สารประกอบเชิงซ้อนคือสารประกอบทางเคมีที่ประกอบด้วยอะตอมหรือไอออน กลาง ซึ่งโดยปกติจะเป็นโลหะและเรียกว่าศูนย์กลางการประสานงานและโมเลกุลหรือไอออนที่เชื่อมต่อ กันเป็นโครงสร้างโดยรอบ ซึ่งเรียกว่า ลิแกนด์หรือสารเชิงซ้อน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}สารประกอบ ที่มีโลหะหลายชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งสารประกอบที่มีโลหะทรานซิชัน (ธาตุเช่นไทเทเนียม ที่อยู่ใน บล็อก dของตารางธาตุ) เป็นสารประกอบเชิงซ้อน^{[ 4 ]}

อะตอมหรือไอออนกลางจะเชื่อมต่อกับอะตอมผู้ให้จำนวนคงที่ ซึ่งค่านี้เรียกว่าเลข โคออร์ดิเน ชัน เลขโคออร์ดิเนชันที่พบได้บ่อยที่สุดคือ 2, 4 และ 6 รูปทรงเรขาคณิตของสารประกอบเชิงซ้อน เช่นทรงแปดเหลี่ยมทรงสี่เหลี่ยมหรือทรงสี่เหลี่ยมแบนราบ ขึ้นอยู่กับเลขโคออร์ดิเนชัน ขนาดและประจุของไอออนโลหะ และลักษณะของลิแกนด์ สารประกอบเชิงซ้อนหลายชนิดแสดงไอโซเมริซึมรวมถึงไอโซเมริซึมแบบซิส-ทรานส์และไอโซเมริซึมเชิงแสง

การศึกษาเชิงระบบเกี่ยวกับสารประกอบเชิงซ้อนเริ่มต้นขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ด้วยผลงานของคริสเตียน วิลเฮล์ม บลอมสแตรนด์และโซฟัส แมดส์ ยอร์เกนเซนและได้รับการวางรากฐานอย่างมั่นคงโดยอัลเฟรด เวอร์เนอร์ซึ่งทฤษฎีเรขาคณิตเชิงซ้อนของเขาในปี 1893 ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1913

โครงสร้างอิเล็กตรอนของสารประกอบเชิงซ้อน ซึ่งอธิบายโดยทฤษฎีสนามผลึกและทฤษฎีสนามลิแกนด์ควบคุมคุณสมบัติเฉพาะของสารประกอบเหล่านี้ รวมถึงสีสันที่สดใสพฤติกรรมทางแม่เหล็กและปฏิกิริยา ของพวก มัน สีของสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันเกิดจากการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กตรอนระหว่างออร์บิทัล d หรือจากกระบวนการถ่ายโอนประจุ

สารประกอบเชิงซ้อนพบได้ทั่วไปในธรรมชาติและอุตสาหกรรม ในเคมีอนินทรีย์ชีวภาพ สารประกอบเชิงซ้อนของโลหะมีบทบาทสำคัญ ทั้งในด้านโครงสร้างและตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น กลุ่ม ฮีมในฮีโมโกลบินคลอโรฟิลล์และวิตามินบี₁₂ในทางอุตสาหกรรม สารประกอบเชิงซ้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธ์ โลหะวิทยาในน้ำและการสังเคราะห์เม็ดสีและพอลิเมอร์ ความเสถียรของสารประกอบเชิงซ้อนในสารละลายวัดได้จากค่าคงที่ความเสถียร

สารประกอบเชิงซ้อนนั้นพบได้ทั่วไปมาก โครงสร้างและปฏิกิริยาของพวกมันจึงถูกอธิบายด้วยหลายวิธี ซึ่งบางครั้งอาจทำให้สับสนได้ อะตอมภายในลิแกนด์ที่เชื่อมต่อกับอะตอมหรือไอออนโลหะตรงกลางเรียกว่าอะตอมผู้ให้ในสารประกอบเชิงซ้อนทั่วไป ไอออนโลหะจะเชื่อมต่อกับอะตอมผู้ให้หลายอะตอม ซึ่งอาจเป็นอะตอมเดียวกันหรือต่างกันก็ได้ ลิแกนด์แบบหลายพันธะ ( polydentate ligand) คือโมเลกุลหรือไอออนที่เชื่อมต่อกับอะตอมตรงกลางผ่านอะตอมหลายอะตอมของลิแกนด์ ลิแกนด์ที่มีพันธะ 2, 3, 4 หรือแม้แต่ 6 พันธะกับอะตอมตรงกลางนั้นพบได้ทั่วไป สารประกอบเชิงซ้อนเหล่านี้เรียกว่าสารประกอบเชิงซ้อนคีเลต(chelate complexes ) การเกิดสารประกอบเชิงซ้อนดังกล่าวเรียกว่าคีเลต (chelation) การสร้างสารประกอบเชิงซ้อน (complexation) และการประสานงาน (coordination)

อะตอมหรือไอออนกลาง พร้อมด้วยลิแกนด์ทั้งหมด ประกอบกันเป็นทรงกลมการประสานงาน [ ^{5 ] [ 6 ] อะตอม} หรือไอออนกลางและอะตอมผู้ให้ ประกอบกันเป็นทรงกลมการประสานงานแรก

การประสานงานหมายถึง "พันธะโคเวเลนต์แบบประสานงาน" ( พันธะไดโพลาร์ ) ระหว่างลิแกนด์และอะตอมกลาง เดิมที สารประกอบเชิงซ้อนหมายถึงการเชื่อมโยงแบบย้อนกลับได้ของโมเลกุลอะตอมหรือไอออน ผ่าน พันธะเคมีที่อ่อนแอดังกล่าว เมื่อนำมาใช้กับเคมีเชิงประสานงาน ความหมายนี้ได้พัฒนาไปแล้ว สารประกอบเชิงซ้อนของโลหะ บางชนิดเกิดขึ้นแบบย้อนกลับไม่ได้โดยแทบจะสมบูรณ์ และหลายชนิดถูกผูกเข้าด้วยกันด้วยพันธะที่ค่อนข้างแข็งแรง^{[ 7 ] [ 8 ]}

จำนวนอะตอมผู้ให้ที่ยึดติดกับอะตอมหรือไอออนกลางเรียกว่าเลขโคออร์ดิเนชันเลขโคออร์ดิเนชันที่พบได้บ่อยที่สุดคือ 2, 4 และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง 6 ไอออนไฮเดรตเป็นไอออนเชิงซ้อนชนิดหนึ่ง (หรือเรียกง่ายๆ ว่าเชิงซ้อน) ซึ่งเป็นสารประกอบที่เกิดขึ้นระหว่างไอออนโลหะกลางกับลิแกนด์หนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น ซึ่งเป็นโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบและมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอย่างน้อยหนึ่งคู่

ถ้าลิแกนด์ทั้งหมดเป็นแบบโมโนเดนเทต จำนวนอะตอมผู้ให้จะเท่ากับจำนวนลิแกนด์ ตัวอย่างเช่น ไอออนโคบอลต์(II) เฮกซาไฮเดรต หรือไอออนเฮกซาอะควาโคบอลต์(II) [Co(H₂O ₎ ₆ _] ²⁺ ^เป็นไอออนเชิงซ้อนไฮเดรตที่ประกอบด้วยโมเลกุลน้ำหกโมเลกุลที่ยึดติดกับไอออนโลหะ Co สถานะออกซิเดชันและเลขโคออร์ดิเนชันสะท้อนถึงจำนวนพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างไอออนโลหะและลิแกนด์ในไอออนเชิงซ้อน อย่างไรก็ตาม เลขโคออร์ดิเนชันของ Pt( en )²⁺ ₂มีค่าเป็น 4 (แทนที่จะเป็น 2) เนื่องจากมีลิแกนด์แบบไบเดนเทตสองตัว ซึ่งประกอบด้วยอะตอมผู้ให้ทั้งหมดสี่ตัว

