ترکیبات کوئوردیناسی – از صفر تا صد

نظریه ترکیبات کوئوردیناسی ورنر

آنچه که در این خصوص عجیب به نظر می‌آمد، آن بود که هر دو ترکیب $$CoCl_3$$ و $$NH_3$$، ترکیبات پایداری بودند که با ترکیب با یکدیگر،‌ مواد پایداری را تولید می‌کردند. چنین ترکیباتی را که از دو ترکیب ساده‌تر تشکیل شده بودند، ترکیبات کوئوردیناسی نامیدند. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با ترکیبات کوئوردیناسی و کاربردهای آن‌ها در شیمی، فیلم آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

در سال ۱۸۵۱، ترکیب کوئوردیناسی دیگری از این دو ماده کشف شد. این ماده که فرمول آن به صورت $$\mathrm{CoCl}_{3} \cdot 5 \mathrm{NH}_{3}$$ بود، بلورهایی به رنگ بنفش داشت. دو ترکیب مورد اشاره را در تصویر زیر می‌بینید:

هرقدر این نوع از ترکیبات، بیشتر مورد مطالعه قرار گرفتند، معنای عمیق‌تری نیز پیدا کردند. به طور مثال،‌ در واکنش با $$AgNO_3$$، ترکیب زردرنگ، ۳ مول $$AgCl$$ را مطابق انتظار تولید می‌کند اما در ترکیب بنفش،‌ تنها ۲ مول $$AgCl$$ به تولید می‌رسد. در نیمه دوم قرن نوزدهم، شیمی ترکیبات معدنی از جمله شاخه‌های بسیار پرطرفدار در علم شیمی محسوب می‌شد که در این میان، کارهای شیمیدان سوییسی، «آلفرد ورنر» (Alfred Werner) اهمیت بسیاری پیدا کرد. نظریه ترکیبات کوئوردیناسی ورنر، واکنش‌ بلورهای زرد و بنفش را با نقره‌ نیترات این‌گونه توصیف کرد که در محلول‌های آبی، این دو ترکیب در اثر واکنش‌های زیر، یونیزه می‌شوند. واکنش a مربوط به یونش ترکیب زردرنگ و واکنش b مربوط به ترکیب بنفش است.

$$(a) \left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right] \mathrm{Cl}_{3}(\mathrm{s}) \stackrel{\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}}{\longrightarrow}\left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]^{3+}(\mathrm{aq})+3 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})$$

$$(b) \left[\mathrm{CoCl}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{5}\right] \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{s}) \stackrel{\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}}{\longrightarrow}\left[\mathrm{CoCl}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{5}\right]^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})$$

فیلم آموزش ترکیبات فلزی و کاربردها در فرادرس

کلیک کنید

$$\left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]^{3+}$$، $$\left[\mathrm{CoCl}_{4}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{2}\right]^{-}$$، $$\left[\mathrm{CoCl}_{3}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{3}\right]$$، $$\mathrm{K}_{4}\left[\mathrm{Fe}(\mathrm{CN})_{6}\right]$$

عدد کوئوردیناسیون

«عدد کوئوردیناسیون» (Coordination Number) یک کمپلکس، تعداد نقاط اطراف یک فلز مرکزی است که پیوندهای متصل به لیگاند در آن شکل می‌گیرند.

فیلم آموزش ترکیبات کوئوردینانسیون در شیمی معدنی 2 در فرادرس

کلیک کنید

این عدد در بین ترکیبات کوئوردیناسی، از ۲ تا ۱۲ ذکر می‌شود. عدد کوئوردیناسیون به عوامل مختلفی بستگی دارد که از آن‌جمله می‌توان به نسبت شعاع اتم فلز مرکزی (یا یون مرکزی) به شعاع لیگاندهای متصل اشاره کرد. در جدول زیر، این عدد برای یون‌های معمول آورده شده است.

چهار شکل معمول در کمپلکس‌های یونی، در تصویر زیر آورده شده‌اند. از کاربردهای عملی عدد کوردیناسیون، نوشتن و تفسیر فرمول شیمیایی کمپلکس‌ها است.

مثال

عدد کوئوردیناسیون و عدد اکسایش $$Co$$ در کمپلکس یونی $$\left[\mathrm{CoCl}\left(\mathrm{NO}_{2}\right)\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{4}\right]^{+}$$ چیست؟

مجموع بارهای لیگاند + عدد اکسایش فلز = بار کمپلکس یونی

در خصوص این مساله:

$$+ (-1) + (-1)$$  عدد اکسایش فلز = $$(+1)$$

$$+3$$ = عدد اکسایش فلز

لیگاندها

لیگاندی که از یک جفت‌الکترون برای تشکیل یک نقطه اتصال به اتم فلز مرکزی یا یون مرکزی استفاده می‌کند را «لیگاند تک‌دندانه» (Monodenate Ligand) می‌گویند. از نمونه‌های لیگاندهای تک‌دندانه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آنیون‌های تک‌اتمی هچون یون‌های هالید،
• آنیون‌های چنداتمی همچون یون هیدروکسید
• مولکول‌های ساده همچون آمونیاک
• مولکول‌های پیچیده‌تر مانند، متانامین با فرمول $$C H _ 3 N H _ 2$$

برخی از لیگاندها می‌توانند دهنده بیش از یک جفت‌الکترون از اتم‌های مختلف باشند. همچنین این قابلیت را دارند تا الکترون‌ها را به محل‌های مختلفی از ساختار هندسی یک کمپلکس اختصاص دهند. به این نوع از لیگاندها،‌ «لیگاندهای چند‌دندانه‌» (Polydentate Ligand) می‌گویند. به طور مثال، مولکول اتیلن دی‌آمین می‌تواند به عنوان دهنده ۲ جفت‌الکترون عمل کند به گونه‌ای که هر جفت به یک اتم نیتروژن اختصاص پیدا می‌کند. از آن‌جایی که این مولکول از دو نقطه به فلز مرکزی اتصال دارد، به آن لیگاند «دودندانه‌» (Bidentate) می‌گویند.

