ઉપસહસંયોજક સંયોજનો

(Co-ordination Compounds)

ઉપસહસંયોજક બંધ ધરાવનાર સંયોજનો. આ પ્રકારનાં સંયોજનોમાં એક કેન્દ્રસ્થ ધાતુ પરમાણુ હોય છે, તે પોતાની આસપાસ અધાતુ પરમાણુઓ કે તેમના સમૂહો વડે આ પ્રકારના બંધથી સંલગ્ન થઈને વીંટળાયેલો હોય છે. કેન્દ્રસ્થ ધાતુ તટસ્થ પરમાણુ કે તેનો ધનાયન હોઈ શકે છે. જ્યારે ઉપસહસંયોજક બંધ વડે સંલગ્ન અધાતુ પરમાણુઓ (i) તટસ્થ અણુના, (ii) ઋણાયનના કે ક્વચિત્ (iii) ધનાયનના ભાગરૂપે સંભવી શકે છે. આવા સંલગ્ન પરમાણુસમૂહોને લિગેંડ (ligand) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તટસ્થ લિગેંડો તરીકે પાણી, કાર્બન મોનૉક્સાઇડ, નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ, એમોનિયા અને ફૉસ્ફિન તથા છેલ્લા બેના કાર્બનિક વ્યુત્પન્નો વગેરે જોવા મળે છે. ઋણભારિત લિગેંડ તરીકે હેલાઇડ, સાયનાઇડ, હાઇડ્રોક્સાઇડ, સલ્ફેટ, કાર્બનિક ઍસિડના આયનો, નાઇટ્રાઇટ અને ક્વચિત જ નાઇટ્રેટ અને પરક્લોરેટ આયનો વગેરે હોઈ શકે છે. ધનભારિત લિગેંડ જૂજ છે. વાસ્તવમાં નાઇટ્રોસોનિયમ (NO⁺), હાઇડ્રેઝિનિયમ (N₂H₅⁺) લિગેંડો જાણીતા છે. સંક્રાંતિ (transition) ધાતુઓ તથા લેન્થેનાઇડ ધાતુઓ, સંકીર્ણ ક્ષારો (complex salts) તરીકે ઓળખાતાં ઉપસહસંયોજક સંયોજનો મોટા પ્રમાણમાં આપે છે.

એક ધાતુ પરમાણુની આસપાસ રહેલા આવા લિગેંડોની કુલ સંખ્યાને તેના ઉપસહસંયોજનાંક (coordination number- C.N.) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ સંખ્યા ધાતુ આયનની વિશિષ્ટતા ગણાય છે. 2થી 12 સુધી ઉપસહસંયોજનાંક જોવા મળે છે, જોકે 4 અને 6 ઉપસહસંયોજનાંક વધુ સામાન્ય છે. લૅન્થેનાઇડ તથા ઍક્ટિનાઇડ ધાતુઓમાં આ આંક 12થી પણ વધુ હોઈ શકે છે.

સંકીર્ણ અથવા ઉપસહસંયોજક સંયોજનોને કેટલીક વાર પરિવર્તી (labile) અને અપરિવર્તી (non-labile) તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. પરિવર્તી સંકીર્ણ એવો હોય છે કે જે તેની લિગેંડોનું અન્ય લિગેંડો સાથે ઝડપથી વિસ્થાપન કરી શકે છે. જ્યારે અપરિવર્તી સંકીર્ણમાં બહુ ધીમેથી ફેરવાય છે. દા.ત., [Ni(NH₃)₆]²⁺ અને [Co(NH₃)₆]³⁺માં ઍસિડ ઉમેરવામાં આવે તો [Ni(H₂O)₆]²⁺ ઝડપથી મળે છે. જ્યારે કોબાલ્ટ સંકીર્ણની બાબતમાં મહિનાઓ સુધી પ્રક્રિયા થતી નથી. આમ [Ni(NH₃)₆]²⁺ એ પરિવર્તી ગણાય જ્યારે કોબાલ્ટનું સંયોજન એ વિસ્થાપન પ્રત્યે અપરિવર્તી અથવા નિષ્ક્રિય ગણાય.

