自古許多名畫的顏料多從礦石中提取 而這些明亮具有強烈顏色可作為染料和顏料的物質 多半是配位化合物 最早記載的配位化合物 是十八世紀初作為 深藍色顏料的普魯士藍（Prussian blue） 普魯士藍由狄斯巴赫（Johann Jacob Diesbach）意外發現 他原本想製造紅色顏料 把草木灰和牛血加熱反應 產物再與氯化鐵溶液混合 卻得到一種鮮豔的藍色沉澱 而且居然是種優良的藍色塗料 很久以後 化學家才瞭解 草木灰中的碳酸鉀和牛血中含氮化合物 加熱後會形成氰化物 再與血中的鐵發生反應得到黃色晶體 也因此晶體用牛血製成 而稱為黃血鹽（K₄） 其與氯化鐵反應後 就是普魯士藍（Fe₄₃） 完整反應式如畫面所示 甚至日本藝術家葛飾北齋（Katsushika Hokusai） 用普魯士藍來作畫 創作出神奈川的代表性畫作 被收藏在東京富士美術館中 這支影片就讓我們來學習配位化合物吧！ 過渡金屬可形成一些具有特殊幾何形狀的化合物 此類化合物稱為 配位化合物（coordination compound） 又稱為錯合物（complex） 配位化合物常包含錯離子（complex ion） 錯離子是由中心金屬原子 或離子以及配位子（ligand）所構成 例如 黃血鹽或稱亞鐵氰化鉀 化學式為K₄ 即是配位化合物 也是含有錯離子的鹽類 含錯離子之鹽類稱為錯鹽 由於金屬與配位子之間的鍵結具有共價鍵特性 而為了強調配位化合物中錯離子的部分 一般會以中括弧 作為註記 故亞鐵氰化鉀之化學式 可表示為 K₄ 以黃血鹽為例 其中錯離子為亞鐵氰離子⁴⁻ 中心金屬為亞鐵離子Fe²⁺ 配位子為氰根離子CN⁻ 由亞鐵氰化鉀溶於水之解離反應可知 當錯鹽溶於水時 形成錯離子的中心金屬離子 並不會解離出來形成單一的Fe²⁺ 僅將與錯離子鍵結的異電性離子解離出去 解離反應方程式如畫面所示 錯離子的電荷為 金屬離子和配位子所帶的電荷之和 如 Fe²⁺和6個CN⁻配位產生⁴⁻錯離子 Cu²⁺和4個NH₃配位產生²⁺ 另外也有中性的配位化合物 例如 鉑2+離子和2個NH₃ 及2個Cl⁻配位產生 中性鎳原子與4個CO配位產生 配位化合物中 配位子提供孤對電子 中心金屬離子或原子則提供空價軌域 可以接受來自配位子的電子對 這種金屬與配位子間的鍵結 共用電子對全由配位子提供 稱為配位共價鍵 因此配位子是具有孤對電子的陰離子或中性分子 鹵素離子、氰離子（CN⁻） 草酸根、一氧化碳 氨及乙二胺……等 甚至連水分子也可以作為配位子 如果配位子與中心金屬間只能形成一個鍵結 則稱為單牙配位子（monodentate ligand） 如鹵素離子、氰離子（CN⁻） 硫氰離子（SCN⁻）、一氧化碳 氨及水等 在配位子中 直接和中心原子鍵結的部份為配位原子 氰離子（CN⁻）是碳 一氧化碳是碳 氨分子是氮 水分子是氧 而硫氰離子（SCN⁻）是硫 若配位子中有兩個以上的原子具有孤對電子 可同時和中心金屬形成鍵結 則此配位子稱為多牙配位子 常見的多牙基很多 如 乙二胺 常以 en 表示 分子中兩個氮原子皆有一對孤對電子 因可同時分別與中心金屬形成 1 個配位共價鍵 也稱雙牙配位子 生活中常見的碳酸根 草酸根也是雙牙配位子 乙二胺四乙酸根 常以 EDTA⁴⁻表示 配位原子是兩個氮和四個羧基上的氧 可與金屬形成六個鍵結 而為六牙配位子 多牙配位子又稱為鉗合劑 其與中心金屬所形成的錯合物 稱為鉗合物（chelate） 多牙配位子與中心金屬很容易形成鍵結 因此常用以除去重金屬 如 衣服上的鐵鏽可用草酸根去除 有時金屬離子的存在會造成困擾 例如 水中的鈣、鎂離子導致硬水 硬水一般而言是沒有傷害性的 但會讓肥皂去污能力失效 與造成鍋垢生成 EDTA⁴⁻便可用在硬水軟化 去除鈣、鎂離子 醫院也常使用 EDTA⁴⁻ 作為誤食鉛 汞等金屬離子而中毒之解毒劑 下列哪些粒子能作為配位子而與金屬離子形成錯合物？ 配位化合物早在 1700 年代被發現 但其化學原理直到1890 年代 才由瑞士化學家維爾納提出理論解釋其性質 維爾納藉由觀察一系列氨氯鈷錯合物 的反應現象 提出鍵結理論來解釋其性質 他認為配位化合物的中心金屬具有「雙價」 而以現在的觀點來看 第一價是中心金屬的氧化數 而第二價則稱為配位數 即為中心金屬與配位子間的鍵結數目 中心金屬與配位子間的鍵結數目稱為配位數 例如 在Cl₃中 Co為氧化數+3的金屬離子 其配位數為6 在上述一系列化合物中 他發現了鈷的配位數恆為6 因此當氨分子移去之後 空缺的位置就由氯離子取代 此時的氯離子不再是自由離子 而是以配位共價鍵鍵結於鈷離子上 除了上述的氯化六氨鈷之外 由黃血鹽的結構物中鉀離子與氰離子數目可知 中心金屬之氧化數為+2 而亞鐵離子之配位數為 6 配位數多寡與中心金屬的大小 電荷數及電子組態有關 畫面為一些錯離子與其金屬的氧化數與配位數 配位數通常為2～8 也有高達10以上的 一般最常見的配位數為 6 其次為 4 配位和 2 配位 許多金屬離子的配位數不只一種 畫面表格為一些常見過渡金屬離子的配位數 維爾納因為提出了全新配位理論的重要概念 建構了現代的配位化學 因而獲1913年的諾貝爾化學獎 配位化合物在自然界和生物體中普遍存在 並且在化學和生活中的應用十分多元 廣泛用於元素的分離、提純、分析和 化學工業中的催化反應及電鍍……等 請寫出下列錯合物的中心金屬之氧化數與配位數 五個錯合物如下表 其中 EDTA（乙二胺四乙酸根）為六牙配位子 en（乙二胺）為雙牙配位子 下列有關此五個錯合物的敘述 哪些不正確？ 看完影片對配位化合物更瞭解了嗎？ 現在我們來結論本節的觀念 由金屬元素與具孤對電子之離子、分子 藉由配位共價鍵形成的複雜分子或離子化合物 又稱錯合物 讓我們複習這一個單元的重點 配位化合物組成 以中括弧 表示 配位子的分類 配位子的分類整理 最後是配位數