ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| CHIMICA DEI COMPOSTI DI COORDINAZIONE I | CHIM/03 | LEZIONI | 24 |
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Dopo aver seguito il corso, e studiato il programma relativo, lo studente mostrerà una buona conoscenza della chimica di coordinazione, in particolare per il settore che riguarda i metalli di transizione (blocco d). Lo studente conoscerà i numeri di coordinazione più frequenti e le geometrie a essi associate. Conoscerà i modelli e le teorie più utilizzate nel settore. Conoscerà la relazione tra gli spettri UV-vis di composti di coordinazione e la configurazione elettronica dello ione centrale.
After attending the course and completing his/her preparation, the student will be able to demonstrate a good knowledge of the chemistry of coordination compounds, with particular attention to the area of transition metal (d block) complexes. He or she will have gained knowledge about coordination numbers and the associated geometries, molecular symmetry, isomerisms, UV-vis spectra, magnetism and some periodic trends inside the three transition series.
Nel corso delle lezioni in aula si effettueranno discussioni su quanto presentato dal docente nella lezione precedente e/o del giorno.
In the course of the lessons the teacher will stimulate discussions on the topics treated in the previous lectures.
Al termine del corso e attraverso lo studio individuale degli argomenti trattati, lo studente saprà suggerire le caratteristiche strutturali, geometriche, spettroscopiche (UV-vis) di un determinato composto di coordinazione o viceversa proporre un composto di coordinazione che mostri certe caratteristiche.
At the end of the course the student will be able to suggest structural, geometric, spectroscopic and magnetic features of a coordination compound or conversely to propose a coordination compound that shows some specific features.
Lo studente dovrà essere in grado di discutere correttamente e con la terminologia appropriata il programma del corso ed essere in grado di comprendere le domande e i problemi che vengono proposti dal docente avvalendosi anche dei suggerimenti e della guida del docente.
The student must be able to discuss correctly and with the appropriate terminology the program of the course. Moreover, he must show a good comprehension of the questions or problems and must be able to follow suggestions and/or guidance by the teacher.
Lo studente acquisirà consapevolezza dell’uso di vari modelli/teorie che lo aiutano a razionalizzare i dati sperimentali raccolti in un settore così ampio come la chimica di coordinazione.
The student will learn the use of models/theories that help to rationalize the so numerous experimental data available in the field of coordination chemistry.
Durante le lezioni saranno richiesti agli studenti brevi interventi critici o propositivi concernenti gli argomenti trattati.
In the course of the lectures students will be stimulated to actively participate to the discussion.
Lo studente deve aver seguito un corso di chimica generale e inorganica.
The student must have attended a course of General and Inorganic Chemistry.
Il corso si avvale di lezioni frontali, con ausilio di slide, uso del sito di e.learning del corso, interazione diretta tra studente e docente tramite ricevimento e uso della posta elettronica.
Classroom-taught lessons with the use of transparencies and slides; student-teacher contacts via e.mail messages or through tutorial activity.
Chimica di coordinazione. Introduzione. Rilievo del settore in vari campi della ricerca pura e applicata. Numero di ossidazione e numero di coordinazione. La teoria del legame di valenza (VB) applicata alla chimica di coordinazione. La regola del numero atomico effettivo e la sua applicazione. I vari numeri di coordinazione e le geometrie a essi associate. Stereoisomerie: isomeria geometrica e isomeria ottica.
La teoria del campo cristallino (CFT). Separazione in energia degli orbitali d (Δ). Campo ottaedrico, tetraedrico e quadrato. Dipendenza di Δ da vari parametri: identità chimica e carica dello ione centrale, natura dei leganti, numero di coordinazione, geometria. La serie spettrochimica dei leganti. Misura del valore di Δ. Confronto tra Δ e energia di appaiamento. Energia di stabilizzazione del campo cristallino. Campo forte e campo debole. Complessi a basso e alto spin. Dati sperimentali e andamenti osservati giustificabili con la CFT. Distorsioni e loro previsione. Teoria degli orbitali molecolari. Schema di orbitali molecolari da combinazione lineare di orbitali atomici per il caso di un complesso generico ML6 ottaedrico: a) legami sigma, b) legami sigma e pi-greco.
