فكرة عامة عن تكوین الأيونات المعقدة Complex-ion Formation
–تمیل بعض أیونات الفلزات وخاصة العناصرالانتقالية منها الى الارتباط بواحد أو أكثر من الأيونات أو الجزئيات الأخرى مكونة ما یعرف بالمعقد (Complex)مثلاً:
–تقاس قابلیة الأیون الفلزي لتكوین الأیون المعقد بثابت الأیون أو ثابت التكوین أو ثابت الاستقرار. وعادة ما تكون الروابط داخل الأیون المعقد روابط تناسقية (Corrdinate covalent bond)
–بهذا الشكل تكون الأیون المعقد یعتمد على وجود ذرة أو أكثر تحتوى على زوج الكترونات یمكن أن تقدمهالى أیون الفلز لتكوین الرابطة التناسقیة ویطلق علیها ( الذرة المانحة) مثل ذرة النیتروجین في المثال السابقوقد یحتوى الجزئ أو الأیون القابل الارتباط بأیون الفلز أو ذرتین مانحتین أو أكثرمن ذلك، مثل الایثلین ثنائيالأمین ومثل هذه الجزیئات أوالایونات التي یرتبط فیها الجزیئي بالكاتیون الفلزي من رابطة تناسقیة ینشأ عنهاتكوین ایونات معقدة على درجة عالیة من الثبات.
–یطلق على الأیون الفلزي الداخل في تكوین المعقد في التفاعل بالأیون المركزي (Central ion). و تسمى المجموعات التي ترتبط بهذا الأیون المركزي (المتصلات) أو (المرتبطات)(Ligands) ، وتسمى أیضا مجموعات التناسق.
–المتصلات Ligandsأو مجموعات التناسق تزداد بزیادة الذرات المانحة فيالجزئ أو الأیون.
أنواع المعقدات Types of Ligands
–عدد كبير من الفلزات تكون مركبات معقدة في المحاليل مع مواد قابلة لمنح زوج واحد أو أكثر من الألكترونات.
– تسمي المادة المانحة لأزواج الإلكترونات بقاعدة لويس Lewis baseوالتى تسمى أيضاً بالليجاندات أو المتصلات أو المعقدات Ligands
(1)المعقدات أحادية السن Unidentate ligands
– المعقدات التى تحتوي على مجموعة واحدة فقط قادرة على منح زوج من الألكترونات تسمى أحادية السن. وترتبط بالأيون الفلزي برابطة تناسقية واحدة فقط.
– مثال: NH3 , H2O
(2)المعقدات ثنائية السن Bidentate ligands
– المعقدات Complex التى تحتوي على مجموعتين مانحتين للألكترونات تسمى بالمعقدات ثنائية السن. حيث يرتبط الأيون الفلزي بواسطة رابطتين تناسقيتين.
– مثال: Ethylenediamine
– الكلابية Chelation هيعملية تكوين حلقة حول أيون الفلز. وتسمى العوامل القابلة على منح زوجين أو أكثر من الإلكترونات بالعوامل الكلابية Chelating agents
(3)المعقدات متعددة السن Polydentate ligands
–هناك أمثلة لمعقدات ثلاثية ورباعية وخماسية السن ولكن أهم المعقدات complex هي سداسية السن.
– مثال: EDTA – Ethylenediamine tetraacetic acid
– يكون إدتا روابط تناسقية Coordination covalent bonds مع الأيون الفلزي عن طريق الأربع مجموعات الكربوكسيلية Carboxyl group, COOH وذرتي النيتروجين.
الرقم التناسقي Co-ordination number
–الرقم التناسقي هو عدد الأزواج الإلكترونية التي يمكن أن يستقبلها أيون المعدن.
– يختلف الرقم التناسقي من معدن لآخر فهي مثلاً تساوي أربعة بالنسبة للنحاس الثنائيفي تفاعله مع النشادر ليعطي رباعي أمين النحاس [Cu(NH3)4]2+وفي تفاعله مع الكلوريد ليعطيرباعي كلوريد النحاس[CuCl4]2-
ثابت استقرار المعقدات Ks
–أن فهم مبدأ تكون المعقدات وتفككها یسهل إمكانیة الحساب والتنبؤ بأفضل الظروف العملیة لإجراء طرق التحلیل التي تعتقد وتفككها من المبادئ الأساسیة للاتزان وهكذا فعند تكون المعقد (ML2+n) يمكن كتابة خطوات الاتزان والتعابیر التي تعطى ثابت التكوین لكل خطوة منها على النحو التالي:
–حيث تشير كل من Ks1 , Ks2الى ثابتي الاستقرار. وهذان الثابتان هما تعبیر أخر لثابت التكوین الذي یستخدم له في العادة الرمز (KF) للخطوتين الأولى والثانية على التوالي.
–عند جمع خطوتي الاتزان السابقتین في خطوة واحدة فأن هذه الخطوة تعبر عن ثابت الاستقرارالكلي (Ks)لها:
هذا ویمكن استخدام ثوابت عدم الاستقرار (Ki)والذي یعبرعن ثوابت التفكك الذي یرمزله (Kd)كبدائل الثوابت الاستقرار. وقیم هذه الثوابت هي معكوس ثوابت الاستقرار.