વર્નરનો ઉપસહસંયોજકતા સિદ્ધાંત : 1893માં આલ્ફ્રેડ વર્નરે આવાં સંયોજનોનો અભ્યાસ કરીને તેમનાં બંધારણ, સંયોજકતા, સમઘટકતા વગેરે ગુણધર્મો અંગે તેમની 26 વર્ષની ઉંમરે પ્રતિપાદિત કરેલ સિદ્ધાંત તેમના નામથી ઓળખાય છે. તેમણે કોબાલ્ટ અને પ્લેટિનમના એમોનિયા સાથેના એમાઇનો તરીકે ઓળખાતા સંકીર્ણ ક્ષારોનો વિગતે અભ્યાસ કર્યો. આ સિદ્ધાંત રજૂ થયો તેની લગભગ 100 વર્ષ પહેલાં રસાયણજ્ઞો જાણતા હતા કે કોબાલ્ટ ક્લોરાઇડ, CoCl₂ના એમોનિયા સાથેના દ્રાવણને હવામાં ખુલ્લું રાખવાથી બીજે દિવસે તેમાંથી પીળાશ પડતા કેસરી રંગના CoCl₃.6NH₃ બંધારણવાળા સ્ફટિકો મળે છે. અહીં Co²⁺નું Co³⁺માં હવા દ્વારા ઉપચયન (oxidation) થતું માલૂમ પડે છે. વર્નરે કોબાલ્ટ તેમજ પ્લેટિનમના ઘણા નવા સંકીર્ણ ક્ષારો બનાવ્યા અને તેમનો વિગતે અભ્યાસ કર્યો. તે ઉપરથી તેમણે ઉપસહસંયોજકતા સિદ્ધાંત તારવ્યો છે, તે અનુસાર કેન્દ્રસ્થ ધાતુ આયન કે પરમાણુ સાથે દ્વૈતીયિક સંયોજકતા મારફત તટસ્થ અણુ અથવા આયન સંલગ્ન હોય છે, આ સંયોજકતા તેની પ્રાથમિક સંયોજકતા ઉપરાંતની હોય છે. આવી રીતે સંલગ્ન લિગેંડની (અણુ કે આયન) કુલ સંખ્યા ઉપસહસંયોજનાંક અથવા લિગેન્સી તરીકે ઓળખાય છે. આવા લિગેંડ કેન્દ્રસ્થ ધાતુને બે ઇલેક્ટ્રૉનનું દાન કરીને તેની સાથે જોડાય છે. એમોનિયા, પાણી, ક્લોરાઇડ, કાર્બન મોનૉક્સાઇડ વગેરે તેમના અસહભાજિત (unshared) ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મ વડે ધાતુઓ સાથે સંલગ્ન થાય છે. આમ, દ્વૈતીયિક સંયોજકતા એ જ ઉપસહસંયોજકતા છે. સંકીર્ણને [ ] કૌંસમાં લખવામાં આવે છે, જેમ કે CoCl₃.6NH₃નું બંધારણ [Co(NH₃)₆]Cl₃ લખવામાં આવે છે. કેટલાક લિગેંડ ધાતુના એક પરમાણુને એકથી વધારે બંધ વડે જકડી રાખે છે, જેમ કે ઇથિલીન ડાઈએમાઇન  તેના બે નાઇટ્રોજન ઉપર રહેલ ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મો વડે ધાતુને બે સ્થાને પકડી રાખે છે. આવા લિગેંડોને કિલેટિંગ કારક (chelating agent) અને આવા લિગેંડોના જોડાણથી મળતાં સંકીર્ણો કિલેટ તરીકે ઓળખાય છે. બે સ્થાન વડે જોડાતા લિગેંડને દ્વિ-દંતી(bi-dentate દા.ત. કાર્બોનેટ, ઑક્ઝલેટ, ગ્લાયસીન) કિલેટકારક કહે છે. એક જ લિગેંડ ધાતુના એક પરમાણુને ત્રણ, ચાર, પાંચ કે છ સ્થળોએ વીંટળાઈ વળે ત્યારે તેને અનુક્રમે ત્રિદંતી (tridentate), ચતુષ્દંતી (quadridentate), પંચદંતી (pentadentate), ષટ્દંતી (hexadentate) વગેરે નામોથી ઓળખવામાં આવે છે. તેમની સંયોજકતા ‘દંત’ની સંખ્યા પ્રમાણે એક, બે, ત્રણ, ચાર, પાંચ અને છ ગણવામાં આવે છે. આ રીતે બનતાં કિલેટો વલયરૂપ હોય છે અને તેમની સ્થાયિતા એકદંતી લિગેંડ વડે બનતા કિલેટ કરતાં વધુ હોય છે. આ અસર કિલેટ પ્રભાવ તરીકે ઓળખાય છે. આથી જ ઇથિલીનડાઈએમાઇન ટેટ્રાએસિટિક ઍસિડ જે ષટ્દંતી લિગેંડ છે, તે ધાતુઓ સાથે બહુસ્થાયી કિલેટો આપે છે. ખાસ કરીને કાર્બનિક લિગેંડોને સંજ્ઞારૂપ ટૂંકાં નામોથી દર્શાવાય છે. જેમ કે ઇથિલીન ડાઈએમાઇન en, ઑક્ઝલેટ OX^–, ઇથિલીનડાઈએમાઇન ટેટ્રાએસેટિક ઍસિડ EDTA, પ્રોપિલીન ડાઈએમાઇન pn, ગ્લાયસીન gly વગેરે. એકદંતી લિગેંડની સંયોજકતા એક અને દ્વિદંતી લિગેંડની સંયોજકતા બે હોઈ એકદંતી લિગેંડની સરખામણીમાં દ્વિદંતી લિગેંડના અડધા અણુઓ જ જરૂરી બને છે. દા.ત. [Cu(NH₃)₄]²⁺માંથી [Cuen₂]²⁺ મેળવાય છે. ધાતુ આયનમાં રહેલ ઋણભારિત લિગેંડો અને ધાતુધનાયનની સંયોજકતાઓના બૈજિક (algebraic) સરવાળા જેટલી ધાતુ-સંકીર્ણની સંયોજકતા હોય છે. આ સંયોજકતા અનુસાર તે સંકીર્ણ તેનાથી વિરુદ્ધ વિદ્યુતભારવાહી આયનો સાથે જોડાઈને ક્ષારનો અણુ રચે છે. [Cu(II)(NH₃)₄]²⁺ની સંયોજકતા +2 છે, કારણ કે એમોનિયા તટસ્થ અણુ છે. પરંતુ[Co(III)(NH₃)₅Cl]²⁺ની સંયોજકતા [3 + (- 1)] = 2 (ધન) થાય છે. [Cu(II)(NH₃)₄]²⁺ સલ્ફેટસાથે સંયોજાઈને ઘેરા ભૂરા રંગનો [Cu(II)(NH₃)₄]SO₄ ક્ષાર આપે છે. અહીં સલ્ફેટ આયન પ્રાથમિક સંયોજકતાનો ઉપયોગ કરે છે.

