錯合離子complex ion是有極性的物質，由1個金屬離子與圍繞在周圍的「配位子ligands」組成。配位子是分子或離子，它有一對未鍵結電子可提供給金屬離子形成共價鍵。常見的配位子有H2O、NH3、Cl^－和CN^－。

化學原理啟迪208

1.     錯合離子complex ion是有極性的物質，由1個金屬離子與圍繞在周圍的「配位子ligands」組成。配位子是分子或離子，它有一對未鍵結電子可提供給金屬離子形成共價鍵。常見的配位子有H2O、NH3、Cl^－和CN^－。

2.     與金屬陽離子連接的配位子數量，稱為配位數coordination number。最常見的配位數是6，舉例來說，Co(H2O)6²⁺和Ni(NH3)6²⁺的配位數都是6。

注：意思是，Co(H2O)6²⁺：一個鈷Co²⁺離子的四周包圍了6個水分子H2O，就是有6個配位；Ni(NH3)6²⁺：一個鎳Ni²⁺離子的四周包圍了6個氨分子NH3。

3.     此外還有CoCl4^2－和Cu(NH3)4²⁺，它們的配位數是4；以及配位數2，舉例來說Ag(NH3)2⁺等等的配位數是2（下圖是Ag(NH3)2⁺，中間灰色圓球是Ag，左右1個紫色與3個白色構成的圓球群是NH3）。

4.     金屬離子和配位子每達到一個平衡階段，各物質會出現一個固定的濃度比例關係，稱為生成常數formation constant或穩定常數stability constant。舉例來說，含有銀離子Ag⁺的溶液與氨NH3混合，會進入二種平衡階段：

Ag⁺(aq)+NH3(aq)←→Ag(NH3)⁺ (aq)  K1＝2.1×10³

Ag(NH3)⁺ (aq)+ NH3(aq)←→Ag(NH3)2⁺(aq)  K2＝8.2×10³

K1和K2是銀離子與氨形成錯合離子過程中，二個達成平衡階段的生成常數formation constants。

5.     含有Ag⁺、NH3離子的溶液，平衡狀態下溶液內的物質有NH3、Ag⁺、Ag(NH3)⁺和Ag(NH3)2⁺。看起來要計算清楚這些物質的濃度十分困難麻煩。不過，通常配位子的濃度遠高於單獨金屬離子的濃度，所以如果只想求近似值，沒有要精確數值，那問題就可以大大地簡化。

6.     舉例來說，我們把100.0mL的2.0M NH3與100.0mL的1.0×10^－3M AgNO3混合成一份溶液。在反應發生前，混合溶液中的主要物質是Ag⁺、NO3^－、NH3和H2O，這樣的溶液將會發生什麼反應？

7.     依據酸鹼化學的知識，我們認為其中一個會發生的反應是

NH3(aq)+ H2O(l)←→NH4⁺(aq)+OH^－(aq)

8.     然而，我們更有興趣的是NH3和Ag⁺彼此形成錯合離子的反應，因為錯合離子反應的產物比較多，平衡位置在右邊，消耗掉的NH3份量較多，而NH3與H2O反應製造出來的產物非常稀少，平衡位置大幅傾向於左邊（NH3的Kb是1.8×10^－5），所以我們可以忽略NH3被水消耗的份量。

9.     在錯合離子生成反應開始之前，混合溶液中主要物質的濃度是

[Ag⁺]₀＝(100.0mL)(1.0×10^－3M)／200.0mL＝5.0×10^－4M

[NH3]₀＝(100.0mL)(2.0M)／200.0mL＝1.0M

10.  Ag⁺會與NH3反應，分二個步驟形成AgNH3⁺和Ag(NH3)2⁺：

Ag⁺(aq)+NH3(aq)←→Ag(NH3)⁺ (aq)  K1＝2.1×10³

Ag(NH3)⁺ (aq)+ NH3(aq)←→Ag(NH3)2⁺(aq)  K2＝8.2×10³

因為K1和K2的數值都很大，並且NH3大幅過量，所以我們假定以上這二個生成反應應該會完全消耗掉Ag⁺，是完全反應。

11.  溶液的淨反應是：

Ag⁺+ 2NH3→Ag(NH3)2⁺

12.  化學計量的計算摘要如下：

13.  特別留意，我們計算的時候用莫耳濃度M為單位，並且假設這個反應會完全消耗掉Ag⁺，形成Ag(NH3)2⁺。

14.  現實上，會有非常少量的Ag(NH3)2⁺會溶解成微量的Ag(NH3)⁺和Ag⁺。不過，因為Ag(NH3)2⁺溶解度非常小，我們可以假設平衡狀態下的Ag(NH3)2⁺的濃度是5.0×10^－4M  [Ag(NH3)2⁺]＝5.0×10^－4M。

15.  此外，因為反應消耗掉的NH3份量非常非常地少，NH3在平衡狀態下的濃度基本上是1.0M左右 [NH3]＝1.0M。我們可以用這些已知的濃度和K1、K2平衡方程式去計算[Ag⁺]和[Ag(NH3)⁺]。

16.  我們用K2平衡方程式，計算Ag(NH3)⁺的平衡濃度

K2＝8.2×10³＝[Ag(NH3)2⁺]／[Ag(NH3)⁺][NH3]

17.  因為我們已經知道[Ag(NH3)2⁺]和[NH3]。以[Ag(NH3)⁺]為主，重新排列方程式得到

[Ag(NH3)⁺] ＝[Ag(NH3)2⁺]／(K2×[NH3])

＝(5.0×10^－4)／(8.2×10³)(1.0)

＝6.1×10^－8M

18.  接著我們可以利用K1計算Ag⁺濃度：

K1 ＝2.1×10³＝[Ag(NH3)⁺] ／(K1×[NH3])

＝(6.1×10^－8)／[Ag⁺](1.0)

[Ag⁺]＝6.1×10^－8／(2.1×10³) (1.0)

＝2.9×10^－11 M

19.  計算出來的這些數值，明顯支持一個結論：

[Ag(NH3)2⁺]＞＞[Ag(NH3)⁺]＞＞[Ag⁺]

因此假設[Ag(NH3)2⁺]是主要反應是可信的，並且計算出來的數值是正確的。

20.  分析顯示雖然錯合離子平衡時的物質很多種、看起來蠻複雜，但是只要配位子是大幅過量的，計算其實很單純、直截了當。