Name: isomer shapes in coordination complexes
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 52 s
Channel: JoVE

الأيزوميرات الفراغية للمركبات التناسقية،هي جزيئات تتشابه في الصيغة الكيميائية،وفي الاتصالات بين الربيطات وبين الفلز المعدني،لكنها تختلف في ترتيب جزيئات الربيطة حول الذرة المركزية. تُصنف أيزوميرات المركبات التناسقية وفقًا لبنيتها الجزيئية إلى أيزوميرات هندسية أو أيزوميرات ضوئية. الأيزوميرات الهندسية هي أيزوميرات فراغية،تختلف تمامًا في هندستها الجزيئية،وتتواجد بخواصّفيزيائية وكيميائية متميزة.من أمثلة الأيزوميرات الهندسية،أيزوميرات مقرون-مفروق. تحدث في مركبات السطوح المربعة،لها مجموعتين من الربيطات المتماثلة،MA₂B₂،وفي المركبات ثمانية السطوح،لها مجموعة من أربع ربيطات متماثلة وزوج آخر من الربيطات،MA₄B₂. على سبيل المثال،في الأيزومير المقرون لمركب مربع-السطوح داياميندايكلوروبلاتينيوم(II)المعروف باسم سيسبلاتين،تكون ربيطات الكلوريد ملتصقة ببعضها البعض،وعلى ذات الجانب من الجزيء.في الأيزومير المفروق،ترانزبلاتين،تكون ربيطات الكلوريد،على الجانبين المتقابلين من الجزيء. المركبات ثمانية-السطوح،التي تتكون من مجموعتين من ثلاث ربيطات متماثلة،أو MA₃B₃،قد تُظهر نوعًا آخر من الأيزوميرات الهندسية،يُعرف بالأيزومرات المتقابلة-القوسية. على سبيل المثال،في الأيزومر المتقابل ترايأمينترايكلوروكوبالت(III)تكون ربيطات الأمين الثلاث،وربيطات الكلوريد الثلاث،على وجهين متقابلين من الجزيء،وبالتالي،تشكل وجوهًا متقابلة للمجسم سداسي الأوجه.وفي الأيزوميرات القوسية،ثلاثة من الربيطات ذاتها،تشكل قوسًا حول الذرة الفلزية المركزية. النوع الآخر من الأيزوميرات الفراغية،يُعرف بالأيزومير الضوئي. مثل أيدينا،الأيزوميرات الضوئية هي صور مرآة لبعضها البعض وهي غير متطابقة.توصف هذه الأيزوميرات،التي تُسمى أيضًا متخايلات،بأنها كيرالية وتوجد اختلافات بسيطة جدًا في خصائصها الفيزيائية والكيميائية. تُميز الأيزوميرات الضوئية،بتفاعلها مع الضوء السطحي المستقطب. الضوء المستقطب له،متجهات مجال كهربائي تتذبذب في مستوى مفرد،والتي تدور بمقدار معين عند مرور ضوء مستقطب خلال محلول إحدى المتخايلات.على سبيل المثال،إحدى متخايلات تريس(إيثيليندايامين)كوبالت(III)تُدير المستوى إلى اليمين وتُسمى ديكستروروتاتورية،أو الأيزومير الضوئي d. بينما تُدير المتخايلة الأخرى المستوى نحو اليسار،وتُسمى ليفوروتاتورية أو الأيزومير الضوئي l.