સંકીર્ણ ક્ષારોનું નામકરણ : ઇન્ટરનૅશનલ યુનિયન ઑવ્ પ્યૉર ઍન્ડ ઍપ્લાઇડ કૅમિસ્ટ્રી(IUPAC)એ આ અંગે નિયમો યોજેલા છે :

(1) તટસ્થ કે ધન સંકીર્ણો : તેમના નામમાં પ્રથમ લિગેંડ અને પછી કેન્દ્રસ્થ ધાતુનો તેના ઉપચયન આંક (રોમન આંકડામાં) સાથે ઉલ્લેખ કરાય છે. ઋણભારયુક્ત લિગેંડ પ્રથમ (પ્રત્યય ‘o’ સાથે) અને તટસ્થ લિગેંડ ત્યારબાદ લખાય છે. અકાર્બનિક લિગેંડ, કાર્બનિક લિગેંડની આગળ લખાય છે. એક જ પ્રકારના એકથી વધુ લિગેંડ હોય તો તેમની સંખ્યા બાય, ટ્રાય, ટેટ્રા, પેન્ટા, હેક્ઝા વગેરે પૂર્વગોથી દર્શાવાય છે. અટપટા લિગેંડ માટે બિસ, ટ્રિસ, ટેટ્રાકિસ (tetrakis), પેન્ટાકિસ વગેરે પૂર્વગો વપરાય છે. દા.ત.

(i) [Cr(III)(NH₃)₅Cl]²⁺ ક્લોરોપેન્ટામાઇન ક્રોમિયમ(III), [Co(III)en₃]³⁺ ટ્રિસ ઇથિલીન ડાયએમાઇન કોબાલ્ટ (III), Ni(0)(CO)₄ ટેટ્રાકાર્બોનાઇલ નિકલ(0).

(ii) ઋણભારવાહી સંકીર્ણ : આવાં સંકીર્ણોમાં ઉપર પ્રમાણે જ ક્રમ જળવાય છે. માત્ર અંતે ‘ate’ પ્રત્યય મુકાય છે. દા.ત. [Pt(II)Cl₄]^2– ટેટ્રાક્લોરોપ્લેટિનેટ(II) [Co(III)Cl₅NH₃]^2– પેન્ટાક્લોરૉએમૉઇનો કોબાલ્ટેટ (III), [Cr(II), en₂Br₄]^–1 ટેટ્રાબ્રોમો બીસઇથિલીનડાયએમાઇનક્રોમેટ (III), [Cr(III)Ox₃]^3–  ટ્રિસઓક્ઝેલેટોક્રોમેટ(III)

(iii) સંકીર્ણ અણુઓ : આ સંયોજનોનાં નામો માટે ધનાયન પ્રથમ અને ઋણાયન તેના પછી લખાય છે – દા.ત., K₂[Pt(II)Cl₄] પોટૅશિયમ ટેટ્રાક્લોરોપ્લેટિનેટ(II), [Pt(II)Cl(H₂O)₃]Br ક્લોરોટ્રાઈએક્વોપ્લેટિનમ (II) બ્રોમાઇડ [Co(III)(NH₃)₆]³⁺ [Cr(III)(CN)₆]^3– હેક્ઝામાઇનકોબાલ્ટ(III) હેકઝાસાયનોક્રોમેટ (III).

(iv) બહુકેન્દ્ર સંકીર્ણો : આ સંયોજનોનાં નામો ઉપર પ્રમાણે જ યોજાય છે. સેતુરૂપ લિગેંડને m (મ્યુ) – પ્રત્યય લગાડાય છે. દા.ત., (CO)₅Mn(0) – Mn(0)(CO)₅ ડેકાકાર્બોનાઇલ મૅંગેનીઝ (0) અથવા બિસ[પેન્ટાકાર્બોનાઇલ મૅંગેનીઝ (0)] [(NH₃)₅Co(III)-OH-Co(III)(NH₃)₅] Cl₅ m-હાઈડ્રોક્સો બિસ[પેન્ટામાઇનકોબાલ્ટ (III)]  ક્લોરાઇડ-

કેટલાંક સંકીર્ણોનાં જૂનાં નામો રૂઢ થઈ ગયાં હોવાને કારણે હજુ પણ વપરાશમાં છે.

