کمپلکس

ترکیبات کمپلکس به دسته‌ای از ترکیبات در شیمی معدنی گفته می‌شود که دارای یک فلز و یک لیگاند باشند. تعداد اتم‌های فلز و لیگاند در این ترکیبات متنوع است. اولین بار آلفرد ورنر ساختمان این ترکیبات را پیشنهاد کرد. اهمیت این ترکیبات در شیمی به قدری است که در همه مباحث شیمی از جمله در مبحث سنتز ترکیبات آلی نیز وارد شده‌اند. بررسی انرژی تشکیل پیوندها در این ترکیبات از مباحث شیمی فیزیک است. ساختمان الکترونی این ترکیبات بستگی به نوع فلزها و آنیون‌های تشکیل دهنده آنها دارد و می‌توان با بررسی ساختار الترونی اتم‌ها آن را تعیین کرد.

دید کلی
در شیمی معدنی ترکیباتی وجود دارند که در آن اتم مرکزی حداقل با یک پیوند داتیو با گروه اتمهای اطراف خود (لیگاندها) ارتباط برقرار می‌کند. در‌ این ترکیبات اتم مرکزی گیرنده جفت الکترون می‌باشد، چنین ترکیباتی را کمپلکس یا ترکیبات کئوردیناسیونی می‌نامند. اتم مرکزی در این ترکیبات معمولاً دارای یک حفره الکترونی می‌باشد که می‌تواند الکترونهای جفت نشده لیگند را بگیرد و یک پیوند کووالانسی-کئوردیناسیونی ، (داتیو) تشکیل دهد.

کمپلکسهایی که در آنها انتقال الکترون می‌تواند در تشکیل پیوند نقش بسزایی داشته باشد کمپلکسهای دهنده - گیرنده می‌نامند. اکثر عناصر جدول تناوبی اعم از فلزات گروه اصلی ، فلزات گروه واسطه و غیر فلزات می‌توانند کمپلکس تشکیل دهند.
تاریخچه
تا سال 1913 ساختمان کمپلکسها مشخص نشده بود اما در این سال آلفرد ورنر پدر شیمی کوئوردیناسیونی نظر خود را در مورد ساختمان کمپلکسها اعلام کرد و این در حالی بود که هنوز ساختمان الکترونی اتم مشخص نشده بود. قبل از ورنر دانشمندی به نام یورگنسون برای برخی از کمپلکسها ساختارهایی تعیین کرده بود که با اعلام نظریه ورنر اشتباه بودن این ساختارها مشخص شد.

ورنر به دلیل مطالعاتی که روی کمپلکسهای هشت وجهی ، مسطح مربعی و چهار وجهی انجام داد و بنیانگذار شیمی کوئوردیناسیون شد، جایزه نوبل شیمی را در سال 1913 دریافت کرد.

نظریه ورنر
هر اتم دارای دو ظرفیت می‌باشد. ظرفیت اصلی و ظرفیت والانس فرعی ، بنابراین لزومی ندارد که فقط به اندازه ظرفیت اصلی یک اتم ، اتمهای دیگر به آن وصل شود بلکه بعد از پر شدن ظرفیت اصلی که فضای کئوردیناسیونی داخلی را تشکیل می‌دهد. اتمها می‌توانند به ظرفیت فرعی یا فضای کئوردیناسیون خارجی که نشانگر عدد اکسیداسیون اتم مرکزی است، وارد شوند.

تا قبل از اینکه ورنر این نظریه را اعلام کند دانشمندان در تعیین ساختمان ترکیباتی مانند  اختلاف نظر داشتند. این ترکیب یک ترکیب یونی است و کلرها در آب به راحتی یونیزه می‌شود. اما  ها به آسانی جدا نمی‌شوند مگر اینکه ترکیب در اسید قوی جوشانده شود. یورگنسون اولین ساختمان را بر این ترکیب به صورت زیر پیشنهاد کرد.
عکس پیدا نشد

اما ورنر این ترکیب را یک یک ساختمان هشت وجهی پیشنهاد کرد که اتم کبالت در مرکز و  ها با شش پیوند هم اندازه در اطراف و یونهای کلر هم در فضای کئوردیناسیون خارجی حضور داشتند.
لیگند
دسته‌ای از اتمها که باهم هستند و یکی از اتمها می‌تواند جفت الکترونش را در اختیار اتم دیگر قرار دهد. لیگند ممکن است یک ترکیب خنثی یا یک آنیون باشد.
انواع کمپلکس
کمپلکسهای ورنر یا کلاسیک
ترکیبات کوئوردیناسیونی که در آنها فلز مرکزی با حالت اکسایش +2 یا بالاتر توسط اتمهای غیرکربن کئوردینه شده‌اند کمپلکسهای ورنر یا کلاسیک نامیده می‌شوند (این نامگذاری به خاطر مطالعات ورنر در شیمی کئوردیناسیون انجام شده است.).

