ion kompleksa također potencijalni ligand. Naprimjer, pentaaminbromokobalt (III) sulfat [Co(NH3)5Br]SO4 je crveno ljubičast i u otopini daje talog barij-hlorida, što potvrđuje prisustvo sulfatnog ona, dok je pentaaminsulfatekobalt (III) bromid [Co(NH3)5SO4]Br crven i testovi negativni na sulfatni ion u rastvoru, ali umjesto toga daju talog AgBr sa srebrenim nitratom.Huheey, James E., Inorganic Chemistry (3rd ed., Harper & Row 1983), p. 524–5 Solvatna ili hidratna izomerija – izomeri imaju isti sastav, ali se razlikuju po broju molekula rastvarača koji služe kao ligand u odnosu na prosto zauzimajuća mjesta u kristalu. Primjeri: [Cr(H2O)6]Cl3 is violet colored, [CrCl(H2O)5]Cl2·H2O je plavo-zelen, a [CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O tamno zelen. Pogledajte voda za kristalizaciju. Izomerija veze javlja se s ambidentatnim ligandima koji se mogu vezati na više mjesta. Na primjer, NO2 je ambidentatni ligand: može se vezati za metal bilo na N ili na O atomu
Elektronska svojstva Mnoga svojstva kompleksa prijelaznih metala diktiraju njihove elektronske strukture. Elektronska struktura može se opisati relativno ionskim modelom koji pripisuje formalne naboje metalima i ligandima. Ovaj pristup je suština teorija kristalnog polja (CFT). Teorija kristalnog polja, koju je uveo Hans Bethe 1929. godine, daje kvantno mehanički pokušaj razumijevanja kompleksa. Ali teorija kristalnog polja tretira sve interakcije u kompleksu kao ionske i pretpostavlja da se ligandi mogu aproksimirati negativnim tačkastim nabojima.