Chelates – apakah ia, cara ia berfungsi dan mengapa ia sangat penting

Bagaimanakah kompleks kelat terbentuk?

Proses kelat

Kompleks kelat ialah sejenis sebatian koordinasi di mana ion logam disambungkan kepada ligan melalui berbilang ikatan koordinasi (penerima penderma), membentuk struktur gelang. Ikatan unik ini meningkatkan kestabilan kompleks logam berbanding kompleks koordinasi mudah, yang penting dalam pelbagai tindak balas kimia dan proses biologi.

Chelation ialah kes khas teori kimia koordinasi. Ligan bidentat atau polidentat mengikat kepada logam atau ion logam, membentuk struktur gelang yang stabil dipanggil gelang kelat. Cara pembentukan ikatan koordinasi memainkan peranan penting di sini. Dalam kes ini, pasangan elektron yang dikongsi datang daripada hanya satu atom (yang sudah mempunyai konfigurasi elektron yang stabil). Dalam proses pembentukan kelat, sekurang-kurangnya dua pasangan elektron bebas daripada atom penderma yang berbeza berkoordinasi dengan ion pusat yang sama.

Sifat kelat

Pembentukan ikatan koordinasi berbilang oleh kelat, dan khususnya kehadiran cincin dalam molekul, menentukan sifat uniknya. Yang paling penting daripada ini disenaraikan di bawah:

• Kompleks kelat secara amnya lebih stabil daripada kompleks bukan kelat kerana kelebihan entropi yang diperoleh dengan membentuk berbilang ikatan dengan pusat logam.
• Kesan kelat merujuk kepada peningkatan kestabilan kompleks kelat berbanding kompleks yang terbentuk dengan ligan monodentat. Semakin besar bilangan penutupan cincin di sekeliling atom logam, semakin stabil sebatian tersebut.
• Pemalar kestabilan kompleks kelat boleh berbeza-beza dengan ketara bergantung pada sifat kedua-dua ion logam dan ligan yang terlibat.
• Kelat mempamerkan sifat penimbal yang baik.
• Kehadiran logam dan struktur kompleks memberi mereka sifat pendarfluor.

Kelat semulajadi – contoh dari alam semula jadi

Hemoglobin

Haemoglobin – polipeptida yang terdapat dalam sel darah merah, membolehkan pengangkutan oksigen dalam darah dari paru-paru ke tisu lain dalam badan. Ligan haem tunggal mengandungi empat atom nitrogen yang mengikat besi dalam hemoglobin untuk membentuk kelat. Molekul oksigen diangkut oleh hemoglobin dalam darah, mengikat pusat besi. Apabila hemoglobin kehilangan oksigen, warnanya berubah menjadi biru-merah. Yang penting, hemoglobin hanya mengangkut oksigen apabila besi berada dalam bentuk Fe2+; pengoksidaan besi kepada Fe3+ menghalang pengangkutan oksigen.

Klorofil

Klorofil ialah pigmen hijau yang terdapat dalam tumbuhan. Ia adalah komponen fotosintesis yang sangat penting, menyerap tenaga cahaya dan menukarkannya kepada tenaga kimia. Ion pusat dalam klorofil ialah magnesium, yang terikat kepada empat atom nitrogen, dengan itu membentuk struktur cincin yang stabil.

Vitamin B12

Vitamin B12 ialah sebatian semulajadi yang mengandungi kobalt. Logam ini adalah ion pusat kelat vitamin B12. Empat atom nitrogen terikat secara koordinat kepada kobalt, membentuk struktur cincin. Struktur kelat vitamin B12 adalah penting untuk fungsi biologinya, terutamanya peranan enzimatiknya.

Penggunaan kelat dalam perubatan, kimia dan pertanian

Struktur kelat yang unik, yang memberikan ciri-ciri yang luar biasa, menentukan penggunaannya yang meluas dalam banyak bidang.

Kompaun ini digunakan dalam perubatan dan farmasi , terutamanya dalam rawatan keracunan logam berat. Ejen kelat mengikat dan mengeluarkan logam toksik dari badan. Kumpulan ini terutamanya termasuk plumbum dan merkuri. Kadmium, kobalt, galium, litium dan zink juga disenaraikan dalam kategori ini, walaupun ia berlaku kurang kerap. Semua unsur di atas, apabila ditelan, bertindak sebagai racun metabolik, tetapi juga sebagai teratogen, iaitu bahan yang menyebabkan kecacatan kelahiran. Aktiviti unsur-unsur ini dalam badan dan penyingkiran seterusnya daripada badan berlaku, antara lain, melalui pengkelat.

Dalam kimia analitik , kelat digunakan untuk mengesan dan menentukan secara kuantitatif ion logam dalam pelbagai sampel. Ia amat penting dalam analisis klasik, contohnya titrasi kompleksometrik. Mereka mempunyai keupayaan untuk mengikat logam secara selektif dan stabil.

Agen pengkelat juga digunakan sebagai pengekstrak dalam pengasingan logam industri dan makmal serta sebagai penampan dan penunjuk ion logam dalam kimia analisis. Banyak pewarna komersial dan beberapa bahan biologi, termasuk klorofil dan haemoglobin, adalah sebatian kelat.

Kelat juga melaksanakan fungsi penting dalam pertanian , contohnya dalam bentuk baja yang menambah kekurangan mineral atau agen untuk mengawal penyakit tumbuhan.

Ringkasan

Chelates ialah sebatian kimia dengan struktur unik dan pelbagai aplikasi. Keupayaan mereka untuk membentuk kompleks yang stabil dengan ion logam menjadikannya sangat diperlukan dalam biologi, perubatan, kimia analitik dan pertanian. Terima kasih kepada struktur dan sifat mereka, mereka memainkan peranan penting dalam banyak kehidupan dan proses teknologi.