위키원
착이온
착이온(錯離子, Complex Ion)은 중심 금속이온에 리간드라 불리는 분자가 결합한 이온성 화합물이다. 착이온은 중심 금속이온이 리간드와 배위결합(공유 전자쌍을 제공받아 형성하는 결합)을 통해 이루어지며, 화학적으로 매우 안정하고 독특한 성질을 가지기 때문에 다양한 분야에서 중요하게 다루어진다. 착이온은 생화학, 무기화학, 촉매, 금속 추출 및 정제 과정 등에서 중요한 역할을 하며, 금속의 전이 상태와 반응성을 연구하는 데 필수적인 개념이다.
목차
개요[편집]
착이온은 중심금속이온에 리간드가 결합하여 이루어진 이온을 뜻한다. 착이온에서 중심금속이온의 전하량은 착이온의 전하량에서 리간드의 총전하량을 뺀 값이다. 착이온은 중심금속이온에 리간드가 배위결합하여 이루어진 복잡한 구조의 이온이다. 착이온은 배위수와 리간드의 종류에 따라 직선형, 정사면체형, 평면 사각형, 정팔면체 등의 기하학적 구조를 나타낸다.
착이온에서 중심금속이온의 전하량은 그 이온이 나타내는 전하량에서 리간드가 지니는 전하량을 모두 빼어 결정할 수 있다.
- 착이온의 정의와 구조
착이온은 양전하를 띤 금속이온을 중심으로 하여, 주변에 결합된 리간드가 함께 배위 구를 형성하는 화합물이다. 리간드는 중심금속이온에 전자쌍을 제공하여 배위결합을 형성하며, 이 과정에서 착이온의 고유한 구조와 성질이 결정된다. 이때 리간드는 분자 또는 이온일 수 있으며, 물(H₂O), 암모니아(NH₃), 염화 이온(Cl⁻) 등 다양한 종류가 있다.
구성 요소[편집]
- 중심금속이온: 착이온에서 리간드로부터 고립전자쌍을 받아들이는 양이온으로써 주로 원소의 금속이 중심금속이 된다. 주로 전이금속이 사용되며, 금속의 양이온 상태가 배위결합 형성에 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 구리(Cu²⁺), 철(Fe³⁺), 니켈(Ni²⁺) 등이 중심 금속으로 작용할 수 있다.
- 리간드(Ligand): 중심금속이온에 직접 결합된 분자나 이온을 리간드라고 한다. 리간드는 반드시 고립전자쌍을 1개 이상 가지고 있어야 한다. 리간드는 중심금속이온에 전자쌍을 제공하여 배위결합을 형성한다. 리간드는 단일 원자일 수도 있고 다원자일 수도 있으며, 배위결합을 형성하는 원자 수에 따라 단순 리간드(단배위 리간드)와 다배위 리간드로 구분된다.
- 배위수(Coordination Number): 중심금속이온에 결합된 리간드의 수를 배위수라고 한다. 예를 들어, [Fe(CN)₆]³⁻ 착이온에서 배위수는 6이다. 배위수는 중심 금속과 리간드의 성질에 따라 다르며, 일반적으로 2, 4, 6 등이 많이 관찰된다.
착이온의 구조[편집]
중심금속이온과 리간드 사이의 결합은 배위결합을 이루고 있다.
1) 배위결합 : 원자사이에 공유되는 전자쌍이 한족원자에서만 제공하여 이루어진 공유결합을 특히 배위결합이라 한다.
2) 착이온과 배위결합
- - 중심금속이온 : 전자쌍을 받는다.
- - 리간드 : 고립전자쌍을 가진다.
- - 중심금속이온 + 리간드 : 배위결합
착이온의 명명법[편집]
착이온의 명명에는 IUPAC 명명법이 사용된다. 기본적으로 리간드 이름이 먼저 나오고 중심 금속의 이름과 산화수를 괄호 속에 표시한다.
- 리간드 명명: 리간드는 음이온 리간드일 경우 어미에 '-오'(-o)를 붙인다. 예를 들어, Cl⁻는 '클로로', OH⁻는 '하이드록소'로 명명한다. 중성 리간드는 보통 이름을 그대로 사용한다.
- 중심 금속 명명: 음이온 착이온의 경우 금속 이름 뒤에 '-아트'(-ate)를 붙이고, 양이온 착이온은 금속 이름을 그대로 사용한다. 예를 들어, 음이온 착이온 [Fe(CN)₆]⁴⁻은 헥사사이아노페레이트(II)라 부른다.
- 산화수 표시: 중심 금속의 산화수는 로마 숫자로 표시하여 금속의 산화 상태를 나타낸다. 예를 들어, [Cu(NH₃)₄]²⁺은 테트라아민구리(II)로 표기한다.
착이온의 성질과 특성[편집]
- 색깔: 착이온은 전자 배열과 전자 이동에 따라 다양한 색깔을 나타낸다. 전이금속 착이온의 경우, d-전자 간 전이에 의해 특정 파장의 빛을 흡수하여 색을 띠게 된다. 예를 들어, [Cu(NH₃)₄]²⁺는 청색을 띠고, [CoCl₄]²⁻는 푸른색을 나타낸다.
