일반화학 결정장 이론 관련 개념과 문제 질문(1)

Question

공부하면서 이해가 안가는게 여러가지 있어 질문글을 여러 개 올립니다.. 죄송해요

질문 1

착 이온의 홀전자 개수를 구하라는 문제에서 해설들을 보면 전부 중심금속이온의 전자배치의 홀전자 개수를 보여주면서, 중심금속이온의 홀전자 개수 = 착이온의 홀전자 개수라고 하더라구요.(ex:[CoCl4]2- 착 이온의 홀전자 개수는, Co2+의 홀전자가 3개니까 [CoCl4]2- 착 이온의 홀전자 개수는 3개이다)

왜 착 화합물의 홀전자 개수 = 중심금속이온의 홀전자 개수라고 하는 건가요?? 리간드가 중심금속이온이랑 배위할 때 리간드의 전자가 중심금속이온희 홀전자가 들어있는 오비탈에 들어갈 수 없어서 그런건가요??

질문 2

"평면 사각형인 착 화합물 [PtCl4]2-의 전자 배치를 완성하라"라는 문제가 있는데

답과 해설에는 중심금속이온인 Pt2+ 전자배치에 Cl-의 전자쌍 4개가 들어온 전자 배치가 아닌, 중심금속이온인 Pt2+의 전자배치가 [PtCl4]2-의 전자배치라고 나오더라고요.

Pt2+는 최외각 전자가 d오비탈에 8개의 전자가 있고 Cl-가 약한장 리간드니까, Pt2+의 전자배치는 d오비탈중 xz,yz,z2,xy 오비탈에 전자가 2개씩 들어간 모양으로 전자배치가 되어있잖아요.

근데 [PtCl4]2- 착이온은 이런 Pt2+의 전자배치에 전자쌍 4개가 들어와야 하니까 [PtCl4]2-의 전자 배치는 Pt2+ 전자배치에 전자쌍 4개가 추가된 전자배치여야 하는거 아닌가요?? 왜 답과 해설에는 Pt2+ 전자배치가 [PtCl4]2-의 전자배치라고 나오는 건가요??

Answer 1

안녕하세요.

질문 여러개 올리셔도 됩니다. 언제든지 자세히 답변드릴께요. 항상 말씀드리지만 화학에 대한 열정을 응원합니다.^^ 질문 별로 구분해서 답변을 드려볼께요.

질문 1 : 착 이온의 홀전자 개수 구하기

착 화합물에서 중심 금속 이온의 홀전자 개수를 고려할 때, 대부분의 경우 리간드들이 제공하는 전자들이 중심 금속의 오비탈에 쌍을 이루어 들어가므로 홀전자의 수에 영향을 주지 않기 때문입니다. 리간드가 배위하면서 중심금속이온의 오비탈에 전자를 제공하지만, 이 전자들은 대부분 홀전자가 아닌 전자쌍 형태로 존재하게 됩니다. 따라서, 중심 금속 이온의 홀전자만이 착 이온의 홀전자 수를 결정짓는 주된 요인으로 작용합니다.
[CoCl₄]²⁻의 경우, Co²⁺ 이온의 전자 구성은 3d⁷이고, 이 중 홀전자는 3개입니다. 리간드인 클로라이드 이온들이 제공하는 전자쌍은 Co²⁺의 빈 오비탈에 채워지게 되어, 홀전자 수는 변하지 않습니다. 따라서, 착 이온 전체의 홀전자 수도 3개가 됩니다.

질문 2 : [PtCl₄]²⁻의 전자 배치

[PtCl₄]²⁻ 착 이온에서의 전자 배치가 Pt²⁺의 전자 배치와 같다고 설명되는 이유는, 리간드가 제공하는 전자쌍이 중심 금속의 오비탈에 전자쌍으로 들어가기 때문입니다. Pt²⁺는 5d⁸ 구성을 가지며, d 오비탈은 10개의 전자를 수용할 수 있습니다. 이 경우 d 오비탈에 이미 8개의 전자가 존재하므로, Pt²⁺는 기본적으로 저반응성을 나타낼 수 있습니다.
리간드인 클로라이드 이온들은 강한장 리간드가 아닌 약한장 리간드로 분류되므로, Pt²⁺의 d 오비탈 전자 구성을 크게 변화시키지 않습니다. 즉, Pt²⁺의 d 오비탈은 이미 상대적으로 안정된 상태에 있어, 추가적인 전자쌍이 들어와도 d 오비탈의 전자 구성이 그대로 유지되는 것으로 설명될 수 있습니다. 그 결과, [PtCl₄]²⁻ 착 이온의 전자 배치는 기본적으로Pt²⁺의 전자 배치와 일치하게 됩니다.