Chapter 9 — Coordination Compounds

अध्याय 9 — उप-सह-संयोजन यौगिक

What is a Coordination Compound?

उप-सह-संयोजन यौगिक क्या होता है?

A coordination compound is a compound in which a central metal atom or ion is surrounded by ligands through coordinate bonds.
उप-सह-संबंध यौगिक वह यौगिक है जिसमें केंद्रीय धातु परमाणु या आयन के चारों ओर लिगैंड समन्वय बंध द्वारा जुड़े होते हैं।

In a coordinate bond, both electrons are donated by the ligand.
समन्वय बंध में दोनों इलेक्ट्रॉन लिगैंड द्वारा दान किए जाते हैं।

The whole group behaves like a single chemical unit.
पूरा समूह एक ही रासायनिक इकाई की तरह व्यवहार करता है।

Important Terms

महत्वपूर्ण शब्दावली

(a) Central Metal Atom/Ion

(a) केंद्रीय धातु परमाणु / आयन

It is the metal atom or ion to which ligands are attached.
यह वह धातु परमाणु या आयन होता है जिससे लिगैंड जुड़े रहते हैं।

Examples: Fe²⁺, Co³⁺, Ni²⁺
उदाहरण: Fe²⁺, Co³⁺, Ni²⁺

(b) Ligand

(b) लिगैंड

A ligand is an ion or molecule which donates a lone pair of electrons to the metal.
लिगैंड वह आयन या अणु होता है जो धातु को अकेला इलेक्ट्रॉन-युग्म दान करता है।

Examples: NH₃, H₂O, Cl⁻, CN⁻
उदाहरण: NH₃, H₂O, Cl⁻, CN⁻

(c) Coordination Number

(c) समन्वय संख्या

It is the number of donor atoms directly bonded to the metal ion.
यह धातु आयन से सीधे जुड़े डोनर परमाणुओं की संख्या होती है।

Example: In [Co(NH₃)₆]³⁺ the coordination number is 6.
उदाहरण: [Co(NH₃)₆]³⁺ में समन्वय संख्या 6 है।

(d) Coordination Sphere

(d) समन्वय गोला

The part inside square brackets is called the coordination sphere.
वर्ग कोष्ठक के अंदर का भाग समन्वय गोला कहलाता है।

Example: In [Co(NH₃)₆]Cl₃ the coordination sphere is [Co(NH₃)₆]³⁺.
उदाहरण: [Co(NH₃)₆]Cl₃ में समन्वय गोला [Co(NH₃)₆]³⁺ है।

(e) Counter Ion

(e) प्रतिआयन

The ion present outside the coordination sphere is called the counter ion.
समन्वय गोले के बाहर उपस्थित आयन प्रतिआयन कहलाता है।

Example: Cl⁻ in [Co(NH₃)₆]Cl₃
उदाहरण: [Co(NH₃)₆]Cl₃ में Cl⁻

Types of Ligands

लिगैंड के प्रकार

(1) Monodentate Ligands

(1) एकदन्तीय लिगैंड

They attach to the metal through only one donor atom.
ये धातु से केवल एक डोनर परमाणु द्वारा जुड़ते हैं।

Examples: NH₃, H₂O, Cl⁻
उदाहरण: NH₃, H₂O, Cl⁻



(2) Bidentate Ligands

(2) द्विदन्तीय लिगैंड

They attach through two donor atoms.
ये दो डोनर परमाणुओं के द्वारा जुड़ते हैं।

Examples: Ethylenediamine (en), Oxalate ion
उदाहरण: एथिलीन डाइएमीन (en), ऑक्सालेट आयन



(3) Polydentate Ligands

(3) बहुदन्तीय लिगैंड

They attach through more than two donor atoms.
ये दो से अधिक डोनर परमाणुओं से जुड़ते हैं।

Example: EDTA⁴⁻
उदाहरण: EDTA⁴⁻



(4) Ambidentate Ligands

(4) द्विबंधी लिगैंड

They can attach through two different atoms but only one at a time.
ये दो अलग-अलग परमाणुओं से जुड़ सकते हैं, पर एक समय पर केवल एक से जुड़ते हैं।

Example: NO₂⁻
उदाहरण: NO₂⁻


Werner’s Theory

वर्नर का सिद्धांत

Metals show two types of valencies.
धातुएँ दो प्रकार की संयोजकताएँ दिखाती हैं।

Primary valency is ionizable.
प्राथमिक संयोजकता आयनीकरण योग्य होती है।

Secondary valency is non-ionizable and equal to coordination number.
द्वितीयक संयोजकता आयनीकरण योग्य नहीं होती और वही समन्वय संख्या होती है।





Nomenclature Rules

नामकरण के नियम

The cation is named first.
सबसे पहले धनायन का नाम लिया जाता है।

Ligands are written alphabetically.
लिगैंड के नाम वर्णक्रमानुसार लिखे जाते हैं।

Prefixes di-, tri-, tetra- are used for number.
संख्या बताने हेतु di-, tri-, tetra- आदि लगते हैं।