سه نوع معمول لیگاند چند‌دندانه‌ در تصویر زیر آورده شده است.

• از آن‌جایی که یون $$Pt ^ {2+}$$، عدد کوئوردیناسیون ۴ با لیگاند تک‌دندانه‌ دارد و به دلیل اینکه کمپلکس $$\left[\mathrm{Pt}(\mathrm{en})_{2}\right]^{2+}$$ نمی‌تواند لیگاند دیگری همچون $$NH_3$$، $$H_2O$$ یا $$Cl^-$$ را اتصال دهد، نتیجه می‌گیریم که هر گروه en باید از دو نقطه اتصال پیدا کند.
• لیگاندهای en در کمپلکس یونی، دیگر خواص بازی ندارند و نمی‌توانند با دریافت پروتون از آب، $$OH^-$$ تولید کنند. بنابراین، هر دو گروه $$-NH_2$$ در هر مولکول en باید به کمکپلکس یونی متصل شوند.

نام‌گذاری ترکیبات کوئوردیناسی

فیلم آموزش شیمی معدنی ۲ در فرادرس

کلیک کنید

بر اساس نظریه باز لوییس، لیگاندها، بازهای لوویس محسوب می‌شوند چراکه به عنوان دهنده الکترون به اتم فلز مرکزی عمل می‌کنند. فلزها نیز در حقیقت، اسید لوییس و پذیرنده الکترون هستند. ترکیبات کوئوردیناسی، یک لیگاند و یک کاتیون فلز مرکزی را شامل می‌شوند. بار کلی در این ترکیبات می‌تواند خنثی، مثبت یا منفی باشد. ترکیبات کوئوردیناسی به صورت کمپلکس یا شامل کپملکس‌های یونی هستند که نمونه‌هایی از آن‌ها در ادامه آورده شده‌اند:

• کمپلکس کاتیونی: $$[CO(NH_3)_6]^{3+}$$
• کمپلکس آنیونی: $$[CoCl_4(NH_3)_2]^-$$
• کمپلکس خنثی: $$[CoCl_3(NH_3)_3]$$
• ترکیب کوئوردیناسی: $$K_4[Fe(CN)_6]$$

همانطور که در بالا نیز توضیح داده شد، تعداد لیگاندهایی که به یک فلز متصل می‌شوند، بسته به نوع دندانه‌ای بودن آن است. برای نام‌گذاری ترکیبات کوئوردیناسی، موارد زیر را باید به یاد داشته باشیم:

• لیگاندها در ابتدا و به ترتیب الفبا نام‌گذاری می‌شوند.
• در ادامه، نام فلز آورده می‌شود.
• در مرحله بعد، عدد اکسایش فلز به همراه عدد رومی (داخل پرانتز) ذکر خواهد شد.

قانون اول: لیگاندهای آنیونی

لیگاندهای آنیونی که در انتها،‌ به صورت «-ید» وجود داشته باشند، با «-و» جایگزین می‌شوند. به طور مثال، کلرید به کلرو تبدیل خواهد شد. آنیون‌های شامل «-یت» و «-ات» با «-یتو» و «اتو» جایگزین می‌شوند. به طور مثال، نیتریت به نیتریتو و نیترات به نیتراتو تبدیل خواهند شد. در جدول زیر، لیگاندهای تک‌دندانه‌ای آنیونی را با نام مخصوص به خود مشاهده می‌کنید.

قانون دوم: لیگاندهای خنثی

بیشتر مولکول‌های خنثی که به صورت لیگاند هستند، نام عادی خود را به همراه دارند. در جدول زیر، این نوع از لیگاندها به همراه نام آن‌ها آورده شده است.

لیگاندهای چند‌دندانه از همان قانون آنیون‌ها و مولکول‌های خنثی پیروی می‌کنند. این لیگاندها را در زیر مشاهده می‌کنید:

قانون سوم: تعدد لیگاند

تعداد لیگاند موجود در یک کمپلکس را با پیشوندهای دی، تری، تترا و ... نشان می‌دهند. لیگاندهای چند‌دندانه‌ای که در نام خود، پیشوند داشته باشند - مانند en و EDTA - از این قانون تبعیت نمی‌کنند. برای نشان دادن تعداد این لیگاندها در ترکیبات کوئوردیناسی باید نام لیگاند را داخل پرانتز بیاورید و از عبارات «بیس» (bis)، «تریس» (tris) و «تتراکیس» (tetrakis) استفاده کنید. در جدول زیر، پیش‌وندهای مرتبط با تعداد لیگاندها در یک کمپلکس، آورده شده است:

پیشوندها همواره قبل از نام لیگاند آورده می‌شوند و در زمان قرار دادن لیگاند به ترتیب الفبا، به حساب نمی‌آیند. توجه داشته باشید که به طور معمول از عبارت مونو استفاده نمی‌شود. به طور مثال، $$\left[\mathrm{Fe} Cl(\mathrm{CO})_{2}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{3}\right]^{2+}$$ را به صورت تری‌آمین کلرودی‌کربونیل آهن (III) نام‌گذاری می‌کنند. توجه داشته باشید که لیگاند، همواره در ابتدا قرار می‌گیرد.

مثال 1

کمپلکس یونی زیر را نام‌گذاری کنید: