ترکیبات کمپلکس (کئوردیناسیونی) چیستند؟
در دنیای شیمی معدنی، دستهای شگفتانگیز از ترکیبات وجود دارند که به دلیل رنگهای خیرهکننده، ساختارهای هندسی پیچیده و کاربردهای حیاتیشان در صنعت و بیوشیمی شناخته میشوند: ترکیبات کمپلکس (Complex Compounds) یا ترکیبات کئوردیناسیونی (Coordination Compounds). از هموگلوبین خون انسان که اکسیژن را حمل میکند تا کاتالیزورهای پیشرفته صنعتی و رنگدانههای درخشان، همگی نمونههایی از این ترکیبات هستند.
در این مقاله از بخش «ترکیبات کمپلکس» در شیمی ارت، به بررسی ماهیت شیمیایی، اجزای سازنده، نوع پیوندها و کاربردهای ترکیبات کئوردیناسیونی میپردازیم.
ترکیبات کمپلکس چیستند؟
ترکیب کمپلکس به گونهای از ترکیبات شیمیایی گفته میشود که در آن یک اتم یا یون فلزی مرکزی (معمولاً از فلزات واسطه جدول تناوبی) توسط مجموعهای از مولکولها یا یونهای اهداکننده الکترون احاطه شده است. به این ترکیب حاصل، «یون کمپلکس» یا مولکول کمپلکس میگویند.
بر خلاف ترکیبات یونی معمولی که بر اساس جاذبه الکترواستاتیکی ساده تشکیل میشوند، در ترکیبات کمپلکس نوع خاصی از پیوند شیمیایی به نام پیوند کووالانسی داتیو (Coordinated Covalent Bond) جریان دارد.
اجزای اصلی یک ترکیب کمپلکس
یک ترکیب کئوردیناسیونی معمولاً از بخشهای زیر تشکیل شده است:
۱. اتم یا یون فلزی مرکزی (Central Metal Atom/Ion)
فلز مرکزی معمولاً یک فلز واسطه (مانند آهن، مس، کبالت، نیکل، پلاتین و…) است. این اتم دارای اوربیتالهای خالی است که میتوانند جفتالکترونهای اهدایی از سوی لیگاندها را بپذیرند. فلز مرکزی در این ساختار نقش اسید لوئیس (پذیرنده الکترون) را ایفا میکند.
۲. لیگاندها (Ligands)
لیگاندها مولکولها یا یونهایی هستند که حداقل یک جفتالکترون ناپیوندی برای اهدا به فلز مرکزی دارند (مانند آب، آمونیاک، یونهای کلرید، سیانور و…). لیگاندها در این ساختار نقش باز لوئیس (دهنده الکترون) را دارند. لیگاندها بر اساس تعداد اتمهای اهداکننده به چند دسته تقسیم میشوند:
-
تکدندانه (Monodentate): تنها یک جفتالکترون اهدا میکنند (مثل $text{NH}_3$ و $text{Cl}^-$).
-
چنددندانه (Polydentate / Chelating): دارای چند اتم اهداکننده هستند که به صورت چنگکی فلز مرکزی را احاطه میکنند (مثل EDTA). این لیگاندها کمپلکسهای بسیار پایداری به نام کیشلات (Chelates) میسازند.
۳. عدد کئوردیناسیون (Coordination Number)
تعداد کل پیوندهای کئوردیناسیونی که مستقیماً به اتم فلز مرکزی متصل هستند را عدد کئوردیناسیون گویند. این عدد معمولاً بین ۲ تا ۹ متغیر است که اعداد ۴ و ۶ رایجترین آنها هستند (مانند کمپلکسهای هشتوجهی یا چهاروجهی).
نوع پیوند در ترکیبات کمپلکس (نظریه پیوند والانس و میدان کریستالی)
برای توجیه چگونگی تشکیل پیوند در کمپلکسها، نظریههای شیمیایی پیشرفتهای ارائه شده است:
-
نظریه پیوند والانس (VBT): بر اساس این نظریه، فلز مرکزی اوربیتالهای خالی خود را هیبرید کرده و جفتالکترونهای لیگاند را در آنها جای میدهد تا پیوند کووالانسی داتیو تشکیل شود.
-
نظریه میدان کریستالی (CFT): این نظریه برهمکنش الکترواستاتیکی بین بار منفی لیگاندها و اوربیتالهای d فلز مرکزی را بررسی میکند. بر اثر حضور لیگاندها، اوربیتالهای d فلز شکسته شده و به سطوح انرژی مختلف تقسیم میشوند. این پدیده دلیل اصلی رنگهای بسیار زیبا و متنوع محلولهای کمپلکس است، زیرا الکترونها با جذب نور مرئی بین این سطوح جابجا میشوند.
نامگذاری ترکیبات کمپلکس
برای نامگذاری سیستماتیک (IUPAC) این ترکیبات قواعد مشخصی وجود دارد:
-
ابتدا نام لیگاندها به ترتیب الفبای انگلیسی ذکر میشود (اگر لیگاند خنثی باشد نام معمول، و اگر آنیونی باشد پسوند “و” میگیرد).
-
تعداد لیگاندها با پیشوندهای یونانی (دی، تری، تترا و…) مشخص میشود.
-
سپس نام فلز مرکزی نوشته میشود (اگر کمپلکس آنیونی باشد، پسوند “ات” به نام لاتین فلز اضافه میشود).
-
عدد اکسایش فلز مرکزی با اعداد رومانی درون پرانتز در انتهای نام درج میگردد.
کاربردهای گسترده ترکیبات کمپلکس در صنعت و طبیعت
ترکیبات کئوردیناسیونی به دلیل خواص کاتالیزوری و ساختار ویژه، کاربردهای بیشماری دارند:
-
در بیوشیمی و پزشکی:
-
هموگلوبین: یک کمپلکس آهن که وظیفه حمل اکسیژن در خون را دارد.
-
کلروفیل: یک کمپلکس منیزیم که در گیاهان عمل فوتوسنتز را انجام میدهد.
-
داررسانی و درمان سرطان: داروهایی مانند سیسپلاتین ($text{Pt(NH}_3text{)}_2text{Cl}_2$) کمپلکسهای مبتنی بر پلاتین هستند که در شیمیدرمانی برای متوقف کردن رشد سلولهای سرطانی استفاده میشوند.
-
-
در صنعت و متالورژی:
-
استخراج و خالصسازی فلزات گرانبها مانند طلا و نقره به کمک فرآیندهای کئوردیناسیونی (تشکیل کمپلکسهای سیانوری).
-
استفاده به عنوان کاتالیزورهای بسیار قوی در صنایع پتروشیمی برای تولید پلیمرها و پلاستیکها.
-
-
در صنایع رنگ و آبرسانی:
-
نرم کردن آبهای سخت به کمک ترکیبات کیشلاتکننده (مانند EDTA) که یونهای کلسیم و منیزیم را به دام میاندازند.
-
تولید رنگدانههای صنعتی پایدار و درخشان.
-
جمعبندی
ترکیبات کمپلکس یا کئوردیناسیونی، پلی میان شیمی معدنی کلاسیک و کاربردهای نوین در پزشکی، کاتالیزورها و بیوشیمی هستند. وجود فلز مرکزی و لیگاندها با پیوندهای داتیو، ساختارهایی پایدار با خواص نوری، مغناطیسی و شیمیایی منحصربهفرد پدید میآورد که درک آنها برای هر شیمیدان و پژوهشگری ضروری است.
بدون دیدگاه