착물

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1개 또는 그 이상의 원자나 이온을 중심으로 몇 개의 다른 원자, 이온, 분자 또는 원자단 등이 방향성을 갖고 입체적으로 배위하여 하나의 원자 집단을 이루고 있는 화학종을 착물(complex)이라 부른다. 황산 이온(SO₄^2-) 또는 암모늄 이온(NH₄⁺) 등은 정사면체 구조를 가지는 착물의 예로써, SO₄^2-의 경우 중심 원소인 황의 산화 상태(oxidation state)는 +6이고, 주위에 -2의 산화 상태를 가지는 산소 4개가 결합하고 있다.

한편, 위에 언급한 착물에서 중심 원자가 금속이나 유사 금속 원소인 경우를 '금속 착화합물(metal complex)' 또는 줄여서 '금속 착물' 등으로 혼용하여 사용하므로, 이러한 착물이라는 용어는 중심 원소가 금속인 경우를 지칭하는 것이 일반적이다. 즉, [Al(H₂O)₆]³⁺, [Co(NH₃)₆]³⁺, [Co(NO₂)₃(NH₃)₃]와 같이, 알루미늄(Al)과 코발트(Co)의 중심 금속을 가진 착물이라고 부르며, 제시된 세 가지의 화합물은 배위수가 6인 정팔면체 구조의 착물이다. 또한, 금속 착물에서는 중심 금속과의 결합 상태를 명확하게 구분하기 위해 화학식으로 나타낼 때, '[]'로 묶어서 나타내기도 한다. [] 안의 화학종에서 중심 금속에 결합한 원자나 분자들은 중심 금속과 공유 결합을 형성하고 있는 반면에, [] 밖의 화학종은 중심 금속과 이온 결합을 하고 있다. 즉, 아래의 그림에 나타낸 [Co(NH₃)₆]Cl₃ 착물에서 6개의 암민(NH₃) 리간드는 중심 금속인 Co와 배위 공유 결합을 하고 있지만, 3개의 염화 이온(Cl^-)은 이온 결합을 하고 있다

Co(NH₃)₆Cl₃ 착물 ()

- 중심 금속 원자나 이온과 배위 공유 결합을 하는 분자 또는 이온

- 중심 금속과 직접적으로 결합하고 있는 리간드 내의 원자

- 두 개 이상의 주개 원자를 가지거나 하나의 중심 금속과 두 개 이상의 결합을 하는 여러자리 리간드

- 킬레이트 리간드가 배위된 화합물

- 배위 공유 결합한 리간드의 수 또는 주개 원자의 수

- [Co(NH₃)₅Cl]²⁺ 와 같이 착물이 이온 상태인 경우

금속 착물이 가지는 가장 흔한 배위수는 2, 4, 6이며, 배위수에 따라 착물의 기하 구조가 달라진다. 대부분의 금속 착물의 기하 구조는 아래 그림에 나타낸 것과 같이, 금속을 다면체의 중심에 두고 리간드 위치를 다면체 구석(corner)으로 하여 결정된다. 이때, 리간드와 금속 오비탈의 겹침(overlap) 및 리간드-리간드 반발을 고려하면 특정 기하 구조가 형성된다. 리간드의 종류나 크기 또는 얀-텔러 효과(Jahn-Teller effect)와 같은 전자 효과에 따라 다소 변형될 수도 있지만, 일반적으로 가장 흔한 기하 구조 및 착물의 예를 아래에 제시하였다.

착물의 기하 구조 (출처: 대한화학회)

일반적으로 배위수가 2인 경우에는 선형(linear) 구조이며, @@NAMATH_INLINE@@\ce{ [Ag(NH3)2]^+ }@@NAMATH_INLINE@@처럼 중심 금속의 전자 배치가 @@NAMATH_INLINE@@ d^{10} @@NAMATH_INLINE@@인 착물이 선형 구조를 나타낸다. 그리고 배위수가 4인 경우에는 사각 평면형(square planar)이거나 사면체형(tetrahedral) 구조를 가진다. 특히, 사각 평면형 구조는 Pd²⁺, Pt²⁺ 처럼 중심 금속의 전자 배치가 @@NAMATH_INLINE@@ d^{8} @@NAMATH_INLINE@@인 착물에서 많이 나타나는데, @@NAMATH_INLINE@@\ce{ [PtCl4]^{2-} }@@NAMATH_INLINE@@착물이 대표적인 예이다. 한편, 사면체형 구조의 예로 @@NAMATH_INLINE@@\ce{ [CoCl4]^- }@@NAMATH_INLINE@@이 있다. 또한, 배위수가 6인 경우는 가장 흔히 볼 수 있는 착이온의 형태이며, 팔면체형(octahedral) 구조이다.

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