کمپلکس های آهن و اثر لیگاند در رنگ کمپلکس(با استفاده از نظریه میدان بلور)
برای تهیه آهن عنصری ، باید ناخالصیهای آن با روش کاهش شیمیایی از بین برود. آهن برای تولید فولاد بکار می‌رود که عنصر نیست، بلکه یک آلیاژ و مخلوطی است از فلزات متفاوت ( و تعدادی غیر فلز بخصوص کربن ). هسته اتمهای آهن دارای بیشترین نیروی همگیر در هر نوکلئون هستند بنابراین آهن با روش همجوشی ، سنگین‌ترین و با روش شکافت اتمی ، سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می‌شود.
وقتی یک ستاره که دارای جرم کافی می‌باشد چنین کاری انجام دهد، دیگر قادر به تولید انرژی در هسته‌اش نبوده و یک ابر اختر پدید می‌آید. آهن رایج‌ترین فلز در جهان به حساب می‌آید. الگوهای جهان شناختی با یک جهان باز پیش‌بینی زمانی را می‌کند که در نتیجه واکنشهای همجوشی و شکافت هسته ، همه چیز به آهن تبدیل خواهد شد!
معمولترین حالات اکسیداسیون آهن عبارتند از:
· حالت فروس
· حالت فریک
· حالت فریل که با تعدادی آنزیم ( مثلا" پیروکسیدازها ) پایدار شده است.
· آهن ( VI) هم معروف است (اگرچه کمیاب می‌باشد). درصورتیکه به شکل فرات پتاسیمباشد، ( K2FeO ) یک اکسید کننده انتخابی برای الکلهای نوع اول می‌باشد. این ماده جامد فقط در شرائط خلاء و ارغوانی تیره پایدار است، هم به صورت محلول سوزآور و هم بصورت یک ماده جامد.
· کاربید آهن Fe3C به نام سمنتیت معروف است
آهن بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار Fe-54 , Fe56 , Fe-57 , Fe-58 می‌باشد. فراوانی نسبی ایزوتوپهای آهن در طبیعت تقریبا" Fe-54 8/5% ، Fe-56 7/91%، Fe-57 2/2% و Fe-58 3/0% است.Fe-60 که نوکلید پرتوزای غیر فعال است، دارای نیمه عمر 5,1 (Myr) می‌باشد. بیشتر تلاش گذشته برای اندازه گیری ترکیبات ایزوتوپی آهن به‌علت فرآیندهایی که توام با نوکلئوسنتز ( مانند مطالعات شهاب سنگها ) و شکل‌گیری کانی‌ها هستند، حول محور تعیین انواع مختلف Fe-60صورت گرفته است.
در وهله‌های مختلف ، شهاب سنگهای Semarkona و Chervony Kut می‌توان بین تمرکز Ni-nickel|60 ( محصول اخترچه Fe-60 ) و فراوانی ایزوتوپهای پایدار آهن ارتباطی یافت که دلیلی برای وجود آهن 60 در زمان شکل‌گیری منظومه شمسی می‌باشد. احتمالا" انرژی آزاد شده توسط فروپاشی آهن 60 به همراه انرژی رها شده بر اثر فروپاشی نوکلئید پرتوزای Al-26 ، در ذوب مجدد و تفکیک اخترچه‌های بعد از شکل‌گیری آنها 4,6 میلیارد سال پیش تاثیر داشته است. فراوانی Ni-60موجود در مواد فرازمینی نیز ممکن است آگاهی بیشتری در مورد منشاء منظومه شمسی و تاریخ ابتدایی آن ارائه نماید.
در بین ایزوتوپهای پایدار فقط آهن 57 دارای اسپین اتمی است،(2/1-). به همین خاطر آهن 57 در شیمی و بیوشیمی بعنوان یک ایزوتوپ اسپینی دارای کاربرد است.
کمپلکس ها ترکیباتی هستند که در آن آنیون ها (یامولکول های خنثی) احاطه کننده یون فلزی بیشتر از تعدادی است که از ظرفیت عادی فلز انتظار می رود. مولکول ها یا یون هایی که یون فلز ی را احاطه می کنند لیگاند نامیده می شوند
یکی از مشخصات فلزات واسطه وجود ترکیبات رنگی در آن ها است.
رنگ اجسام نتیجه انعکاس یا جذب امواج الکترومغناطیس می باشد. اگر جسمی تمام طول موج های نور را جذب کند سیاه و اگر همه را منعکس کند سفید به نظر می رسد. اگر جسمی نور نارنجی را منعکس کند نارنجی دیده می شود و اگر فقط نور آبی را جذب کند باز هم نارنجی دیده می شود به همین خاطر رنگ آبی را مکمل نارنجی می نامند.
رنگ های مکمل را توسط دایره رنگ مشخص می کنند.
با توجه به اینکه بررسی رنگ در کمپلکس ها با نظریه میدان بلور توجیه می گردد ,به بیان مبانی این نظریه می پردازیم:
1) هنگامی که لیگاند به فلز نزدیک می شود و پیوندی بوجود می آید انرژی پتانسیل مجموعه (لیگاند و فلز ) کاهش می یابد.
2) با نزدیک شدن لیگاندها به یون فلزی نیروی دافعه ای بین لیگاند (جفت الکترون لیگاند) و الکترون های اوربیتال های d لیگاند بوجود می آید.
3) دافعه مزبور باعث می شود که سطح انرژی اوربیتال های d افزایش یابد اما این افزایش برای همه اوربیتال های d یکسان نیست بلکه بستگی به شکل هندسی کمپلکس دارد.
4 ) تقسیم اوربیتال d فلزی به اوربیتال های d کم انرژی و پرانرژی ، انشقاق میدان بلور نامیده می شود و اختلاف انرژی بین اوربیتال های d با Δ (دلتا) نشان داده می شود و به شکل هندسی کمپلکس وابسته است.
انرژی اوربیتال های d در یک کمپلکس چهاروجهی
انرژی اوربیتال های d در یک کمپلکس مربع مسطح
5) بزرگی شکاف میدان بلور (Δ) به نوع لیگاند بستگی دارد. لیگاند ها را بر حیب میزان Δ ای که ایجاد می کند ، لیگاندهای میدان ضعیف و میدان قوی تقسیم بندب می کنند و به آن سری طیف شیمیایی می گویند.
6) در یک میدان هشت وجهی اگر الکترونی در اوربیتال d کم انرژی قرار بگیرد به ازای هر الکترون به اندازه 0.4Δ انرژی پایداری میدان بلور CFSE بدست می آورد و اگر در اوربیتال های d پرانرژی قرار بگیرد به اندازه 0.6Δ ناپایداری ایجاد می کند.
8) اگر Δ به حد کافی بزرگ باشد می تواند انرژی لازم برای جفت شدن الکترون ها را تامین کند بنابراین لیگاندهای میدان قوی که Δ بزرگی دارند می توانند این کار را انجام بدهند و در نتیجه کمپلکس های کم اسپین ( مقدار الکترون فرد کم) ایجاد می کنند اما اگر Δ عدد کوچکی باشد یعنی لیگاند میدان ضعیف است بنابراین نمی تواند انرژی لازم برای جفت شدن الکترون ها را تامین کند در این صورت اوربیتال های d به صورت منفرد پر خواهند شد و کمپلکس پر اسپین ایجاد خواهند کرد.
اما در ارتباط با رنگ ترکیبات :
با تغییر نوع لیگاند فاصله اوربیتال های d تغییر می کند بنابراین میزان انرژی لازم برای انتقال الکترون از سطح انرژی پایین تر به بالاتر فرق می کند در نتیجه برحسب این که چه طول موج نوری برای ارتقا الکترون به سطح بالاتر جذب شود ، محصول رنگ خاص خود را خواهد داشت
تاريخ : یکشنبه شانزدهم بهمن ۱۳۹۰ | 16:25 | نویسنده : مدرس دهقانی |
.: Weblog Themes By Pichak :.