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Coordination chemistry
समन्वय रसायन विज्ञान अकार्बनिक रसायन विज्ञान का एक महत्वपूर्ण पहलू है जो समन्वय यौगिकों या परिसरों के अध्ययन से संबंधित है। ये यौगिक धातु आयनों के संयोजन से बने होते हैं जिसमें योजक होते हैं, जो ऐसे अणु या आयन होते हैं जो धातु केंद्र को इलेक्ट्रॉनों के युग्म दान करने में सक्षम होते हैं। समन्वय रसायन विज्ञान को समझना आवश्यक है ताकि यह समझा जा सके कि धातु जैविक, औषधीय और औद्योगिक प्रक्रियाओं में कैसे संपर्क करते हैं।
मौलिक अवधारणाएँ
समन्वय रसायन विज्ञान के मूल में समन्वय यौगिक होते हैं, जो सामान्यतः एक केंद्रीय धातु परमाणु या आयन से बने होते हैं जिसे एक श्रृंखला में बंधे अणुओं या आयनों द्वारा घेरा जाता है, जिन्हें योजक के रूप में जाना जाता है। केंद्रीय धातु आयन और उसके बंधे योजक एक समन्वय परिसर का निर्माण करते हैं।
केंद्रीय धातु परमाणु या आयन
केंद्रीय धातु सामान्यतः एक संक्रमण धातु होती है, जैसे लौह (Fe), तांबा (Cu), या निकल (Ni)। संक्रमण धातुएं विशेष रूप से समन्वय यौगिक बनाने के लिए अच्छी होती हैं क्योंकि उनके आंशिक रूप से भरे हुए d-कक्ष होते हैं, जो आसानी से योजकों से इलेक्ट्रॉन युग्म स्वीकार कर सकते हैं।
उदाहरण: [Fe(CN)6]4- परिसर में आयरन (II) आयन को देखें। यहां, आयरन केंद्रीय धातु आयन है।
योजक
योजक आयन या अणु होते हैं जो केंद्रीय धातु को कम से कम एक जोड़ा इलेक्ट्रॉन दान कर सकते हैं। वे हो सकते हैं:
- एक-दंतवाले: योजक जो एक जोड़ा इलेक्ट्रॉन दान करते हैं, जैसे क्लोराइड आयन (
Cl-) या अमोनिया (NH3)। - दो-दंतवाले: योजक जो केंद्रीय धातु के साथ दो बंधन बना सकते हैं, जैसे एथिलीनडायमाइन (
en)। - बहुदंतवाले: योजक जो कई बंधन बना सकते हैं, जैसे एथिलीनडायमाइनटेट्रासैटिक अम्ल (EDTA)।
योजक के संलग्नक बिंदुओं की संख्या को योजक की "दंतकता" कहा जाता है।
समन्वय संख्या
एक परिसर की समन्वय संख्या उन योजकों के दाता परमाणुओं की संख्या को संदर्भित करती है जो केंद्रीय धातु से बंधे होते हैं। समन्वय संख्याएं आमतौर पर 2 से 12 के बीच होती हैं, लेकिन सामान्यतः 4 से 6 के बीच पाई जाती हैं।
उदाहरण: [Co(NH3)6]3+ परिसर में, कोबाल्ट की समन्वय संख्या 6 है क्योंकि इसमें 6 अमोनिया अणु जुड़े हुए हैं।
समन्वय यौगिकों की भौमिति
समन्वय यौगिकों की भौमिति समन्वय संख्या और योजक की प्रकृति पर निर्भर करता है।
रेखीय ज्यामिति
संख्या 2 में समन्वय होता है। यहां एक सरल दृश्य प्रतिनिधित्व है:
उदाहरण: [Ag(NH3)2]+
चतुर्दलक ज्यामिति
समन्वय संख्या 4 के परिसरों में पाई जाती है। यह चतुर्दलक आकार एक त्रिकोणीय आधार वाला पिरामिड जैसा होता है।
उदाहरण: [ZnCl4]2-
वर्गाकार समतलीय ज्यामिति
यह भी समन्वय संख्या 4 के साथ पाया जाता है, जो d8 धातु आयनों के लिए विशिष्ट है।
उदाहरण: [PtCl4]2-
आठ-दंतवलय ज्यामिति
समन्वय संख्या 6 के लिए विशिष्ट, जहां योजक धातु आयन के चारों ओर समान रूप से वितरित होते हैं।
उदाहरण: [Co(NH3)6]3+
समन्वय यौगिकों में समावयितावादिता