کمپلکسهای آلی فلزی
در این کمپلکسها فلز مستقیماً با کربن پیوند تشکیل می‌دهد. در این ترکیبات فلز در حالت اکسایش پایین خود مانند 2- و 1- و 0 و 1+ می‌باشد.

کمپلکسهای کلاستر یا خوشه‌ای
در این ترکیبات اتم مرکزی گروهی از فلزات می‌باشند که باهم پیوند تشکیل داده‌اند. مانند  که اتمهای آهن در گوشه‌های یک مثلث جای گرفته‌اند و گروههای کربونیل در اطراف آنها پیوند تشکیل می‌دهند.
عدد کوئوردیناسیون
تعداد اتمهایی که اتم مرکزی را در اولین قشر کئوردیناسیون ، کئوردینه کرده‌اند عدد کئوردیناسیون می‌گویند. عدد کئوردیناسیون هر ترکیب مشخص کننده ساختمان آن ترکیب می‌باشد. رایج‌ترین عدد کئوردیناسیون در کمپلکسها عدد 6 و بعد از آن 4 می‌باشد.
عوامل مؤثر درتشکیل کمپلکس
1. لیگند مهمترین عامل در تشکیل کمپلکس می‌باشد. نوع لیگند ، اندازه لیگند و تعداد لیگند در پایداری کمپلکس‌ها تأثیر فراوان دارد.
2. عامل دوم در تشکیل کمپلکس نوع فلز مرکزی می‌باشد.
انواع لیگاند
• لیگندهای یک دندانه:فقط دارای یک اتم کئوردینه کننده است. هالیدها ، نیترات ، انواع آمینها ، سولفات و از مهمترین لیگندهای یک دندانه هستند.
• لیگندهای چند دندانه:این لیگندها دارای یک یا چند اتم کئوردینه کننده هستند. این لیگندها کمپلکس‌های پایدارتری ایجاد می‌کنند و به کی سیلت یا شلاته کننده‌ها معروفند. یک کمپلکس می‌تواند به صورت آنیونی ، کاتیونی یا خنثی باشد.

