Κεντρικά άτομα και Κεντρικά Ιόντα

Μια ένωση συντονισμού ανήκει σε μια κατηγορία χημικών ενώσεων στις οποίες τα κεντρικά άτομα και τα κεντρικά ιόντα συνδέονται ταυτόχρονα με πολλούς συνδέτες.

Τα κεντρικά άτομα και τα κεντρικά ιόντα δρουν ως οξύ Lewis και οι συνδέτες ως βάσεις Lewis. Οι συνδέτες είναι τα μόρια ή τα άτομα που περιέχουν ένα μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων που μπορούν να δοθούν στα άδεια τροχιακά του μετάλλου.

Κεντρικά άτομα και κεντρικά ιόντα

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, οι συνδέτες στη χημεία συντονισμού έχουν είτε ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων είτε ένα αρνητικό φορτίο. Έτσι, έχουν μια περίσσεια πυκνότητας ηλεκτρονίων που είναι διαθέσιμη για δωρεά στο κενό τροχιακό του μετάλλου. Το άτομο μετάλλου στο οποίο συνδέονται οι συνδέτες ονομάζεται κεντρικό άτομο. Το ιόν μετάλλου στο οποίο συνδέονται οι συνδέτες ονομάζεται κεντρικό ιόν. Παράδειγμα:στο K3[Fe(CN)6], το κεντρικό ιόν είναι Fe3+. Αυτά τα κεντρικά άτομα και τα κεντρικά ιόντα δρουν ως αποδέκτες του ζεύγους ηλεκτρονίων, δηλαδή ως οξέα Lewis.

Για να το καταλάβουμε αυτό, πρέπει να κατανοήσουμε λεπτομερώς τα μέταλλα μετάπτωσης, καθώς τα στοιχεία d-block δρουν ως κεντρικά άτομα και κεντρικά ιόντα σε σύμπλοκα συντονισμού. Τα μέταλλα μεταπτώσεως ονομάζονται έτσι επειδή βρίσκονται στη μέση του περιοδικού πίνακα και συμβαίνει μια μετάβαση από τα στοιχεία του μπλοκ s στα στοιχεία του μπλοκ p και τις γενικές ιδιότητες των στοιχείων.

Είναι στοιχεία d-block, δηλαδή το τελευταίο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στο d-τροχιακό του κελύφους. Υπάρχουν δέκα τέτοια στοιχεία σε κάθε περίοδο (από d1 έως d10).

Ας δούμε τα τρισδιάστατα στοιχεία, την ηλεκτρονική τους διαμόρφωση και τις κοινές καταστάσεις οξείδωσής τους :-

Στοιχείο	Ηλεκτρονική διαμόρφωση	Συνήθεις καταστάσεις οξείδωσης	Σύμβολο του στοιχείου
Σκάνδιο	[Ar] 3d1 4s2	+3	Sc
Τιτάνιο	[Ar] 3d2 4s2	+3, +4	Ti
Βανάδιο	[Ar] 3d3 4s2	+2, +3, +4, +5	V
Chromium	[Ar] 3d4 4s2	+2, +3, +4, +6	Cr
Μαγγάνιο	[Ar] 3d5 4s2	+2, +3, +4, +6, +7	Mn
Σίδερο	[Ar] 3d6 4s2	+2, +3, +6	Fe
Κοβάλτιο	[Ar] 3d7 4s2	+2, +3	Co
Νικέλιο	[Ar] 3d8 4s2	+2, +3	Ni
Χαλκός	[Ar] 3d9 4s2	+1, +2, +3	Cu
Ψευδάργυρος	[Ar] 3d10 4s2	+2	Zn

Όπως φαίνεται στον παραπάνω πίνακα, τα μέταλλα μετάπτωσης μπορεί να υπάρχουν σε πολλαπλές καταστάσεις οξείδωσης. Αυτή η ιδιότητα τα καθιστά εξαιρετικά χρήσιμα στην κατάλυση, καθώς οι καταλύτες απαιτούνται για να παρουσιάζουν πολλαπλές καταστάσεις οξείδωσης. Στις ενώσεις συντονισμού, ένα μέταλλο μπορεί να υπάρχει σε διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης. Για παράδειγμα, στο K3[Fe(CN)6], ο Fe υπάρχει στην κατάσταση οξείδωσης +3. Στο K4[Fe(CN)6], ο Fe υπάρχει σε κατάσταση οξείδωσης +2.