อะตอมผู้ให้ใดๆ จะให้คู่ของอิเล็กตรอน มีอะตอมหรือกลุ่มอะตอมผู้ให้บางชนิดที่สามารถให้ได้มากกว่าหนึ่งคู่ของอิเล็กตรอน อะตอมหรือกลุ่มอะตอมเหล่านี้เรียกว่า ไบเดนเทต (ให้สองคู่ของอิเล็กตรอน) หรือ โพลีเดนเทต (ให้มากกว่าสองคู่ของอิเล็กตรอน) ในบางกรณี อะตอมหรือกลุ่มอะตอมจะให้คู่ของอิเล็กตรอนแก่อะตอมโลหะกลางหรือตัวรับที่เหมือนกันหรือต่างกันสองตัว โดยการแบ่งคู่ของอิเล็กตรอนออกเป็นพันธะสามศูนย์กลางสองอิเล็กตรอนพันธะเหล่านี้เรียกว่า ลิแกนด์เชื่อมโยง

สารประกอบเชิงซ้อนได้รับการรู้จักมาตั้งแต่เริ่มต้นของเคมีสมัยใหม่ สารประกอบเชิงซ้อนที่เป็นที่รู้จักกันดีในยุคแรกๆ ได้แก่ สีย้อม เช่นสีน้ำเงินปรัสเซียคุณสมบัติของสารประกอบเชิงซ้อนเหล่านี้ได้รับการเข้าใจอย่างดีเป็นครั้งแรกในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 หลังจากผลงานของChristian Wilhelm Blomstrand ในปี 1869 Blomstrand ได้พัฒนาสิ่งที่ต่อมาเรียกว่าทฤษฎีโซ่ไอออนเชิงซ้อนในการพิจารณาสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะอะมีน เขาตั้งทฤษฎีว่าโมเลกุลแอมโมเนียชดเชยประจุของไอออนโดยการสร้างโซ่ในรูปแบบ [(NH ₃ ) _X ] ^X+โดยที่ X คือเลขโคออร์ดิเนชันของไอออนโลหะ เขาเปรียบเทียบโซ่แอมโมเนียตามทฤษฎีของเขากับไฮโดรคาร์บอนในรูปแบบ ( ^CH ₂ ) _X [ ^{9 ]}

จากทฤษฎีนี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์กโซฟัส แมดส์ ยอร์เกนเซนได้ทำการปรับปรุงทฤษฎีดังกล่าว ในทฤษฎีของเขา ยอร์เกนเซนกล่าวว่า เมื่อโมเลกุลแตกตัวในสารละลาย จะมีผลลัพธ์ที่เป็นไปได้สองอย่าง คือ ไอออนจะจับตัวกันผ่านสายโซ่แอมโมเนียที่บลอมสแตรนด์ได้อธิบายไว้ หรือไอออนจะจับตัวกับโลหะโดยตรง

จนกระทั่งปี ค.ศ. 1893 ทฤษฎีเวอร์ชันที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดในปัจจุบันจึงได้รับการตีพิมพ์โดยAlfred Wernerงานของ Werner มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญสองประการต่อทฤษฎีของ Blomstrand ประการแรกคือ Werner อธิบายความเป็นไปได้สองประการในแง่ของตำแหน่งในทรงกลมการประสานงาน เขาอ้างว่าหากไอออนจะก่อตัวเป็นโซ่ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นนอกทรงกลมการประสานงาน ในขณะที่ไอออนที่จับกับโลหะโดยตรงจะทำเช่นนั้นภายในทรงกลมการประสานงาน^{[ 10 ]} Werner ยังหักล้างทฤษฎีโซ่ส่วนใหญ่ Werner ค้นพบการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของลิแกนด์ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโคบอลต์เฮกซาโคออร์ดิเนตเชิงซ้อน ทฤษฎีของเขาอธิบายความแตกต่างระหว่างลิแกนด์ที่ประสานงานและไอออนที่ปรับสมดุลประจุในสารประกอบ เช่น ไอออนคลอไรด์ในโคบอลแทมมีนคลอไรด์ และอธิบายไอโซเมอร์หลายอย่างที่ไม่สามารถอธิบายได้ก่อนหน้านี้

ในปี พ.ศ. 2454 เวอร์เนอร์ได้แยกสารประกอบเชิงซ้อนโคบอลต์/แอมโมเนียเฮกซอลออกเป็นไอโซเมอร์เชิงแสง เป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นการล้มล้างทฤษฎีที่ว่ามีเพียงสารประกอบคาร์บอนเท่านั้นที่สามารถมีไครัลลิตี้ได้^{[ 11 ]}

ไอออนหรือโมเลกุลที่ล้อมรอบอะตอมกลางเรียกว่าลิแกนด์ลิแกนด์ถูกจัดประเภทเป็นL หรือ X (หรือการผสมผสานกัน) ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนที่พวกมันให้สำหรับพันธะระหว่างลิแกนด์กับอะตอมกลาง ลิแกนด์ L ให้สองอิเล็กตรอนจากอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวส่งผลให้เกิดพันธะโคเวเลนต์แบบประสานลิแกนด์ X ให้หนึ่งอิเล็กตรอน โดยอะตอมกลางให้อิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่ง จึงเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ ปกติ ลิแกนด์เหล่านี้เรียกว่าประสานกับอะตอม สำหรับแอลคีนพันธะไพสามารถประสานกับอะตอมโลหะได้ ตัวอย่างเช่นเอทิลีนในสารประกอบเชิงซ้อน[PtCl ₃ (C ₂ H ₄ )] ⁻ ( เกลือของ Zeise )

ในเคมีเชิงโคออร์ดิเนชัน โครงสร้างจะถูกอธิบายด้วยเลขโคออร์ดิเนชัน ก่อน ซึ่งก็คือจำนวนลิแกนด์ที่ติดอยู่กับโลหะ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำนวนอะตอมผู้ให้) โดยปกติแล้วเราสามารถนับจำนวนลิแกนด์ที่ติดอยู่ได้ แต่บางครั้งการนับก็อาจคลุมเครือได้ เลขโคออร์ดิเนชันโดยทั่วไปอยู่ระหว่างสองถึงเก้า แต่จำนวนลิแกนด์จำนวนมากก็ไม่ใช่เรื่องแปลกสำหรับแลนทานอยด์และแอกทินอยด์ จำนวนพันธะขึ้นอยู่กับขนาด ประจุ และการจัดเรียงอิเล็กตรอนของไอออนโลหะและลิแกนด์ ไอออนโลหะอาจมีเลขโคออร์ดิเนชันมากกว่าหนึ่งค่าได้

โดยทั่วไป เคมีของสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันนั้นถูกครอบงำด้วยปฏิกิริยาระหว่างออร์บิทัลโมเลกุล s และ p ของอะตอมผู้ให้ในลิแกนด์กับออร์บิทัล d ของไอออนโลหะ ออร์บิทัล s, p และ d ของโลหะสามารถรองรับอิเล็กตรอนได้ 18 ตัว (ดูกฎ 18 อิเล็กตรอน ) ดังนั้น จำนวนการประสานงานสูงสุดสำหรับโลหะบางชนิดจึงสัมพันธ์กับการจัดเรียงอิเล็กตรอนของไอออนโลหะ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำนวนออร์บิทัลว่าง) และอัตราส่วนของขนาดของลิแกนด์และไอออนโลหะ โลหะขนาดใหญ่และลิแกนด์ขนาดเล็กนำไปสู่จำนวนการประสานงานสูง เช่น[Mo(CN) ₈ ] ⁴⁻โลหะขนาดเล็กที่มีลิแกนด์ขนาดใหญ่นำไปสู่จำนวนการประสานงานต่ำ เช่นPt[P(CMe ₃ )] ₂เนื่องจากขนาดที่ใหญ่โลหะแลนทานัมแอคติไนด์และโลหะทรานซิชันช่วงต้นจึงมีแนวโน้มที่จะมีจำนวนการประสานงานสูง

