کمپلکس ها و خواص مغناطيسي آنها

يک کمپلکس مجموعه اي است متشکل از يک اتم مرکزي که توسط چند آنيون يا مولکول احاطه شده و در آن ظرفيت اتم مرکزي که معمولا فلز واسطه است اکثرا از حالت متداول آن بيشتر است. مثلا حل شدن سولفات مس خشک (سفيد رنگ ) در آب محلول آبي خوش رنگ سولفات مس (II) توليد مي کند که يک يون کمپلکس است. - CuSO4 + nH2 O ............> [Cu(H2 O)6 ]2+ + SO4 2

يون کمپلکس ايجاد شده عامل آبي شدن رنگ اين محلول و در واقع تمام محلول هاي نمکهاي مس (II)در آب مي باشد.گروه هاي متصل به اتم مرکزي را که معمولا انيون يا مولکول دو قطبي خنثي مي باشند ليگاند مي نامندو در اغلب موارد اين ليگاندها يک يا چند جفت الکترون به فلز مرکزي مي دهند. از آنجاييکه مولکول آب قادر است مانند يک ليگاند عمل کند قرار گرفتن يک يون فلز واسطه (+Mn ) در آب به شرط نبود گروه هاي کئوردينه ي ديگر سبب تشکيل يون کمپلکس+M(H2 O)6 ]nمي شود.لذا براي تهيه ي برخي از کمپلکس ها مثل +Cu(NH3 )6 ]2واکنش بين فلز و ليگاند را بايد در محيط غير آبي انجام دادتا آب به صورت ليگاند وارد قشر کوئورديناسيون نشود. هم چنين موقع تهيه ي کمپلکسها در آب ليگاند ها به تدريج جايگزين مولکول هاي آب کئوردينه شده مي شوند مانند واکنش مقابل که در شش مرحله صورت مي گيرد: Ni(H2 O)6 2+ + 6NH3 .............> Ni(NH3 )6 2+ علاوه بر کمپلکس هاي عادي يا کلاسيک نوع ديگري از کمپلکس ها نيز وجود دارند که انها را ترکيبات آلي فلزي مي نامند در اين کمپلکس ها حالت اکسايش فلز پايين (صفر يا +1 ) است و پيوند کربن فلز هم وجود دارد. هم چنين در کمپلکس هاي کلاسيک ليگاند ها معمولا دهنده ي جفت الکترون (دهنده ي ơ) و به مقدار جزئي گيرنده ي π هستند اما در ترکيبات آلي فلزي ليگاند ها اغلب علاوه بر دهندگي الکترون گيرنده ي شديد π نيز مي باشند. در هر دو مورد اين ترکيبات مي توانند خنثي کاتيوني يا انيوني باشند.از جمله کمپلکس هاي آلي فلزي فروسن است که شامل دو حلقه ي سيکلوپنتن در بالا وپايين اتم اهن است. اولين ترکيب آلي فلزي جداسازي شده نمک زايس است که توسط زايس جداسازي شد. پايه گذار شيمي کوئورديناسيون مدرن آلفرد ورنر است او در سال 1866 در فرانسه متولد شد ورنر اولين مقاله ي خود را درباره ي اين موضوع در سال 1891 در سن 25 سالگي عرضه کرد و در سال 1913 جايزه ي نوبل شيمي را براي اين کار به وي اهدا شد.

تعداد ليگاند ها و يا در واقع تعداد اتم هاي دهنده ي الکترون متصل به فلز مرکزي را عدد کئوديناسيون مي گويند که يکي از ويژگيهاي يک کمپلکس است يعني اينکه مثلا اغلب کمپلکسهاي با عدد کئوردينه يکسان خواص مغناطيسي مشابهي را از خود نشان مي دهند.

خواص مغناطيسي کمپلکس هاي فلزي:

مغناطيس پذيري : اگر جسمي در يک ميدان مغناطيسي با قدرت H0 قرار گيرد القاء مغناطيسي B يا شار مغناطيسي در اين جسم از رابطه ي مقابل به دست مي آيد: B= H0 + 4πM در اين رابطه H0 قدرت ميدان مغناطيسي خارجي و Mشدت مغناطيس شدن در واحد حجم است.

ممان مغناطيسي : خواص مغناطيسي ماده از دو راه توسط الکترونها حاصل مي شود : يکي ناشي از حرکت دوراني الکترون حول محور خود که چون داراي بار منفي است از اين طريق مي تواند مغناطيس توليد کند (ممان اسپيني الکترون) و ديگري ناشي از حرکت الکترون در مدار خود حول هسته (ممان اربيتالي الکترون).پس ممان مغناطيسي توليدي مواد حاصل اين دو خاصيت الکترون است.واحد ممان مغناطيسي بور مگنتون است يک بور مگنتونe ( BM)=eh̸4Πmc بار الکترون h ثابت پلانکmجرم الکترون و cسرعت نور است.

ترکيب پارامغناطيس ترکيبي است که الکترون جفت نشده دارد سهم پارامغناطيسي در تاثير پذيري از بر هم کنش ممان هاي زاويه اي اسپيني و اربيتالي الکترونها با ميدان مغناطيسي خارجي ناشي مي شود.ممان مغناطيسي موثر براي يک سيستم پارامغناطيس با در نظر گرفتن ممانهاي زاويه اي اسپيني و اوربيتالي الکترونها از اين رابطه به دست مي آيد:( µ=√4S(S+1)+L(L+1 در اين رابطه Sعدد کوانتومي اسپين کل و L عدد کوانتومي اوربيتالي کل است.همه ي مواد با ميدان مغناطيسي بر هم کنش دارند و بر اساس نوع بر هم کنش با ميدان به چند دسته ي زير تقسيم مي شوند:

ديا مغناطيس : خاصيت ديا مغناطيسي در همه ي انواع ماده ديده مي شود و ناشي از حرکت دوراني الکترونهاي جفت شده ي مولکول در اثر القاء ميدان مغناطيسي خارجي است. اين چرخش منجر به ايجاد يک ميدان مغناطيسي کوچک مخالف ميدان اعمال شده مي شود و به همين دليل مواد ديامغناطيس از ميدان مغناطيسي خارجي رانده مي شوند.

پارامغناطيس : خاصيت پارامغناطيسي از برهم کنش ممانهاي زاويه اي اسپيني و اوربيتالي الکترونهاي منفرد با ميدان مغناطيسي خارجي ناشي مي شود. اين دسته از مواد جذب ميدان مي شوندوبر خلاف اجسام فرومغناطيس با از بين رفتن ميدان خارجي خاصيت مغناطيسي خود را از دست مي دهند.

فرو مغناطيس : اين دسته از مواد به شدت جذب ميدان مغناطيسي مي شوند در اين دسته از مواد ممانهاي مغناطيسي ذرات مجاور با کمک ميدان مغناطيسي خارجي به طور موازي جهت گيري کرده و يک خاصيت مغناطيسي ماکروسکوپي را نشان مي دهند يعني اينکه در ماده فرومغناطيس حوزه هاي مغناطيسي وجود دارند که در هر کدام اسپينها به طور موازي جهت گيري کرده اند در صورتي که با اعمال ميدان خارجي اسپينهاي همه ي حوزه ها با هم موازي مي شوندچنانچه دما از مقدار معيني بالاتر رود انرژي گرمايي جهت گيري حوزه ها را به صورت تصادفي تغيير داده و ماده ي فرومغناطيس پارامغناطيس خواهد شد اين دما به دماي کوري Tc معروف است.

آنتي فرومغناطيس : اگر در حوزه هاي مغناطيسي اسپينها به طور غير موازي جهت گيري کرده باشند ممان مغناطيسي حوزه ها يکديگر را خنثي نموده و خاصيت آنتي فرومغناطيس مشاهده مي شود افزايش دما موجب برهم زدن جهت گيري هاي غير موازي در حوزه ها و افزايش خاصيت مغناطيسي مي شود و بالاتر از يک دماي معين که به دماي نيل TN معروف است جسم به صورت پارامغناطيس عمل مي کند. يک ماده ي انتي فرومغناطيس در دماي نيل بيشترين خاصيت مغناطيسي را از خود نشان مي دهد.