킬레이트 효과가 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 반응이 진행될 때 킬레이트가 붙으면 결합하는 킬레이트 개수보다 더 많은 수의 한 자리 리간드가 끊어지기 때문에 반응의 평형 상수가 일 보다 매우 큰 값을 갖는다고 하던데요. 이와 같은 플레이트 효과가 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 '킬레이트 효과'란 다치 리간드가 중심 금속 이온에 배위할 때, 같은 수의 단치 리간드가 배위한 경우보다 훨씬 더 안정한 착물이 형성되는 현상을 말하는데요, 엔트로피적인 요인과 엔탈피적인 요인으로 설명이 가능합니다. 엔트로피적인 요인으로는 예를 들어서 단치 리간드가 배위할 경우에는 리간드 6개가 들어가고, 떨어져 나올 때도 6개의 분자가 빠져나오지만 다치 리간드는 3개만 들어가도 충분하므로, 반응 과정에서 자유롭게 풀려나는 분자의 수가 더 많아져 계의 무질서도(엔트로피)가 증가하는데요, 이때 엔트로피가 증가하면 자유에너지(ΔG = ΔH – TΔS)가 감소하므로, 착물이 훨씬 안정해집니다. 따라서 킬레이트 효과의 가장 큰 원인은 엔트로피적 안정성입니다. 다음으로 보조적인 요인으로 엔탈피적인 요인이 있는데요, 다치 리간드는 고리 구조를 만들며 금속 이온을 둘러싸기 때문에, 단치 리간드보다 금속 이온과의 결합이 끊어지기 어렵습니다. 또한 고리형 리간드는 금속 주위를 입체적으로 더 단단히 잡아주므로, 배위 결합이 부분적으로 협동적 성격을 띠어 결합 강도가 커지는데요, 이로 인하여 결합이 더 강하게 형성되어 엔탈피적으로도 안정화가 이루어집니다. 감사합니다.