الهندسة الجزيئية الثماني السطوح

الموسوعة الحرة
الهندسة الجزيئية الثماني السطوح
أمثلةSF 6 ، Mo(CO) 6
مجموعة النقاطأوه​
رقم التنسيق6
زاوية الرابطة90 درجة
μ (القطبية)0

في الكيمياء ، تصف الهندسة الجزيئية ثماني السطوح ، والتي تسمى أيضًا ثنائي الهرم المربع ، [1] شكل المركبات ذات ست ذرات أو مجموعات من الذرات أو الربائط مرتبة بشكل متماثل حول ذرة مركزية، مما يحدد رؤوس ثماني السطوح . يحتوي ثماني السطوح على ثمانية أوجه، ومن هنا جاءت البادئة ثماني السطوح . ثماني السطوح هو أحد المواد الصلبة الأفلاطونية ، على الرغم من أن جزيئات ثماني السطوح تحتوي عادةً على ذرة في مركزها ولا توجد روابط بين ذرات الربائط. ينتمي ثماني السطوح المثالي إلى المجموعة النقطية O h . ومن أمثلة المركبات ثماني السطوح سداسي فلوريد الكبريت SF 6 وسداسي كربونيل الموليبدينوم Mo(CO) 6 . يستخدم الكيميائيون مصطلح "ثماني السطوح" بشكل فضفاض إلى حد ما، مع التركيز على هندسة الروابط إلى الذرة المركزية وعدم مراعاة الاختلافات بين الربيطة نفسها. على سبيل المثال، يُشار إلى [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ، الذي ليس ثماني السطوح بالمعنى الرياضي بسبب اتجاه روابط N−H ، باسم ثماني السطوح. [2]

تم تطوير مفهوم هندسة التنسيق الثماني السطوح بواسطة ألفريد فيرنر لشرح التكافؤات والتماثلات في المركبات التناسقية . سمحت رؤيته للكيميائيين بتبرير عدد التماثلات في المركبات التناسقية. غالبًا ما يشار إلى معقدات المعادن الانتقالية الثماني السطوح التي تحتوي على الأمينات والأنيونات البسيطة باسم معقدات من نوع فيرنر .

بنية سداسي فلوريد الكبريت ، مثال لجزيء له هندسة تنسيقية ثماني السطوح.

التماثل في المعقدات الثماني السطوح

عندما يتم تنسيق نوعين أو أكثر من الربيطة (L a ، L b ، ...) إلى مركز معدني ثماني السطوح (M)، يمكن أن يوجد المركب على شكل متزامرات. يعتمد نظام تسمية هذه المتزامرات على عدد وترتيب الربيطة المختلفة.

سيسوعبر

للتعلم الآليأ
4لب
2يوجد متزامران. هذه المتزامرات من MLأ
4لب
2تكون cis ، إذا كانت ربيطات L b متجاورة، و trans ، إذا كانت مجموعات L b تقع على بعد 180 درجة من بعضها البعض. كان تحليل مثل هذه المركبات هو الذي قاد ألفريد فيرنر إلى طرح فكرة المركبات الثماني السطوح الفائزة بجائزة نوبل عام 1913.

  • سيس-[CoCl2(NH3)4]+
    سيس -[CoCl 2 (NH 3 ) 4 ] +
  • ترانس-[CoCl2(NH3)4]+
    ترانس -[CoCl 2 (NH 3 ) 4 ] +

المتزامرات الوجهية والزوالية

للتعلم الآليأ
3لب
3، من الممكن وجود متزامرين - متزامرين وجهيين ( fac ) حيث تشغل كل مجموعة من ثلاثة ربيطات متطابقة وجهًا واحدًا من ثماني السطوح المحيط بذرة المعدن، بحيث يكون أي اثنين من هذه الربيطات الثلاثة متزامرين بشكل متبادل، ومتزامرين طوليين ( mer ) حيث تشغل كل مجموعة من ثلاثة ربيطات متطابقة مستوى يمر عبر ذرة المعدن.

  • مركب-[CoCl3(NH3)3]
    fac -[CoCl 3 (NH 3 ) 3 ]
  • مير-[CoCl3(NH3)3]
    مير -[CoCl 3 (NH 3 ) 3 ]

أيزومرات Δ مقابل Λ

يمكن أن توجد معقدات ذات ثلاثة ربيطات ثنائية السن أو ربيطتين ثنائيتي السن سيس كأزواج متماثلة . يتم عرض الأمثلة أدناه.

آخر

للتعلم الآليأ
2لب
2لج
2، إجمالي خمسة متزامرات هندسية وستة متزامرات فراغية ممكنة. [3]

  1. أيزومر واحد تكون فيه جميع الأزواج الثلاثة من الربيطة المتطابقة متبادلة
  2. ثلاثة متزامرات يكون فيها زوج واحد من الربيطة المتطابقة (L a أو L b أو L c ) ترانس بينما يكون الزوجان الآخران من الربيطة سيس متبادلين .
  3. زوجان من التماثلات الإينانتيومرية حيث تكون الأزواج الثلاثة من الربيطة المتطابقة سيس . وهي تعادل متزامرات Δ مقابل Λ المذكورة أعلاه.

يمكن أن يصل عدد المتزامرات الممكنة إلى 30 لمركب ثماني السطوح بستة ربيطات مختلفة (على النقيض من ذلك، لا يمكن وجود سوى متزامرين فراغيين لمركب رباعي السطوح بأربعة ربيطات مختلفة). يسرد الجدول التالي جميع التركيبات الممكنة للربيطات أحادية السن:

صيغة عدد الأيزومرات عدد الأزواج المتماثلة
مل 6 1 0
ملأ
5رطل​		 1 0
ملأ
4لب
2		 2 0
ملأ
4ل ب ل ج		 2 0
ملأ
3لب
3		 2 0
ملأ
3لب
2ل ج		 3 0
ملأ
3ل ب ل ج ل د		 5 1
ملأ
2لب
2لج
2		 6 1
ملأ
2لب
2ل ج ل د		 8 2
ملأ
2ل ب ل ج ل د ل هـ		 15 6
مل أ ل ب ل ج ل د ل هـ ل و 30 15

وبالتالي، فإن جميع الـ 15 دياستريومر من ML a L b L c L d L e L f هي كايرالية، بينما بالنسبة لـ MLأ
2L b L c L d L e ، ستة من الدياستيريومرات كيرالية وثلاثة ليست كذلك (حيث L a ترانس ). يمكن للمرء أن يرى أن التنسيق ثماني السطوح يسمح بتعقيد أكبر بكثير من رباعي السطوح الذي يهيمن على الكيمياء العضوية . يوجد رباعي السطوح ML a L b L c L d كزوج واحد من الدياستيريومرات. لتوليد اثنين من الدياستيريومرات في مركب عضوي، يلزم وجود مركزين كربونيين على الأقل.

الانحرافات عن التناظر المثالي

تأثير جان-تيلر

يمكن أن يشير المصطلح أيضًا إلى ثماني السطوح المتأثر بتأثير جان-تيلر ، وهي ظاهرة شائعة في كيمياء التنسيق . يقلل هذا من تناسق الجزيء من O h إلى D 4h ويُعرف بالتشوه الرباعي.

هندسة ثماني السطوح مشوهة

بعض الجزيئات، مثل XeF 6 أو IF-
6، لها زوج وحيد يشوه تناسق الجزيء من O h إلى C 3v . [4] [5] تُعرف الهندسة المحددة باسم ثماني السطوح أحادي الغطاء ، حيث يتم اشتقاقها من ثماني السطوح عن طريق وضع الزوج الوحيد فوق مركز أحد الوجوه المثلثة لثماني السطوح كـ "غطاء" (وتحويل مواضع الذرات الست الأخرى لاستيعابها). [6] يمثل كلاهما انحرافًا عن الهندسة التي تنبأت بها VSEPR، والتي تتوقع لـ AX 6 E 1 شكلًا هرميًا خماسيًا .

هياكل حيوية ذات ثماني السطوح

يمكن دمج أزواج ثماني السطوح بطريقة تحافظ على هندسة تنسيق ثماني السطوح عن طريق استبدال الربائط الطرفية برباطات جسرية . هناك نمطان شائعان لدمج ثماني السطوح: تقاسم الحافة وتقاسم الوجه. تحتوي ثماني السطوح الحيوية المشتركة الحافة والوجه على الصيغ [M 2 L 8 (μ-L)] 2 و M 2 L 6 (μ-L) 3 على التوالي. تعطي الإصدارات البوليمرية لنفس نمط الارتباط النسب الكيميائية [ML 2 (μ-L) 2 ] ∞ و [M(μ-L) 3 ] ∞ على التوالي.

يؤدي تقاسم حافة أو وجه ثماني السطوح إلى تكوين بنية تسمى ثماني السطوح الحيوية. توجد العديد من مركبات خماسي هاليد المعادن وخماسي ألكوكسيد في المحاليل والمواد الصلبة ذات الهياكل ثماني السطوح الحيوية. ومن الأمثلة على ذلك خماسي كلوريد النيوبيوم . غالبًا ما توجد رباعيات هاليد المعادن كبوليمرات ذات ثماني السطوح المشتركة في الحافة. ​​رباعي كلوريد الزركونيوم هو مثال على ذلك. [7] تشمل المركبات ذات السلاسل ثماني السطوح المشتركة في الوجه MoBr 3 و RuBr 3 و TlBr 3 .

هندسة منشورية ثلاثية الأضلاع

بالنسبة للمركبات ذات الصيغة MX 6 ، فإن البديل الرئيسي للهندسة الثماني السطوح هو الهندسة المنشورية الثلاثية، والتي لها تماثل D 3h . في هذه الهندسة، تكون الربائط الستة متكافئة أيضًا. هناك أيضًا مناشير مثلثية مشوهة، لها تماثل C 3v ؛ ومن الأمثلة البارزة على ذلك W(CH 3 ) 6. يُقترح أن يتم التحويل المتبادل لمعقدات Δ - و Λ - ، والذي يكون بطيئًا عادةً، من خلال وسيط منشوري ثلاثي، وهي عملية تسمى " التواء بيلار ". المسار البديل لتكوين راسمات لهذه المركبات نفسها هو التواء راي-دوت .

تقسيم الطاقات المدارية d

بالنسبة للأيون الحر، مثل Ni 2+ الغازي أو Mo 0 ، تكون طاقة المدارات d متساوية في الطاقة؛ أي أنها "متحللة". في مركب ثماني السطوح، يتم رفع هذا التحلل. يتم زعزعة استقرار طاقة d z 2 و d x 2 − y 2 ، ما يسمى بمجموعة e g ، والتي تستهدف مباشرة الربيطة. من ناحية أخرى، يتم استقرار طاقة المدارات d xz و d xy و d yz ، ما يسمى بمجموعة t 2g . تشير العلامات t 2g و e g إلى تمثيلات غير قابلة للاختزال ، والتي تصف خصائص التناظر لهذه المدارات. فجوة الطاقة التي تفصل هاتين المجموعتين هي أساس نظرية المجال البلوري ونظرية مجال الربيطة الأكثر شمولاً . يُطلق على فقدان الانحلال عند تكوين مركب ثماني السطوح من أيون حر اسم انقسام المجال البلوري أو انقسام مجال الربيطة . تُسمى فجوة الطاقة Δ o ، والتي تختلف وفقًا لعدد وطبيعة الربيطة. إذا كان تناسق المركب أقل من ثماني السطوح، يمكن أن تنقسم مستويات e g و t 2g بشكل أكبر. على سبيل المثال، تنقسم مجموعات t 2g و e g بشكل أكبر في trans -MLأ
4لب
2.

قوة الربيطة لها الترتيب التالي لهذه الجهات المانحة للإلكترونات:

ضعيف: اليود < البروم < الفلور < الأسيتات < الأكسالات < الماء < البيريدين < السيانيد :قوي

تنتج ما يسمى بـ "ربيطات المجال الضعيفة" قيم Δ o صغيرة وتمتص الضوء عند أطوال موجية أطول .

ردود الفعل

نظرًا لوجود مجموعة متنوعة لا تُحصى تقريبًا من المركبات الثماني السطوح، فليس من المستغرب أن يتم وصف مجموعة واسعة من التفاعلات. يمكن تصنيف هذه التفاعلات على النحو التالي:

  • تفاعلات استبدال الربيطة (عبر مجموعة متنوعة من الآليات)
  • تفاعلات إضافة الربيطات، بما في ذلك من بين العديد من التفاعلات، البروتونات
  • تفاعلات الأكسدة والاختزال (حيث يتم اكتساب أو فقدان الإلكترونات)
  • إعادة الترتيب حيث تتغير الكيمياء الفراغية النسبية للربيطة داخل مجال التنسيق .

تحدث العديد من تفاعلات معقدات الفلزات الانتقالية الثماني السطوح في الماء. عندما يحل ربيطة أنيونية محل جزيء ماء منسق، يسمى التفاعل تفاعل أنيوني . يسمى التفاعل العكسي، وهو استبدال الماء بربيطة أنيونية، تفاعل مائي . على سبيل المثال، ينتج [CoCl(NH 3 ) 5 ] 2+ ببطء [Co(NH 3 ) 5 (H 2 O)] 3+ في الماء، وخاصة في وجود حمض أو قاعدة. يحول إضافة حمض الهيدروكلوريك المركز معقد الماء مرة أخرى إلى كلوريد، من خلال عملية تفاعل أنيوني.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "الشكل الجزيئي الهرمي الثلاثي @ قاموس الكيمياء والمصطلحات". glossary.periodni.com . تم الاسترجاع في 2022-07-03 .
  2. ^ Von Zelewsky, A. (1995). الكيمياء الفراغية للمركبات التنسيقية . تشيتشيستر: جون وايلي. ISBN 0-471-95599-X.
  3. ^ Miessler, GL; Tarr, DA (1999). Inorganic Chemistry (الطبعة الثانية). Prentice-Hall. ص 290. ISBN 0-13-841891-8.
  4. ^ كروفورد، ت. دانييل؛ سبرينغر، كريستين دبليو؛ شايفر، هنري ف. (1994). "مساهمة في فهم بنية سداسي فلوريد الزينون". مجلة الفيزياء الكيميائية . 102 (8): 3307-3311. رمز Bibcode :1995JChPh.102.3307C. doi :10.1063/1.468642.
  5. ^ محجوب، علي ر.؛ سيبيلت، كونراد (1991). "بنية IF-
    6    ". Angewandte Chemie International Edition . 30 (3): 323-324. دوى :10.1002/anie.199103231.
  6. ^ وينتر، مارك (2015). "VSEPR وأكثر من ستة أزواج من الإلكترونات". جامعة شيفيلد: قسم الكيمياء . تم الاسترجاع في 25 سبتمبر 2018. يعتمد هيكل XeF 6 على ثماني السطوح المشوه، ربما نحو ثماني السطوح أحادي الغطاء
  7. ^ Wells, AF (1984). Structural Inorganic Chemistry . Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
  • مثال على الهندسة الثماني السطوح في 3dCHEM.com
  • مركز البنية الجزيئية بجامعة إنديانا
  • أمثلة على تماثل مجموعة النقاط
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=هندسة_جزيئية_ثمانية_السطوح&oldid=1182756311"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate