Teori Orbital Atom menyajikan beberapa kesulitan dalam menjelaskan konsep-konsep yang berkaitan dengan distribusi elektron dan bilangan oksidasi dan polaritas atom atau ion yang terlibat dalam ikatan.
Ada dua teori utama yang mencoba menjelaskan penataan ulang elektron dalam molekul: teori ikatan valensi (VBT) dan teori orbital molekul (MOT).
Teori ikatan valensi dikembangkan oleh Linus Pauling. Teori ini menganggap bahwa atom dalam molekul berperilaku sebagai atom terisolasi kecuali untuk satu atau lebih elektron – elektron valensi – dari kulit terluar satu atom yang tetap berada di kulit terluar atom lain.
Teori ini menjelaskan dengan baik struktur magnetik dan sifat kompleks logam.
Teori orbital molekul lebih tepat menggambarkan interaksi atom-atom yang membentuk molekul dan distribusi elektron di dalam atom. Teori ini juga mengasumsikan bahwa serangkaian orbital baru dibuat (orbital molekul) ketika atom berinteraksi selama pembentukan ikatan.
Interaksi ikatan dengan ion transisi pusat atau logam dijelaskan oleh teori medan kristal.
Teori Medan Kristal berusaha menjelaskan ikatan antara ion pusat dan ikatan dengan cara berikut:
Sebuah ion dengan nilai bilangan oksidasi tertentu dapat menerima sejumlah penghubung yang sesuai dengan reaksi antara jari-jari logam dan jari-jari penghubung dan memperoleh konfigurasi yang meminimalkan tolakan antara penghubung.
Stabilitas akhir ion kompleks lebih banyak dihasilkan dari gaya tarik antara logam dan pengikat daripada tolakan antara pengikat.
Teori ini, didirikan pada tahun 1929, memperlakukan interaksi ion logam dan zat pengikat sebagai fenomena elektrostatik murni di mana zat pengikat dianggap sebagai titik muatan di daerah tetangga orbital molekul atom pusat.
Ini awalnya karena teori medan kristal yang dikembangkan melalui pertimbangan bagaimana tingkat energi atom ion dalam kristal dipengaruhi oleh lingkungan ioniknya.
Pengembangan dan perluasan teori ini telah mempertimbangkan sifat kovalen sebagian dari ikatan antara penghubung dan atom logam pusat, terutama melalui penerapan teori orbital molekul. Teori medan kristal, mengikuti modifikasi ini dan sering disebut sebagai teori medan ikatan.
Teori medan kristalin memverifikasi efek pengikat pada orbital d ion logam dan menetapkan teori terpadu untuk menjelaskan warna, sifat magnetik dan stabilitas kompleks dan khelat.
Sifat fisik yang paling menonjol dari kompleks koordinasi atau senyawa adalah warna dan magnetnya. Sifat-sifat ini dan beberapa perbedaan dalam stabilitasnya dapat dijelaskan dalam istilah teori medan kristal.
Teori ini awalnya digariskan untuk menjelaskan warna padatan, khususnya ruby, di mana ion Cr3+ bertanggung jawab atas warna tersebut. Versi paling lengkap dari teori ini disebut teori bidang tautan.
Dalam teori medan kristal, setiap posisi penghubung (basa Lewis) diwakili oleh titik muatan negatif. Struktur kompleks kemudian dinyatakan dalam interaksi elektrostatik – medan – antara titik-titik muatan ini dan elektron serta inti ion logam pusat.
Geometri spasial suatu kompleks ditentukan oleh jumlah penghubung yang dimilikinya, yaitu bilangan koordinasinya. Koordinasi ini mengacu pada koordinat penghubung (link by koordinasi) ke logam ketika pembentukan kompleks muncul.
Kompleks dengan bilangan koordinasi 2 sampai 9 diketahui, yang paling umum adalah kompleks dengan bilangan koordinasi 2,4 dan 6, yang memiliki geometri spasial berikut: linier (2), tetrahedral (4), planar persegi (4) dan oktahedral ( 6).
Contoh: [Cu (NH 3 ) 4 ] 2+ = kompleks tetrahedral; [Fe (CN) 6 ] 4- = kompleks oktahedral.
Struktur siklik khelat, yang melibatkan ion logam dan penghubung donor elektron, memberikan senyawa yang disebutkan di atas dengan stabilitas yang sangat tinggi, memungkinkan dalam banyak kasus titrasi langsung kation logam dengan zat pengkelat dengan adanya indikator yang sesuai.
Jumlah agen chelating sangat tinggi dan di antara yang paling umum, berikut ini dapat dikutip:
Ethylenediamine, 8-hydroxyquinoline, dimethylglyoxime, garam natrium dari asam ethylenediaminetetraacetic (EDTA) dan beberapa lainnya.
Di antara agen pengkelat yang disebutkan, EDTA adalah salah satu yang paling penting, karena utilitas yang tak terhitung jumlahnya yang disajikan baik dalam kimia analitik, maupun dalam industri dan cabang aktivitas manusia lainnya. Kelat, yang dibentuk oleh penyatuan ion EDTA dengan kation logam bivalen (Ca 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ , dll.) akan menyajikan struktur yang diuraikan di bawah ini:
Representasi skema khelat yang terbentuk dari EDTA dan kation bivalen (M)