โครงสร้างส่วนใหญ่เป็นไปตามรูปแบบจุดบนทรงกลม (หรือเสมือนว่าอะตอมกลางอยู่ตรงกลางของทรงหลายเหลี่ยมโดยที่มุมของทรงนั้นเป็นตำแหน่งของลิแกนด์) ซึ่งการทับซ้อนของออร์บิทัล (ระหว่างออร์บิทัลของลิแกนด์และโลหะ) และแรงผลักระหว่างลิแกนด์มีแนวโน้มที่จะนำไปสู่รูปทรงเรขาคณิตปกติบางอย่าง รูปทรงเรขาคณิตที่พบเห็นได้บ่อยที่สุดแสดงไว้ด้านล่าง แต่ก็มีหลายกรณีที่เบี่ยงเบนจากรูปทรงเรขาคณิตปกติ เช่น เนื่องจากการใช้ลิแกนด์ประเภทต่างๆ (ซึ่งส่งผลให้ความยาวพันธะไม่สม่ำเสมอ อะตอมที่ประสานงานไม่ได้เป็นไปตามรูปแบบจุดบนทรงกลม) เนื่องจากขนาดของลิแกนด์ หรือเนื่องจากผลกระทบทางอิเล็กตรอน (ดูตัวอย่างเช่นการบิดเบี้ยวแบบ Jahn–Teller )

• เชิงเส้นสำหรับการประสานงานสองจุด
• ระนาบสามเหลี่ยมสำหรับการประสานงานสามจุด
• ทรงสี่หน้าหรือระนาบสี่เหลี่ยมสำหรับการประสานงานสี่จุด
• รูปทรงพีระมิดสามเหลี่ยมคู่สำหรับการประสานงานห้าตำแหน่ง
• ทรงแปดเหลี่ยมสำหรับการประสานงานหกตำแหน่ง
• พีระมิดคู่ห้าเหลี่ยมสำหรับการประสานงานเจ็ดจุด
• ปริซึมสี่เหลี่ยมแอนติปริซึมสำหรับการประสานงานแปดจุด
• ปริซึมสามเหลี่ยมยอดสามอันสำหรับการประสานงานเก้าจุด

คำอธิบายในอุดมคติของการประสานงาน 5, 7, 8 และ 9 มักจะไม่แตกต่างกันทางเรขาคณิตจากโครงสร้างทางเลือกที่มีมุม LML (ligand-metal-ligand) ที่แตกต่างกันเล็กน้อย เช่น ความแตกต่างระหว่างโครงสร้างพีระมิดสี่เหลี่ยมและโครงสร้างไบพีระมิดสามเหลี่ยม^{[ 12 ]}

• พีระมิดสี่เหลี่ยมสำหรับการประสานงานห้าจุด^{[ 13 ]}
• ทรงแปดเหลี่ยมปิดหรือปริซึมสามเหลี่ยมปิดสำหรับการประสานงานเจ็ด^{[ 14 ]}
• ทรง สิบสองเหลี่ยมหรือปริซึมสามเหลี่ยมปิดสองด้านสำหรับการประสานงานแปดจุด^{[ 15 ]}
• ปริซึมแอนติปริซึมทรงสี่เหลี่ยมปิดหัวสำหรับพิกัดเก้า

เพื่อแยกแยะความแตกต่างระหว่างการประสานงานทางเลือกสำหรับคอมเพล็กซ์ที่มีการประสานงานห้าตำแหน่งAddison et al. ^{[ 16 ]} ได้คิดค้น ดัชนีเรขาคณิต τขึ้นมา ดัชนีนี้ขึ้นอยู่กับมุมของศูนย์กลางการประสานงานและเปลี่ยนแปลงระหว่าง 0 สำหรับโครงสร้างพีระมิดสี่เหลี่ยมจัตุรัสไปจนถึง 1 สำหรับโครงสร้างพีระมิดสามเหลี่ยมคู่ ทำให้สามารถจำแนกกรณีต่างๆ ระหว่างนั้นได้ ต่อมาระบบนี้ได้รับการขยายไปยังคอมเพล็กซ์ที่มีการประสานงานสี่ตำแหน่งโดย Houser et al. ^{[ 17 ]}และ Okuniewski et al. ^{[ 18 ]}

ในระบบที่มีจำนวนอิเล็กตรอน d ต่ำ เนื่องจากผลทางอิเล็กทรอนิกส์พิเศษ เช่นการทำให้เสถียรแบบJahn–Teller (ลำดับที่สอง) ^{[ 19 ]}รูปทรงเรขาคณิตบางอย่าง (ซึ่งอะตอมที่ประสานงานไม่ได้เป็นไปตามรูปแบบจุดบนทรงกลม) จะมีความเสถียรมากกว่าความเป็นไปได้อื่นๆ เช่น สำหรับสารประกอบบางชนิด รูปทรงเรขาคณิตปริซึมสามเหลี่ยมจะมีความเสถียรมากกว่าโครงสร้างทรงแปดเหลี่ยมสำหรับการประสานงานหกตำแหน่ง

• โค้งงอเพื่อการประสานงานสองจุด
• พีระมิดสามเหลี่ยมสำหรับการประสานงานสามจุด
• ปริซึมสามเหลี่ยมสำหรับการประสานงานหกจุด

ไอโซเมอริซึมหลายชนิดมีอยู่ในสารประกอบเชิงซ้อน^{[ 20 ]} เช่นเดียวกับในเคมีอินทรีย์ไอโซเมอร์มีสองประเภท ได้แก่ ไดแอสเตอริโอเมอร์ (เรียกอีกอย่างว่าไดแอสเตอริโอไอโซเมอร์) และเอนันติโอเมอร์ เอนันติโอเมอร์เป็นภาพสะท้อนในกระจกที่ไม่สามารถซ้อนทับกันได้ ไดแอสเตอริโอเมอร์คือไอโซเมอร์ประเภทอื่นๆ ทั้งหมด

ไอโซเมอร์ซิส-ทรานส์เกิดขึ้นในสารประกอบเชิงซ้อนแบบทรงแปดเหลี่ยมและแบบระนาบสี่เหลี่ยม (แต่ไม่เกิดขึ้นในทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า) เมื่อลิแกนด์สองตัวอยู่ติดกันเรียกว่าซิสเมื่ออยู่ตรงข้ามกัน เรียกว่า ท รานส์ เมื่อลิแกนด์ที่เหมือนกันสามตัวอยู่บนหน้าหนึ่งของทรงแปดเหลี่ยม ไอโซเมอร์นั้นเรียกว่าเฟเชียล หรือแฟกในไอโซเมอร์แฟก ลิแกนด์ที่เหมือนกันสองตัวใดๆ จะอยู่ติดกันหรือซิสกัน หากลิแกนด์ทั้งสามตัวนี้และไอออนโลหะอยู่ในระนาบเดียวกัน ไอโซเมอร์นั้นเรียกว่าเมริเดียน หรือเมอร์ไอ โซเมอร์ เมอร์สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นส่วนผสมของทรานส์และซิสเนื่องจากประกอบด้วยคู่ของลิแกนด์ที่เหมือนกันทั้งแบบทรานส์และซิส