Metal name is written with oxidation state in Roman numerals.
धातु का नाम उसकी ऑक्सीकरण अवस्था (रोमन में) के साथ लिखा जाता है।

If the complex ion is an anion, “-ate” is added to the metal name.
यदि समन्वय आयन ऋणायन हो तो धातु के नाम के साथ “-ate” जोड़ते हैं।

Example

उदाहरण

[Co(NH₃)₆]Cl₃

Hexaamminecobalt(III) chloride
हेक्साऐमीन कोबाल्ट(III) क्लोराइड

Isomerism in Coordination Compounds

उप-सह-संबंध यौगिकों में समावयवता

Isomers have the same molecular formula but different arrangement.
समावयवी यौगिकों का सूत्र समान होता है पर व्यवस्था अलग होती है।

There are two main types: structural and stereoisomerism.
इसके दो मुख्य प्रकार होते हैं: संरचनात्मक तथा स्थानिक समावयवता।

A. Structural Isomerism

A. संरचनात्मक समावयवता

Ionization isomerism
आयनीकरण समावयवता

Hydrate isomerism
हाइड्रेट समावयवता

Linkage isomerism
लिंकेज समावयवता

Coordination isomerism
समन्वय समावयवता

B. Stereoisomerism

B. स्थानिक समावयवता

Geometrical isomerism (cis-trans)
ज्यामितीय समावयवता (cis-trans)

Optical isomerism
प्रकाशीय समावयवता




Crystal Field Theory (CFT)

क्रिस्टल फील्ड सिद्धांत

Ligands create an electric field around the metal ion.
लिगैंड धातु आयन के चारों ओर विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करते हैं।

This field splits d-orbitals into two energy levels.
यह क्षेत्र d-कक्षों को दो ऊर्जा स्तरों में विभाजित कर देता है।

Electron transition between these levels produces colour.
इन स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉन का कूदना रंग उत्पन्न करता है।

Unpaired electrons decide magnetic properties.
अयुग्मित इलेक्ट्रॉन चुम्बकीय गुण निर्धारित करते हैं।

Magnetic Properties

चुम्बकीय गुण

If unpaired electrons are present, the complex is paramagnetic.
यदि अयुग्मित इलेक्ट्रॉन मौजूद हों तो यौगिक पैरामैग्नेटिक होता है।

If all electrons are paired, the complex is diamagnetic.
यदि सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित हों तो यौगिक डायमैग्नेटिक होता है।

Applications of Coordination Compounds

उप-सह-संबंध यौगिकों के उपयोग

They are used in medicines like cis-platin.
इनका उपयोग कैंसर-रोधी दवाओं जैसे सिस-प्लैटिन में होता है।

They are used in biological systems like hemoglobin.
इनका उपयोग जैविक तंत्रों में जैसे हीमोग्लोबिन में होता है।

They act as industrial catalysts.
ये औद्योगिक अभिक्रियाओं में उत्प्रेरक का कार्य करते हैं।

EDTA is used in water softening.
EDTA का उपयोग पानी को मुलायम करने में होता है।

Summary

A coordination compound consists of a central metal ion surrounded by ligands through coordinate bonds.
उप-सह-संबंध यौगिक एक केंद्रीय धातु आयन और उससे जुड़े लिगैंड द्वारा बने समन्वय बंधों से मिलकर बनता है।

They show colour, magnetism, stability and special structures.
ये यौगिक रंग, चुम्बकत्व, स्थिरता और विशेष संरचनाएँ प्रदर्शित करते हैं।







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IMPORTANT QUESTIONS 

Q1. What is a coordination compound?

Answer / उत्तर


A coordination compound is a compound in which a central metal atom or ion is surrounded by ions or molecules called ligands through coordinate bonds.


उप-सह-संयोजन यौगिक वह यौगिक है जिसमें एक केंद्रीय धातु आयन या परमाणु के चारों ओर लिगैंड नामक आयन/अणु समन्वय बंध द्वारा जुड़े होते हैं।

Q2. What is a ligand? Explain types.

Answer / उत्तर

A ligand is an ion or molecule that donates a lone pair of electrons to the metal to form a coordinate bond.


लिगैंड वह आयन या अणु होता है जो धातु को अपने अकेले इलेक्ट्रॉन-युग्म दान कर समन्वय बंध बनाता है।

Types / प्रकार


  1. Monodentate — binds through one donor atom

  2. Bidentate — binds through two donor atoms

  3. Polydentate — binds through more than two donor atoms

  4. Ambidentate — can bind through two different atoms but only one at a time


  1. मोनोडेंटेट — एक donor परमाणु से जुड़ता है

  2. बाइडेंटेट — दो donor परमाणुओं से जुड़ता है

  3. पॉलिडेंटेट — दो से अधिक donor परमाणुओं से जुड़ता है

  4. एम्बिडेंटेट — दो अलग-अलग परमाणुओं से जुड़ सकता है, पर एक समय में एक ही

Q3. What is coordination number?

