화학과 무기화학2 ㅇ 교수님 2016년 1번째 시험

화학과 ㅇ교수님의 무기화학2 1차 중간고사입니다.

위 과목은 족보가 무조건 있어야 하는 과목으로 유명하죠 (2017년과 2016년만 비교해도 알 수 있군요!)

100점 만점에 평균이 90이라니 말도 안되는 점수가 평균이지만

모두가 가지고 있는 족보이니만큼 아래 문제들을 참고하셔서 좋은 성적 받으셨으면 좋겠습니다.

 

무기화학2

2016-1

 

1. 다음 complex의 이름을 영문(또는 국문)으로 기술하거나 이름을 화학식으로 기술하시오.

(필요한 경우(4번) 정확한 구조를 도시하시오) (2점 * 5 = 10점)

 

1)   

2)   

3)   

4)   

5)   

 

2. (2-aminoethyl)phosphine의 구조는 다음과 같다. 이 리간드는 경우에 따라 한 자리(monodentate) 또는 두 자리(bidentate) 리간드로 전이금속과 결합한다.

 

1) 이 리간드가 팔라듐과 한 자리 리간드로 작용하여 착물을 형성할 때 질소 원자보다는 인 원자를 통하여 결합한다. 이유를 간단히 설명하시오 (2점)

 

2)     Oh 구조를 가진 dichlorobis[(2-aminoethyl)phosphine]nickel(Ⅱ)을 생성할 때 이 리간드는 두 자리 리간드로 작용한다. (4점)

 

3)     광학 이성질체가 존재하는 경우 도시하고 각각 △와 Λ로 분류하시오. (4점)

 

4)     위의 리간드가 Pd와 배위하여 다음과 같은 square planar complex를 형성하였다. 이 때 A가 SCN-이라고 하고 배위원자를 결정하는데 electronic effect가 주로 작용하였다면 생성된 착물의 구조(배위원자를 명시)를 도시하고 이유를 간단히 기술하시오(5점)

 

3. 다음 화합물간의 관계를 나타내는 isomer의 종류를 기술하시오. (2점 * 5 = 10점)

1)

2)

3)

4)

5)

 

4. 배위수가 큰 착물 형성에 유리한 조건이 아닌 것은? (2점)

 

(1) central metal (ion) with high oxidation state

 

(2) hard ligand

 

(3) small steric requirement of the ligand

 

(4) small size of central metal (ion)

 

5. chelate effect를 나타내는 두 자리 이상의 ligand를 가지는 complex는 한 자리 리간드만 가지는 complex에 비하여 상대적으로 안정하다. 안정한 효과와 상관없는 것은? (3) (3점)

 

(1) 분자수 변화에 따른 entropy effect

 

(2) probability of dissociation

 

(3) template effect

 

(4) resonance effect

 

6.      

1) 실험결과

착화합물의 경우 자기모멘트 값

은 4.90 Bohr magneton으로 결정되었다. 이 때

임을 보이시오. 단, S는 spin quantum number, n은 unpaired electron의 수를 의미한다.(2점)

 

 

2) 이 착물의 중심금속이온에서의 외짝 전자의 개수를 결정하고 magnetic property를 결정하시오.(2점)

 

 

3) 배위화합물의 구조 및 성질을 설명하는 이론 중 원자가 결합이론(Valence Bond Theory : VBT)에 따르면 착물의 자기적 성질에 따라 구조가 결정된다. 위의 착물의 구조를 혼성상태를 확인하여 추론하시오(2점)

 

 

4) 위의 구조에 따르게 될 때 CFT(crystal field theory)에서의 d-orbital splitting pattern을 예측하시오. 이 때 각 group에 속하는 d orbital의 종류를 명시하시오.(2점)

 

 

5) 위 착물의 자기적 성질을 표시하는 곡선은 무엇인지 아래 그림에서 찾으시오(2점)

 

7. Crystal field theory (CFT)에 대하여 다음에 답하시오.

 

1) 기본가정(3점)

 

2) 다음은 tetragonal distortion이 일어날 때의 orbital splitting pattern을 도시한 것이다.

다음에 기술한 것 중 맞게 기술된 것은? (2점)

 

(1)   왼쪽의 pattern이 z-out의 경우이다.

 

(2)   δ1은 항상 δ2에 비하여 작다.

 

(3)   오른쪽 pattern에서 dxy는 1/3(δ2)만큼 안정화되고 있다.

 

(4)   Jahn-Teller 변형이 일어났고, 변형의 방향과 크기는 이론적으로 예측할 수 있다.

 

(5)   dxz와 dz2의 에너지 차이는 △o와 같다.