K₄[Fe(II)(CN)₆] પોટૅશિયમ ફેરોસાયનાઇડ

K[Pt(II)C₂H₄Cl₃] ઝોઈસ ક્ષાર (વૈજ્ઞાનિકના નામ ઉપરથી)

[Co(NH₃)₅H₂O]Cl₃ રોઝિયો કોબાલ્ટિક ક્લોરાઇડ (ગુલાબી રંગ ઉપરથી)

Fe₄[Fe(CN)₆]₃ પ્રશિયન બ્લૂ

સંકીર્ણોમાં સમઘટકતા : કાર્બનિક રસાયણમાં જોવા મળતી સમઘટકતા સંકીર્ણોમાં પણ જોવા મળે છે. કારણ કે ધાતુ અને લિગેંડ વચ્ચેના બંધનું આયનીકરણ થતું નથી, તેથી સંકીર્ણોનો વિશિષ્ટ આકાર દ્રાવણમાં પણ જળવાઈ રહે છે. સંકીર્ણોમાં આવી સમઘટકતાના પ્રકાર કાર્બનિક સંયોજનોમાં સામાન્ય રીતે જોવા ન મળતા હોય તેવા વિશિષ્ટ પણ હોય છે. સંકીર્ણોમાં કાર્બનિક સંયોજનોમાં જોવા મળતી બંધારણીય તથા અવકાશીય (spatial) એમ બંને પ્રકારની સમઘટકતા જોવા મળે છે. પણ આવાં સંકીર્ણોમાં સમઘટકતાના પ્રકારની સંખ્યા વધારે છે. દા.ત., અસમમિત કાર્બન ધરાવતું સંયોજન (MNPQ) બે જ સમઘટકો આપી શકે છે, જ્યારે અસમમિત અષ્ટફલકીય (octahedral) સંકીર્ણ પંદર સમઘટકો આપી શકે છે.

(i) બંધારણીય સમઘટકતા : આવા સમઘટકોનું પ્રમાણસૂચક (empirical) સૂત્ર એક જ હોય છે. પરંતુ પરમાણુ-પરમાણુ વચ્ચેના બંધની ભિન્નતાને કારણે વિવિધ પ્રકારના સમઘટકો શક્ય બને છે. આમાંના છ પ્રકાર નીચે પ્રમાણે છે :

(क) જલ-સમઘટકતા : સંકીર્ણોની અંદર અને બહાર રહેલ પાણીના અણુઓની સંખ્યાની ભિન્નતાને કારણે આ સમઘટકતા શક્ય બને છે. દા.ત., CrCl₃.6H₂O પ્રમાણસૂચક સૂત્ર ધરાવતા ત્રણ સમઘટકો શક્ય છે. આ સંયોજનોનું સાંદ્ર હાઇડ્રોક્લૉરિક ઍસિડમાં નિર્માણ કરતા લીલા રંગનું સંયોજન (રેકુરાનો લીલો ક્લોરાઇડ) મળે છે, જેનું બંધારણીય સૂત્ર [Cr(H₂O)₄Cl₂] Cl.2H₂O સાબિત થયું છે. આને પાણીમાં ઓગાળતાં પાણીના અણુઓ અને ક્લોરાઇડ આયન વચ્ચે ક્રમશ: સ્થાનાંતરણ થતાં અંદર-બહારના પાણીના અણુઓની સંખ્યામાં ફેરફાર થાય છે અને ભૂરો-લીલો [Cr(H₂O)₅Cl] Cl₂.H₂O અને જાંબલી [Cr(H₂O)₆]Cl₃ એમ બે સમઘટકો મળે છે. આ ત્રણેય સમઘટકોને આયન-વિનિમય પદ્ધતિ વડે અલગ કરી શકાય છે.

(ख) આયનીકરણ સમઘટકતા : કેટલાક સંકીર્ણોના બે સમઘટકોમાં સંકીર્ણની બહારના અને અંદરના આયનિક સમૂહો વચ્ચેની અદલાબદલીને કારણે આ પ્રકારની સમઘટકતા ઉદભવે છે; દા.ત., [Co(NH₃)₅Br]²⁺SO₄ અને [Co(NH₃)₅SO₄]¹⁺ Br. પ્રથમ સંકીર્ણ ઘેરા જાંબલી રંગનો છે અને સલ્ફેટ આયન ઉપસહસંયોજકતા વર્તુળની બહાર હોઈ બેરિયમ ક્લોરાઇડ સાથે બેરિયમ સલ્ફેટ(BaSO₄)ના સફેદ અવક્ષેપ આપે છે. રતાશ પડતા જાંબલી રંગના બીજા સંકીર્ણમાં સલ્ફેટ આયન આવા વર્તુળની અંદર અને બ્રોમાઇડ આયન બહાર હોઈ બેરિયમ ક્લોરાઇડ સાથે અવક્ષેપ મળતો નથી, જ્યારે સિલ્વર નાઇટ્રેટ સાથે આછા પીળા રંગના સિલ્વર બ્રોમાઇડ(AgBr)ના અવક્ષેપ મળે છે. બીજું ઉદાહરણ બે વિપક્ષ (trans) સમઘટકયુગ્મ, લીલા [Co(en)₂Cl₂]NO₂ અને રાતા [Coen₂(NO₂)Cl]Clનું છે.