العوامل التي تؤثر في استقراریة المعقدات
یتعلق معظم هذه العوامل بكل من المتصلات أوالمرتبطات والأیونات الفلزیة.
(1) قاعدیة المتصلات (الليجاندات):
یمكن ربط استقراریة بعض المعقدات complex التي تحتوى على مواضع قاعدیة مع قدرة المتصلات أو المرتبطات لاستقبال البرو تون ، ووجود المواضع الأكثر قاعدیة یعنى معقدات أكثر ثباتا
(2) عدد حلقات كلابة الفلز لكل مرتبطة Chelating rings
أن زیادة عدد حلقات الكلابة بین كل متصلة والایون الفلزي تؤدي الى زیادة استقرار المعقد ویعرف ذلك (بثأتیرالكلابة)
(3) حجم حلقة الكلابة
إذا كانت حلقة الكلابة خماسیة أو سداسیة یؤدي ذلك بشكل عام الى أكثر المعقدات استقرارا كذلك فان المتصلات أوالمرتبطات التي تكون الكلابات ستكون أكثرثباتا من تلك التي تكون معقدات بسیطة.
(4)طبیعة المتصلات أو المرتبطات:
إن نوع الرابطة التي تتكون بین المتصلة والأيون الفلزي (الأیون المركزي) ستؤثر على الاستقرار.
(5)طبیعة الأیون الفلزي (الأیون المركزي):
یؤثر الأیون الفلزي على نوع الارتباط بین الذرة المتصلة المانحة والایون الفلزي فعلى زادت قابلیة الرابطة لتكوین رابطة الكتروستاتیكیة كلما كان المعقد أكثر استقرار.
تفاعلات تكوین المعقدات
–أن تفاعلات تكوین المعقدات من التفاعلات المعقدة وصعبة التتبع كمیاً لذلك سوف توضح حركیة هذه التفاعلات بصورة مختصر.
–أن قیمة ثابت الاستقرار للمعقد لا توحى بكیفیة وصول التفاعل الى حالة الاتزان أو الزمن اللازم للوصول الى حالة الاتزان هذا أو من الممكن أن تتضمن تفاعلات تكوین المعقدات مجموعة من الخطوات المعقدة وعلیه فان الزمن اللازم لحدوث مثل هذه التفاعلات ستتفاوت على مدى واسع فمثلا التفاعل:
یتم فعلیا حال خلط المحالیل بینما یكون التفاعل بطیئا جدا فى التفاعل التالي:
– الفرق بین التفاعلین في سرعة التفاعل یرجع الى أن المعقد [Cu(NH3)4]2+یوصف بأنه معقد غیر مستقر أي معقد نشط بینما یوصف المعقد الأخرى [Co(NH3)6]3+بأنه معقد غیر فعال أي خامل.
–المعقد الغیر مستقر سریع التفاعل وهو الذي یخضع للتفاعل عند خلطة مع التفاعلات، على افتراض أن ظروف التجربة هي الظروف الحالیة.
– أما المعقد الغیر فعال فهو الذي یشترك في التفاعلات التي تكون بطیئة جدا لدرجة لا یمكن القیاس عندها أو تلك التفاعلات التي تتم على سرعات بطیئة ولكن یمكن قیاسها بالطرق المألوفة بافتراض إجرائها عند الظروف العادیة ،
– یجب الإشارة الى عدم الخلط بین المصطلحین غیر فعال وغیرمستقر مع المقصود باستقرارأو المعقد إذا لا یوجد علاقة بین ثابت الاستقرار لتكوین المعقد وبین تسمیات المعقدات كمعقدات غیر مستقرة أوغیر فعالة وهذه المصطلحات لها علاقة بحركیة وسرعة تفاعلات تكوین المعقدات.
ملاحظة هامة
لتفاعلات تكوين المتراكبات أهمية كبرى في التحاليل الكمية. وتتوقف أهميتها على مدى ثبات هذهالمتراكبات والتي تحدد بالتالي مدى سير التفاعل إلى نهايتها كما تتوقف على وجود دليل مناسبلتحديد نقطة التكافؤ.
سيتم تناول معايرات تكوين المتراكبات بإستخدام الكواشف المعقدة البسيطةغير العضوية ومعايرات تكوين المتراكبات بإستخدام الكواشف المخلبية فى الموضوعات القادمة أن شاء الله.المراجع:
– كتاب تجارب في الكيمياء التحليلية (التحليل الكمي الحجمى والوزني) / مسعود فرج أبو سته / كلية العلوم – جامعة سبها
– كتاب اساسيات الكيمياء التحليلة 165 كيم / المؤسسة العامة للتدريب التقنى والمهنى/ السعودية / طبعة 1429هـ
– محاضرات الكيمياء التحليلية (التحليل الحجمى والوزني) / خيرية محمد عبدالله الأحمري /(1430 – 1429 هـ ) / جامعة الملك عبد العزيز- المملكة العربية السعودية.
تعرف على علم الكيمياء