التزاوج المجسّم

<h3> التماثل في المجمعات </h3> الأيزومرات هي أنواع كيميائية مختلفة لها نفس الصيغة الكيميائية. غالبًا ما توجد المجمعات المعدنية الانتقالية كأيزومرات هندسية، حيث ترتبط الذرات نفسها من خلال نفس أنواع الروابط ولكن مع اختلافات في اتجاهها في الفضاء. مجمعات التنسيق مع اثنين من الروابط المختلفة في رابطة الدول المستقلة والمواقع العابرة من أيزومرات شكل يجند الفائدة. على سبيل المثال، يحتوي الأيون ثماني السطوح [Co(NH3)4Cl2]+ على اثنين من الايزوميرات (الشكل 1) في تكوين سيز، تكون روابط كلوريد متجاورة. الأيزومر الآخر، التكوين ترانس، يحتوي على رابطتي كلوريد على الجانب الآخر مباشرة. <img alt="Image1" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image1.svg" style="text-align: center; height: 200px;" /> الشكل 1. الأيزومراتسيس و ترانس لـ [Co(H2O)4Cl2]+ تحتوي على نفس الروابط المرتبطة بنفس أيون المعدن، لكن الترتيب المكاني يسبب لهذين المركبين خصائص مختلفة تمامًا. </ص> الايزومرات الهندسية المختلفة للمادة هي مركبات كيميائية مختلفة. لديهم خصائص مختلفة، على الرغم من أن لديهم نفس الصيغة. على سبيل المثال، يختلف الايزوميرين لـ [Co(NH3)4Cl2]NO3 في اللون؛ الصيغة سيس هي اللون البنفسجي، والصيغة ترانس باللون الأخضر. علاوة على ذلك، فإن هذه الأيزومرات لها أعزام ثنائية القطب وقابلية ذوبان وتفاعلات مختلفة. كمثال على كيفية تأثير الترتيب في الفضاء على الخصائص الجزيئية، ضع في اعتبارك قطبية الايزوميرين [Co(NH3)4Cl2]NO3. تذكر أن قطبية جزيء أو أيون تتحدد بواسطة ثنائيات أقطاب الرابطة (التي ترجع إلى الاختلاف في الكهربية لذرات الترابط) وترتيبها في الفضاء. في أحد الأيزومرات ، تتسبب روابط كلوريد سيس في كثافة إلكترون أكبر على جانب واحد من الجزيء أكثر من الجانب الآخر، مما يجعلها قطبية. بالنسبة للأيزومر الترانس، تكون كل ربيطة على الجانب الآخر مباشرة من ربيطة متطابقة، لذلك تلغي ثنائيات أقطاب الرابطة، ويكون الجزيء غير قطبي. هناك نوع آخر مهم من الأيزومرات وهو الأيزومرات الضوئية، أو اينانتيومير، حيث يكون جسمان عبارة عن صور معكوسة دقيقة لبعضهما البعض ولكن لا يمكن اصطفافهما بحيث تتطابق جميع الأجزاء. هذا يعني أن الأيزومرات الضوئية عبارة عن صور مرآة غير قابلة للتركيب. مثال كلاسيكي على ذلك هو زوج من الأيدي، حيث تكون اليد اليمنى واليسرى صورتين معكوسة لبعضهما البعض ولكن لا يمكن تراكبهما. تعتبر الأيزومرات الضوئية مهمة جدًا في الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية لأن الأنظمة الحية غالبًا ما تشتمل على أيزومر بصري معين وليس الآخر. على عكس الأيزومرات الهندسية، فإن أزواج الأيزومرات الضوئية لها خصائص متطابقة تقريبًا (نقطة الغليان ، القطبية ، الذوبان ، إلخ). تختلف الايزومرات الضوئية فقط في الطريقة التي تؤثر بها على الضوء المستقطب وكيف تتفاعل مع الايزومرات الضوئية الأخرى. بالنسبة لمركبات التنسيق، يوجد العديد من مركبات التنسيق مثل [M(en)3]n+ [حيث يكون Mn+ عبارة عن أيون معدني مركزي مثل يشكل الحديد (III) أو الكوبالت (II)] يشكلون اينانتوميرات، كما هو مبين في الشكل 2. سوف يتفاعل هذان الأيزومران بشكل مختلف مع أيزومرات ضوئية أخرى. على سبيل المثال، حلزونات الحمض النووي عبارة عن أيزومرات بصرية، والشكل الذي يحدث في الطبيعة (الحمض النووي الأيمن) سوف يرتبط بأيزومر واحد فقط من [M(en)3]n+ وليس الآخر. <img alt="Image2" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_2.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />الشكل 2. المركب [M(en)3]n+ (Mn+ = معدن أيون، إين = إيثيلين ديامين) له صورة معكوسة غير قابلة للتطابق. يُظهر أيون [Co(en)2Cl2]+ التماثل الهندسي (سيس/ترانس)، ويتواجد أيزومر سيس الخاص به كزوج من الأيزومرات الضوئية (الشكل 3). <img alt="Image3" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_3.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />الشكل 3. توجد ثلاثة أشكال إيزوميرية من [Co(en)2Cl2]+. الايزومر ترانس، يتكون عندما يتم وضع الكلور في زاوية 180° لها خصائص مختلفة جدًا عن أيزومرات سيس. تشكل الصور المعكوسة لأيزومر سيس زوجًا من الأيزومرات الضوئية، والتي لها سلوك متطابق إلا عند التفاعل مع متشابهة أخرى. هذا النص مقتبس من <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-2-coordination-chemistry-of-transition-metals">Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.</a>

