அணைவு வேதியியல்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்

அணைவு வேதியியல் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

ஒரு அணைவுச் சேர்மத்தில் ஒரு மைய உலோக அணு அல்லது அயனி இருக்கிறது. அதைச் சுற்றி ஈனிகள் (Ligands) எனப்படும் அயனிகள் அல்லது நடுநிலை மூலக்கூறுகள் உள்ளன. ஒவ்வொரு ஈனியும் ஒரு தனி இரட்டை எலக்ட்ரானை உலோகத்துக்குக் கொடுக்கிறது. நமக்குப் பழக்கமான பல பொருள்கள் அணைவுச் சேர்மங்கள்: ஹீமோகுளோபினில் இரும்பு, பச்சையத்தில் மெக்னீசியம், வைட்டமின் B₁₂ இல் கோபால்ட் உள்ளன.

d-தொகுதித் தனிமங்களில் படித்ததன் மேல் இந்தப் பாடம் அமைகிறது. இணைதிறன் பிணைப்புக் கொள்கை இனக்கலப்பின் மூலம் அணைவுச் சேர்மத்தின் வடிவத்தை விளக்குகிறது. ஈனிகளால் உலோகத்தின் d ஆர்பிட்டால்கள் பிளவுபடுவதைக் கொண்டு படிகப் புலக் கொள்கை நிறத்தையும் காந்தப் பண்பையும் விளக்குகிறது. [Fe(CN)₆]^3-, [FeF₆]^3- இரண்டிலும் Fe³⁺ இருந்தாலும் அவற்றில் இணையாகாத எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை ஏன் வேறுபடுகிறது என்பதை இந்த இரண்டு மாதிரிகளைக் கொண்டு சொல்லலாம்.

IUPAC பெயர்களையும் வாய்பாடுகளையும் எழுதுதல், மாற்றியங்களைக் கண்டறிதல், இனக்கலப்பையும் காந்தத் திருப்புத்திறனையும் கண்டுபிடித்தல், படிகப் புல நிலைப்படுத்தல் ஆற்றலைக் கணக்கிடுதல் ஆகியவை இந்தப் பாடத்திலிருந்து தேர்வில் வழக்கமாகக் கேட்கப்படுகின்றன. இவற்றில் பெரும்பாலானவற்றுக்கு எந்த ஈனிகள் வலுப்புல ஈனிகள், எவை மென்புல ஈனிகள் என்று தெரிந்திருக்க வேண்டும்.

நீங்கள் கற்பவை

• நீரில் நடந்துகொள்ளும் விதத்தைக் கொண்டு இரட்டை உப்பையும் அணைவுச் சேர்மத்தையும் வேறுபடுத்துதல்.
• ஒற்றை உலோக மைய அணைவுச் சேர்மங்களுக்கு IUPAC பெயர்களையும், பெயர்களிலிருந்து வாய்பாடுகளையும் எழுதுதல்.
• ஒரு அணைவுச் சேர்மத்துக்குச் சாத்தியமான அமைப்பு மாற்றியங்களையும் புறவெளி மாற்றியங்களையும் கண்டறிந்து வரைதல்.
• இணைதிறன் பிணைப்புக் கொள்கையைக் கொண்டு ஒரு அணைவுச் சேர்மத்தின் வடிவத்தையும் காந்தத் தன்மையையும் கணித்தல்.
• படிகப் புலக் கொள்கையைக் கொண்டு ஒரு அணைவுச் சேர்மத்தின் நிறத்தை விளக்குதல்.
• எண்முகப் புலத்தில் dn அமைப்புகளுக்குப் படிகப் புல நிலைப்படுத்தல் ஆற்றலைக் கணக்கிடுதல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• d-தொகுதித் தனிமங்களின் எலக்ட்ரான் அமைப்புகளும் ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளும்.
• லூயி அமில-காரக் கருத்து: உலோகம் எலக்ட்ரான் இரட்டையை ஏற்கும் பொருளாகச் செயல்படுகிறது.
• இனக்கலப்பும், VSEPR கொள்கை மூலம் அடிப்படை மூலக்கூறு வடிவங்களும்.

