Étude de Coordinence avec le Nickel

Comprendre l’Étude de Coordinence avec le Nickel

Un chimiste travaille sur la synthèse de complexes de coordination pour des applications en catalyse. Pour optimiser les propriétés catalytiques d’un complexe, le chimiste souhaite ajuster la coordinence du métal central. On lui propose un métal (M) pouvant former des complexes avec une ligand (L) donné. Le ligand L est une molécule bidente, capable de se lier à deux sites de coordination sur le métal.

Questions:

1. Définition de la Coordinence:

Expliquez ce que signifie la coordinence en chimie inorganique et comment elle peut affecter les propriétés d’un complexe de coordination.

2. Calcul de Coordinence Potentielle:

Le métal M peut former des complexes avec des coordinences de 2 à 6. Déterminez toutes les configurations possibles de complexes entre le métal M et le ligand L, sachant que L est bidente. Considérez les différents modes de liaison possibles du ligand L (pontant, chélatant, etc.).

3. Choix du Complexe et Justification:

Sur la base des configurations possibles calculées, choisissez un complexe qui serait potentiellement le plus stable et justifiez votre choix en fonction de la théorie du champ cristallin et de la géométrie moléculaire.

4. Application Catalytique:

Proposez une réaction où ce complexe pourrait agir comme catalyseur. Expliquez pourquoi la coordinence et la géométrie du complexe sont cruciales pour son activité catalytique.

Correction : Étude de Coordinence avec le Nickel

1. Définition de la Coordinence

La coordinence d’un atome dans un complexe de coordination réfère au nombre de liaisons sigma entre les ligands et l’atome central.

Elle influence directement la géométrie moléculaire, la réactivité et les propriétés spectroscopiques du complexe.

Par exemple, un ion métallique avec une coordinence de six adopte généralement une géométrie octaédrique, ce qui peut affecter ses propriétés d’absorption de la lumière et sa stabilité.

2. Calcul de Coordinence Potentielle

Données:

• Métal M (supposons Ni, nickel)
• Ligand L bidente (ex. éthylènediamine, \( \text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2 \))

Pour le nickel pouvant accepter entre 2 à 6 ligands, les complexes possibles incluent:

• NiL2 : deux ligands bidents, coordinence de 4 (géométrie plan carré)
• NiL3 : trois ligands bidents, coordinence de 6 (géométrie octaédrique)

Structures de Lewis:

• Pour NiL2: Ni est au centre, deux ligands éthylènediamine se lient de chaque côté formant un anneau à cinq membres avec Ni.
• Pour NiL3: Ni est au centre, trois ligands éthylènediamine se lient dans une disposition octaédrique.

3. Choix du Complexe et Justification

Le complexe NiL3 avec une coordinence de 6 et une géométrie octaédrique est choisi comme le plus stable.

Cette configuration maximise la séparation spatiale entre les ligands, minimisant ainsi la répulsion ligand-ligand et stabilisant le complexe par symétrie.

La géométrie octaédrique permet également une distribution uniforme des champs électriques autour du nickel, ce qui stabilise le complexe conformément à la théorie du champ cristallin.

4. Application Catalytique

Le complexe NiL3 pourrait être utilisé comme catalyseur dans l’hydrogénation des alcènes. La coordinence de 6 permet une interaction optimale entre le complexe et les molécules d’alcène, facilitant le transfert d’hydrogène et donc la réaction d’hydrogénation.

Équation catalytique:

\[ \text{NiL3} + \text{C}_2\text{H}_4 \rightarrow \text{Produits d’hydrogénation} \]

Explication :

Ce complexe, grâce à sa coordinence et sa géométrie, crée un environnement actif pour l’adsorption et la réaction des alcènes, rendant la catalyse efficace.

La géométrie octaédrique expose des sites actifs qui facilitent la fixation de l’alcène, essentielle pour une catalyse efficace.

Étude de Coordinence avec le Nickel