Answer / उत्तर

Coordination number is the number of donor atoms directly bonded to the central metal ion in a complex.


समन्वय संख्या वह संख्या है जितने donor परमाणु सीधे धातु आयन से जुड़े होते हैं।

Q4. Define oxidation state. How do you calculate it?

Answer / उत्तर

Oxidation state is the apparent charge on the metal ion in a complex.

Example:
K₃[Fe(CN)₆]

Let Fe = x
3(+1) + x + 6(−1) = 0
3 + x − 6 = 0
x = +3


आक्सीकरण अवस्था धातु आयन पर उपस्थित दिखाई देने वाला आवेश है।

उदाहरण:
K₃[Fe(CN)₆]

मान लें Fe = x
3(+1) + x + 6(−1) = 0
3 + x − 6 = 0
x = +3

Q5. What are primary and secondary valencies? (Werner’s theory)

Answer / उत्तर


Primary valency = Ionizable valency
Secondary valency = Coordination number (non-ionizable)


प्राथमिक संयोजकता = आयनीकरण योग्य संयोजकता
द्वितीयक संयोजकता = समन्वय संख्या (आयनीकरण-अयोग्य)

Q6. What is chelation? What is chelate effect?

Answer / उत्तर


When a ligand binds to a metal ion through two or more donor atoms forming a ring structure, it is called chelation.
Chelate complexes are more stable — this is called chelate effect.


जब कोई लिगैंड धातु आयन से दो या अधिक donor परमाणुओं द्वारा जुड़कर वलय (ring) बनाता है, तो उसे चीलेशन कहते हैं।
ऐसे यौगिक अधिक स्थिर होते हैं — इसे चीलेट प्रभाव कहते हैं।

Q7. What is isomerism in coordination compounds?

Answer / उत्तर


Isomerism is the phenomenon in which compounds have the same chemical formula but different structures or arrangements.


समावयवता वह गुण है जिसमें यौगिकों का सूत्र समान होता है, पर संरचना या व्यवस्था अलग होती है।

Q8. What are the types of isomerism?

Answer / उत्तर


  1. Structural isomerism

  2. Stereoisomerism


  1. संरचनात्मक समावयवता

  2. स्थानिक (स्टिरियो) समावयवता

Q9. What is linkage isomerism? Give example.

Answer / उत्तर


Linkage isomerism occurs when an ambidentate ligand bonds through different donor atoms.

Example:
NO₂⁻ ligand
Through N → Nitro
Through O → Nitrito


जब एम्बिडेंटेट लिगैंड अलग-अलग donor परमाणुओं द्वारा धातु से जुड़ता है, तो इसे लिंकिज समावयवता कहते हैं।

उदाहरण:
NO₂⁻ लिगैंड
N से जुड़ने पर → नाइट्रो
O से जुड़ने पर → नाइट्रिटो

Q10. What is geometrical isomerism?

Answer / उत्तर


When ligands occupy different relative positions in space giving cis and trans forms, it is called geometrical isomerism.


जब लिगैंड अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थिति ग्रहण करते हैं और cis-trans रूप बनते हैं, तो इसे ज्यामितीय समावयवता कहते हैं।

Q11. What is optical isomerism?

Answer / उत्तर


Optical isomerism occurs when two compounds are mirror images of each other but not superimposable.


जब दो यौगिक एक-दूसरे के दर्पण प्रतिबिंब हों और एक-दूसरे पर आरोपित न हो सकें, तो इसे प्रकाशीय समावयवता कहते हैं।

Q12. Why are coordination compounds coloured?

Answer / उत्तर


They are coloured because of d–d transitions of electrons between split d-orbitals in the presence of ligands.


ये रंगीन होते हैं क्योंकि लिगैंड की उपस्थिति में d-कक्षकों का विभाजन होता है और उनमें इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण रंग उत्पन्न होता है।

Q13. Why are some complexes paramagnetic and some diamagnetic?

Answer / उत्तर


If unpaired electrons are present → paramagnetic
If all electrons are paired → diamagnetic


यदि अपविकसित (unpaired) इलेक्ट्रॉन हों → पैरामैग्नेटिक
यदि सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित हों → डायमैग्नेटिक

Q14. Write IUPAC name of [Co(NH₃)₆]Cl₃

Answer / उत्तर


Hexaamminecobalt(III) chloride


हेक्साअम्मीनकोबाल्ट (III) क्लोराइड

Q15. Write two applications of coordination compounds.

Answer / उत्तर


  1. EDTA is used in water softening.

  2. Cisplatin is used in cancer treatment.


  1. ईडीटीए का प्रयोग जल को मुलायम बनाने में होता है।

  2. सिस्प्लैटिन का उपयोग कैंसर के उपचार में किया जाता है।