(ग) ઉપસહસંયોજકતા સમઘટકતા : કેટલાક આયનિક સંકીર્ણોમાં બે ભિન્ન ધાતુઓ સાથે લિગેંડો અદલબદલ થયેલા જોવા મળે છે, જેમ કે CoCr(NH₃)₆(CN)₆ પ્રમાણસૂચક સૂત્રવાળા બે ક્ષારો જાણીતા છે. તેમને [Co(NH₃)₆]^3+[Cr(Cn)₆]^3– અને [Cr(NH3)₆]³⁺[Co(CN)₆]^–3 બંધારણીય સૂત્ર વડે દર્શાવી શકાય છે. આવાં ક્ષારયુગ્મો ઉપસહસંયોજકતા સમઘટકતાનાં ઉદાહરણો છે. વળી એક જ ધાતુના આયનો વચ્ચે લિગેંડોની ભિન્ન ગોઠવણી પણ આવી સમઘટકતા દર્શાવે છે, જેમ કે, [Pt(II)(NH₃)₄]²⁺ [Pt(II)Cl₄]^2–અને [Pt(IV)(NH₃)₄Cl₂]²⁺ [Pt(II)Cl₄]^2–

(घ) લિગેંડ સમઘટકતા : બે કાર્બનિક લિગેંડોના ભિન્ન સમઘટકોના ઉપયોગથી રચાતા સંકીર્ણોમાં લિગેંડ સમઘટકતા જોવા મળે છે. દા.ત., [Pt(II)(pn)₂]²⁺ અને [Pt(II)(iso–pn)₂]²⁺          [pn = H₂NCH₂CH₂CH₂NH₂ અને iso–pn = H₂NCH₂ H-NH₂]

(च) સંલગ્નતા (linkage) સમઘટકતા : એક જ લિગેંડ પોતાનામાં રહેલ બે ભિન્ન પરમાણુઓ મારફત ધાતુ સાથે જોડાય ત્યારે આ પ્રકારની સમઘટકતા જોવા મળે છે. જેમ કે NO₂^1– આયન ધાતુ સાથે નાઇટ્રોજન અથવા ઑક્સિજન મારફત જોડાઈ શકે છે. દા.ત., [Co(NH₃)₅(NO₂)]²⁺ અને [Co(NH₃)₅(ONO)]²⁺. પ્રથમ સંકીર્ણને નાઇટ્રો સમઘટક કહે છે અને તેનું બંધારણ  સૂત્રથી દર્શાવાય છે.

તે પીળા રંગના પ્રકાશની ગેરહાજરીમાં સ્થિર સમઘટક છે. બીજો સંકીર્ણ નાઇટ્રાઇટો સમઘટક કહેવાય છે.  તેને સૂત્રથી દર્શાવાય છે. તે રતાશ પડતો, અસ્થિર પદાર્થ છે. SCN^1– આયન પણ સલ્ફર મારફત અથવા નાઇટ્રોજન મારફત ધાતુ સાથે જોડાઈને અનુક્રમે થાયોસાયનેટો સંકીર્ણ અથવા આઇસોથાયોસાયનેટો સંકીર્ણ એમ બે ભિન્ન સંલગ્નતા સમઘટકો આપે છે.

(छ) બહુલીકરણ (polymerisation) સમઘટકતા : જુદા અણુભારવાળા એક જ પ્રમાણસૂચક સૂત્ર ધરાવતા પદાર્થોને બહુલક (polymeric) સમઘટક કહે છે, જેમ કે [Pt(NH₃)₂Cl₂] અને [Pt(NH₃)₄][PtCl₄] બહુલક સમઘટકો છે.

(ii) ત્રિવિમ સમઘટકતા (stereoisomerism) : આ સમઘટકતાના બે પ્રકારો છે : ભૂમિતીય (geometrical) સમઘટકતા અને પ્રકાશીય (optical) સમઘટકતા. આ પ્રકારોમાં સમઘટકોનું પ્રમાણસૂચક સૂત્ર એક જ હોવા ઉપરાંત પરમાણુ-પરમાણુ વચ્ચેનાં બંધન પણ એકસરખાં જ હોય છે. ફક્ત આવા પરમાણુ કે તેમના સમૂહોની અવકાશમાં દિકસ્થિતિ (orientation) ભિન્ન હોય છે.

(प) ભૂમિતીય સમઘટકતા : ધાતુ સાથે લિગેંડો ભિન્ન રીતે જોડાયેલા હોય ત્યારે આવી સમઘટકતા જોવા મળે છે. બે સમાન સમૂહો એક જ બાજુએ (એકબીજાની નજીક) હોય તેવા સમઘટકને સમપક્ષ (cis) અને આ સમૂહો એકબીજાની સામે (એકબીજાથી વધુ દૂર) હોય તેવા સમઘટકને વિપક્ષ (trans) કહે છે. આવા પ્રકારની સમઘટકતાને સમપક્ષ-વિપક્ષ (cis-trans) સમઘટકતા પણ કહે છે. ચાર અને છ ઉપસહસંયોજક આંકવાળાં સંકીર્ણોનાં ઉદાહરણો નીચે આપ્યાં છે. (આકૃતિ 1) સમપક્ષ-વિપક્ષ સમઘટકોના દ્રાવ્યતા, સ્થિરતા, રાસાયણિક ક્રિયાશીલતા જેવા ગુણોમાં ભિન્નતા માલૂમ પડે છે.

