Σύμπλοκες ενώσεις — Ονοματολογία και ισομέρεια

Οι σύμπλοκες ενώσεις είναι μεταλλικά σύμπλοκα στα οποία ένα κεντρικό μεταλλικό άτομο ή μεταλλικό ιόν συνδέεται με γύρω προσδέματα. Για να ονομάσεις μία, πρώτα ξεχωρίζεις τη σφαίρα συναρμογής μέσα στις αγκύλες από τυχόν αντισταθμιστικά ιόντα έξω από αυτές, έπειτα ονομάζεις τα προσδέματα και μετά το μέταλλο με τον αριθμό οξείδωσής του. Για να εντοπίσεις ισομέρεια, ρώτησε αν ο ίδιος συνολικός μοριακός τύπος μπορεί να διαφέρει στη διάταξη ή στον τρόπο σύνδεσης.

Αυτές είναι οι δύο ερωτήσεις που συνήθως εννοούν οι μαθητές όταν αναζητούν ονοματολογία και ισομέρεια συμπλόκων ενώσεων. Ποιο είναι το σωστό όνομα και μπορεί ο ίδιος τύπος να αντιστοιχεί σε περισσότερες από μία ενώσεις;

Πώς φαίνεται μια σύμπλοκη ένωση

Σε έναν τύπο όπως $[Co(NH_3)_6]Cl_3$, το μέρος μέσα στις αγκύλες είναι η σφαίρα συναρμογής. Εδώ, έξι προσδέματα αμμωνίας συνδέονται άμεσα με το κοβάλτιο. Τα τρία ιόντα χλωριδίου έξω από τις αγκύλες είναι αντισταθμιστικά ιόντα, όχι προσδέματα σε αυτόν τον γραμμένο τύπο.

Αυτή η διάκριση έχει σημασία στην ονοματολογία. Τα προσδέματα μέσα στη σφαίρα συναρμογής ονομάζονται ως μέρος του συμπλόκου ιόντος. Τα ιόντα έξω από τις αγκύλες ονομάζονται χωριστά, όπως και στις άλλες ιοντικές ενώσεις.

Πώς να ονομάσεις μια σύμπλοκη ένωση βήμα προς βήμα

Μια αξιόπιστη μέθοδος ονοματολογίας είναι η εξής:

• ονόμασε τα προσδέματα πριν από το μέταλλο
• χρησιμοποίησε ειδικά ονόματα προσδεμάτων όπου απαιτείται, όπως ammine για $NH_3$ και aqua για $H_2O$
• χρησιμοποίησε ονόματα όπως chlorido, cyanido ή hydroxido για συνηθισμένα ανιοντικά προσδέματα στη σύγχρονη ονοματολογία IUPAC
• χρησιμοποίησε προθέματα όπως di-, tri- και tetra- για να δείξεις πόσα από κάθε πρόσδεμα υπάρχουν
• βάλε τα προσδέματα σε αλφαβητική σειρά με βάση το όνομα του προσδέματος, όχι με βάση το πρόθεμα
• γράψε τον αριθμό οξείδωσης του μετάλλου με ρωμαϊκούς αριθμούς

Αν το σύμπλοκο ιόν είναι ανιοντικό, το όνομα του μετάλλου συνήθως αλλάζει σε μορφή $-ate$. Επειδή αυτές οι μορφές δεν είναι πάντα προφανείς με μια απλή ματιά, είναι καλύτερο να ελέγχεις το καθιερωμένο όνομα αντί να μαντεύεις.

Για πλήρεις σύμπλοκες ενώσεις, ονομάζεις πρώτα το κατιόν και μετά το ανιόν. Αν το ίδιο το σύμπλοκο είναι το κατιόν, το αντισταθμιστικό του ανιόν ονομάζεται μετά. Αν το ίδιο το σύμπλοκο είναι το ανιόν, το θετικό ιόν ονομάζεται πρώτο.

Λυμένο παράδειγμα: $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$

Αυτό το ουδέτερο σύμπλοκο είναι καλό παράδειγμα γιατί δείχνει τόσο την ονοματολογία όσο και τη γεωμετρική ισομέρεια.

Ξεκίνα με τον αριθμό οξείδωσης του λευκοχρύσου. Η αμμωνία είναι ουδέτερο πρόσδεμα, ενώ κάθε συντονισμένο χλωρίδιο συνεισφέρει $-1$.

$$x + 2(0) + 2(-1) = 0$$

Άρα

$$x = +2$$

Τώρα ονόμασε τα προσδέματα. Υπάρχουν δύο προσδέματα ammine και δύο προσδέματα chlorido. Αλφαβητικά, το ammine προηγείται του chlorido, οπότε το βασικό όνομα είναι diamminedichloridoplatinum(II).

Όμως αυτός ο τύπος μπορεί να διαταχθεί με δύο διαφορετικούς τετραγωνικά επίπεδους τρόπους:

• cis: τα δύο προσδέματα chlorido είναι γειτονικά
• trans: τα δύο προσδέματα chlorido είναι απέναντι

Άρα τα δύο ισομερή είναι cis-diamminedichloridoplatinum(II) και trans-diamminedichloridoplatinum(II).

Έχουν τον ίδιο τύπο και την ίδια συνδεσμολογία, αλλά διαφορετική χωρική διάταξη. Αυτή είναι η γεωμετρική ισομέρεια. Είναι η ίδια ιδέα πίσω από τις κοινές ονομασίες cisplatin και transplatin.

Ποιοι τύποι ισομέρειας έχουν τη μεγαλύτερη σημασία

Γεωμετρική ισομέρεια

Αυτό είναι το πιο συνηθισμένο πρώτο παράδειγμα. Σε τετραγωνικά επίπεδα και οκταεδρικά σύμπλοκα, τα προσδέματα μπορούν να καταλαμβάνουν διαφορετικές σχετικές θέσεις ακόμη κι όταν ο τύπος παραμένει ο ίδιος. Οι γνωστές ενδείξεις είναι cis και trans, και σε ορισμένες οκταεδρικές περιπτώσεις fac και mer.

Αυτό το είδος ισομέρειας εξαρτάται από τη γεωμετρία. Αν το σχήμα του συμπλόκου ή το πρότυπο των προσδεμάτων δεν επιτρέπει διακριτές θέσεις, τότε οι ονομασίες cis και trans δεν εφαρμόζονται.

Οπτική ισομέρεια

Ορισμένα σύμπλοκα μπορούν να σχηματίσουν ζεύγη ειδώλων που δεν ταυτίζονται όταν υπερτεθούν. Αυτά είναι οπτικά ισομερή. Έχουν την ίδια συνδεσμολογία και συχνά το ίδιο βασικό πρότυπο ονοματολογίας, αλλά διαφέρουν ως προς τη χειρομορφία.

Συνήθως το συναντάς σε ορισμένα οκταεδρικά σύμπλοκα, ιδιαίτερα όταν η διάταξη των προσδεμάτων κάνει το σύμπλοκο χειρόμορφο. Η βασική προϋπόθεση είναι η χειρομορφία: αν το σύμπλοκο έχει επίπεδο συμμετρίας ή άλλο στοιχείο συμμετρίας που καταργεί τη «δεξιοχειρία/αριστεροχειρία», οπτική ισομέρεια δεν εμφανίζεται.

Δομική ισομέρεια

Τα δομικά ισομερή έχουν την ίδια συνολική σύσταση αλλά διαφέρουν στο τι συνδέεται με τι ή στο τι βρίσκεται μέσα και τι έξω από τη σφαίρα συναρμογής.

Μια σημαντική περίπτωση είναι η ισομέρεια σύνδεσης, όπου ένα αμφιδεντικό πρόσδεμα συνδέεται μέσω διαφορετικών δοτών ατόμων. Μια άλλη είναι η ισομέρεια ιοντισμού, όπου ένα πρόσδεμα και ένα αντισταθμιστικό ιόν ανταλλάσσουν θέσεις, αν το επιτρέπει η σύσταση. Και στις δύο περιπτώσεις, το όνομα αλλάζει επειδή αλλάζει η περιγραφή του δεσμού.

Συνηθισμένα λάθη

Να αντιμετωπίζεις όλα τα χλωρίδια με τον ίδιο τρόπο

Ένα ιόν χλωριδίου έξω από τις αγκύλες ονομάζεται chloride. Ένα συντονισμένο πρόσδεμα χλωριδίου μέσα στις αγκύλες ονομάζεται chlorido. Αν τα μπερδέψεις, θα προκύψει λάθος όνομα.

Χρήση των προθεμάτων για την αλφαβητική σειρά

Η αλφαβητική σειρά βασίζεται στα ονόματα των προσδεμάτων, όχι στα di-, tri- ή tetra-. Άρα το ammine κατατάσσεται στο a, όχι στο d.

Να ξεχνάς ότι ορισμένα προσδέματα είναι ουδέτερα

Τα $NH_3$ και $H_2O$ είναι συνηθισμένα ουδέτερα προσδέματα. Αν τα θεωρήσεις φορτισμένα όταν υπολογίζεις τον αριθμό οξείδωσης, ο αριθμός οξείδωσης του μετάλλου θα βγει λάθος.

Να υποθέτεις ότι κάθε σύμπλοκο με επαναλαμβανόμενα προσδέματα έχει cis/trans ισομερή

Αυτό ισχύει μόνο όταν η γεωμετρία και η διάταξη των προσδεμάτων επιτρέπουν πραγματικά διαφορετικές θέσεις. Ο τύπος από μόνος του δεν αρκεί.

Πού εμφανίζονται οι σύμπλοκες ενώσεις

Αυτό το θέμα εμφανίζεται σε όλη τη χημεία συναρμογής, τη χημεία μεταβατικών μετάλλων, την ποιοτική ανάλυση, την κατάλυση και τη βιοανόργανη χημεία. Ακόμη κι αν δεν ειδικευτείς ποτέ σε αυτούς τους τομείς, οι κανόνες ονοματολογίας σε βοηθούν να διαβάζεις σωστά τους τύπους και να μην παραβλέπεις πότε δύο ενώσεις είναι στην πραγματικότητα διαφορετικά ισομερή.

Καλλιεργεί επίσης μια χρήσιμη συνήθεια: να μη διαβάζεις έναν τύπο απλώς ως λίστα ατόμων. Στη χημεία συναρμογής, η θέση, το φορτίο και το πρότυπο σύνδεσης έχουν όλα σημασία.

Δοκίμασε ένα παρόμοιο πρόβλημα ονοματολογίας

Δοκίμασε να ονομάσεις το $[Co(NH_3)_5Cl]Cl_2$. Πρώτα ξεχώρισε τη σφαίρα συναρμογής από τα αντισταθμιστικά ιόντα. Έπειτα υπολόγισε τον αριθμό οξείδωσης του κοβαλτίου και έλεγξε ποιο χλωρίδιο είναι πρόσδεμα και ποια χλωρίδια βρίσκονται έξω από τις αγκύλες. Αυτή η μία άσκηση συνήθως κάνει τη σημειογραφία με αγκύλες να γίνει ξεκάθαρη.