الأيزوميرية في المجمعات
الأيزومرات هي أنواع كيميائية مختلفة لها نفس الصيغة الكيميائية.
غالبا ما توجد المجمعات المعدنية الانتقالية على شكل هندسة ...

Education

JoVE Core

Chemistry

الكيمياء

واحد

Transition Metals and Coordination Complexes

الفلزات الانتقالية والمعقدات التناسقية

transition-metals-and-coordination-complexes

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

Stereoisomerism

isomer shapes in coordination complexes

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ.

One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion has two geometric isomers. In the cis form, the two chloride ligands are next to each other. In the trans form, the chlorides are directly across from one another.

These geometric isomers can behave very differently. The two isomers of [Co(NH3)4Cl2]NO3 have different colors. The cis form is violet, and the trans form is green. They also differ in dipole moment, solubility, and reactivity. Polarity depends on bond dipoles and how they are arranged in space. In the cis isomer, the chloride ligands create more electron density on one side of the ion, so it is polar. In the trans isomer, matching ligands are opposite each other, so the dipoles cancel and the ion is nonpolar.

Another important category is optical isomerism, also called enantiomerism. Enantiomers are mirror images that cannot be superposed, like right and left hands. These optical isomers are important in organic chemistry and biochemistry because living systems often use one optical isomer but not the other. Unlike geometric isomers, enantiomers usually have nearly identical boiling points, polarity, and solubility. They differ in how they affect polarized light and how they react with other optical isomers.

Many coordination compounds also form enantiomers. A complex such as [M(en)3]n+, where M is a metal ion like iron(III) or cobalt(II) and en is ethylenediamine, can exist as a pair of non-superposable mirror images. These forms react differently with other optical isomers. For example, DNA helices are optical isomers, and natural right-handed DNA binds to only one isomer of [M(en)3]n+.

Some complexes show both geometric and optical isomerism. The [Co(en)2Cl2]+ ion has cis and trans forms. Its trans isomer has the chlorines 180° apart and has very different properties from the cis form. The cis isomer also exists as a pair of optical isomers. These mirror-image forms behave the same in most ways, except when they react with other enantiomers.

Isomer Shapes in Coordination Complexes

properties of transition metals

Transition Metals in the Periodic Table

Transition metals are the d-block elements and the inner transition metals in the f-block. They are defined by partially filled d orbitals. In the periodic table, the transition elements are in groups 3 through 11, and the inner transition metals appear in the two rows below the main body of the table. The d-block is often grouped into transition series. The first transition series runs from Sc through Cu. The second series runs from Y through Ag. The third series includes La and Hf through...

coordination compounds and nomenclature

How Transition Metal Complexes Are Named

Transition metal complexes are named by following rules for ligands, metal ions, and oxidation state. These compounds form when a central metal ion or atom, often a transition metal or inner transition metal, accepts electron pairs from ligands. A ligand is a Lewis base that can be an atom, molecule, or ion with one or more lone pairs to donate. In these complexes, the bond is a coordinate covalent bond. That means both electrons in the bond come from the donor, such as ammonia, and are...

metal-ligand bonds

Coordination Complexes and Chelation

Coordination complexes form when a metal ion bonds to ligands. These compounds appear in familiar examples such as hemoglobin in blood, chlorophyll in green plants, vitamin B-12, and the catalyst used to make polyethylene. Transition metal ions are especially likely to form these complexes. In a coordination complex, the metal acts as a Lewis acid. The ligand acts as a Lewis base and donates both electrons in the coordinate covalent bond. A ligand can be an atom, molecule, or ion, as long as...

coordination number and geometry

Transition Metal Shapes from Coordination Number

Transition metal complexes are often identified by their coordination number and the shape around the metal ion. The coordination number is the number of donor atoms bonded to the central metal. In many complexes, the most common shapes are octahedral, tetrahedral, and square planar. Coordination number and molecular geometry are linked in a clear pattern. A coordination number of 2 gives a linear shape, as in [Ag(NH3)2]+. A coordination number of 3 gives a trigonal planar shape, as in...

structural isomerism

Linkage and Ionization Isomers

Isomers are different chemical species that share the same chemical formula. In coordination compounds, structural isomerism includes linkage isomers and coordination-sphere isomers. These two forms show how the same atoms can be arranged in different ways around a metal center. Linkage isomers form when a ligand can attach to a transition metal through two different atoms. The cyanide ligand, CN−, can bind through carbon or nitrogen. The thiocyanate ligand, SCN−, can bind through sulfur or...

stereoisomerism

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ. One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion...

valence bond theory

Metal Ligand Bonds in Coordination Complexes

Coordination complexes form metal-ligand bonds through valence bond theory. In this model, Linus Pauling explained bonding with hybridization and overlap of atomic orbitals. The central metal atom or ion acts as a Lewis acid. It uses empty orbitals of suitable energy to accept electron pairs from ligands, which act as Lewis bases. These coordinate covalent bonds help explain the color, geometry, and magnetic behavior seen in coordination compounds. The type of hybridization helps determine the...

crystal field theory - octahedral complexes

crystal-field-theory-octahedral-complexes

Octahedral d-Orbital Splitting in Crystal Fields

Crystal field theory explains how ligands affect the d orbitals in transition metal complexes. This electrostatic model helps predict the colors, magnetic behavior, and some structures of coordination compounds. It focuses on the nonbonding electrons on the central metal ion, not on the metal-ligand bonds. In crystal field theory, the metal ion and ligands are treated as very small point charges. Because electrons are negative, electrons donated by the ligands repel the electrons in the...

crystal field theory - tetrahedral and square planar complexes

crystal-field-theory-tetrahedral-and-square-planar-complexes

Crystal Field Splitting in Non-Octahedral Shapes

Crystal field theory also explains d orbital splitting in tetrahedral and square planar complexes. These shapes do not follow the same pattern as an octahedral complex, so the d orbitals respond to ligand placement in different ways. In tetrahedral complexes, the four ligands sit between the axes. None of the d orbitals points directly at the ligands, but the d x2−y2 and d z2 orbitals lie along the Cartesian axes and overlap less with the ligands than the d xy, d xz, and d yz orbitals. The d...

colors and magnetism

Color and Spin in Coordination Complexes

Color in coordination complexes comes from how metal electrons absorb light. When atoms or molecules absorb light at the right frequency, electrons move to higher-energy orbitals. For many main-group atoms and molecules, the absorbed light is ultraviolet and cannot be seen. In coordination compounds, the energy gap between d orbitals often matches visible light, so the compound can absorb and emit colors that the human eye detects. Small changes in orbital energy can cause large shifts in the...

key terms and concepts

Explore cis, trans, and optical isomers in coordination complexes. See how ligand arrangement changes color, polarity, and reactivity in transition metal compounds.

Isomer Shapes in Coordination Complexes | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Chemistry brings general chemistry concepts to life using concise and easy-to-understand animated video lessons. Plus, in the scientist-in-action videos, we demonstrate classical and original research experiments performed in today's laboratories worldwide.

Isomer Shapes in Coordination Complexes

Description

Transcript