(फ) પ્રકાશીય સમઘટકતા : આ પ્રકારની સમઘટકતામાં સમઘટકોની પ્રકાશ-ક્રિયાશીલતા (optical activity) એકબીજાથી વિપરીત પ્રકારની હોય છે. એક સમઘટક ધ્રુવિત (polarised) પ્રકાશના તલ(plane)ને જમણી બાજુ ઘુમાવે છે જ્યારે બીજો સમઘટક તેને તેટલા જ પ્રમાણમાં પણ ડાબી બાજુ ઘુમાવે છે. આવા સમઘટકોને d-(dextro, દક્ષિણભ્રમણીય) અને l – (laevo, વામભ્રમણીય) સમઘટક તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આવા સમઘટકોમાં કેન્દ્રસ્થ ધાતુ સાથે જોડાયેલ સમૂહોનો દિગવિન્યાસ એવા પ્રકારનો હોય છે કે તેમની વચ્ચેનો સંબંધ એકબીજાના પ્રતિબિંબરૂપી (enantiomorphic) હોય છે અને તેમનાં બંધારણીય સૂત્રોનું એકબીજાં ઉપર અધ્યારોપણ (superimposition) થઈ શકતું નથી. દા.ત., પ્લેટિનમ(IV)ના સંકીર્ણના બે પ્રકાશીય સમઘટકો નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

કિલેટ સમૂહવાળા અણુઓ સામાન્યત: પ્રકાશીય સમઘટકતા દર્શાવતા હોય છે, જેમ કે નીચે દર્શાવેલ સમઘટકો વિપક્ષ (अ) અને સમપક્ષ (ब)માંથી સમપક્ષ (ब) સમઘટક પ્રકાશક્રિયાશીલ સમઘટકો ધરાવે છે. (ब)નો પ્રતિબિંબરૂપ સમઘટક (क) છે. વિપક્ષ સમઘટક (अ) પ્રકાશક્રિયાશીલ સમઘટકો ધરાવતો નથી.

ત્રણ દ્વિદંતી લિગેંડવાળા અષ્ટફલકીય પદાર્થો હંમેશાં પ્રકાશીય સમઘટકતા દર્શાવે છે, જેમ કે [Co(en)₃]³⁺ પ્રકાશીય સમઘટકતા દર્શાવે છે.

ઉપસહસંયોજક સંયોજનોમાં બંધ–પ્રકાર : ઉપસહસંયોજક સંયોજનોમાં રહેલ બંધ-પ્રકાર સમજાવવા માટે ત્રણ મુખ્ય સિદ્ધાંતો ઉપયોગમાં લેવામાં આવેલા છે : (1) સંયોજકતા બંધ (valence bond – V.B.) સિદ્ધાંત, (2) સ્ફટિક ક્ષેત્ર (crystal field – C.F.) સિદ્ધાંત અને (3) અણુકક્ષક (molecular orbital – M.O.) સિદ્ધાંત અથવા લિગેંડ ક્ષેત્ર સિદ્ધાંત.

(1) સંયોજકતા બંધ સિદ્ધાંત : લ્યુઇસે 1920માં પ્રથમ સૂચન કરેલું કે સંકીર્ણ ક્ષારોના નિર્માણમાં ધાતુ સાથે સંલગ્ન અણુઓ કે આયનો (હવે લિગેંડો) પોતાનાં સહભાજિત ઇલેક્ટ્રૉન જોડકાં ધાતુની ખાલી કક્ષકોને આપે છે; તેને કારણે ઉપસહસંયોજક બંધ રચાય છે અને સંકીર્ણો સ્થિરતા પામે છે. એક ર્દષ્ટિએ આ બંધ સહસંયોજક બંધ છે. આ કેન્દ્રસ્થ વિચારનો લિનસ પૉલિંગ નામના અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકે ખૂબ વિગતે વિકાસ કર્યો. તેણે પ્રતિપાદિત કરેલ કક્ષકીય સંકરણ (orbital hybridisation) સિદ્ધાંતનો બહોળો ઉપયોગ કરીને, સંકીર્ણની ચુંબકીય ચાકમાત્રા(magnetic moment)ની મદદથી સંકીર્ણોનાં ઇલેક્ટ્રૉન વિન્યાસ (electron configuration) અને સંરચના નક્કી કરવાની ચુંબકીય માપદંડ પદ્ધતિ વિકસાવી. 1935-50ના ગાળા દરમિયાન આ સિદ્ધાંત ખૂબ ઉપયોગમાં લેવાયો હતો. પરંતુ સંયોજકતા બંધની પાયાની અપૂર્ણતા આ સિદ્ધાંતના વધુ વિકાસમાં બાધારૂપ નીવડી. આ અપૂર્ણતા એ હતી કે સંકીર્ણના કક્ષકોની ઊર્જાનો આલેખ તેમાંથી મળતો નથી અને તેથી સંકીર્ણના વર્ણપટની સમજૂતી તેના વડે આપી શકાતી નથી. હાલમાં આ સિદ્ધાંતની અગત્ય ઓછી આંકવામાં આવે છે.

