المعقدات التنسيقية

مفهوم المعقدات التناسقية:

مركبات التنسيق (coordination compounds) أو (Complexes)، هي عبارة عن جزيئات لها مركز معدني، وهذا المركز المعدني مرتبط بروابط كيميائية سواء كانت مع ذرات أو أيونات أو جزيئات، حيث تتبرع بالإلكترونات للمعدن، كما ويمكن أن تكون هذه المركبات إما متعادلة أو مشحونة، وعندما يتم شحن المركبات المعقدة (تعرف بالمجمع)، يتم العمل على تثبيتها بواسطة الأيونات المضادة المجاورة.

وفي الكيمياء، فإن مجموعة المركبات المعقدة هي عبارة عن مجموعة من معادن الكتلة d، وبالنسبة لنظريات الترابط والتي تبرر الحقائق التجريبية مثل الأطياف الإلكترونية والخصائص المغناطيسية، فإنها لا تختلف في المركبات المعقدة في (d-block) اختلافًا جوهريًا ومهما عن الترابط الموجود في المركبات الأخرى.

النقطة الأساسية هي أن ثلاثة من أصل خمسة مدارات d عند رقم كمي رئيسي معين لها أجزاء موجهة بين كلا من محاور x و y و z، بينما يتم توجيه المدارين المتبقين على طول هذه المحاور، حيث أنه نتيجة لهذا الاختلاف يتم تقسيم المدارات d في وجود الروابط إلى مجموعتين من الطاقات المختلفة؛ نوع التقسيم، قيمة الاختلاف في الطاقة، حيث تعتمد على الترتيب وطبيعة يجند.

كما أن الخصائص المغناطيسية والأطياف الإلكترونية تعكس انقسام المدارات من نوع d. بالنسبة لحالات الدوران المرتفعة والمنخفضة (High and low spin states): حيث تسمح لنا البيانات المغناطيسية بتحديد عدد الإلكترونات غير المزدوجة أو غير الرابطة (unpaired electrons). وترتيب الإلكترونات الستة في الصف الأول المعزول من كتلة أيون المعدن (3d6): تتدهور المدارات الخمسة d وتحتلها الإلكترونات وفقًا لقاعدة هوند.

ظهرت كيمياء التنسيق من عمل ألفريد ويرنر، الكيميائي السويسري الذي فحص مركبات مختلفة تتكون من كلوريد الكوبالت (III) والأمونيا، حيث أنه عند إضافة حمض الهيدروكلوريك (HCl)، لاحظ ويرنر أنه لا يمكن إزالة الأمونيا بالكامل، ثم اقترح ويرنر  أن الأمونيا يجب أن تكون مرتبطة بإحكام أكثر بأيون الكوبالت المركزي. ومع ذلك، فإنه عند إضافة نترات الفضة المائية، كان أحد المنتجات المتكونة عبارة عن كلوريد الفضة الصلب، حيث ارتبطت كمية كلوريد الفضة المتكونة بعدد جزيئات الأمونيا المرتبطة بكلوريد الكوبالت (III).

على سبيل المثال، عندما يتم إضافة نترات الفضة إلى مركب (CoCl3 · 6NH3)، فإنه يتم تحويل الكلوريدات الثلاثة إلى كلوريد الفضة، ومع ذلك، عندما تم القيام بعملية إضافة نترات الفضة إلى مركب (CoCl3 · 5NH3)، فإن أثنين فقط من أصل ثلاثة من الكلوريد تشكل كلوريد الفضة، كما أنه عندما تمت معالجة مركب (CoCl3 · 4NH3) مع نترات الفضة، تم ترسيب أحد الكلوريدات الثلاثة على هيئة كلوريد الفضة.

اقترحت الملاحظات الناتجة تكوين مركبات معقدة أو ما يعرف ما يعرف بالتنسيق. وفي مجال التنسيق الداخلي (In the inner coordination sphere )، والذي يشار إليه أيضًا في بعض النصوص باسم الكرة الأولى، يرتبط يجند مباشرة بالمعدن المركزي. أما في مجال التنسيق الخارجي (In the outer coordination sphere)، الذي يشار إليه أحيانًا باسم الكرة الثانية، ترتبط أيونات أخرى بالأيون المركب، حيث حصل فيرنر على جائزة نوبل عام 1913 ميلادي لنظريته التنسيقية.

خصائص مجمعات التنسيق:

تتضمن بعض طرق التحقق من وجود الأيونات المعقدة دراسة سلوكها الكيميائي، حيث أنه يمكننا أن نقوم بتحقيق ذلك من خلال ملاحظة لون المركبات التي نمتلكها وقابلية الذوبان لهذه المركبات وطيف الامتصاص، بالإضافة إلى الخصائص المغناطيسية، وما إلى ذلك.

خصائص المركبات المعقدة منفصلة عن خصائص الذرات الفردية، من خلال عملية تكوين مركبات التنسيق، يتم تغيير خصائص كل من المعدن ويجند. عادةً ما يُعتقد أن روابط اللجند المعدني هي عبارة عن تفاعلات حمض وقاعدة لويس، حيث تعمل ذرة المعدن كمستقبل لزوج الإلكترون (يعرف كحمض لويس)، بينما تعمل الروابط الترابطية كمانح لزوج الإلكترون (تعرف كقاعدة لويس).

كما وتعد طبيعة الرابطة بين المعدن ويجند أقوى من القوى بين الجزيئات؛ وذلك لأنها تشكل روابط اتجاهية بين أيون المعدن ويجند، ولكنها أضعف من الروابط التساهمية والروابط الأيونية.

مركبات التنسيق ودوروها في الصناعة:

تطبيقات مركبات التنسيق التي تدخل في الكيمياء والتكنولوجيا كثيرة ومتنوعة، وهناك الألوان الرائعة والمكثفة للعديد من مركبات التنسيق، مثل اللون الأزرق البروسي، تجعل هذه المركبات ذات قيمة كبيرة مثل الأصباغ. كما تشكل معقدات الفثالوسيانين مثلا فثالوسيانين النحاس، التي تحتوي على روابط ذات حلقة كبيرة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبورفيرين، وهي فئة مهمة من الأصباغ للأقمشة.

تستخدم العديد من عمليات المعالجة المعدنية المائية معقدات معدنية، حيث يمكن أن يتم استخلاص النيكل والكوبالت والنحاس من خاماتها كمجمعات أمين باستخدام الأمونيا المائية، كما ويمكن استخدام الاختلافات في الثبات وقابلية الذوبان لمجمعات الأمينات في إجراءات الترسيب الانتقائية التي تؤدي إلى فصل المعادن.