نظریة فيرنر التناسقیة

ما هي نظرية فيرنر؟

في عام 1823 ميلادي، قام الكيميائي فيرنر بطرح نظرية فيرنر التناسقية (Werner’s Theory of Coordination Compounds) للعمل على وصف بنية وتشكيل المركبات المعقدة أو ما يعرف بمركبات التنسيق، كانت هذه النظرية التي من خلالها قد حصل على جائزة نوبل وعرف بأب الكيمياء التنسيقية، والآن لنتعلم بعض الافتراضات الهامة لهذه النظرية.

الافتراضات في نظرية فيرنر

الافتراضات الهامة لنظرية فيرنر هي كلا من الافتراضات التالية:

• يظهر المعدن المركزي أو ذرات المعدن في مركبات التنسيق نوعين من التكافؤ، حيث أن هذين النوعين عبارة عن التكافؤ الأساسي (Primary valance) والتكافؤ الثانوي (Secondary valance).

• حيث أن التكافؤ الأولي يرتبط بحالة التأكسد (oxidation state)، بينما التكافؤ الثانوي يرتبط برقم التنسيق (coordinate number).

• يتم تحديد عدد التكافؤات الثانوية لكل ذرة معدنية، وهذا يعني أن رقم التنسيق هو عبارة عن رقم ثابت.

• تعمل ذرة المعدن على تلبية كل من التكافؤ الأولي والتكافؤ الثانوي، حيث أن الأيون السالب يحقق التكافؤ الأساسي، من ناحية أخرى، فإن الأيونات السالبة أو الجزيئات المتعادلة تحقق التكافؤ الثانوي.

• تشير التكافؤات الثانوية إلى موقع ثابت في الفراغ، حيث أنه هذا هو السبب وراء الهندسة المحددة لمركبات التنسيق، وعلى سبيل المثال، عند النظر إلى حالة أيون فلزي يمتلك ستة تكافؤات ثانوية، هذه التكافؤات تتخذ ترتيب ثماني السطوح (octahedral) حول أيون المعدن المركزي، في حين أنه إذا كان الأيون المعدني يحتوي على أربعة تكافؤات ثانوية، فإنها تترتب إما في ترتيب مستو رباعي السطوح (tetrahedral) أو على شكل مربع (square planar) حول أيون المعدن المركزي، لذلك، يعرف أن التكافؤ الثانوي هو ما يحدد الكيمياء الفراغية (stereochemistry) للأيون المركب، حيث أنه من ناحية أخرى، فإن التكافؤ الأساسي غير متجه (non-directional).

أمثلة تعتمد على افتراضات نظرية فيرنر

تعتبر نظرية فيرنر النظرية المسؤولة عن تكوين هياكل لأميناتالكوبالت المختلفة، سننظر في تفسير ذلك الآن، حيث أن الكوبالت يحتوي على تكافؤ أولي (الذي يمثل بحالة الأكسدة) يمتلك ثلاثة أعداد تأكسد مختلفة، ويعرض التكافؤ الثانوي (الذي يمثل برقم التنسيق) 6.

• مركب CoCl₃.6NH₃: في هذا المركب، يكون رقم التنسيق للكوبالت عبارة عن 6، كما ويمتلك 6 جزيئات أمونيا NH3، والتي تحقق جميع التكافؤات الثانوية الستة، في حين تلبي أيونات الكلوريد التكافؤات الثلاثة الأولية، وهذه ليست اتجاهية في طبيعتها، حيث تترسب أيونات الكلوريد هذه فورًا عند إضافة نترات الفضة، حيث أن إجمالي عدد الأيونات في هذه الحالة يساوي 4، ثلاثة أيونات كلوريد وأيون مركب واحد.

• مركب CoCl₃.5NH₃: في هذا المركب، يحتوي الكوبالت على رقم التنسيق يساوي 6، ومع ذلك، فإننا نرى أن عدد جزيء الأمونيا NH3 ينخفض من العدد 6 ​​إلى العدد 5، ثم بعد ذلك يحتل أيون الكلوريد الموضع أو المكان المتبقي، كما ويظهر أيون الكلوريد هذا السلوك المزدوج؛ وذلك لأنه يحتوي على تكافؤ أولي وعدد تكافؤ ثانوي.

• مركب CoCl₃.4NH₃:  في هذا المركب، يظهر لدينا اثنان من أيونات الكلوريد سلوكًا مزدوجًا؛ وذلك يتم لإرضاء كل من التكافؤات الأولية والتكافؤات الثانوية، حيث يعطي هذا المركب راسبًا مع نترات الفضة والذي يتوافق مع أيون الكلور Cl واحد فقط، حيث أنه يكون العدد الإجمالي للأيونات في هذه الحالة يساوي 2، ومن ثم فإنه يمكننا صياغة المركب كـ [CoCl2 (NH3) 4] Cl.

نظرية فيرنر وعلاقتها بالتشابه أو النظائر

قام الكيميائي فيرنر بتحويل انتباهه نحو الترتيبات الهندسية للمجموعات المنسقة حول الكاتيون المركزي، حيث أنه قد نجح في شرح سبب التماثل البصري والهندسي لهذه المركبات، والآن لنتحدث عن بعض الأمثلة التالية:

• مركب [CoCl2(NH3)4]Cl

وفقا للكيميائي فيرنر، هناك ثلاثة هياكل ممكنة لهذا المركب، هذه الهياكل هي الهيكل المستوي أو المسطح (planar)، المنشور ثلاثي الزوايا (trigonal prism)، ثماني السطوح (octahedral)، حيث أن عدد الأيزومرات الممكنة هي 3 للهيكل المسطح، 3 للمنشور ثلاثي الزوايا و 2 للهيكل ثماني السطوح.

ومع ذلك، ونظرًا لأنه تمكن من عزل أيزومرين اثنين فقط من المركب، فقد وصل واستنتج إلى أن الترتيب الهندسي للمجموعة المنسقة حول الذرة المركزية في هذا المركب كان عبارة عن ترتيب ثماني السطوح، وفي حالة العديد من المركبات الأخرى التي كان فيها رقم التنسيق للذرة المركزية ستة، كان فيرنر يرى أنه في جميع هذه الحالات يكون للمجمع المنسق الستة هندسة وهيكل ثماني السطوح.

هندسة المجمعات عندما يكون رقم التنسيق لذرة المعدن المركزية هو 4، قدم فيرنر هيكلين محتملين لمثل هذه المركبات، وهما هيكل المستوي المربع (Square Planar) وهيكل رباعي السطوح (Tetrahedral)، دعونا نأخذ نظرة على مثال يصف ذلك:

• مركب [PtCl2(NH3)2]:

في هذا المركب المعقد أو مجمع التنسيق، يكون رقم التنسيق للمعدن يساوي 4، وفقًا لفيرنر فإنه يوجد هذا المركب في شكلين متشابهين، (cis و trans). هذا يدل على أن جميع  يجند (ligands) أو الروابط الأربعة تقع في نفس المستوى، لذلك، فإنه يجب أن يكون الهيكل مستويًا مربعًا أو رباعي السطوح.