 

3)     Jahn-Teller effect를 간단히 기술하시오. (3점)

 

4)     tetragonal distortion 중 z-out이 극한으로 일어나면 square planar 구조가 된다. 이 구조의 d orbital splitting pattern을 도시하시오. (△o 명시할 것) (2점)

 

5)     Oh 구조에서 Jahn-Teller effect가 나타나지 않는 것은? (2점)

 

(1)   d4(high spin)

 

(2)   d4(low spin)

 

(3)   d5(low spin)

 

(4)   d6(high spin)

 

(5)   d8

 

6)     다음 중 △o값의 크기에 영향을 미치는 요인에 대한 설명 중 틀리는 것은? (3점)

 

(1)   중심금속의 +전하가 증가할수록 △o값은 증가한다.

 

(2)   Td구조의 orbital splitting 정도는 Oh 구조에 비해 작으며 이유는 리간드 수가 작고 orbital의 orientation이 일치하지 않기 때문이다.

 

(3)   △o값의 크기 순서대로 리간드를 나열한 것을 spectrochemical series라고 한다.

 

(4)   구조와 리간드가 같은 경우 보통 주기율표상에서 밑에 위치하는 금속이 중심금속이 될 경우 △o값은 감소한다.

 

(5)   높은 압력에서 △o값은 증가한다.

 

7)     다음 중 M과 L사이의 상호작용이 어느 정도의 공유결합적 특성이 존재함을 보여주는 증거를 잘못 기술한 것은? (3점)

(1)   가장 강한장 리간드 중의 하나인 CO는 큰 dipole moment를 가지고 있다.

 

(2)   metal과 리간드의 radial wave function은 상당한 거리에서도 0이 되지 않아 어느 정도의 겹침(overlap)이 존재한다.

 

(3)   π acceptor orbital이 있어 π bonding을 잘하는 리간드를 가지면 전자구름팽창효과(nephelauxetic effect)가 커지게 된다.

 

(4)   complex에서의 전자 간 repulsion은 free ion에서보다 작다.

 

(5)   isolated metal ion에 1개의 d 전자를 가진 경우 electron spin resonance (electron paramagnetic resonance)에서 하나의 peak만 있으나 complex의 경우에는 복잡한 peak가 관찰된다.

 

8)     다음 중 △o값을 감소시키는 ligand의 π interaction인 것은? (2점)

 

(1)   π donor with filled p orbital

 

(2)   π acceptor with vacant d orbital

 

(3)   π acceptor with vacant π* orbital

 

(4)   π acceptor with vacant σ* orbital

 

8.     다음 reducible representation 을 주어진 point group의 irreducible representation의 선형조합의 형태로 표시하시오. (각 계수 결정) (5점)

단, 계수는 다음의 식으로 결정된다.

 

 

9.     CFT(Crystal Field Theory)의 결과

의 조성을 가지는 고체의 구조 중 금속 이온의 종류에 따라 spinel (2가 이온은 Td hole, 3가 이온은 Oh hole 차지) 또는 inverse spienel 구조(3가 이온 1개가 Td hole, 2가 이온과 3가 이온 1개가 Oh hole 차지)를 가지는 현상을 체계적으로 설명할 수 있었다. 다음의 경우 예상되는 구조를 말하고 이유를 간단히 기술하시오(5점)

 

(1)   Mn3O4

 

(2)   Fe3O4

 

10. 

의 MO diagram을 그리고자 금속이온과 리간드의 상호작용을 아래 character table을 이용하여 분석하였다.

 

1) Metal ion의 3d, 4s, 4p orbital의 symmetry는 무엇인가? (3점)

 

2) ligand group orbital(LGO)의 symmetry를 분석하였더니

임을 알았다. 이 사실을 활용하여 MO diagram을 그리시오. (5점)

 

3) 얻어진 MO diagram을 보면 CFT가 이론적 완성도가 부족함에도 불구하고 성공적인 이유를 확인할 수 있다. 간단히 기술하시오.(2점)

 

11. 분자궤도함수이론을 적용할 경우 정량적 수치의 확보에 문제가 있고 보다 다양한 구조와 다양한 리간드를 가지는 경우에 상당한 어려움이 있게 된다. 이러한 어려움을 해결하기 위하여 Angular Overlap method가 개발되었다. 다음의 그림과 표를 이용하여 물음에 답하시오.

 

1) Oh 구조에 있어 시그마(σ) 주개 리간드만 있을 때 금속의 d 궤도함수와 σ 주개 리간드의 σ 궤도함수의 에너지 준위 변화를

를 이용하여 도시하시오. (5점)

 

 

2) π 주개 리간드가 있으면 위의 결과에 파이 상호 작용을 추가하면 된다. 이 때 d 궤도함수와 σ 궤도함수, π 궤도함수의 에너지 준위를

를 이용하여 도시하시오. (5점)