Back to chapter

20.3:

روابط الربيطات المعدنيّة

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Metal-Ligand Bonds

Languages

Share

في أيون معقّد،يكون الأيون الفلزي مرتبطًا بجزيئات سالبة أو محايدة الشحنة،تُعرف بالربيطات. تحتوي الربيطات على زوج وحيد أو أكثر من الإلكترونات،وتؤدي دور مانح الإلكترونات أو قواعد لويس. تمنح زوج الإلكترونات للأيون الفلزي،والذي يؤدي دور مستقبل الإلكترونات أو حمض لويس.وهكذا تنشأ رابطة تناسقية تساهمية بين الأيون الفلزي والربيطة،لتُكون ناتج إضافة حمض-قاعدة لويس. ذرة الربيطة المانحة لزوج الإلكترونات،تُعرف بالذرة المانحة. يرتبط عدد الذرات المانحة المحيطة بالأيون الفلزي،بالعدد التناسقي للأيون الفلزي.وفقًا لعدد الذرات المانحة الموجودة،تصنف الربيطات الى أحادية السن،ثنائية السن،أو متعددة السن،و التي يمكن أن تكون مشحونة أو محايدة. تحتوي الربيطات أحادية السن على ذرة مانحة واحدة. الأكسجين ذرة مانحة في جزيء ماء محايد،والنيتروجين ذرة مانحة في أيون سيانيد مشحون.تحتوي الربيطات ثنائية السن على ذرتين مانحتين متباعدتين بما يكفي،ليرتبطا بأيون فلزي في اللحظة ذاتها. ترتبط ذرات من ثلاثة جزيئات ثنائي البريدين مع أيون روثينيوم عدده التناسقي 6. أما الربيطات متعددة السن،فتحتوي على ذرتين مانحتين أو أكثر موجودة في تركيبتها.ترتبط،هنا،ست ذرات نيتروجين من جزيئين دايايثلين ترايامين مع أيون كوبالت. حيث يبدو أن عدة ذرات مانحة تمسك بالأيون الفلزي كالمخلب،تُسمى كذلك الربيطات ثنائية السن ومتعددة السن بعوامل التمخلب. عامل التمخلب أكثر تقاربًا مع الأيون المركزي من الربيطة أحادية السن،مما يشكل مركبًا تناسقيًا أكثر استقرارًا.يُعرف هذا بتأثير التمخلب. عوامل التمخلب متنوعة. تُستخدم لتعقيد الأيونات الفلزية المتداخلة في التفاعل—لإطالة صلاحية منتجات الطعام،عبر تعقيد أيونات الفلزات النادرة،المتورطة في تحفيز تفاعلات التفكك أو معالجة سمّية الرصاص،باستخدام ثنائي أمين الإيثيلين-رباعي حمض الأسيتيك أو EDTA.يؤثر تشكيل أيون المعقّد في الخواص الفيزيوكيميائية للأيون الفلزي والربيطات،كالتغير في التأكسد والاختزال أو في اللون. كما أن الربيطات قد تخضع لتفاعلات،مثل نزع البروتون من الأيونات الفلزية المميهة،أو الطرد بواسطة ربيطة أخرى قوية الانجذاب. هنا،يحل جزيء الأمونيا محل جزيء الماء،لأن جزيء الأمونيا يرتبط بقوة أكبر مع الأيون الفلزي.

20.3:

روابط الربيطات المعدنيّة

تحتوي كل من الهيموغلوبين في الدم، والكلوروفيل في النباتات الخضراء، وفيتامين بي-12، والمحفز المستخدم في تصنيع البولي إيثيلين، على مركبات التنسيق. ومن المحتمل أن تشكل أيونات المعادن، وخاصة المعادن الانتقالية، معقدات .

في هذه المجمعات، تشكل المعادن الانتقالية روابط تساهمية منسقة، وهو نوع من تفاعل حمض لويس حيث يساهم متبرع (قاعدة لويس) في مستقبل الإلكترون (حمض لويس). حمض لويس في معقدات التنسيق، غالباً ما يطلق عليه أيون معدني مركزي (أو ذرة)، هو معدن انتقالي أو معدن انتقالي داخلي. يمكن أن تكون الجهات المانحة لقاعدة لويس، والتي تسمى الروابط، مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية— الذرات أو الجزيئات أو الأيونات. الشرط الوحيد هو أن يكون لديهم واحد أو أكثر من أزواج الإلكترونات، والتي يمكن التبرع بها للمعدن المركزي. في أغلب الأحيان، يتضمن ذلك ذرة مانحة بزوج وحيد من الإلكترونات يمكن أن يشكل رابطة إحداثيّة مع المعدن. يتكون مجال التنسيق من أيون معدني مركزي أو ذرة بالإضافة إلى الروابط المرتبطة به. تضم الأقواس في الصيغة مجال التنسيق ؛ الأنواع الموجودة خارج الأقواس ليست جزءًا من مجال التنسيق.

الربيطات هي روابط أحادية، من اليونانية لـ “ذات سن واحد,” عندما يتصلون بالمعدن المركزي من خلال ذرة واحدة فقط. هنا، عدد الروابط ورقم التنسيق متساويان. الروابط التي تحتوي على ذرة مانحة واحدة، مثل NH3, Cl, و H2O، هي روابط أحادية. العديد من الروابط الأخرى تنسق مع المعدن بأشكال أكثر تعقيداً.

الروابط الثنائية هي تلك التي تتناسق فيها ذرتان مع مركز المعدن. على سبيل المثال، يحتوي إيثيلين ديامين (إن)(H2NCH2CH2NH2) على ذرتين من النيتروجين، كل منهما التي لها زوج وحيد ويمكن أن تكون بمثابة قاعدة لويس (الشكل 1 أ). يمكن لكل من الذرات التنسيق في مركز معدني واحد. في المركب [Co(en)3]3+، هناك ثلاثة ربيطات en ثنائية، ورقم تنسيق الكوبالت (III ) أيون ستة (الشكل 1 ب). أرقام التنسيق الأكثر شيوعًا هي رقمان وأربعة وستة، ولكن من المعروف أن جميع أرقام التنسيق من 1 إلى 15 معروفة.

Image1

الشكل 1 . (أ) يحتوي إيثيلين ديامين (إن) على ذرتين من النيتروجين، مع زوج واحد لكل منهما، يمكن أن ينسق مع أيون معدني. (ب) تنسق ثلاث روابط en ثنائية مع أيون كوبالت واحد.

أي ربيطة مرتبطة بأيون معدني مركزي بأكثر من ذرة مانحة هو يجند متعدد الأرجل (أو “متعدد الأسنان”) لأنه يمكن أن يعض في المركز المعدني بأكثر من رابطة واحدة. مصطلح شيلات من اليونانية لـ “مخالب” يستخدم أيضاً لوصف هذا النوع من التفاعل. العديد من الترابطات المتعددة هي بروابط مخلبية، والمركب يتكون من واحد أو أكثر من هذه الروابط والمعدن المركزي هو مخلّب. يُعرف الارتباط المخلب أيضًا باسم عامل مخلب. يجند مخلب يحمل الأيونات المعدنية إلى حد ما مثل مخلب’ السلطعون الذي يحمل قطعة رخامية. يتم التعرف أحيانًا على الروابط المتعددة البادئات مع البادئات التي تشير إلى عدد الذرات المانحة في الترابط. يعتبر مركب الهيم في الهيموجلوبين مثالًا مهمًا آخر (الشكل 2). يحتوي على يجند متعدد الأسطح مع أربع ذرات مانحة تنسق مع الحديد.

Image2

الشكل2:&#160؛ يحتوي الهيم الترابطي المنفرد على أربع ذرات نيتروجين تنسق مع الحديد في الهيموغلوبين لتكوين مخلّب.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.