Αυτά τα μέταλλα είναι ικανά να δείξουν παραμαγνητισμό. Επίσης, σχηματίζουν έγχρωμα σύμπλοκα (συμβαίνει λόγω της επίδρασης των προσδεμάτων καθώς οι συνδέτες είναι ικανοί να χωρίσουν τα εκφυλισμένα d-τροχιακά σε δύο διαφορετικά σύνολα τροχιακών).

Εύρεση χρέωσης κέντρου μετάλλων

Η χρέωση σε ένα συγκεκριμένο στοιχείο δεν είναι σταθερή όταν πρόκειται για στοιχεία d-block. Το νάτριο (Na) θα υπήρχε πάντα ως Na+ (σε κατάσταση οξείδωσης +1), ανεξάρτητα από το σε τι είναι δεσμευμένο. Το ίδιο, ωστόσο, δεν μπορεί να ειπωθεί για τα στοιχεία μετάβασης.

Αλλά η εύρεση της κατάστασης οξείδωσής τους είναι ζωτικής σημασίας, καθώς αποφασίζει πολλά πράγματα, όπως τη γεωμετρία, το χρώμα και τις οπτικές ιδιότητες του συμπλέγματος συντονισμού. Ο σίδηρος σε μια ένωση σε κατάσταση οξείδωσης +3 θα παρουσίαζε παραμαγνητική συμπεριφορά, αλλά στην κατάσταση οξείδωσης +2, η ένωση μπορεί να είναι επίσης διαμαγνητική.

Τώρα τίθεται το ερώτημα πώς θα το βρείτε. Για αυτό, το φορτίο στη σφαίρα συντονισμού και η συνεισφορά φορτίου των προσδεμάτων πρέπει να είναι γνωστά. Οι ουδέτεροι συνδέτες όπως η αμμωνία, το νερό, το καρβονύλιο και το νιτροζύλιο έχουν μηδενική συνεισφορά φορτίου. Η συνεισφορά φορτίου προέρχεται μόνο από ανιονικούς συνδέτες όπως κυάνιο, αλογονίδια, οξείδια, οξικά, οξαλικά, EDTA, θειοκυανιούχα, ισοκυανιούχα κ.λπ.

Για την εύρεση της χρέωσης ακολουθείται παρόμοια μεθοδολογία όπως στις απλές ενώσεις. Ας πάρουμε το παράδειγμα του [CoCl2(NH3)4]Cl. Σε αυτό, το φορτίο στη σφαίρα συντονισμού =+1 (καθώς υπάρχει ένα χλωρίδιο για να εξισορροπηθεί το φορτίο της σφαίρας συντονισμού).

Τώρα, η αμμωνία είναι ένας ουδέτερος συνδέτης, επομένως υπάρχει μηδενική συνεισφορά φορτίου από τα τέσσερα μόρια αμμωνίας.

Το χλωρίδιο είναι ένας ανιονικός συνδέτης, με φορτίο -1. Ως εκ τούτου, φορτίο σε δύο ιόντα χλωρίου =-2.

Χρέωση σε Co (κοβάλτιο) =+1 – (-2) =+3.

Συμπέρασμα

Η κατανόηση των κεντρικών ατόμων και των κεντρικών ιόντων είναι ζωτικής σημασίας για τη μελέτη των ενώσεων συντονισμού. Τα μέταλλα μεταπτώσεως σχηματίζουν κεντρικά ιόντα. Η παρουσία d-τροχιακών είναι απαραίτητη. Το χρώμα των συμπλεγμάτων συντονισμού, που είναι μια αξιοσημείωτη ιδιότητα, υπάρχει λόγω των μεταπτώσεων d-d που μπορούν να συμβούν στα μέταλλα μετάπτωσης. Η εύρεση του φορτίου σε μέταλλο που υπάρχει σε μια σφαίρα συντονισμού είναι υψίστης σημασίας για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του συμπλόκου. Όταν η σφαίρα συντονισμού είναι ανιονική, δηλ. όταν υπάρχει αρνητικό φορτίο στη σφαίρα συντονισμού, το μεταλλικό ιόν παίρνει το επίθημα "ate" στην ονοματολογία.