(2) સ્ફટિક ક્ષેત્રસિદ્ધાંત : 1929માં મૂળ જર્મન પણ પાછળથી અમેરિકન થયેલા બેથે નામના ભૌતિકશાસ્ત્રીએ આ સિદ્ધાંત પ્રતિપાદિત કર્યો હતો. પરંતુ રસાયણશાસ્ત્રીઓએ તેનો ઉપયોગ 1950 પછી કર્યો અને તેનો ઝડપથી સ્વીકાર થયો. આ સિદ્ધાંત પ્રમાણે ધાતુ અને લિગેંડ વચ્ચે સ્થિરવીજ (electrostatic) પરિબળો મારફત બંધ રચાય છે. આ સિદ્ધાંત આવા બંધને સહસંયોજક બંધ તરીકે માન્ય નથી રાખતો. ધાતુનો ધનભાર લિગેંડના સહભાજિત ઇલેક્ટ્રૉનયુગ્મને આકર્ષે છે. તેને પરિણામે સંકીર્ણ સ્થિરવીજ સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરે છે. પરંતુ આ સિદ્ધાંતની સૂક્ષ્મ અસરો છે તે મહત્વની બની ગઈ અને તેનાથી ઉપસહસંયોજક સંયોજનોના અભ્યાસમાં નવી ચેતના વ્યાપી ગઈ. આ નાની પણ મહત્વની અસર એ છે કે લિગેંડના ઇલેક્ટ્રૉન, ધાતુના ઇલેક્ટ્રૉનનું અપાકર્ષણ કરીને પુનર્ગઠન કરે છે. તેને કક્ષકનું વિદારણ (splitting) કહે છે. આમ થતાં એકથી વધુ ઊર્જા-સ્તરોનું નિર્માણ થાય છે. ઉદાહરણરૂપે જોઈએ તો સંક્રાંતિ ધાતુના અષ્ટફલકીય સંકીર્ણમાં ધાતુની પંચવિધસમશક્તિક. પાંચ d-કક્ષકોનું, ત્રિવિધ સમશક્તિક કક્ષક જૂથ (t_2g) અને દ્વિવિધ સમશક્તિક સમૂહ (e_g)માં વિદારણ થાય છે. આ વિદારણ (એટલે કે t_2g અને e_g કક્ષક સમૂહો વચ્ચે ઊર્જાનું અંતર) કેટલું થશે તેનો આધાર ધાતુના ઉપચયન આંક તથા લિગેંડના પ્રકાર ઉપર રહેલો છે. પ્રથમ સંક્રાંતિ ધાતુઓનો ઉપચયન આંક +2 હોય તેવા તેના આયનમાં વિદારણ ઊર્જા 10,000 સેમી.^–1 જેટલી અને +3 હોય તેવા કિસ્સામાં 20,000 સેમી.^–1 જેટલી હોઈ શકે છે. લિગેંડના પ્રકાર ઉપરથી સંકીર્ણના પ્રબળ અને નિર્બળ એમ બે વર્ગ પડે છે. d-કક્ષકોનું વધુ વિદારણ કરનાર CN^–, CO, C₂H₄ વગેરે લિગેંડોને પ્રબળ લિગેંડો કહે છે અને હેલાઇડ આયનો તથા ઑક્સિજનયુક્ત લિગેંડો જે ઓછી માત્રામાં d-કક્ષકોનું વિદારણ કરે છે, તેમને નિર્બળ લિગેંડો કહે છે. આમ લિગેંડો d-કક્ષકોનું ઓછું-વધતું વિદારણ કરે છે. તેને લીધે નવા ઊર્જાસ્તરો ઉત્પન્ન થાય છે. આ ઊર્જાસ્તરોની મદદથી સંકીર્ણોના રંગ તથા તેમના ચુંબકીય ગુણધર્મો સમજાવી શકાય છે. ચતુષ્ફલક, સમચોરસ વગેરે સંકીર્ણોમાં પણ ધાતુકક્ષકોનું વિભંજન થાય છે.