Gli spettri di assorbimento nel visibile e vicino UV dei complessi degli elementi di transizione d. Analisi dello spettro di [Ti(H2O)6]3+. I termini spettroscopici di atomi o ioni polielettronici. Analisi di sistemi d1, d2 e d3. Scelta del termine a più bassa energia per i sistemi da d1 a d9. La separazione dei termini in un campo cristallino di data geometria. Analisi dei casi di geometria ottaedrica e tetraedrica. Diagrammi di Orgel e di Tanabe-Sugano.
Confronto e discussione di alcuni spettri. Parametri di Racah. Effetto nefelauxetico e serie nefelauxetica.
Spettri di assorbimento di cationi lantanidici. Spettri di eccitazione ed emissione.
Introduction to coordination chemistry and its relevance in various filelds of the pure and applied research. Historical notes. Alfred Werner and his hypotheses. Oxidation number and coordination number. Valence Bond (VB) theory and its application to the coordination compounds. Atomic effective number rule and its application. The coordination numbers and the related geometry. Stereoisomerism: geometric isomerism and optical isomerism.
The Crystal Field Theory (CFT). Splitting of the d orbitals (Δ). Octahedral, tetrahedral and square planar geometries. Geometry. As Δ depends on various parameters: chemical identity and charge of the central ion, ligand nature, coordination number, coordination geometry. The spectrochemical series of the ligands. Experimental data allowing the determination of the Δ value. Comparison between Δ and the electron pairing energy. Crystal field stabilization energy. Complexes at high and low spin. Examples. Geometrical distortions expected according to Jahn-Teller’s theorem.
Near UV-Vis spectra of the d element complexes. Analysis of the [Ti(H2O)6]3+ spectrum. Spectroscopic terms of polyelectronic atoms or ions: d1, d2 and d3 systems. The lowest energy term for the d1-d9 systems. Term splitting in the crystal field: octahedral and tetrahedral geometry. Orgel diagrams. Tanabe-Sugano diagrams. Comparison and discussion of some spectra. Racah's parameters. Nephelauxetic effect and nephelauxetic series of the ligands.
Molecular Orbital (MO) theory. MO scheme obtained by Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO) in the case of a octahedral complex ML6 with only sigma bonds or with sigma and pi bonds.
Comparison of the VB, CFT e MO theories.
J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, Inorganic Chemistry, HarperCollins College Publishers, 1993 or E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture e Reattività, PICCIN editore, seconda edizione italiana, 1999.
K. F. Purcell, J. C. Kotz, Inorganic Chemistry, Holt-Saunders International Editions, 1985.
Recommended textbooks
J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, Inorganic Chemistry, HarperCollins College Publishers, 1993 or E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture e Reattività, PICCIN editore second italian edition, 1999.
K. F. Purcell, J. C. Kotz, Inorganic Chemistry, Holt-Saunders International Editions, 1985.
L’esame si svolge in aula tramite una prova orale nel corso della quale lo studente discute insieme al docente alcuni problemi relativi ad argomenti del corso, proponendo varie soluzioni in modo critico, con l’ausilio dei modelli e delle teorie sviluppate. La prova orale è superata se lo studente dimostra di aver acquisito una buona conoscenza del programma e la capacità di collegare varie parti del programma tra loro strettamente connesse. La prova non avrà esito positivo se il candidato mostrerà ripetutamente l'incapacità di mettere in relazione parti del programma e nozioni di base che deve aver acquisito per rispondere in modo corretto ad una domanda.
The student will be assessed on the basis of the results of an oral examination (about 40 minutes) concerning the discussion of problems and themes dealing with the coordination chemistry course. The student will pass the examination if he/she shows a good knowledge of the exam schedule and is able to discuss correctly and with the appropriate terminology the proposed problems. Moreover, the assessment will allow for the good comprehension of the proposed questions or problems and will consider also the student ability to follow suggestions or guidance by the teacher.