کمپلکس ها و خواص مغناطیسی آنها
 
یک کمپلکس مجموعه ای است متشکل از یک اتم مرکزی که توسط چند آنیون یا مولکول احاطه شده و در آن ظرفیت اتم مرکزی که معمولا فلز واسطه است اکثرا از حالت متداول آن بیشتر است. مثلا حل شدن سولفات مس خشک (سفید رنگ ) در آب محلول آبی خوش رنگ سولفات مس (II) تولید می کند که یک یون کمپلکس است. - CuSO4 + nH2 O ............> [Cu(H2 O)6 ]2+ + SO4 2
یون کمپلکس ایجاد شده عامل آبی شدن رنگ این محلول و در واقع تمام محلول های نمکهای مس (II)در آب می باشد.گروه های متصل به اتم مرکزی را که معمولا انیون یا مولکول دو قطبی خنثی می باشند لیگاند می نامندو در اغلب موارد این لیگاندها یک یا چند جفت الکترون به فلز مرکزی می دهند. از آنجاییکه مولکول آب قادر است مانند یک لیگاند عمل کند قرار گرفتن یک یون فلز واسطه (+Mn ) در آب به شرط نبود گروه های کئوردینه ی دیگر سبب تشکیل یون کمپلکس+M(H2 O)6 ]nمی شود.لذا برای تهیه ی برخی از کمپلکس ها مثل +Cu(NH3 )6 ]2واکنش بین فلز و لیگاند را باید در محیط غیر آبی انجام دادتا آب به صورت لیگاند وارد قشر کوئوردیناسیون نشود. هم چنین موقع تهیه ی کمپلکسها در آب لیگاند ها به تدریج جایگزین مولکول های آب کئوردینه شده می شوند مانند واکنش مقابل که در شش مرحله صورت می گیرد:  Ni(H2 O)6 2+ + 6NH3 .............> Ni(NH3 )6 2+ علاوه بر کمپلکس های عادی یا کلاسیک نوع دیگری از کمپلکس ها نیز وجود دارند که انها را ترکیبات آلی فلزی می نامند در این کمپلکس ها حالت اکسایش فلز پایین (صفر یا +1 ) است و پیوند کربن فلز هم وجود دارد. هم چنین در کمپلکس های کلاسیک لیگاند ها معمولا دهنده ی جفت الکترون (دهنده ی ơ) و به مقدار جزئی گیرنده ی π هستند اما در ترکیبات آلی فلزی لیگاند ها اغلب علاوه بر دهندگی الکترون گیرنده ی شدید π نیز می باشند. در هر دو مورد این ترکیبات می توانند خنثی کاتیونی یا انیونی باشند.از جمله کمپلکس های آلی فلزی فروسن است که شامل دو حلقه ی سیکلوپنتن در بالا وپایین اتم اهن است. اولین ترکیب آلی فلزی جداسازی شده نمک زایس است که توسط زایس جداسازی شد. پایه گذار شیمی کوئوردیناسیون مدرن آلفرد ورنر است او در سال 1866 در فرانسه متولد شد ورنر اولین مقاله ی خود را درباره ی این موضوع در سال 1891 در سن 25 سالگی عرضه کرد و در سال 1913 جایزه ی نوبل شیمی را برای این کار به وی اهدا شد.
تعداد لیگاند ها و یا در واقع تعداد اتم های دهنده ی الکترون متصل به فلز مرکزی را عدد کئودیناسیون می گویند که یکی از ویژگیهای یک کمپلکس است یعنی اینکه مثلا اغلب کمپلکسهای با عدد کئوردینه یکسان خواص مغناطیسی مشابهی را از خود نشان می دهند.
خواص مغناطیسی کمپلکس های فلزی:
مغناطیس پذیری : اگر جسمی در یک میدان مغناطیسی با قدرت H0 قرار گیرد القاء مغناطیسی B یا شار مغناطیسی در این جسم از رابطه ی مقابل به دست می آید: B= H0 + 4πM در این رابطه H0  قدرت میدان مغناطیسی خارجی و Mشدت مغناطیس شدن در واحد حجم است.
ممان مغناطیسی : خواص مغناطیسی ماده از دو راه توسط الکترونها حاصل می شود : یکی ناشی از  حرکت دورانی الکترون حول محور خود که چون دارای بار منفی است از این طریق می تواند مغناطیس تولید کند (ممان اسپینی الکترون) و دیگری ناشی از  حرکت الکترون در مدار خود حول هسته (ممان اربیتالی الکترون).پس ممان مغناطیسی تولیدی مواد حاصل این دو خاصیت الکترون است.واحد ممان مغناطیسی بور مگنتون است یک بور مگنتونe     ( BM)=eh̸4Πmc    بار الکترون h ثابت پلانکmجرم الکترون و cسرعت نور است.
ترکیب پارامغناطیس ترکیبی است که الکترون جفت نشده دارد سهم پارامغناطیسی در تاثیر پذیری از بر هم کنش ممان های زاویه ای اسپینی و اربیتالی الکترونها با میدان مغناطیسی خارجی ناشی می شود.ممان مغناطیسی موثر برای یک سیستم پارامغناطیس با در نظر گرفتن ممانهای زاویه ای اسپینی و اوربیتالی الکترونها از این رابطه به دست می آید:( µ=√4S(S+1)+L(L+1  در این رابطه Sعدد کوانتومی اسپین کل و L عدد کوانتومی اوربیتالی کل است.همه ی مواد با میدان مغناطیسی بر هم کنش دارند و بر اساس نوع بر هم کنش با میدان به چند دسته ی زیر تقسیم می شوند:
دیا مغناطیس : خاصیت دیا مغناطیسی در همه ی انواع ماده دیده می شود و ناشی از حرکت دورانی الکترونهای جفت شده ی مولکول در اثر القاء میدان مغناطیسی خارجی است. این چرخش منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی کوچک مخالف میدان اعمال شده می شود و به همین دلیل مواد دیامغناطیس از میدان مغناطیسی خارجی رانده می شوند.
پارامغناطیس : خاصیت پارامغناطیسی از برهم کنش ممانهای زاویه ای اسپینی و اوربیتالی الکترونهای منفرد با میدان مغناطیسی خارجی ناشی می شود. این دسته از مواد جذب میدان می شوندوبر خلاف اجسام فرومغناطیس با از بین رفتن میدان خارجی خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند.
فرو مغناطیس : این دسته از مواد به شدت جذب میدان مغناطیسی می شوند در این دسته از مواد ممانهای مغناطیسی ذرات مجاور با کمک میدان مغناطیسی خارجی به طور موازی جهت گیری کرده و یک خاصیت مغناطیسی ماکروسکوپی را نشان می دهند یعنی اینکه در ماده فرومغناطیس حوزه های مغناطیسی وجود دارند که در هر کدام اسپینها به طور موازی جهت گیری کرده اند در صورتی که با اعمال میدان خارجی اسپینهای همه ی حوزه ها با هم موازی می شوندچنانچه دما از مقدار معینی بالاتر رود انرژی گرمایی جهت گیری حوزه ها را به صورت تصادفی تغییر داده و ماده ی فرومغناطیس پارامغناطیس خواهد شد این دما به دمای کوری Tc معروف است.
آنتی فرومغناطیس : اگر در حوزه های مغناطیسی اسپینها به طور غیر موازی جهت گیری کرده باشند ممان مغناطیسی حوزه ها یکدیگر را خنثی نموده و خاصیت آنتی فرومغناطیس مشاهده می شود افزایش دما موجب برهم زدن جهت گیری های غیر موازی در حوزه ها و افزایش خاصیت مغناطیسی می شود و بالاتر از یک دمای معین که به دمای نیل TN معروف است جسم به صورت پارامغناطیس عمل می کند. یک ماده ی انتی فرومغناطیس در دمای نیل بیشترین خاصیت مغناطیسی را از خود نشان می دهد.

منبع:www.shimi-iaub.tk