- 자기적 특성: 착이온은 금속이온의 전자 배치에 따라 강자성 또는 반자성을 나타낸다. 예를 들어, 일부 철(Fe) 착이온은 강자성을 띠고, 구리(Cu) 착이온은 반자성을 나타낸다.
- 착물의 안정성: 착이온의 안정성은 리간드와 중심 금속 간 결합 강도에 따라 달라지며, 이는 일반적으로 **안정도 상수(formation constant)**로 나타낸다. 안정도가 높은 착이온은 용액에서 쉽게 분해되지 않고 안정된 형태로 존재한다.
- 용해도: 착이온의 용해도는 리간드의 종류와 착이온의 전체 전하에 따라 다르다. 일부 착이온은 물에 잘 녹지만, 특정한 용매에서만 용해되는 착이온도 존재한다.
- 전기전도성: 착이온은 용액에서 전하를 띠므로 전기전도성을 가질 수 있다. 이온성 용액에서 착이온이 용해되면 전하를 전달하는 역할을 할 수 있다.
착이온의 종류[편집]
중심금속이온 배위수 리간드 착이온 명칭 Ag⁺ 2 NH₃ [Ag(NH₃)₂]⁺ 디아민은 이온 Cu²⁺ 4 NH₃ [Cu(NH₃)₄]²⁺ 사아민구리 이온 Zn²⁺ 4 NH₃ [Zn(NH₃)₄]²⁺ 사아민아연 이온 Co³⁺ 6 NH₃ [Co(NH₃)₆]³⁺ 육아민코발트(III)이온
중심금속이온 배위수 리간드 착이온 명칭 Cr³⁺ 6 NH₃ [Cr(NH₃)₆]³⁺ 육아민크롬(III)이온 Fe²⁺ 6 CN⁻ [Fe(CN)₆]⁴⁻ 육시안화철(II)이온 Fe³⁺ 6 CN⁻ [Fe(CN)₆]³⁻ 페리시아나이드 Sn⁴⁺ 6 Cl⁻ [SnCl₆]²⁻ 헥사클로로스타나트이온 Co³⁺ 3 en [Co(en)₃]³⁺ 트라이에틸렌다이아민코발트(III) Cr⁶⁺ 7 O₂⁻ [Cr₂O₇]²⁻ 디크로메이트 Cr⁶⁺ 4 O₂⁻ [CrO₄]²⁻ 크로메이트 Fe³⁺ 6 H₂O [Fe(H₂O)₆]³⁺ 육수화철(III)이온 Fe³⁺ 6 Cl⁻ [FeCl₆]³⁻ 사육클로로철 이온 Cu²⁺ 2 (en)₂Br₂ [Cu(en)₂Br₂]⁰ 디브로모에틸렌디아민구리 Fe³⁺ 2 (dien) [Fe(dien)₂]³⁺ 비스(디에틸렌트리아민)철 이온
착이온의 응용[편집]
착이온은 여러 분야에서 유용하게 사용된다.
- 생화학적 응용: 착이온은 생체 내 금속이온 운반, 효소 작용 및 구조적 안정성에 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 헤모글로빈 내 철(Fe) 이온과 비타민 B12 내 코발트(Co) 이온은 각각 산소 운반과 대사 과정에서 중요한 기능을 한다.
- 산업적 응용: 착이온은 금속의 추출 및 정제에 사용됩니다. 예를 들어, 구리나 금과 같은 금속은 착이온 상태로 만들어 정제 과정을 거친다.
- 촉매: 착이온은 화학 반응에서 촉매로 사용된다. 일부 전이금속 착이온은 반응을 촉진하는 특성이 있어, 암모니아 합성(NH₃ 제조) 등의 산업 반응에서 촉매로 널리 사용된다.
- 의약품: 일부 착이온 화합물은 의약품의 주요 성분으로, 항암제(예: 시스플라틴)나 방사선 치료에 사용된다. 시스플라틴은 백금(II) 착이온 화합물로, 특정 암 세포의 성장을 억제하는 데 효과적이다.
- 환경 정화: 착이온은 중금속 오염물의 제거에 유용하게 사용된다. 착이온은 특정 중금속과 강하게 결합하여 침전시키거나, 불용성 화합물로 만들어 분리할 수 있다.
착이온과 관련된 주요 이론[편집]
- 배위 화학: 착이온을 이해하기 위해 배위 화학이 중요한 학문 분야로 자리 잡았다. 배위 화학에서는 리간드의 종류와 결합 방식에 따라 착이온의 구조와 성질이 어떻게 달라지는지 연구한다.
- 크리스탈 장 이론(Crystal Field Theory): 이 이론은 전이금속 착이온의 색과 자기적 성질을 설명하는 이론으로, 리간드가 중심금속이온의 d-오비탈과 상호작용하여 에너지 분할을 유도한다고 설명한다. 이는 착이온의 전자 배치와 성질을 예측하는 데 매우 유용하다.
- 리간드 장 이론(Ligand Field Theory): 크리스탈 장 이론을 확장하여, 리간드의 전자적 성질과 중심금속이온의 결합 강도를 설명한다. 착이온의 색, 자성, 안정성 등을 보다 정확히 이해하기 위한 이론이다.
참고자료[편집]
- 〈착이온〉, 《두산백과》
- 〈화학 이야기 착이온(complex ion)이란?〉, 《네이버 블로그》, 2015-02-17
같이 보기[편집]
