Koordinointikemia

Koordinointikemia on kemian ala, joka tutkii koordinointiyhdisteitä, joissa metalliatomi tai -ioni sitoutuu ligandeihin ja muodostaa komplekseja. Keskeistä on se, miten metallin ja ligandiden väliset sidokset vaikuttavat yhdisteen rakennetta, vakautta ja reaktiivisuutta. Kompleksit voivat muodostua siirtymämetalleista, harvinaisista maametalleista sekä muista metallilajeista.

Keskeiset käsitteet: koordinaatioluku ilmaisee, montako sidosta ligandeille muodostuu metallin ympärille; yleisiä geometrioita ovat oktaedraalinen, tetraedraalinen ja neliöplanaarinen. Ligandi voi olla monodentte (yksi donoriatomi), bidentaatinen (kaksi donoriatomi) tai multidentaatinen; monidentiteetti johtaa usein chelaatioon, jolloin kompleksi on erityisen vakaa.

Teoriat: valenssikaava ja kristallikenttäteoria (KKT) sekä ligandikenttäteoria (LKT) kuvaavat, miten ligandiden vahvuus ja lähestymistapa vaikuttavat metallin d-orbitaalien energiaan. Spektrikemiallinen sarja sekä UV-Vis-spektroskopia ja magneettiset ominaisuudet ovat työkaluja näiden vaikutusten arvioimiseksi. Jahn–Teller-efektistä voi aiheutua distorsioita tietyissä elektronitilanteissa.

Rakenteet ja ominaisuudet: kompleksit voivat olla inerttejä tai labiileja sidoksenvaihdon nopeuden suhteen; niiden UV-Vis-spektroskopia sekä magneettiset ominaisuudet antavat tietoa rakenteesta ja elektronisesta tilasta.

Sovellukset: koordinointikemia on keskeinen katalyysissä, bioinorganisissa prosesseissa sekä lääketieteessä (esim. MRI-kontrastiaineet) ja materiaalitieteessä, kuten optisten ja magnettisten aineiden kehittämisessä.

Historia: Alfred Werner kehitti koordinointikemian modernin perustan 1890-luvulla osoittaen, että metallin ja ligandeiden muodostamat kompleksit ovat määritellyillä koordinaatiorakenteilla.