[科普中國(guó)]-配位原子

配位原子指的是配位化合物中直接和中心原子（或離子）配位的配位體的原子。配位原子提供弧對(duì)電子被中心離子接受形成配位鍵。例F、I、Br等電負(fù)性較大的非金屬元素的原子常為配位原子。配位原子必須具有孤對(duì)電子。一個(gè)單齒配體只能提供一個(gè)配位原子，而多齒配體可有兩個(gè)或兩個(gè)以上的配位原子。

配位鍵與配位原子在配離子中，中心離子與配位體之間是通過(guò)配位鍵而結(jié)合的。例如[Zn(NH3)4]2+配離子中，就是中心離子Zn2+接受配位體中的氮原子所給予的電子對(duì)而形成配位鍵。氨分子中的氮原子叫做配位原子或給予原子。

因此，要形成配合物必須具備兩個(gè)條件：其一是作為電子“接受”體的中心離子必須有空軌道，周期表中各類副族元素和Ⅷ族元素的離子均具有空軌道，易于接受孤對(duì)電子，因而最容易生成配合物，而在周期表兩端的元素生成配合物的能力最弱；其二是作為電子“給予”體的配位體必須具有孤對(duì)電子(指沒(méi)有被共用的電子對(duì)，也稱為未共用電子對(duì))。1

配位原子數(shù)配離子(或配位分子)中直接與中心原子以配位鍵結(jié)合的配位原子的數(shù)目稱為配位數(shù)(coordination number)。從本質(zhì)上講，配位數(shù)就是中心原子與配體形成配位鍵的數(shù)目。如果配體均為單齒配體，則中心原子的配位數(shù)與配體的數(shù)目相等。如果配體中有多齒配體，則中心原予的配位數(shù)不等于配體的數(shù)目。配位數(shù)的大小主要取決于中心原子電子層結(jié)構(gòu)、空間效應(yīng)和靜電作用三個(gè)因素。2

配位原子分區(qū)及舉例說(shuō)明配位原子主要屬于化學(xué)元素周期表中右上角第15（VA）、16（VIA）、17（VIIA）類三個(gè)主族元素，外加負(fù)氫離子和碳原子，常見的是氟、氯、溴、碘、氧、硫、氮、碳八種元素。

例如，[Cu(NH3)4]SO4中的配位體為NH3分子，其中N原子直接和中心金屬離子鍵合，所以配位原子是N而不是H原子。同樣，在K3[Co(CN-)5(SCN)]中配位原子是CN- 配位體中的C原子和SCN- 配位體中的S原子。在多齒配體中，可有兩個(gè)或兩個(gè)以上的配位原子。例如在[Co(NH2CH2CH2NH2)3]SO4中，乙二胺配位體中的兩個(gè)N原子均為配位原子，所以CoⅡ的配位數(shù)仍為6。3

配位原子及應(yīng)用高分子螯合劑

高分子螯合劑通常也稱為螫合樹脂，是一類重要的功能高分子。其特征為高分子骨架上連接有能夠?qū)饘匐x子進(jìn)行配位的螯合功能基，對(duì)多種金屬離子具有選擇性螯合作用，因此這類吸附樹脂對(duì)各種金屬離子有濃縮和富集作用。這種樹脂可以廣泛用于分析檢測(cè)、污染治理、環(huán)境保護(hù)和工業(yè)生產(chǎn)。此外，當(dāng)螯合樹脂與特定金屬離子螯合之后，形成的高分子配合物還會(huì)出現(xiàn)許多有用的物理化學(xué)新性質(zhì)，被廣泛作為催化劑、光敏材料和抗靜電劑。4

氧為配位原子的高分子螯合劑

氧是最常見的配位原子，有6個(gè)外層電子，在通常情況下以兩個(gè)外層電子與其他原子成鍵，另外4個(gè)構(gòu)成兩個(gè)孤對(duì)電子，這兩個(gè)孤對(duì)電子可以單獨(dú)形成配位鍵。氧原子存在于多種類型的配位基團(tuán)內(nèi)，是目前最常見的高分子配位基團(tuán)。根據(jù)所含有配位基團(tuán)不同進(jìn)行分類，作為以氧為配位原子的高分子螯合劑主要有以下幾類：

1、醇類螯合樹脂

最常見的醇類高分子螯合樹脂為聚乙烯醇，其結(jié)構(gòu)為在飽和碳鏈上每間隔一個(gè)碳原子連接一個(gè)羥基作為配位基，一般兩個(gè)相鄰的羥基與同一個(gè)中心離子配位，這樣形成配位鍵后與中心離子會(huì)形成一個(gè)六元環(huán)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。4

2、β-二酮螯合樹脂

β-二酮結(jié)構(gòu)是指兩個(gè)碳基之間間隔一個(gè)飽和碳原子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其中羰基氧作為配位原子。β-二酮結(jié)構(gòu)是重要的多配位基團(tuán)，其中配位原子之間有三個(gè)碳原子間隔，因此在形成絡(luò)合物時(shí)也能構(gòu)成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)內(nèi)張力較小。環(huán)內(nèi)雙鍵的存在使形成的螯合物更穩(wěn)定。4

3、酚類螯合樹脂

與醇羥基相比，苯環(huán)上的酚羥基其孤對(duì)電子與苯環(huán)共軛，酸性較強(qiáng)，在堿性條件下容易發(fā)生離子化。含有酚羥基的聚合物較多，包括聚苯乙烯類和環(huán)氧類樹脂等。酚羥基作為配位基團(tuán)形成的絡(luò)合物也比較穩(wěn)定，但是由于苯環(huán)的剛性作用，在形成多配位螯合物時(shí)對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)有特殊要求，形成的螯合結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

鄭國(guó)忠 - 副教授 - 華北電力大學(xué)