அணைவு வேதியியல் — விரிவான விளக்கம்

அணைவுச் சேர்மங்களின் அமைப்பு, பிணைப்பு, பண்புகள்

வெர்னர் கொள்கை

அணைவுச் சேர்மங்களின் அமைப்பை முதலில் விளக்கியவர் ஆல்ஃபிரட் வெர்னர். ஒரு உலோகத்துக்கு இரண்டு வகை இணைதிறன்கள் உண்டு என்று அவர் கூறினார். முதன்மை இணைதிறன் அயனியாகக்கூடியது; அது உலோகத்தின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலைக்குச் சமம். இரண்டாம் நிலை இணைதிறன் அயனியாகாதது; அது அணைவு எண்ணுக்குச் சமம். இரண்டாம் நிலை இணைதிறன்கள் வெளியில் நிலையான திசைகளை நோக்கி அமைகின்றன; அதனால் ஒவ்வொரு அணைவுச் சேர்மத்துக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவம் கிடைக்கிறது. CoCl₃·xNH₃ வரிசையை வெர்னர் இதைக் கொண்டு விளக்கினார்; அதில் AgNO₃ ஆல் வீழ்படிவாக்கப்படும் குளோரைடு அயனிகளின் எண்ணிக்கை வாய்பாட்டுக்கு ஏற்ப மாறுகிறது.

கலைச்சொற்களும் IUPAC பெயரிடுதலும்

மைய அணு, ஈனி, அணைவுக் கோளம், எதிர் அயனி (counter ion), அணைவு எண், ஒரே வகை ஈனி கொண்ட (homoleptic) மற்றும் பல வகை ஈனி கொண்ட (heteroleptic) அணைவுச் சேர்மங்கள் ஆகிய சொற்களில் தெளிவு வேண்டும். பெயரிடும்போது ஈனிகள் உலோகத்துக்கு முன் அகர வரிசையில் எழுதப்படுகின்றன; உலோகத்தின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை ரோமன் எண்ணில் தரப்படுகிறது. அணைவு அயனி எதிர்மின்சுமை உடையதாக இருந்தால் உலோகத்தின் பெயர் -ate இல் முடிகிறது. எனவே [Fe(CN)₆]^4- என்பது hexacyanidoferrate(II).

மாற்றியம்

ஒரே வாய்பாடு கொண்ட அணைவுச் சேர்மங்கள் வெவ்வேறு அமைப்புகளைக் கொண்டிருக்கலாம். அமைப்பு மாற்றியங்கள் (Structural isomers) உலோகத்துடன் எந்த அணுக்கள் பிணைந்துள்ளன என்பதில் வேறுபடுகின்றன: இணைப்பு, அயனியாதல், அணைவு, கரைப்பான் (நீரேற்ற) மாற்றியங்கள். புறவெளி மாற்றியங்களில் (Stereoisomers) பிணைப்புகள் ஒன்றே; வெளியில் அமைப்பு மட்டும் வேறுபடுகிறது. வடிவ மாற்றியங்கள் சிஸ், டிரான்ஸ் வடிவங்கள்; இவை சதுரத்தள, எண்முக அணைவுச் சேர்மங்களில் காணப்படுகின்றன. ஒளிசுழற்சி மாற்றியங்கள் ஒன்றின் மேல் ஒன்று பொருந்தாத ஆடி பிம்பங்கள்; இவை ஆடி எதிர் உருக்கள் (enantiomers) எனப்படுகின்றன. [Co(en)₃]³⁺ போன்ற இருமுனை ஈனிகள் கொண்ட எண்முக அணைவுச் சேர்மங்களில் இவை பொதுவாகக் காணப்படுகின்றன.

இணைதிறன் பிணைப்புக் கொள்கை

இணைதிறன் பிணைப்புக் கொள்கையில் (VBT) உலோகம் தன் காலியான s, p, d ஆர்பிட்டால்களைக் கொண்டு இனக்கலப்பு ஆர்பிட்டால்களை உருவாக்குகிறது. ஒவ்வொரு ஈனியும் அவற்றில் ஒன்றில் ஒரு தனி இரட்டை எலக்ட்ரானைக் கொடுக்கிறது. sp³ இனக்கலப்பு நான்முகி வடிவத்தையும், dsp² சதுரத்தள வடிவத்தையும், d²sp³ அல்லது sp³d² எண்முக வடிவத்தையும் தருகின்றன. உள் (n-1)d ஆர்பிட்டால்களைப் பயன்படுத்துபவை உள் ஆர்பிட்டால் அணைவுச் சேர்மங்கள்; வெளி nd ஆர்பிட்டால்களைப் பயன்படுத்துபவை வெளி ஆர்பிட்டால் அணைவுச் சேர்மங்கள். மீதமுள்ள இணையாகாத எலக்ட்ரான்களை எண்ணினால், அணைவுச் சேர்மம் பாரா காந்தத் தன்மையுடையதா டயா காந்தத் தன்மையுடையதா என்று தெரியும்.

படிகப் புலக் கொள்கையும் நிறமும்

படிகப் புலக் கொள்கை (CFT) ஈனிகளைப் புள்ளி மின்சுமைகளாகக் கருதுகிறது; அவை உலோகத்தின் d எலக்ட்ரான்களுடன் நிலைமின் முறையில் இடைவினை புரிகின்றன. எண்முகப் புலத்தில் ஐந்து d ஆர்பிட்டால்கள் கீழ் t_2g தொகுப்பாகவும் மேல் e_g தொகுப்பாகவும் பிளவுபடுகின்றன. இவற்றுக்கு இடையேயான ஆற்றல் இடைவெளி படிகப் புலப் பிளப்பு ஆற்றல், \(\Delta\). \(\Delta\) இணையாக்க ஆற்றலை (pairing energy) விடப் பெரியதாக இருந்தால் எலக்ட்ரான்கள் t_2g இல் இணைகின்றன; தாழ் சுழற்சி (low-spin) அணைவுச் சேர்மம் உருவாகிறது. சிறியதாக இருந்தால் உயர் சுழற்சி (high-spin) அணைவுச் சேர்மம் உருவாகிறது. \(\Delta\) ஆற்றல் கொண்ட கண்ணுறு ஒளியை உறிஞ்சும்போது ஒரு எலக்ட்ரான் t_2g இலிருந்து e_g க்கு உயர்கிறது; அணைவுச் சேர்மம் நிரப்பு நிறத்தைக் காட்டுகிறது.

அணைவுச் சேர்மங்களின் பயன்கள்

அணைவுச் சேர்மங்களுக்குப் பல நடைமுறைப் பயன்கள் உண்டு. EDTA காரீய நச்சுக்குச் சிகிச்சை அளிக்கவும் நீரின் கடினத்தன்மையை அளவிடவும் பயன்படுகிறது. சிஸ்பிளாட்டின் புற்றுநோய் சிகிச்சையில் பயன்படுகிறது. உலோகவியலில் தங்கமும் வெள்ளியும் சயனைடு அணைவுச் சேர்மங்களாகப் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன. மாண்ட் முறையில் நிக்கல் Ni(CO)₄ மூலம் தூய்மையாக்கப்படுகிறது. உயிரியலில் ஹீமோகுளோபின் ஆக்சிஜனைக் கடத்துகிறது; பச்சையம் ஒளிச்சேர்க்கையில் பங்கேற்கிறது.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• அணைவு எண்ணையும் ஆக்சிஜனேற்ற நிலையையும் குழப்புவது. K4[Fe(CN)6] இல் அணைவு எண் 6; ஆனால் இரும்பின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை +2.
• எதிர் அயனி அணைவுச் சேர்மத்தில் உலோகத்தின் பெயருக்கு -ate முடிவை மறப்பது. எ.கா. K4[Fe(CN)6] இல் ferrate என்பதற்குப் பதில் iron என்று எழுதுவது, அல்லது எதிர் அயனி கோபால்ட் அணைவில் cobaltate என்பதற்குப் பதில் cobalt என்று எழுதுவது.
• மாற்றிய வகைகளைக் குழப்புவது. உலோகத்துடன் வெவ்வேறு அணுக்கள் பிணைந்திருந்தால் அது அமைப்பு மாற்றியம்; வெளியில் அமைப்பு மட்டும் வேறுபட்டால் அது புறவெளி மாற்றியம்.
• எல்லா ஈனிகளும் d ஆர்பிட்டால்களைச் சம அளவில் பிளக்கும் என்று நினைப்பது. நிறமாலை வேதி வரிசையைப் (spectrochemical series) பாருங்கள்: CN-, CO வலுப்புல ஈனிகள்; I-, F- மென்புல ஈனிகள்.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

இரட்டை உப்பு அணைவுச் சேர்மத்திலிருந்து எப்படி வேறுபடுகிறது?

மோர் உப்பு போன்ற இரட்டை உப்பு நீரில் முழுமையாக அதன் எளிய அயனிகளாகப் பிரிகிறது. எனவே அந்தக் கரைசல் Fe2+, NH4+, SO42- ஆகியவற்றுக்கான சோதனைகளைத் தருகிறது. அணைவுச் சேர்மம் தன் அணைவு அயனியைப் பிரியாமல் வைத்திருக்கிறது. K4[Fe(CN)6] நீரில் K+, [Fe(CN)6]4- தருகிறது; தனித்த Fe2+ க்கான சோதனையைத் தருவதில்லை.

ஒரு உலோகத்தின் அணைவு எண்ணை எப்படிக் கண்டுபிடிப்பது?

உலோகத்துடன் பிணைந்துள்ள வழங்கி அணுக்களை எண்ணுங்கள். ஒருமுனை ஈனிகள் என்றால் இது ஈனிகளின் எண்ணிக்கைக்குச் சமம். பலமுனை ஈனிகள் என்றால், ஒவ்வொரு ஈனியின் எண்ணிக்கையையும் அதன் முனை எண்ணால் பெருக்குங்கள்: [Co(en)3]3+ இல் மூன்று இருமுனை en ஈனிகள் அணைவு எண் 6 ஐத் தருகின்றன.

சில அணைவுச் சேர்மங்கள் ஏன் நிறமுடையவை, சில ஏன் நிறமற்றவை?

அணைவுச் சேர்மங்களின் பெரும்பாலான நிறம் d-d இடப்பெயர்ச்சிகளால் வருகிறது. அணைவுச் சேர்மம் கண்ணுறு ஒளியை உறிஞ்சுகிறது; ஒரு எலக்ட்ரான் கீழ் d மட்டத்திலிருந்து மேல் மட்டத்துக்குச் செல்கிறது. நாம் காணும் நிறம் நிரப்பு நிறம். d0 அல்லது d10 அமைப்பு கொண்ட உலோக அயனியில் d-d இடப்பெயர்ச்சி நடக்க முடியாது. அதனால் Zn2+ போன்றவற்றின் அணைவுச் சேர்மங்கள் பொதுவாக நிறமற்றவை.

வலுப்புல ஈனி என்றால் என்ன?

CN-, CO போன்ற வலுப்புல ஈனி (strong field ligand) பெரிய படிகப் புலப் பிளப்பை ஏற்படுத்துகிறது. \(\Delta\) இணையாக்க ஆற்றலை விட அதிகமாக இருக்கும்போது, எலக்ட்ரான்கள் eg ஆர்பிட்டால்களுக்குச் செல்லாமல் கீழ் t2g ஆர்பிட்டால்களில் இணைகின்றன; தாழ் சுழற்சி அணைவுச் சேர்மம் உருவாகிறது.

இணைதிறன் பிணைப்புக் கொள்கை காந்தப் பண்பை எப்படிக் கணிக்கிறது?

உலோக அயனியின் எலக்ட்ரான் அமைப்பை எழுதுங்கள். ஈனிகளின் எலக்ட்ரான் இரட்டைகளை இனக்கலப்பு ஆர்பிட்டால்களில் வையுங்கள். d ஆர்பிட்டால்களில் மீதமுள்ள இணையாகாத எலக்ட்ரான்களை எண்ணுங்கள். ஒன்றும் இல்லையென்றால் அணைவுச் சேர்மம் டயா காந்தத் தன்மை உடையது. ஒன்றோ அதற்கு மேலோ இருந்தால் பாரா காந்தத் தன்மை உடையது; அந்த எண்ணிக்கையிலிருந்து சுழற்சி மட்டும் காந்தத் திருப்புத்திறனைக் கணக்கிடலாம்.

அணைவுச் சேர்மங்களில் மாற்றியம் ஏன் இவ்வளவு பொதுவானது?

ஒரு உலோக அயனி நிலையான திசைகளில் அமைந்த பல ஈனிகளுடன் பிணைகிறது. அதே ஈனிகளை வெவ்வேறு நிலைகளில் அமைக்கலாம். ஒரு ஈனி வெவ்வேறு வழங்கி அணுக்கள் வழியாகப் பிணையலாம். அயனிகள் அணைவுக் கோளத்துக்கு உள்ளேயோ வெளியேயோ இருக்கலாம். இவை ஒவ்வொன்றும் ஒரே வாய்பாடு, ஆனால் வெவ்வேறு பண்புகள் கொண்ட சேர்மத்தைத் தருகின்றன.