(3) અણુકક્ષક અથવા લિગેંડ ક્ષેત્રસિદ્ધાંત : સ્ફટિક ક્ષેત્રસિદ્ધાંત પ્રમાણેની સંકીર્ણોની તેમના વર્ણપટ અંગેની સમજૂતી ગુણાત્મક (qualitative) છે, નહિ કે માત્રાત્મક (quantitative); તેનું કારણ એ છે કે શુદ્ધ સ્ફટિક ક્ષેત્રસિદ્ધાંત ધાતુ કક્ષકો અને લિગેંડ કક્ષકો વચ્ચે સહસંયોજકતાની ઉપેક્ષા કરે છે. ઘણા પ્રાયોગિક પુરાવાઓથી સાબિત થયું છે કે ધાતુ-લિગેંડ બંધમાં સહસંયોજકતા છે જ અને તેનો સ્વીકાર કરવો રહ્યો. આ માટે સ્ફટિક ક્ષેત્રસિદ્ધાંતની સાથે સહસંયોજકતાનો ઉમેરો કરીને અણુકક્ષકો રચવામાં આવે છે, જેને લિગેંડ ક્ષેત્રસિદ્ધાંત કહેવામાં આવે છે. આ સિદ્ધાંત અનુસાર સામાન્ય અભ્યાસ થયો છે. તેનું અગત્યનું તારણ પ્રાપ્ત થયું તે એ કે ઉપસહસંયોજક સંયોજનોમાં બે પ્રકારના બંધ ર્દષ્ટિગોચર થાય છે : સિગ્મા બંધ અને પાઇ બંધ. સામાન્ય સહસંયોજક સંયોજનોમાં જોવા મળે છે તેવા જ પ્રકારના આ બંધ છે. લિગેંડ પોતાના અસહભાજિત ઇલેક્ટ્રૉનનું પ્રદાન કરીને ધાતુ સાથે સિગ્મા બંધ રચે છે. પરંતુ પાઇ બંધ બે રીતે રચાતો જોવા મળે છે : (i) એક તો ધાતુની ખાલી d-કક્ષકમાં લિગેંડ તરફથી ઇલેક્ટ્રૉન ભરવામાં આવે છે. એટલે કે સિગ્મા બંધ તેમજ પાઇ બંધ રચવા લિગેંડ ઇલેક્ટ્રૉનનું દાન કરે છે. આ માટે ધાતુની કક્ષકો (મુખ્યત્વે d-કક્ષકો) જેમ વધુ ખાલી તેમ લિગેંડ તરફથી ઇલેક્ટ્રૉનનું પ્રદાન વધુ સંભવિત બને છે. માટે આવા લિગેંડો ધાતુના ઊંચા ઉપચયન આંકવાળાં સંકીર્ણોને સ્થિર બનાવે છે. ઑક્સાઇડ તથા ફ્લોરાઇડ જેવા લિગેંડો આ કારણસર ઊંચા ઉપચયન આંક ધરાવતી ધાતુનાં સંકીર્ણો વધુ આપે છે. આવા પાઇ બંધને M ¬ L સંજ્ઞા વડે દર્શાવાય છે. (ii) પાઇ બંધ રચવાની બીજી રીતમાં ધાતુ આયન, લિગેંડની ખાલી પાઇ કક્ષકોને પોતાના ઇલેક્ટ્રૉન આપે છે. લિગેંડે સિગ્મા બંધ રચવા ધાતુને ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મનું દાન કરેલ હોવાથી ધાતુ આયન પાઇ બંધ મારફત લિગેંડને પોતાના d-ઇલેક્ટ્રૉન આપે છે જેને પ્રતિપ્રદાન (back-donation) કહે છે. આમ થઈ શકે તે માટે ધાતુનો ઉપચયન આંક નીચો હોવો આવશ્યક છે. વળી લિગેંડમાં ધાતુમાંથી મળતા ઇલેક્ટ્રૉનને સ્વીકારવા ખાલી કક્ષકો હોવી આવશ્યક છે. આવી ખાલી કક્ષકો CO, CN^–, C₂H₄ વગેરે લિગેંડોમાં હોવાથી તેઓ નીચા ઉપચયન આંકવાળાં સ્થિર ધાતુસંકીર્ણો રચે છે. આવા પાઇ બંધને M ® L સંજ્ઞા વડે દર્શાવાય છે. સિગ્મા બંધથી ધાતુ ઉપર જમા થયેલ ઋણ વીજભાર આવા M ® L પાઇ બંધ વડે ઘટી જાય છે, જેથી ધાતુ તેના મૂળ સ્વભાવ પ્રમાણે ધનત્વ પ્રાપ્ત કરે છે અને સંકીર્ણ સ્થિરતા મેળવે છે.

ઉપસહસંયોજક સંયોજનો પ્રકૃતિમાં વ્યાપક પ્રમાણમાં અગત્યની રાસાયણિક તથા જીવરાસાયણિક ભૂમિકા ભજવતાં જોવા મળે છે. પ્રાણીઓના રક્તમાં રાતા રંગ માટે જવાબદાર હીમોગ્લોબિન, યકૃતમાં વિટામિન B₁₂, વનસ્પતિમાં પ્રકાશ-સંશ્લેષણમાં કેન્દ્રસ્થ કાર્ય કરતું ક્લોરોફિલ વગેરે ઉપસહસંયોજક સંયોજનો છે. કેટલાય રંગકો અને વર્ણકો જેવાં ઔદ્યોગિક સંયોજનો પણ સંકીર્ણ ક્ષારો છે. વળી ઘણાં સંકીર્ણો સંક્રાંતિ (લૅન્થનાઇડ તથા ઍક્ટિનાઇડ) ધાતુઓના નિષ્કર્ષણ, શોધન તથા પૃથક્કરણમાં ઉપયોગી છે. હાલમાં ઘણાં ધાતુસંકીર્ણો પૉલિથીન, પૉલિપ્રોપિલીન જેવા બહુલકોના નિર્માણમાં અને ઑક્સો-સંશ્લેષણમાં ઉદ્દીપક તરીકે ઉપયોગી છે. કાર્બ-ધાત્વિક સંયોજનો પણ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયામાં ઉદ્દીપક તરીકે વપરાય છે.

લ. ધ. દવે