ไอโซเมอริซึมเชิงแสงเกิดขึ้นเมื่อคอมเพล็กซ์ไม่สามารถซ้อนทับกับภาพสะท้อนในกระจกได้ เรียกเช่นนั้นเพราะไอโซเมอร์ทั้งสองต่างก็มีกิจกรรมทางแสง กล่าว คือ พวกมันหมุนระนาบของแสงโพลาไรซ์ไปในทิศทางตรงกันข้าม ในโมเลกุลแรกที่แสดง สัญลักษณ์ Λ ( แลมบ์ดา ) ใช้เป็นคำนำหน้าเพื่ออธิบายการบิดแบบใบพัดมือซ้ายที่เกิดจากลิแกนด์แบบไบเดนเทตสามตัว โมเลกุลที่สองเป็นภาพสะท้อนในกระจกของโมเลกุลแรก โดยใช้สัญลักษณ์ Δ ( เดลต้า ) เป็นคำนำหน้าสำหรับการบิดแบบใบพัดมือขวา โมเลกุลที่สามและสี่เป็นคู่ของไอโซเมอร์ Λ และ Δ ที่คล้ายกัน ในกรณีนี้มีลิแกนด์แบบไบเดนเทตสองตัวและลิแกนด์แบบโมโนเดนเทตที่เหมือนกันสองตัว^{[ 21 ]}

ไอโซเมริซึมเชิงโครงสร้างเกิดขึ้นเมื่อพันธะต่างๆ แตกต่างกัน ไอโซเมริซึมเชิงโครงสร้างได้รับการยอมรับ 4 ประเภท ได้แก่ ไอโซเมริซึมแบบไอออนไนเซชัน ไอโซเมริซึมแบบโซลเวตหรือไฮเดรต ไอโซเมริซึมแบบพันธะ และไอโซเมริซึมแบบโคออร์ดิเนชัน

1. ไอโซเมอริซึมแบบไอออนไนเซชัน – ไอโซเมอร์ให้ไอออนที่แตกต่างกันในสารละลายแม้ว่าจะมีองค์ประกอบเหมือนกันก็ตาม ไอโซเมอริซึมประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อไอออนตรงข้ามของสารเชิงซ้อนเป็นลิแกนด์ที่มีศักยภาพด้วย ตัวอย่างเช่น เพนตาแอมมีนโบรโมโคบอลต์(III) ซัลเฟต[Co(NH ₃ ) ₅ Br]SO ₄มีสีม่วงแดงและในสารละลายจะให้ตะกอนกับแบเรียมคลอไรด์ ซึ่งยืนยันการมีอยู่ของไอออนซัลเฟต ในขณะที่เพนตาแอมมีนซัลเฟตโคบอลต์(III) โบรไมด์[Co(NH ₃ ) ₅ SO ₄ ]Brมีสีแดงและทดสอบแล้วไม่พบไอออนซัลเฟตในสารละลาย แต่จะให้ตะกอนของ AgBr กับซิลเวอร์ไนเตรตแทน^{[ 22 ]}
2. ไอโซเมอร์ของโซลเวตหรือไฮเดรต – ไอโซเมอร์เหล่านี้มีองค์ประกอบเหมือนกัน แต่แตกต่างกันในแง่ของจำนวนโมเลกุลของตัวทำละลายที่ทำหน้าที่เป็นลิแกนด์ เทียบกับการครอบครองตำแหน่งในผลึก ตัวอย่างเช่น[Cr(H ₂ O) ₆ ]Cl ₃มีสีม่วง[CrCl(H ₂ O) ₅ ]Cl ₂ ·H ₂ Oมีสีเขียวอมฟ้า และ[CrCl ₂ (H ₂ O) ₄ ]Cl·2H ₂ Oมีสีเขียวเข้มดูน้ำผลึก^{[ 22 ]}
3. ไอโซเมอร์ของการเชื่อมโยงเกิดขึ้นกับลิแกนด์ที่มีอะตอมผู้ให้มากกว่าหนึ่งอะตอม ซึ่งเรียกว่ามบิเดนเตต^{[ 23 ]}ตัวอย่างเช่นไนไตรต์สามารถประสานงานผ่าน O หรือ N ได้ ^{[ 24 ]}ไอโซเมอร์ของการเชื่อมโยงไนไตรต์คู่หนึ่งมีโครงสร้าง (NH ₃ ) ₅ CoNO2+2(ไอโซเมอร์ไนโตร) และ(NH ₃ ) ₅ CoONO ²⁺ (ไอโซเมอร์ไนไตรโต) ^{[ 23 ]}
4. ไอโซเมอริซึมการประสานงานเกิดขึ้นเมื่อทั้งไอออนบวกและไอออนลบของเกลือเป็นไอออนเชิงซ้อน และไอโซเมอร์ทั้งสองแตกต่างกันในการกระจายตัวของลิแกนด์ระหว่างแคตไอออนและแอนไอออน ตัวอย่างเช่น ^[ Co(NH ₃ ) ₆ ][Cr(CN) ₆ ]และ [Cr(NH ₃ ) ₆ ][Co(CN) ₆ ] [ ^{22 ]}

คุณสมบัติหลายประการของสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันถูกกำหนดโดยโครงสร้างอิเล็กตรอน โครงสร้างอิเล็กตรอนสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองไอออนิกเชิงสัมพัทธ์ที่กำหนดประจุอย่างเป็นทางการให้กับโลหะและลิแกนด์ แนวทางนี้เป็นแก่นแท้ของทฤษฎีสนามผลึก (CFT) ทฤษฎีสนามผลึกซึ่งนำเสนอโดยฮันส์ เบเทอในปี 1929 เป็น ความพยายามที่อิงตาม กลศาสตร์ควอนตัมในการทำความเข้าใจสารประกอบเชิงซ้อน แต่ทฤษฎีสนามผลึกถือว่าปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดในสารประกอบเชิงซ้อนเป็นแบบไอออนิกและสมมติว่าลิแกนด์สามารถประมาณได้ด้วยประจุจุดลบ

แบบจำลองที่ซับซ้อนกว่านั้นจะคำนึงถึงพันธะโควาเลนต์ และแนวทางนี้ได้รับการอธิบายโดยทฤษฎีสนามลิแกนด์ (LFT) และทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุล (MO) ทฤษฎีสนามลิแกนด์ ซึ่งได้รับการแนะนำในปี 1935 และสร้างขึ้นจากทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุล สามารถจัดการกับสารประกอบเชิงซ้อนได้หลากหลายกว่า และสามารถอธิบายสารประกอบเชิงซ้อนที่มีปฏิกิริยาแบบโควาเลนต์ได้การประยุกต์ใช้ทางเคมีของทฤษฎีกลุ่มสามารถช่วยให้เข้าใจทฤษฎีผลึกหรือทฤษฎีสนามลิแกนด์ได้ โดยอนุญาตให้มีวิธีแก้สมการเชิงรูปธรรมที่เรียบง่ายและอิงตามสมมาตร

นักเคมีมักใช้แบบจำลองที่ง่ายที่สุดเท่าที่จำเป็นในการทำนายคุณสมบัติที่สนใจ ด้วยเหตุนี้ ทฤษฎีสนามควอนตัมเชิงสัมพัทธ์ (CFT) จึงเป็นที่นิยมในการอภิปรายเมื่อเป็นไปได้ ทฤษฎีโมเลกุลออร์บิทัล (MO) และทฤษฎีสนามลิมิต (LF) นั้นซับซ้อนกว่า แต่ให้มุมมองที่สมจริงกว่า

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของสารประกอบเชิงซ้อนทำให้พวกมันมีคุณสมบัติที่สำคัญบางประการ:

สารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันมักมีสีสันสวยงามที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กตรอนเนื่องจากการดูดกลืนแสง ด้วยเหตุนี้จึงมักนำมาใช้เป็นเม็ดสีการเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะที่มีสีนั้นเป็นการเปลี่ยนแปลงแบบ d–d หรือแถบการถ่ายโอนประจุในการเปลี่ยนแปลงแบบ ad–d อิเล็กตรอนในออร์บิทัล ad บนโลหะจะถูกกระตุ้นโดยโฟตอนไปยังออร์บิทัล d อื่นที่มีพลังงานสูงกว่า ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงแบบ d–d จึงเกิดขึ้นเฉพาะในสารประกอบเชิงซ้อนที่มีออร์บิทัล d ที่บรรจุไม่เต็ม (d ^1–9 ) สำหรับสารประกอบเชิงซ้อนที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบ d ⁰หรือ d ¹⁰การถ่ายโอนประจุยังคงเป็นไปได้แม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบ d–d ก็ตาม แถบการถ่ายโอนประจุเกี่ยวข้องกับการส่งเสริมอิเล็กตรอนจากออร์บิทัลที่อยู่บนโลหะไปยังออร์บิทัลที่ว่างอยู่บนลิแกนด์ ( การถ่ายโอนประจุจากโลหะไปยังลิแกนด์หรือ MLCT) ในทางกลับกันก็เกิดขึ้นเช่นกัน: การกระตุ้นอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่อิงกับลิแกนด์ไปยังออร์บิทัลที่อิงกับโลหะที่ว่างเปล่า ( การถ่ายโอนประจุจากลิแกนด์ไปยังโลหะหรือ LMCT) ปรากฏการณ์เหล่านี้สามารถสังเกตได้ด้วยความช่วยเหลือของสเปกโทรสโกปีอิเล็กตรอน หรือที่รู้จักกันในชื่อUV-Vis [ ^{25 ] สำหรับ}สารประกอบอย่างง่ายที่มีสมมาตรสูง การเปลี่ยนผ่าน d–d สามารถกำหนดได้โดยใช้แผนภาพ Tanabe–Suganoการกำหนดเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนเพิ่มขึ้นด้วยเคมีเชิงคำนวณ

โดยผิวเผินแล้ว สารประกอบเชิงซ้อน ของแลนทานอยด์มีความคล้ายคลึงกับสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันตรงที่บางชนิดมีสี อย่างไรก็ตาม สำหรับไอออน Ln³⁺ ทั่วไป⁽ Ln = แลนทานอยด์) สีทั้งหมดนั้นจางมาก และแทบไม่ได้รับอิทธิพลจากลักษณะของลิแกนด์ สีเหล่านี้เกิดจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอน 4f เนื่องจากออร์บิทัล 4f ในแลนทานอยด์ถูก "ฝัง" อยู่ในแกนซีนอนและถูกกำบังจากลิแกนด์โดยออร์บิทัล 5s และ 5p ดังนั้นจึงไม่ได้รับอิทธิพลจากลิแกนด์มากนัก ส่งผลให้ การแยก สนามผลึก มีขนาดเล็กกว่า ในโลหะทรานซิชันมาก สเปกตรัมการดูดกลืนแสงของไอออน Ln³⁺ ^ใกล้เคียงกับสเปกตรัมของไอออนอิสระ โดยที่สถานะอิเล็กตรอนอธิบายได้ด้วยการจับคู่สปิน-ออร์บิทซึ่งแตกต่างจากโลหะทรานซิชันที่สถานะพื้นฐานถูกแยกออกโดยสนามผลึก การดูดกลืนแสงของ Ln ³⁺นั้นอ่อน เนื่องจากการเปลี่ยนผ่านไดโพลไฟฟ้าถูกห้ามโดยสมมาตร ( ห้ามโดย Laporte ) แต่สามารถเพิ่มความเข้มได้เนื่องจากผลของสนามลิแกนด์ที่มีสมมาตรต่ำหรือการผสมกับสถานะอิเล็กตรอนที่สูงกว่า ( เช่นออร์บิทัล d) แถบการดูดกลืนแสง ff นั้นคมชัดมาก ซึ่งแตกต่างจากที่สังเกตได้ในโลหะทรานซิชันซึ่งโดยทั่วไปจะมีแถบกว้าง^{[ 26 ] [ 27 ]}สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ผลกระทบที่ผิดปกติอย่างมาก เช่น การเปลี่ยนแปลงสีอย่างมีนัยสำคัญภายใต้แสงรูปแบบต่างๆ

สารประกอบเชิงซ้อนของโลหะที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่กันจะมีคุณสมบัติเป็นพาราแมกเนติกซึ่งอาจเกิดจากจำนวนอิเล็กตรอนโดยรวมเป็นเลขคี่ หรือเกิดจากการจับคู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่สมบูรณ์ ดังนั้น สารประกอบ Ti(III) แบบโมโนเมอร์จะมี "อิเล็กตรอน d" หนึ่งตัว และต้องมีคุณสมบัติเป็น(พารา)แมกเนติกโดยไม่คำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตหรือลักษณะของลิแกนด์ ส่วน Ti(II) ที่มีอิเล็กตรอน d สองตัว จะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนบางชนิดที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่กันสองตัว และบางชนิดไม่มีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่กันเลย ปรากฏการณ์นี้แสดงให้เห็นได้จากสารประกอบ TiX ₂ [(CH ₃ ) ₂ PCH ₂ CH ₂ P(CH ₃ ) ₂ ] ₂ : เมื่อ X =  Clสารประกอบเชิงซ้อนจะมีคุณสมบัติเป็นพาราแมกเนติก ( การจัดเรียง สปินสูง ) ในขณะที่เมื่อ X =  CH ₃จะมีคุณสมบัติเป็นไดอะแมกเนติก ( การจัดเรียง สปินต่ำ ) ลิแกนด์เป็นกลไกสำคัญในการปรับคุณสมบัติ ของ สถานะพื้นฐาน

ในสารประกอบโลหะสองชนิดหรือหลายชนิด ซึ่งแต่ละศูนย์กลางมีอิเล็กตรอนจำนวนคี่หรือมีสปินสูง สถานการณ์จะซับซ้อนกว่า หากมีการปฏิสัมพันธ์ (ไม่ว่าโดยตรงหรือผ่านลิแกนด์) ระหว่างศูนย์กลางโลหะสอง (หรือมากกว่า) ศูนย์กลาง อิเล็กตรอนอาจจับคู่กัน ( การจับคู่แบบแอนติเฟอร์โรแมกเนติกส่งผลให้เกิดสารประกอบไดอะแมกเนติก) หรืออาจเสริมกัน ( การจับคู่แบบเฟอร์โรแมกเนติก ) เมื่อไม่มีการปฏิสัมพันธ์ ศูนย์กลางโลหะสอง (หรือมากกว่า) ศูนย์กลางจะทำตัวราวกับอยู่ในโมเลกุลแยกกันสองโมเลกุล

สารประกอบเชิงซ้อนแสดงปฏิกิริยาที่เป็นไปได้หลากหลาย: ^{[ 28 ]}

• การถ่ายโอนอิเล็กตรอน

  การถ่ายโอนอิเล็กตรอน (ET) ระหว่างไอออนโลหะสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านกลไกสองแบบที่แตกต่างกัน คือ การถ่ายโอนอิเล็กตรอน แบบวงในและวงนอกในปฏิกิริยาแบบวงใน ลิแกนด์ที่เป็นตัวเชื่อมจะทำหน้าที่เป็นตัวนำสำหรับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

• การแลกเปลี่ยนลิแกนด์ (เสื่อมสภาพ)

