أحدث الموضوعات

تفاعلات تكوين المعقدات Complex Formation reactions



فكرة عامة عن تكوین الأيونات المعقدة Complex-ion Formation

 تمیل بعض أیونات الفلزات وخاصة الانتقالية 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 تقدمه الى أیون الفلز لتكوین الرابطة التناسقیة ویطلق علیها ( الذرة المانحة) مثل ذرة النیتروجین في المثال السابق وقد یحتوى الجزئ أو الأیون القابل الارتباط بأیون الفلز أو ذرتین مانحتین أو أكثرمن ذلك، مثل الایثلین ثنائي الأمین ومثل هذه الجزیئات أوالایونات التي یرتبط فیها الجزیئي بالكاتیون الفلزي من رابطة تناسقیة ینشأ عنها تكوین 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 Ligands أو مجموعات التناسق تزداد بزیادة الذرات المانحة في الجزئ 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.

يسمى الفلز المستقبل لأزوج الإلكترونات بحمض لويس Lewis acid ، المادة المانحة لأزواج الإلكترونات بقاعدة لويس Lewis base والتى 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 التى تحتوي على مجموعتين مانحتين للألكترونات تسمى بالمعقدات ثنائية السن. حيث يرتبط الأيون الفلزي بواسطة رابطتين تناسقيتين.

مثال: Ethylenediamine



تسمى عملية تكوين حلقة حول أيون الفلز بالكلابية Chelation 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 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

يسمى عدد الأزواج الإلكترونية التي يمكن أن يستقبلها أيون المعدن بالرقم التناسقي.

يختلف الرقم التناسقي من معدن لآخر فهي مثلاً تساوي أربعة بالنسبة للنحاس الثنائي في تفاعله مع النشادر ليعطي رباعي أمين النحاس [Cu(NH3)4]2+ وفي تفاعله مع الكلوريد ليعطي رباعي كلوريد النحاس .[CuCl4]2-

ثابت الاستقرار

أن فهم مبدأ تكون المعقدات وتفككها یسهل إمكانیة الحساب والتنبؤ بأفضل الظروف العملیة لإجراء طرقالتحلیل التي تعتقد وتفككها من المبادئ الأساسیة للاتزان وهكذا فعند تكو ن المعقد (ML2+n) يمكن كتابة خطوات الاتزان والتعابیر التي تعطى ثابت التكوین لكل خطوة منها على النحو التالي:


حيث تشير كل من Ks1 , Ks2 الى 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 فان 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 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 ، وهنا 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 هذه المتراكبات والتي تحدد بالتالي مدى سير التفاعل إلى نهايتها كما تتوقف على وجود دليل مناسب لتحديد نقطة التكافؤ. وسيتم تناول معايرات تكوين المتراكبات بإستخدام الكواشف المعقدة البسيطة غير 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.

ليست هناك تعليقات