समन्वय यौगिकों में समावयितावादिता उन विभिन्न तरीकों से उत्पन्न होती है जिनमें योजक धातु केंद्र के चारों ओर व्यवस्थित किया जा सकता है। दो मुख्य प्रकार होते हैं: संरचनात्मक समावयितावादिता और स्थानिक समावयितावादिता।
संरचनात्मक समावयितावादिता
प्रकार में शामिल हैं:
- संपर्क समावयितावादिता: तब उत्पन्न होती है जब एक योजक धातु से एक से अधिक तरीकों से जुड़ सकता है। उदाहरण:
[Co(NH3)5(NO2)]2+बनाम[Co(NH3)5(ONO)]2+। - समन्वय समावयितावादिता: तब होती है जब यौगिक के कैटायनिक और ऐनायनिक भागों के बीच योजकों का आदान-प्रदान होता है। उदाहरण:
[Co(NH3)6][Cr(CN)6]बनाम[Cr(NH3)6][Co(CN)6]।
स्थानिक समावयितावादिता
प्रकार में शामिल हैं:
- ज्यामितीय समावयितावादिता: कुछ विशेष स्थानिक व्यवस्थाओं वाले परिसरों में होती है। उदाहरण के लिए, वर्गाकार समतलीय और अष्टकोणीय परिसरों में,
[Pt(NH3)2Cl2]में सिस और ट्रांस समावयितावादिता हो सकती है। - दृष्टिक समावयितावादिता: ऐसे चिरल समन्वय यौगिकों में पाई जाती है जो उनके प्रतिबिंबित छवियों पर अधिभूत नहीं होती। उदाहरण: कुछ
[Co(en)3]3+परिसरों।
समन्वय यौगिकों की स्थिरता
एक समन्वय यौगिक की स्थिरता यह संकेत देती है कि धातु आयन योजक से कितनी मजबूती से जुड़ा हुआ है। स्थिरता को प्रभावित करने वाले कारक शामिल हैं:
- धात्विक आयन की प्रकृति: धातु का चार्ज और आकार यौगिक की स्थिरता को प्रभावित करते हैं। उच्च सकारात्मक चार्ज और छोटा आकार आमतौर पर अधिक स्थिर यौगिक बनाते हैं।
- योजक की प्रकृति: कुछ योजक धातुओं के साथ मजबूत बंधन बनाते हैं। उदाहरण के लिए, साइनाइड (
CN-) जैसे योजक अक्सर बहुत स्थिर यौगिक बनाते हैं। - Chelate प्रभाव: पोलिडेंटाट योजक जैसे EDTA चेलेट प्रभाव के कारण अधिक स्थिर यौगिक बनाते हैं, जहां चक्रीय संरचना में कई बंधन बनते हैं, जो स्थिरता को बढ़ाने में मदद करता है।
समन्वय रसायन विज्ञान के अनुप्रयोग
समन्वय यौगिक विभिन्न क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिकाएँ निभाते हैं:
जैविक प्रणालियाँ
- हेमोग्लोबिन: यह आयरन युक्त समन्वय यौगिक रक्त में ऑक्सीजन परिवहन के लिए आवश्यक है।
- विटामिन B12: इसमें एक कोबाल्ट केंद्र होता है और यह डीएनए संश्लेषण और ऊर्जा उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है।
उत्प्रेरण
समन्वय यौगिकों का उपयोग कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, जो बिना खपत के प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं।
- अल्केन के हाइड्रोजनेशन: निकेल, प्लैटिनम या पैलेडियम परिसरों द्वारा उत्प्रेरित।
- वैकर प्रक्रिया: एक पैलेडियम परिसर का उपयोग एथिलीन को एसेटाल्डिहाइड में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है।
औषधि
कुछ समन्वय यौगिक प्रत्यक्ष रूप से चिकित्सा उपचारों या नैदानिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, सिसप्लेटिन ([PtCl2(NH3)2]) एक प्रसिद्ध कैंसर रोधी दवा है।
पर्यावरणीय रसायन विज्ञान
- जल कोमलता: EDTA का उपयोग जल उपचार प्रक्रियाओं में धातु आयनों को फंसाने के लिए किया जाता है, जिससे जल की कठोरता कम हो जाती है।
- भारी धातु विषहरण: चेलटिंग एजेंट जीवित जीवों से विषाक्त धातुओं को हटाते हैं।
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