  ตัวบ่งชี้สำคัญอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาคือ อัตราการแลกเปลี่ยนลิแกนด์ที่เสื่อมสภาพ ตัวอย่างเช่น อัตราการแลกเปลี่ยนน้ำที่ประสานในสารประกอบ [M(H ₂ O) ₆ ] ^{n +}มีความแตกต่างกันมากกว่า 20 อันดับของขนาด สารประกอบที่ลิแกนด์ถูกปล่อยออกมาและกลับคืนมาอย่างรวดเร็วจัดเป็นสารประกอบที่ไม่เสถียร สารประกอบที่ไม่เสถียรเหล่านี้อาจมีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ค่อนข้างสูง สารประกอบโลหะที่ไม่เสถียรโดยทั่วไปจะมีประจุต่ำ (Na ⁺ ) อิเล็กตรอนในออร์บิทัล d ที่เป็นแอนติบอนดิงเมื่อเทียบกับลิแกนด์ (Zn ²⁺ ) หรือขาดความเป็นโคเวเลนต์ (Ln ³⁺โดยที่ Ln คือแลนทานอยด์ใดๆ) ความไม่เสถียรของสารประกอบโลหะยังขึ้นอยู่กับการจัดเรียงแบบสปินสูงเทียบกับสปินต่ำเมื่อเป็นไปได้ ดังนั้น Fe(II) และ Co(III) ที่มีสปินสูงจึงก่อให้เกิดสารประกอบที่ไม่เสถียร ในขณะที่สารประกอบที่มีสปินต่ำจะไม่ทำปฏิกิริยา Cr(III) สามารถคงอยู่ได้เฉพาะในสถานะสปินต่ำ (ควอเต็ต) ซึ่งเฉื่อยชาเนื่องจากสถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการสูง การไม่มีอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่เป็นแอนติบอนดิง M–L บวกกับ "การทำให้เสถียรของสนามลิแกนด์" บางส่วนที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียง d ³

• กระบวนการเชื่อมโยง

  สารประกอบเชิงซ้อนที่มีออร์บิทัลว่างหรือบรรจุอิเล็กตรอนครึ่งหนึ่ง มักจะสามารถทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นได้ สารตั้งต้นส่วนใหญ่มีสถานะพื้นฐานเป็นซิงเกล็ต กล่าวคือ มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (เช่น น้ำ เอมีน อีเทอร์) ดังนั้นสารตั้งต้นเหล่านี้จึงต้องการออร์บิทัลว่างเพื่อให้สามารถทำปฏิกิริยากับศูนย์กลางโลหะได้ สารตั้งต้นบางชนิด (เช่น ออกซิเจนโมเลกุล) มีสถานะพื้นฐานเป็นทริปเล็ตซึ่งส่งผลให้โลหะที่มีออร์บิทัลบรรจุอิเล็กตรอนครึ่งหนึ่งมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นดังกล่าว ( โมเลกุล ไดออกซิเจนยังมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ดังนั้นจึงสามารถทำปฏิกิริยาในฐานะเบสของลูอิสได้ด้วย)

หากเลือกสารประกอบที่อยู่รอบโลหะอย่างระมัดระวัง โลหะนั้นสามารถช่วยในการเปลี่ยนแปลงโมเลกุล ( ทั้งในเชิงสัดส่วนหรือเชิงเร่งปฏิกิริยา ) หรือใช้เป็นเซ็นเซอร์ได้

สารประกอบเชิงซ้อนของโลหะ หรือที่รู้จักกันในชื่อสารประกอบเชิงซ้อนแบบโคออร์ดิเนชัน ประกอบด้วยสารประกอบโลหะเกือบทั้งหมด^{[ 29 ]} การศึกษา "เคมีเชิงโคออร์ดิเนชัน" คือการศึกษา "เคมีอนินทรีย์" ของโลหะอัลคาไลและ โลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธโลหะทราน ซิชัน แลนทานอยด์ แอคติไนด์และโลหะกึ่งโลหะดังนั้น เคมีเชิงโคออร์ดิเนชันจึงเป็นเคมีของธาตุส่วนใหญ่ในตารางธาตุ โลหะและไอออนของโลหะมีอยู่ อย่างน้อยในสถานะควบแน่น จะถูกล้อมรอบด้วยลิแกนด์เท่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว สาขาเคมีเชิงการประสานงานสามารถแบ่งออกได้ตามลักษณะของลิแกนด์ ดังนี้:

• สารประกอบ เชิงซ้อนแบบคลาสสิก (หรือ " สารประกอบเชิงซ้อน ของเวอร์เนอร์ "): ลิแกนด์ในเคมีเชิงซ้อนแบบคลาสสิกจะจับกับโลหะเกือบทั้งหมดผ่านทาง อิเล็กตรอน คู่โดดเดี่ยวที่อยู่บนอะตอมของธาตุหมู่หลักในลิแกนด์ ลิแกนด์ทั่วไปได้แก่ H₂O _, NH₃ _, Cl⁻ , ^CN⁻และ^enสารประกอบเชิงซ้อนที่ง่ายที่สุดบางส่วนได้แก่สารประกอบเชิงซ้อนโลหะอะควาและสารประกอบเชิงซ้อนโลหะแอมมีน

_{ตัวอย่าง: [ Co} ( EDTA )] ⁻ , [ Co(NH3 ₎ 6 _] 3+ ^, [ Fe( _C2O4 ) ₃ ] ^3-

• เคมีโลหะอินทรีย์ : ลิแกนด์มีทั้งแบบอินทรีย์ (แอลคีน แอลไคน์ แอลคิล) และแบบ "คล้ายอินทรีย์" เช่น ฟอสฟีน ไฮไดรด์ และ CO

ตัวอย่าง: (C ₅ H ₅ )Fe(CO) ₂ CH ₃

• เคมีชีวอนินทรีย์ : ลิแกนด์คือสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหมู่ข้างเคียงของกรดอะมิโน และโคแฟคเตอร์ หลายชนิด เช่นพอร์ฟิริน

ตัวอย่าง: ฮีโมโกลบินประกอบด้วยฮีมซึ่งเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของเหล็กในรูปพอฟิริน

ตัวอย่าง: คลอโรฟิลล์ประกอบด้วยสารประกอบพอร์ฟิรินของแมกนีเซียม

ลิแกนด์ตามธรรมชาติหลายชนิดเป็น "ลิแกนด์แบบคลาสสิก" โดยเฉพาะอย่างยิ่งน้ำ

• เคมีคลัสเตอร์ : ลิแกนด์ประกอบด้วยโลหะทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น รวมถึงไอออนหรืออะตอมของโลหะอื่นๆ ด้วย

ตัวอย่าง Ru ₃ (CO) ₁₂

• ในบางกรณีอาจมีการผสมผสานของสาขาต่างๆ เข้าด้วยกัน:

ตัวอย่าง: [Fe ₄ S ₄ (Scysteinyl) ₄ ] ²⁻ซึ่งมีคลัสเตอร์ฝังอยู่ในสปีชีส์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ

แร่ธาตุวิทยา วัสดุศาสตร์และเคมีของแข็ง  – ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับไอออนโลหะ – เป็นส่วนย่อยของเคมีเชิงโคออร์ดิเนชัน ในแง่ที่ว่าโลหะถูกล้อมรอบด้วยลิแกนด์ ในหลายกรณี ลิแกนด์เหล่านี้เป็นออกไซด์หรือซัลไฟด์ แต่โลหะก็ยังคงมีการประสานงานอยู่ดี และหลักการและแนวทางที่กล่าวถึงด้านล่างนี้ก็ใช้ได้ ในไฮเดรตอย่างน้อยลิแกนด์บางส่วนก็เป็นโมเลกุลของน้ำ จริงอยู่ที่ว่าจุดเน้นของแร่ธาตุวิทยา วัสดุศาสตร์ และเคมีของแข็งแตกต่างจากจุดเน้นปกติของเคมีเชิงโคออร์ดิเนชันหรือเคมีอนินทรีย์ สาขาแรกนั้นเกี่ยวข้องกับโครงสร้างพอลิเมอร์เป็นหลัก คุณสมบัติที่เกิดจากผลรวมของโลหะที่เชื่อมต่อกันอย่างมาก ในทางตรงกันข้าม เคมีเชิงโคออร์ดิเนชันมุ่งเน้นไปที่ปฏิกิริยาและคุณสมบัติของสารประกอบเชิงซ้อนที่มีอะตอมโลหะแต่ละตัวหรือกลุ่มอะตอมโลหะขนาดเล็ก

ขั้นตอนพื้นฐานในการตั้งชื่อสารประกอบเชิงซ้อนมีดังนี้:

1. ในการตั้งชื่อไอออนเชิงซ้อน จะต้องตั้งชื่อลิแกนด์ก่อนชื่อไอออนโลหะ
2. ชื่อของลิแกนด์เรียงตามลำดับตัวอักษร ตัวเลขนำหน้าไม่มีผลต่อลำดับ
   • ลิแกนด์โมโนเดน เทตที่ปรากฏหลายครั้งจะได้รับคำนำหน้าตามจำนวนครั้งที่ปรากฏ ได้แก่di- , tri- , tetra- , penta-หรือhexa-
   • ลิแกนด์โพลีเดนเทตที่เกิดขึ้นหลายตำแหน่ง (เช่น เอทิลีนไดอะมีน ออกซาเลต) จะได้รับหมู่bis- , tris- , tetrakis-เป็นต้น
   • แอนไอออนลงท้ายด้วยoซึ่งจะแทนที่ 'e' ตัวสุดท้ายเมื่อแอนไอออนลงท้ายด้วย '-ide', '-ate' หรือ '-ite' เช่นคลอไรด์กลายเป็นคลอริโดและซัลเฟตกลายเป็นซัลฟาโตก่อนหน้านี้ '-ide' ถูกเปลี่ยนเป็น '-o' (เช่นคลอโรและไซยาโน ) แต่กฎนี้ได้รับการแก้ไขในคำแนะนำของ IUPAC ปี 2005 และรูปแบบที่ถูกต้องสำหรับลิแกนด์เหล่านี้คือคลอริโดและไซยาโน^{[ 30 ]}
   • ลิแกนด์ที่เป็นกลางจะได้รับชื่อตามปกติ โดยมีข้อยกเว้นบางประการ เช่น NH₃ _กลายเป็นแอมมีน ; H₂O _กลายเป็นอะควาหรืออะควอ ; CO กลายเป็นคาร์บอนิล ; NO กลายเป็นไนโตรซิล
3. เขียนชื่อของอะตอม/ไอออนกลาง หากสารประกอบเชิงซ้อนเป็นแอนไอออน ชื่อของอะตอมกลางจะลงท้ายด้วย-ateและจะใช้ชื่อภาษาละตินหากมี (ยกเว้นปรอท)
4. ต้องระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมกลาง (เมื่อเป็นหนึ่งในหลายค่าที่เป็นไปได้ หรือเป็นศูนย์) และควรเขียนเป็นเลขโรมัน (หรือ 0) ที่อยู่ในวงเล็บ
5. ชื่อของแคตไอออนควรนำหน้าด้วยชื่อของแอนไอออน (ถ้ามี ดังตัวอย่างสุดท้าย)

ตัวอย่าง:

[Cd(CN) ₂ (en) ₂ ] → ไดไซยานิโดบิส(เอทิลีนไดอะมีน)แคดเมียม(II)

[CoCl(NH ₃ ) ₅ ]SO ₄ → เพนตาแอมมีนคลอริโดโคบอลต์(III) ซัลเฟต

[Cu(H ₂ O) ₆ ] ²⁺ → เฮกซะควาคอปเปอร์(II) ไอออน

[CuCl ₅ NH ₃ ] ³⁻ → แอมมีนเพนตะคลอริโดคัพเรต(II) ไอออน

K ₄ [Fe(CN) ₆ ] → โพแทสเซียมเฮกซาไซยานิโดเฟอร์เรต(II)

[NiCl ₄ ] ²⁻ → ไอออนเตตระคลอริโดนิคเคเลต(II) (การใช้คลอโร- ถูกลบออกจากข้อกำหนดการตั้งชื่อของ IUPAC) ^{[ 30 ]}

เลขโคออร์ดิเนชันของลิแกนด์ที่ยึดติดกับโลหะมากกว่าหนึ่งตัว (ลิแกนด์เชื่อมโยง) จะแสดงด้วยตัวห้อย μ ที่อยู่หน้าสัญลักษณ์กรีกเช่น ไดเมอร์ของอะลูมิเนียมไตรคลอไรด์จะถูกอธิบายด้วย Al ₂ Cl ₄ (μ ₂ -Cl) ₂

หมู่แอนไอออนใดๆ ก็สามารถมีเสถียรภาพทางอิเล็กตรอนได้ด้วยแคตไอออนใดๆ สารประกอบเชิงซ้อนแอนไอออนสามารถมีเสถียรภาพได้ด้วยแคตไอออนไฮโดรเจน กลายเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่เป็นกรดซึ่งสามารถแตกตัวเพื่อปล่อยไฮโดรเจนแคตไอออนออกมา สารประกอบเชิงซ้อนประเภทนี้มีชื่อที่เติม "ic" ต่อท้ายโลหะกลาง ตัวอย่างเช่น H₂ _[ Pt(CN) _₄ ] มีชื่อว่า กรดเตตระไซยาโนแพลทินิก (II)

ความสัมพันธ์ระหว่างไอออนโลหะกับลิแกนด์นั้นอธิบายได้ด้วยค่าคงที่ความเสถียร หรือที่เรียกว่าค่าคงที่การก่อตัว และใช้สัญลักษณ์ K_{_f} แทน ค่านี้คือค่าคงที่สมดุลสำหรับการประกอบกันของโลหะและลิแกนด์ที่เป็นส่วนประกอบ และสามารถคำนวณได้ตามตัวอย่างต่อไปนี้สำหรับกรณีง่ายๆ:

xM _(aq) + yL _(aq) ⇌ zZ _(aq)

${\displaystyle K_{f}={\frac {[{\text{Z}}]^{z}}{[{\text{M}}]^{x}[{\text{L}}]^{y}}}}$

โดยที่ x, y และ z คือ สัมประสิทธิ์ สโตอิคิโอเมตริกของแต่ละชนิด M หมายถึงโลหะ/ไอออนโลหะ L หมายถึงเบสของลูอิส และสุดท้าย Z หมายถึงไอออนเชิงซ้อน ค่าคงที่การก่อตัวจะแตกต่างกันอย่างมาก ค่ามากแสดงว่าโลหะมีความสัมพันธ์สูงกับลิแกนด์ โดยที่ระบบอยู่ในสภาวะสมดุล^{[ 31 ]}

^{บาง ครั้ง}ค่าคงที่ความเสถียรจะอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกัน ซึ่งเรียกว่าค่าคงที่ความไม่เสถียร ค่าคงที่นี้แสดงเป็นค่าผกผันของค่าคงที่การก่อตัวและแสดงเป็น K _d = 1/K _f ^{[ 32} ] ค่าคงที่นี้แสดงถึงปฏิกิริยาย้อนกลับสำหรับการสลายตัวของไอออนเชิงซ้อนเป็นส่วนประกอบโลหะและลิแกนด์แต่ละส่วน เมื่อเปรียบเทียบค่า K _dยิ่งค่ามาก ไอออนเชิงซ้อนก็จะยิ่งไม่เสถียรมากขึ้น

