20.2: תרכובות קואורדינציה ונומנקלטורה

ברוב תרכובות היסודות של הקבוצה הראשית, האלקטרונים הערכיים של האטומים המבודדים מתחברים ליצירת קשרים כימיים העומדים בחוק האוקטט. לדוגמה, ארבעת האלקטרונים הערכיים של פחמן חופפים לאלקטרונים מארבעה אטומי מימן ליצירת CH₄. אלקטרון הערכיות אחד עוזב את הנתרן ומצטרף לשבעת האלקטרונים הערכיים של כלור ליצירת יחידת הנוסחה היונית NaCl (איור 1א). מתכות מעבר אינן מתחברות בדרך כלל בצורה זו. הם יוצרים בעיקר קשרים קוולנטיים קואורדינטיביים, צורה של אינטראקציה של חומצה-בסיס לואיס שבה שני האלקטרונים בקשר תורמים על ידי תורם (בסיס לואיס, למשל מולקולת אמוניה) למקבל אלקטרונים (חומצת לואיס, למשל יון קובלט) (איור 1ב). חומצת לואיס בקומפלקס קואורדינציה, המכונה יון מתכת מרכזי (או אטום), היא לרוב מתכת מעבר או מתכת מעבר פנימית. תורמי בסיס לואיס, הנקראים ליגנדים, יכולים להיות מגוון רחב של כימיקלים - אטומים, מולקולות או יונים. הדרישה היחידה היא שיהיה להם זוג אלקטרונים אחד או יותר, שניתן לתרום למתכת המרכזית. לרוב, מדובר באטום תורם (אטום חנקן, איור 1ב) עם זוג בודד של אלקטרונים שיכול ליצור קשר קואורדינטיבי למתכת.

איור 1 (א) קשרים קוולנטיים כוללים שיתוף של אלקטרונים, וקשרים יוניים כוללים העברת אלקטרונים הקשורים לכל אטום מקשר, כפי שמצוין על ידי האלקטרונים הצבעוניים. (ב) עם זאת, קשרים קוולנטיים קואורדינטיביים כוללים אלקטרונים מבסיס לואיס שנתרמים למרכז מתכת. הזוגות הבודדים משש מולקולות אמוניה יוצרים קשרים ליון הקובלט ליצירת קומפלקס אוקטאהדרלי.

כדור קואורדינטיבי מורכב מיון המתכת המרכזי או האטום בתוספת הליגנדים המחוברים שלו. סוגריים בנוסחה מקיפים את הכדור הקואורדינטיבי; מינים מחוץ לסוגריים אינם חלק מהכדור הקואורדינטיבי. מספר הקואורדינציה של יון המתכת המרכזי או האטום הוא מספר האטומים התורמים הקשורים אליו. מספר הקואורדינציה עבור יון הכסף ב-[Ag(NH₃)₂]⁺ הוא שניים; עבור יון הנחושת(II) ב-[CuCl₄]²⁻, מספר הקואורדינציה הוא ארבע; ואילו עבור יון הקובלט(II) ב-[Co(H₂O)₆]²⁺ מספר הקואורדינציה הוא שש.

מתן שמות לקומפלקסים

הנומנקלטורה של הקומפלקס מעוצבת על פי מערכת שהוצעה על ידי אלפרד ורנר, כימאי שוויצרי וחתן פרס נובל, שעבודתו יוצאת הדופן לפני יותר מ-100 שנה הניחה את הבסיס להבנה ברורה יותר של תרכובות אלו. חמשת הכללים הבאים משמשים למתן שמות לקומפלקסים:

1. אם תרכובת קואורדינטיבית היא יונית,תחילה תן שם לקטיון הראשון ולאניון השני, בהתאם לנומנקלטורה רגילה.
2. תחילה תן שם לליגנדים, ולאחר מכן למתכת המרכזית. תן שם לליגנדים בסדר אלפביתי. ליגנדים שליליים (אניונים) נקראים על ידי הוספת -o לשם הגזע של הקבוצה. עבור רוב הליגנדים הניטרליים, נעשה שימוש בשם המולקולה. ארבעת החריגים הנפוצים הם aqua (H₂O), ammine (NH₃), carbonyl (CO) nitrosyl (NO). לדוגמה, שם [Pt(NH₃)₂Cl₄] כ-diamminetetrachloroplatinum(IV).
3. אם קיים יותר מליגנד אחד מסוג נתון, המספר מצוין על ידי הקידומות di- (עבור שניים), tri- (עבור שלושה), tetra- (עבור ארבע), penta- (עבור חמישה) hexa- (עבור שש). לפעמים, הקידומת bis- (עבור שניים), tris- (עבור שלושה) ו- tetrakis- (עבור ארבעה) משמשות כאשר שם הליגנד כבר כולל di-, tri- או tetra-, או כאשר שם הליגנד. מתחיל בתנועות. לדוגמה, היון bis(bipyridyl)osmium(II) משתמש ב-bis- כדי לסמן שיש שני ליגנדים מחוברים ל-Os, וכל ליגנד ביפירידין מכיל שתי קבוצות פירידין (C₅H₄N).

כאשר הקומפלקס הוא קטיון או מולקולה ניטרלית, שמו של אטום המתכת המרכזי מאוית בדיוק כמו שם היסוד ואחריו מופיעה ספרה רומית בסוגריים כדי לציין את מצב החמצון שלו.

כאשר הקומפלקס הוא אניון, מוסיפים לבסיס שם המתכת את הסיומת -ate, ואחריה ציון הספרה הרומית של מצב החמצון שלה. לפעמים, השם הלטיני של המתכת משמש כאשר השם האנגלי הוא מביך. לדוגמה ferrate במקום ironate,ו-plumbate במקום leadate,ו- stannate במקום tinate.

מצב החמצון של המתכת נקבע על סמך המטענים של כל ליגנד והמטען הכללי של תרכובת הקואורדינטיבי. לדוגמה, ב-[Cr(H₂O)₄Cl₂]Br, לכדור הקואורדינטיבי (בסוגריים) יש מטען של 1+ כדי לאזן את יון הברומיד. ליגנדים מים הם ניטרליים, והליגנדים הכלוריים הם אניונים עם מטען של 1- כל אחד. כדי לקבוע את מצב החמצון של המתכת, המטען הכללי מוגדר שווה לסכום הליגנדים והמתכת: +1 = −2 + x, כך שמצב החמצון(x) שווה ל-+3.

טקסט זה מותאם מOpenstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.