Architecture du composé de coordination
Les composés complexes (ou de coordination) possèdent une structure caractéristique à deux niveaux. La base de toute substance de ce type est constituée par la sphère interne (la partie complexe). À l'écrit, elle est traditionnellement placée entre crochets `[ ]`. Cette sphère comprend l'atome central et les ligands qui l'entourent. La sphère interne peut posséder sa propre charge électrique, on l'appelle alors ion complexe.
En dehors des crochets se trouve la sphère externe. Elle est constituée d'ions dont la tâche principale est de neutraliser la charge de la partie interne. Dans les processus chimiques, les ions de la sphère externe se comportent exactement de la même manière que les composants des sels, acides ou bases simples habituels.
Classification des complexes selon la sphère externe
Selon les ions précis qui forment la sphère externe, les composés complexes sont rattachés à différentes classes de substances. Si le complexe lui-même est électriquement neutre (c'est-à-dire que la sphère interne n'a pas de charge et constitue une molécule), alors ce composé est totalement dépourvu de sphère externe. Un exemple frappant de substance électriquement neutre est le complexe de fer avec le monoxyde de carbone — $[Fe(CO)_5]$.
Dans les autres cas, le type de substance est déterminé par la nature des ions externes :
| Ions de la sphère externe | Classe de la substance | Caractéristique du complexe |
|---|---|---|
| H⁺ | Acides | Acides complexes |
| OH⁻ | Bases | Bases complexes |
| Cations métalliques, ammonium | Sels | Complexes anioniques (charge interne négative) |
| Anions de résidus acides | Sels | Complexes cationiques (charge interne positive) |
Ligands et atome central
L'atome central est généralement représenté par des cations métalliques ou non métalliques. Les ligands sont des entités directement liées à ce centre. Il peut s'agir de :
- Ions halogénures ($F^-$, $Cl^-$, $Br^-$, $I^-$).
- Groupes hydroxyle ($OH^-$) et cyano ($CN^-$).
- Groupes thiosulfate ($S_2O_3^{2-}$).
- Anions d'acides organiques.
- Molécules d'ammoniac ($NH_3$) et amines organiques.
Dans les ligands complexes et polyatomiques, la liaison avec l'agent complexant s'établit par l'intermédiaire d'atomes donneurs spécifiques : azote (N), oxygène (O), soufre (S) ou carbone (C).
Une stabilité particulière est conférée aux complexes par la capacité de certains ligands à former simultanément plusieurs liaisons avec l'atome central. Ce phénomène assure une résistance accrue du composé (effet chelate). Par exemple, une molécule d'ammoniac forme une seule liaison (ligand monodentate). En revanche, la molécule d'éthylènediamine ($NH_2CH_2CH_2NH_2$) contient deux atomes d'azote, chacun se liant au centre, agissant ainsi comme un ligand bidentate. Par conséquent, pour un nombre total de liaisons égal, le complexe de cuivre avec l'éthylènediamine $[Cu(NH_2CH_2CH_2NH_2)_2]SO_4$ différera par sa structure du complexe avec l'ammoniac $[Cu(NH_3)_4]SO_4$.
Différence avec les composés simples
Il est important de comprendre que la seule présence d'un atome central ne fait pas d'une substance un composé de coordination. Le critère principal est le rapport entre le nombre de coordination et la valence.
Par exemple, dans la molécule d'acide sulfurique ($H_2SO_4$), l'atome de soufre se trouve au centre et d'autres atomes l'entourent. Il s'agit cependant d'un composé ordinaire et non complexe. La raison en est que le nombre de coordination du soufre est ici égal à 4, ce qui est inférieur à sa valence, qui est de 6.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Qu'est-ce que le nombre de coordination de l'atome central ?
Le nombre de coordination de l'atome central est le nombre d'atomes ou de groupes (ligands) directement liés à celui-ci. Cette grandeur est une caractéristique importante du composé complexe, qui détermine le nombre de liaisons chimiques de l'atome central avec les ligands dans la molécule ou la structure cristalline.
Nombres de coordination fréquents :
- Fréquents — 4 et 6.
- Rares — 2, 3, 8 et autres.
La formation d'un composé complexe se produit lorsque le nombre de coordination de l'atome central dépasse sa valence.
Quelle est la géométrie dans l'espace des complexes ayant un nombre de coordination de 6 ?
La géométrie spatiale des complexes avec un nombre de coordination de 6 est un octaèdre. Dans ces composés, les ligands se situent aux sommets d'un octaèdre imaginaire autour de l'atome central.
Particularités des complexes octaédriques :
- Métaux du bloc d — forment 6 orbitales identiques par hybridation d²sp³ orientées du centre vers les sommets de l'octaèdre.
- Silicium — se trouve dans un environnement octaédrique dans les hexafluorosilicates en raison de la présence d'un sous-niveau 3d libre.
Cette géométrie est caractéristique de nombreux composés complexes.
Les crochets carrés constituent la « maison » du complexe. Ce qui se trouve à l'intérieur est la sphère interne (l'hôte central et ses « invités », les ligands). Ce qui reste à l'extérieur est la sphère externe (les ions).
Questions des cours et des examens
Toute substance dotée d'un atome central est-elle nécessairement un complexe ?
Non. Par exemple, l'acide sulfurique possède un atome central de soufre mais n'est pas un complexe, car le nombre de coordination du soufre (4) y est inférieur à sa valence (6).
Un composé complexe peut-il être dépourvu de sphère externe ?
Oui, c'est possible. Cela se produit si la sphère interne n'a pas de charge électrique (constitue une molécule électriquement neutre), comme dans le cas de $[Fe(CO)_5]$.
Pourquoi certains complexes sont-ils plus stables que d'autres ?
La stabilité augmente considérablement si les ligands forment deux liaisons ou plus avec l'atome central. Ce phénomène est appelé effet chelate.
À étudier également sur le sujet
- Le rapport entre le nombre de coordination et la valence de l'atome central.
- La nature des atomes donneurs dans les ligands polyatomiques (N, O, S, C).
- Le mécanisme d'apparition de l'effet chelate et la dentéricité des ligands.
- Le comportement chimique des ions de la sphère externe en solution.
Maîtrisez le sujet en entier grâce au cours de « Chimie »
Ici, c'est l'essentiel. Dans le cours, il y a tout ce qu'on demande en TD et à l'examen.
- Le guide méthodologique complet sur le thème « Structure des composés de complexes » et 3 009 autres pages de la matière
- Exercices et tests après chaque chapitre — comme au colloque
- Un tuteur IA répondra à vos questions sur le cours à tout moment
- 99 leçons vidéo sur la matière
Autres thèmes de la section « Chapitre 3. Classification des substances »
Matériel préparé par les enseignants de WhiteCoat Pro selon le programme d'enseignement des universités médicales. À caractère pédagogique.