สารประกอบโคออร์ดิเนชัน

สารประกอบโคออร์ดิเนชัน () หรือสารเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชัน (coordination complexes) หมายถึง สารประกอบที่ประกอบด้วย โคออร์ดิเนชันเอนทิตี (coordination entity) หรือ โคออร์ดิเนชันสเฟียร์ (coordination sphere) ซึ่ง โคออร์ดิเนชันเอนทิตี คือ ไอออนหรือโมเลกุลที่ประกอบด้วย อะตอมกลาง (central atom)(โดยปกติแล้วจะเป็นอะตอมของธาตุโลหะ) สร้างพันธะเชื่อมต่อกับอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมรอบๆ แต่ละอะตอมหรือกลุ่มอะตอมดังกล่าวที่สร้างพันธะกับอะตอมกลางเรียกว่า ลิแกนด์ (ligand)

สารประกอบโคออร์ดิชันหลายชนิดเป็นที่รู้จักกันมาเป็นเวลานานแล้ว โดยเฉพาะสารที่มีสี เช่น คลอโรฟิลล์ (chlorophyll) ฮีโมโกลบิน (hemoglobin) วิตามินบี 12 เป็นต้น อย่างไรก็ตาม สมบัติทางเคมีและโครงสร้างของสารประกอบกลุ่มนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจมากนัก จนกระทั่ง อัลเฟรด เวอร์เนอร์ (Alfred Werner) นักเคมีชาวสวิสส์ ได้สนใจศึกษาสารประกอบของโคบอลต์ โดยในปี ค.ศ. 1983 เขาได้เสนอว่า สารประกอบของโคบอลต์ (III) ที่มี 6 ลิแกนด์มีรูปร่างทางเรขาคณิตของโมเลกุล (molecular geometry) เป็นทรงแปดหน้า (octahedral)และได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับ เวเลนซ์ปฐมภูมิ (primary valence) และ เวเลนซ์ทุติยภูมิ (secondary valence) ของอะตอมโลหะขึ้นมา โดยต่อมาเรารู้จักกันในชื่อ สถานะออกซิเดชัน (oxidation state) หรือเลขออกซิเดชัน (oxidation number) และ เลขโคออร์ดิเนชัน (coordination number) ตามลำดับ นอกจากนี้ เขายังได้ศึกษาสมบัติเชิงแสง (optical properties) และสมบัติการนำไฟฟ้าของสารละลายของสารประกอบโคออร์ดิเนชัน ทำให้ทราบว่ามีไอโซเมอร์ของสารประกอบโคออร์ดิเนชันหลายชนิด และได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ในปี ค.ศ.1917 และเป็นนักเคมีสาขาเคมีอนินทรีย์คนแรกที่ได้รับรางวัลนี้

ปัจจุบัน วิชาเคมีที่ศึกษาเกี่ยวกับสารประกอบโคออร์ดิเนชัน เรียกว่า เคมีโคออร์ดิเนชัน (coordination chemistry) ซึ่งได้แตกแขนงออกเป็นสาขาวิชาย่อยมากมาย อาทิ เคมีของสารประกอบโลหอินทรีย์ (organometallic chemistry) เคมีซุปราโมเลกุลาร์ (supramolecular chemistry) และเป็นพื้นฐานของศาสตร์แขนงใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบโครงสร้างของของแข็งโดยเฉพาะสารประกอบที่เรียกว่า โคออร์ดิเนชันพอลิเมอร์ (coordination polymers) และ โครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ (metal-organic frameworks) เป็นต้น

สารประกอบโคออร์ดิเนชันประกอบด้วย อะตอมกลาง (central atom) และ ลิแกนด์ (ligand) ที่สร้าง พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ (coordinate covalent bond) ผ่านอะตอมที่เป็นส่วนหนึ่งของลิแกนด์โดยเรียกอะตอมที่สร้างพันธะกับอะตอมกลางว่า อะตอมผู้ให้ (donor atom) จำนวนอะตอมผู้ให้ที่สร้าง พันธะซิกมา (sigma bond) กับอะตอมกลางเรียกว่า เลขโคออร์ดิเนชัน (coordination number)

การเรียกชื่อกลุ่มของลิแกนด์จำแนกตามลักษณะการสร้างพันธะกับอะตอมกลางเป็น ดังนี้อะตอมกลางและลิแกนด์ เรียกรวมกันว่า โคออร์ดิเนชันสเฟียร์ (coordination sphere) หรือ โคออร์ดิเนชันเอนทิตี (coordination entity) หากโคออร์ดิเนชันเอนทิตีมีประจุ จะเรียกว่า ไอออนเชิงซ้อน (complex ion) และสารประกอบซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้าหากประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อนหรือโคออร์ดิเนชันเอนทิตีที่เป็นกลางทางไฟฟ้าแล้ว จะเรียกว่า สารเชิงซ้อน (complex) หรือ สารประกอบโคออร์ดิเนชัน

สารประกอบโคออร์ดิเนชันที่มีอะตอมผู้ให้เป็นคาร์บอน หรือมีพันธะโลหะ–คาร์บอน (M–C bond) จะเรียกว่า สารประกอบโลหอินทรีย์ (organometallics compounds)

พันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมกลางและอะตอมผู้ให้เป็นพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ หรือพันธะเดทีฟ (Dative bond) ที่เกิดจากอะตอมผู้ให้มีการใช้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (lone pair) หรือคู่อิเล็กตรอน (electron pair) ในการสร้างพันธะ โดยให้ (donate)คู่อิเล็กตรอนแก่อะตอมกลาง หรือเรียกว่า อะตอมผู้ให้ โคออร์ดิเนต (coordinate)กับอะตอมกลาง กรณีที่คีเลติงลิแกนด์สร้างพันธะกับอะตอมกลาง เราอาจะเรียกได้ว่า อะตอมกลางถูก คีเลต (chelate) โดยลิแกนด์

อย่างไรก็ตาม การอธิบายพันธะเคมีของสารประกอบโคออร์ดิเนชันให้สอดคล้องกับสมบัติทางกายภาพ เช่น สมบัติเชิงแสง สีของสารประกอบ สมบัติแม่เหล็ก ได้มีการเสนอแนวคิดและทฤษฎีขึ้นหลายทฤษฎี อาทิเนื่องจากการเกิดพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์เกี่ยวข้องการให้−รับคู่อิเล็กตรอน โดยลิแกนด์เป็นตัวให้คู่อิเล็กตรอนแก่อะตอมกลางจึงจัดเป็นเบสตามนิยามของลิวอิสหรือ เบสลิวอิส (Lewis base) ส่วนอะตอมกลางซึ่งรับอิเล็กตรอนมาจากลิแกนด์จึงเป็นกรดตามนิยามของลิวอิส หรือ กรดลิวอิส (Lewis acid)โดยสารประกอบที่เกิดขึ้นเรียกว่า แอดดักต์ (adduct) ตัวอย่างต่อไปนี้เป็นสารประกอบโคออร์ดิเนชันหรือแอดดักต์ที่เกิดจากแอมโมเนียให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (เบสลิวอิส)แก่อะตอมโบรอนในโมเลกุลโบรอนไตรฟลูออไรด์ (กรดลิวอิส)เกิดเป็นแอดดักต์ HN—BF

การแสดงโครงสร้างของโมเลกุลสารประกอบโคออร์ดิเนชันสามารถแสดงได้ด้วยรูปทรงเรขาคณิต โดยเป็นการแสดงสิ่งแวดล้อมรอบๆอะตอมกลาง โดยรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลจะถูกกำหนดโดยสมบัติทางเคมีโคออร์ดิเนชันของอะตอมกลาง เช่น โคบอลต์มักจะมีเลขโคออร์ดิเนชันเท่ากับ 4 และ 6 โดยมีรูปทรงเรขาคณิตเป็นทรงสี่หน้าและทรงแปดหน้าตามลำดับ ในขณะที่นิกเกิลที่มีเลขโคออร์ดิเนชันเท่ากับ 4 จะมีรูปทรงเรขาคณิตเป็นระนาบจัตุรัส

การอ่านชื่อสารประกอบโคออร์ดิเนชันตามระบบ IUPAC ได้ถูกกำหนดใว้ใน NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY (IUPAC Recommendations 2005) โดยสรุปได้ ดังนี้อย่างไรก็ตาม ข้อเสนอใหม่ของ IUPAC ยังไม่เป็นที่นิยมมากนัก นักเคมีจึงนิยมอ่านชื่อตามข้อกำหนดเดิม เช่น ชื่อลิแกนด์ยังคงเปลี่ยนชื่อท้ายเป็นเสียง -o โดยตัด -ide เป็น -o เช่น cyanide เปลี่ยนเป็น "cyano", chloride เปลี่ยนเป็น "chloro" หรือ iodide เปลี่ยนเป็น "iodo" เป็นต้น และมีการระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมกลางด้วย[[ตัวเลขโรมัน]] 
[[ไฟล์:Complejo1.JPG|thumb|right|250px| รูป 5: ไอออนเชิงซ้อนนี้มีชื่อตามระบบของ IUPAC ว่า pentaamminenitrocobalt (II) ion]]
ตัวอย่าง:IUPAC อ่านชื่อว่า pentaamminechloridocobalt(2+) chloride

ข้อกำหนดเดิม อ่านชื่อว่า pentaamminechlorocobalt(III) chlorideIUPAC อ่านชื่อว่า tetrafluoridoaurate(1-)

ข้อกำหนดเดิม อ่านชื่อว่า tetrafluoroaurate(III) IUPAC อ่านชื่อว่า potassium hexacyanidoferrate(II)

หรือ potassium hexacyanidoferrate(4-)

หรือ tetrapotassium hexacyanidoferrate

ข้อกำหนดเดิม อ่านชื่อว่า potassium hexacyanoferrate(II)

อนึ่ง สารประกอบโลหะอินทรีย์จะมีวิธีการอ่านชื่อที่แตกต่างออกไป

สารประกอบโคออร์ดิเนชันมีประโยชน์มากมาย เช่น [[หมวดหมู่:สารประกอบโคออร์ดิเนชัน]]
[[หมวดหมู่:เคมีอนินทรีย์]]