ผลจากการเกิดไอออนเชิงซ้อนในสารละลาย ไอออนเหล่านี้ยังสามารถมีบทบาทสำคัญต่อความสามารถในการละลายของสารประกอบอื่นๆ ได้อีกด้วย เมื่อเกิดไอออนเชิงซ้อนขึ้น มันสามารถเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของส่วนประกอบต่างๆ ในสารละลายได้ ตัวอย่างเช่น:

อาก⁺ _(aq)+ 2  NH ₃ ⇌ Ag(NH ₃ )⁺ ₂

AgCl _(s) + H ₂ O _(l) ⇌ Ag⁺ _(aq)+ Cl⁻ _(aq)

หากปฏิกิริยาทั้งสองเกิดขึ้นในภาชนะปฏิกิริยาเดียวกัน ความสามารถในการละลายของซิลเวอร์คลอไรด์จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของ NH₄OH _{เพราะ}การก่อตัวของสารเชิงซ้อนไดแอมมีนอาร์เจนตัม(I) จะใช้ไอออนเงินอิสระจำนวนมากจากสารละลาย ตามหลักการของเลอชาเตลิเยร์สิ่งนี้ทำให้สมดุลของปฏิกิริยาการละลายของซิลเวอร์คลอไรด์ ซึ่งมีไอออนเงินเป็นผลิตภัณฑ์ เลื่อนไปทางขวา

ค่าความละลายใหม่นี้สามารถคำนวณได้จากค่า K _fและ K _spสำหรับปฏิกิริยาเดิม โดยพื้นฐานแล้ว ค่าความละลายจะหาได้จากการรวมสมดุลสองปฏิกิริยาแยกกันเข้าเป็นปฏิกิริยาสมดุลรวม และปฏิกิริยารวมนี้เป็นตัวกำหนดค่าความละลายใหม่ ดังนั้น K _cซึ่งเป็นค่าคงที่ความละลายใหม่ จะใช้สัญลักษณ์ดังนี้:

${\displaystyle K_{c}=K_{sp}K_{f}}$

เนื่องจากโลหะจะอยู่ได้ในสารละลายในรูปของสารประกอบเชิงซ้อนเท่านั้น ดังนั้นสารประกอบประเภทนี้จึงมีประโยชน์ในหลากหลายด้าน

ในเคมีอนินทรีย์ชีวภาพและเคมีโลหะอินทรีย์ชีวภาพ สารประกอบเชิงซ้อนทำหน้าที่ทั้งในด้านโครงสร้างและด้านเร่งปฏิกิริยา ประมาณ 30% ของโปรตีนมีไอออนโลหะเป็นองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่นวิตามินบี₁₂ที่ มีสีเข้ม กลุ่มฮีมในฮีโมโกลบิน ไซ โต โครมกลุ่มคลอรีนในคลอโรฟิลล์และคาร์บอก ซีเปปติเด ส ซึ่งเป็นเอนไซม์ไฮโดรไลติกที่สำคัญในการย่อยอาหาร เอนไซม์ไอออนเชิงซ้อนอีกชนิดหนึ่งคือคาตาเลสซึ่งย่อยสลายของเสียในเซลล์ คือ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สารประกอบเชิงซ้อนสังเคราะห์ยังใช้ในการจับกับโปรตีนและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกรดนิวคลีอิก (เช่น ยาต้านมะเร็งซิสพลาติน )

การเร่งปฏิกิริยาแบบเอกพันธ์เป็นแอปพลิเคชันหลักของสารประกอบเชิงซ้อนในการผลิตสารอินทรีย์ กระบวนการต่างๆ ได้แก่การเติมไฮโดรเจนการเติมไฮโดรฟอร์มิเลชันและการออกซิเดชันตัวอย่างเช่น การรวมกันของไทเทเนียมไตรคลอไรด์และไตรเอทิลอะลูมิเนียมทำให้เกิดตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler–Nattaซึ่งใช้ในการพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีนและโพรพิลีนเพื่อให้ได้พอลิเมอร์ที่มีความสำคัญทางการค้าอย่างมาก เช่น เส้นใย ฟิล์ม และพลาสติก

นิกเกล โคบอลต์ และทองแดง สามารถสกัดได้โดยใช้กระบวนการไฮโดรเมทัลลurgicalที่เกี่ยวข้องกับไอออนเชิงซ้อน โดยจะสกัดออกมาจากแร่ในรูปของ สารประกอบ เชิงซ้อนแอมมีนนอกจากนี้ยังสามารถแยกโลหะได้โดยใช้การตกตะกอนแบบเลือกสรรและการละลายของไอออนเชิงซ้อน ไซยาไนด์ใช้เป็นหลักในการสกัดทองคำและเงินจากแร่

สารประกอบ ฟทาโลไซยานีนเป็นกลุ่มสีที่สำคัญกลุ่มหนึ่ง

ในอดีต สารประกอบเชิงซ้อนถูกนำมาใช้เพื่อระบุการมีอยู่ของโลหะในตัวอย่างการวิเคราะห์อนินทรีย์เชิงคุณภาพได้ถูกแทนที่ด้วยวิธีการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือเป็นส่วนใหญ่ เช่นสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนอะตอม (AAS) สเปกโทรสโกปีการปล่อยอะตอมด้วยพลาสมาแบบเหนี่ยวนำ (ICP-AES) และสเปกโทรเมตรีมวลด้วยพลาสมาแบบเหนี่ยวนำ (ICP-MS)

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบเชิงซ้อน

• คอมเพล็กซ์ที่ถูกกระตุ้น
• ระบบการตั้งชื่อทางเคมีอนินทรีย์ของ IUPAC
• กรงประสานงาน
• เรขาคณิตเชิงพิกัด
• ไอโซเมอริซึมเชิงการประสานงาน
• พอลิเมอร์เชิงการประสานงานซึ่งมีสารประกอบเชิงการประสานงานเป็นหน่วยซ้ำ
• สารประกอบแบบรวมตัว
• เคมีออร์กาโนเมทัลลิกเกี่ยวข้องกับสารประกอบเชิงซ้อนชนิดพิเศษ ซึ่งมีชิ้นส่วนอินทรีย์เชื่อมต่อกับโลหะอย่างน้อยหนึ่งอะตอมคาร์บอน

• De Vito, D.; Weber, J.; Merbach, AE “การคำนวณปริมาตรและโปรไฟล์พลังงานสำหรับการแลกเปลี่ยนน้ำบนเฮกซาอะควาไอออนโรเดียม(III) และอิริเดียม(III) t _2g ^{6 : หลักฐานที่แน่ชัดสำหรับกลไก I} _a ” เคมีอนินทรีย์, 2004, เล่มที่ 43, หน้า 858–863. doi : 10.1021/ic035096n
• Zumdahl, Steven S. หลักการทางเคมี ฉบับที่ห้า นิวยอร์ก: Houghton Mifflin, 2005. 943–946, 957. OCLC 77760970 
• Harris, D., Bertolucci, M., สมมาตรและสเปกโทรสโกปี 1989 นิวยอร์ก, สำนักพิมพ์โดเวอร์

เว็บไซต์ Wikibook วิชาเคมีระดับ A-level/OCR (Salters)มีหน้าหนึ่งที่กล่าวถึงหัวข้อ: สารประกอบเชิงซ้อน

• การตั้งชื่อสารประกอบเชิงซ้อน
• สีเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชัน