12th Chemistry Unit 5 Coordination Chemistry Book Back Answers & Easy Concept Guide (Part 1)
Welcome to our comprehensive 12th Standard Chemistry study resource for the Tamil Nadu State Board (Samacheer Kalvi) curriculum. In this post, we provide Textbook Exercise Solutions and a beginner-friendly Concept Guide for Unit 5: Coordination Chemistry (Book Back Questions Part 1). Even if you are starting from scratch, these step-by-step bilingual explanations (in English and Tamil) will help you master IUPAC Nomenclature, Molar Conductivity, and Valence Bond (VB) Theory to score full marks in your board exams.
Part 1: 4 Golden Rules for Beginners (கணக்குகளைப் போடும் முன் தெரிந்துகொள்ள வேண்டிய அடிப்படை விதிகள்)
In Coordination Chemistry, a coordination compound is typically written in the format \(\text{Na}_2[\text{Ni(EDTA)}]\). The part inside the square brackets \([\ ]\) is called the Coordination Sphere (அணைவுக்கோளம்), and the part outside is called the Ionisation Sphere or Counter Ion (அயனியாக்கும் கோளம்).
- Rule 1 (Cation First, Anion Next): எப்போதும் பெயரிடும்போது நேர்மின் அயனியை (Cation, \(+\)) முதலில் எழுத வேண்டும். எதிர்மின் அயனியை (Anion, \(-\)) இரண்டாவதாக எழுத வேண்டும். (நினைவில் வைக்க: ஒரு சேர்மத்தின் இடது பக்கம் எப்போதும் \(+\), வலது பக்கம் எப்போதும் \(-\) ஆக இருக்கும்).
- Rule 2 (Inside the Square Brackets \([\ ]\)): சதுர அடைப்புக்குறிக்குள் ஒரு Central Metal Atom (மைய உலோக அணு: e.g., \(\text{Ni}, \text{Ag}, \text{Co}, \text{Pt}, \text{Fe}, \text{Cr}\)) மற்றும் அதனுடன் இணைந்திருக்கும் Ligands (ஈனிகள்: e.g., \(\text{CN}^-, \text{NH}_3, \text{Cl}^-\)) இருக்கும். பெயரிடும்போது எப்போதும் Ligand-க்குத்தான் முதல் மரியாதை (முதலில் எழுத வேண்டும்), உலோகத்தை (Metal) அதன் பிறகுதான் எழுத வேண்டும்.
- Rule 3 (Ending of the Central Metal Name):
- சதுர அடைப்புக்குறி \([\ ]\) நேர்மின் சுமை (\(+\)) அல்லது மின்சுமையற்றதாக (\(0\)) இருந்தால், உலோகத்தின் பெயரை அப்படியே எழுதலாம் (e.g., \(\text{Co} \rightarrow \text{cobalt}\), \(\text{Pt} \rightarrow \text{platinum}\)).
- சதுர அடைப்புக்குறி \([\ ]\) எதிர்மின் சுமை (\(-\)) கொண்டதாக இருந்தால், உலோகத்தின் பெயருடன் "-ate" சேர்த்து முடிக்க வேண்டும் (e.g., \(\text{Ni} \rightarrow \text{nickelate}\), \(\text{Ag} \rightarrow \text{argentate}\), \(\text{Fe} \rightarrow \text{ferrate}\), \(\text{Cr} \rightarrow \text{chromate}\)).
- Rule 4 (Ligand Names and Charges for Oxidation State Calculation): Refer to the table below to memorise the charges and IUPAC names of common ligands.
| Ligand Formula | Type of Ligand | IUPAC Name | Charge |
|---|---|---|---|
| \(\text{NH}_3\) | Neutral Ligand (மின்சுமையற்ற ஈனி) | ammine (note double 'm') | \(0\) |
| \(\text{CO}\) | Neutral Ligand (மின்சுமையற்ற ஈனி) | carbonyl | \(0\) |
| \(\text{en}\) | Neutral Bidentate Ligand | ethane-1,2-diamine | \(0\) |
| \(\text{Cl}^-\) | Anionic Ligand (எதிர்மின் ஈனி) | chlorido | \(-1\) |
| \(\text{F}^-\) | Anionic Ligand (எதிர்மின் ஈனி) | fluorido | \(-1\) |
| \(\text{OH}^-\) | Anionic Ligand (எதிர்மின் ஈனி) | hydroxido | \(-1\) |
| \(\text{CN}^-\) | Anionic Ligand (எதிர்மின் ஈனி) | cyanido | \(-1\) |
| \(\text{NO}_2^-\) | Ambidentate Anionic Ligand (N-donor) | \(\text{nitrito-}\kappa\text{N}\) | \(-1\) |
| \(\text{ONO}^-\) | Ambidentate Anionic Ligand (O-donor) | \(\text{nitrito-}\kappa\text{O}\) | \(-1\) |
| \(\text{SO}_4^{2-}\) | Anionic Counter Ion / Ligand | sulphate / sulphato | \(-2\) |
| \(\text{EDTA}^{4-}\) | Hexadentate Anionic Ligand | \(2,2',2'',2'''\text{-(ethane-1,2-diyldinitrilo)tetraacetato}\) | \(-4\) |
Exam Tip: When multiple different ligands are present inside the coordination sphere, always arrange their names in alphabetical order (ignoring prefixes like di, tri, tetra). For complex ligands like \(\text{en}\) (ethane-1,2-diamine) that already contain a numerical prefix in their name, use bis (for 2), tris (for 3), and tetrakis (for 4).
Part 2: Book Back Questions & Step-by-Step Solutions
Question 1: Write the IUPAC names for the following complexes.
(i) \(\text{Na}_2[\text{Ni(EDTA)}]\)
Textbook Answer: \(\text{Sodium } 2,2',2'',2'''\text{-(ethane-1,2-diyldinitrilo)tetraacetatonickelate(II)}\)
எளிய விளக்கம் (Step-by-Step Concept Explanation):
- Step 1 (Identify Ions): இடது பக்கம் உள்ள \(\text{Na}^+\) நேர்மின் அயனி (Cation). வலது பக்கம் உள்ள \([\text{Ni(EDTA)}]^{2-}\) எதிர்மின் அயனி (Anionic coordination sphere).
- Step 2 (Name Cation & Ligand): முதலில் நேர்மின் அயனியான Sodium-த்தை எழுதுகிறோம். அடுத்து அடைப்புக்குறிக்குள் உள்ள Ligand-ஆன EDTA-வின் IUPAC பெயரை எழுதுகிறோம்: \(2,2',2'',2'''\text{-(ethane-1,2-diyldinitrilo)tetraacetato}\).
- Step 3 (Name Central Metal): அடைப்புக்குறி எதிர்மின் சுமை (\(-\)) என்பதால், \(\text{Ni}\) (Nickel) என்பது nickelate என மாறும்.
- Step 4 (Oxidation State Calculation):
- Given: Charge of \(\text{Na} = +1\), Charge of \(\text{EDTA} = -4\), Let oxidation state of \(\text{Ni} = x\).
- Formula: Sum of oxidation states of all atoms/ions in a neutral compound \(= 0\).
- Substitution & Calculation: \[2(+1) + x + (-4) = 0\] \[+2 + x - 4 = 0\] \[x - 2 = 0 \implies x = +2\]
- Final Answer with Roman Numeral: Oxidation state of Nickel is \(\text{(II)}\).
(ii) \([\text{Ag(CN)}_2]^-\)
Textbook Answer: \(\text{Dicyanidoargentate(I) ion}\)
எளிய விளக்கம் (Step-by-Step Concept Explanation):
- Step 1 (Identify Ion Type): இதில் வெளியே எந்த அயனியும் இல்லை, ஒரே ஒரு அடைப்புக்குறி மட்டும்தான் உள்ளது. மேலே மைனஸ் (\(-\)) குறி உள்ளதால் இது ஒரு எதிர்மின் அணைவு அயனி (Anionic complex ion).
- Step 2 (Name Ligand): முதலில் Ligand-ஐ எழுத வேண்டும். இங்கு இரண்டு \(\text{CN}^-\) ஈனிகள் உள்ளதால் Dicyanido என எழுதுகிறோம்.
- Step 3 (Name Central Metal): அடைப்புக்குறிக்கு மேலே மைனஸ் (\(-\)) உள்ளதால், வெள்ளி (\(\text{Ag}\) - Argentum) என்பது argentate என மாறும். மேலே மின்சுமை கொடுக்கப்பட்டுள்ளதால் கடைசியில் ion என முடிக்க வேண்டும்.
- Step 4 (Oxidation State Calculation):
- Given: Charge of \(\text{CN}^- = -1\), Overall charge on complex \(= -1\), Let \(\text{Ag} = x\).
- Substitution & Calculation: \[x + 2(-1) = -1\] \[x - 2 = -1 \implies x = 2 - 1 = +1\]
- Final Answer with Roman Numeral: Oxidation state of Silver is \(\text{(I)}\).
(iii) \([\text{Co(en)}_3]_2(\text{SO}_4)_3\)
Textbook Answer: \(\text{Tris(ethane-1,2-diamine)cobalt(III) sulphate}\)
எளிய விளக்கம் (Step-by-Step Concept Explanation):
- Step 1 (Identify Ions): இடது பக்கம் உள்ள \([\text{Co(en)}_3]^{3+}\) நேர்மின் பகுதி (\(+\)), வலது பக்கம் உள்ள \(\text{SO}_4^{2-}\) எதிர்மின் பகுதி (\(-\)).
- Step 2 (Name Ligand): முதலில் அடைப்புக்குறிக்குள் உள்ள Ligand-ஆன \(\text{en}\) (ethane-1,2-diamine)-ஐ எழுத வேண்டும். இது ஒரு Bidentate ligand. எனவே 3 முறை வரும்போது சாதாரண 'tri'-க்கு பதில் Tris எனப் பயன்படுத்த வேண்டும்.
- Step 3 (Name Central Metal & Anion): அடைப்புக்குறி நேர்மின் சுமை (\(+\)) என்பதால் \(\text{Co}\)-வை அப்படியே cobalt என எழுதலாம் (cobaltate என எழுதக்கூடாது). கடைசியில் வெளியே உள்ள sulphate-ஐ எழுதுகிறோம்.
- Step 4 (Oxidation State Calculation):
- Given: Number of \(\text{Co}\) atoms \(= 2\), Charge of \(\text{en} = 0\), Charge of \(\text{SO}_4^{2-} = -2\).
- Substitution & Calculation: \[2x + 2(3 \times 0) + 3(-2) = 0\] \[2x - 6 = 0 \implies 2x = 6 \implies x = +3\]
- Final Answer with Roman Numeral: Oxidation state of Cobalt is \(\text{(III)}\).
(iv) \([\text{Co(ONO)(NH}_3)_5]^{2+}\)
Textbook Answer: \(\text{Pentaamminenitrito-}\kappa\text{O-cobalt(III) ion}\)
எளிய விளக்கம் (Step-by-Step Concept Explanation):
- Step 1 (Alphabetical Order of Ligands): இங்கு \(\text{NH}_3\) (ammine) மற்றும் \(\text{ONO}^-\) (nitrito-\(\kappa\)O) என இரண்டு ஈனிகள் உள்ளன. இவற்றை ஆங்கில அகரவரிசைப்படி (A first, N next) எழுத வேண்டும்.
- Step 2 (Name Ligands): 5 \(\text{NH}_3\) உள்ளதால் Pentaammine. அடுத்து \(\text{ONO}^-\)-வில் ஆக்ஸிஜன் (\(\text{O}\)) தான் உலோகத்துடன் இணைகிறது (Ambidentate ligand), எனவே \(\text{nitrito-}\kappa\text{O}\) என எழுதுகிறோம்.
- Step 3 (Name Central Metal): மேலே \(2+\) நேர்மின் சுமை உள்ளதால் cobalt என எழுதி, கடைசியில் ion என முடிக்கிறோம்.
- Step 4 (Oxidation State Calculation):
- Given: Charge of \(\text{ONO}^- = -1\), Charge of \(\text{NH}_3 = 0\), Overall charge \(= +2\).
- Substitution & Calculation: \[x + (-1) + 5(0) = +2\] \[x - 1 = +2 \implies x = +3\]
- Final Answer with Roman Numeral: Oxidation state of Cobalt is \(\text{(III)}\).
(v) \([\text{Pt(NH}_3)_2\text{Cl(NO}_2)]\)
Textbook Answer: \(\text{Diamminechloridonitrito-}\kappa\text{N-platinum(II)}\)
எளிய விளக்கம் (Step-by-Step Concept Explanation):
- Step 1 (Alphabetical Order of 3 Ligands): இங்கு \(\text{NH}_3\) (ammine), \(\text{Cl}^-\) (chlorido), \(\text{NO}_2^-\) (nitrito-\(\kappa\)N) என மூன்று ஈனிகள் உள்ளன. அகரவரிசைப்படி \(\text{A} \rightarrow \text{C} \rightarrow \text{N}\) என்ற வரிசையில் எழுத வேண்டும்.
- Step 2 (Name Ligands & Metal): 2 \(\text{NH}_3\) உள்ளதால் Diammine, ஒரு \(\text{Cl}^-\) உள்ளதால் chlorido, ஒரு \(\text{NO}_2^-\) (நைட்ரஜன் வழியாக இணைவதால்) \(\text{nitrito-}\kappa\text{N}\). இந்தச் சேர்மத்திற்கு மேலே எந்த மின்சுமையும் இல்லை (Neutral complex). எனவே \(\text{Pt}\)-ஐ அப்படியே platinum என எழுதுகிறோம்.
- Step 3 (Oxidation State Calculation):
- Given: Charge of \(\text{NH}_3 = 0\), Charge of \(\text{Cl}^- = -1\), Charge of \(\text{NO}_2^- = -1\).
- Substitution & Calculation: \[x + 2(0) + (-1) + (-1) = 0\] \[x - 2 = 0 \implies x = +2\]
- Final Answer with Roman Numeral: Oxidation state of Platinum is \(\text{(II)}\).
Question 2: Write the formula for the following coordination compounds.
(முதல் கேள்வியில் பார்முலாவைக் கொடுத்துப் பெயர் கேட்டார்கள், இதில் பெயரைக் கொடுத்து பார்முலா கேட்கிறார்கள். இது இன்னும் எளிமையானது!)
(a) Potassium hexacyanoferrate(II)
- Formula: \(\text{K}_4[\text{Fe(CN)}_6]\)
- எளிய விளக்கம்: முதலில் Potassium (\(\text{K}\)) வெளியே இருக்கும். அடைப்புக்குறிக்குள் மைய உலோகம் ferrate (\(\text{Fe}\)) மற்றும் hexacyano (6 \(\text{CN}^-\) ஈனிகள்) இருக்கும்: \(\text{K}_x[\text{Fe(CN)}_6]\).
- Calculation for \(x\): \(\text{Fe}\)-க்கு \(\text{(II)}\) எனக் கொடுத்துள்ளதால் அதன் மதிப்பு \(+2\), ஒரு \(\text{CN}^-\)-க்கு \(-1\). \[x(+1) + 2 + 6(-1) = 0 \implies x + 2 - 6 = 0 \implies x - 4 = 0 \implies x = 4\] எனவே \(\text{K}_4[\text{Fe(CN)}_6]\) என எழுத வேண்டும்.
(b) Pentacarbonyliron(0)
- Formula: \([\text{Fe(CO)}_5]\)
- எளிய விளக்கம்: Iron என்பது \(\text{Fe}\), Pentacarbonyl என்பது 5 \(\text{CO}\) ஈனிகள். இரண்டின் மின்சுமையும் \(0\) என்பதால் நேரடியாக \([\text{Fe(CO)}_5]\) என எழுதிவிடலாம்.
(c) Pentaamminenitrito-\(\kappa\)N-cobalt(III) ion
- Formula: \([\text{Co(NH}_3)_5(\text{NO}_2)]^{2+}\)
- எளிய விளக்கம்: Cobalt (\(\text{Co}\)), Pentaammine என்றால் \((\text{NH}_3)_5\), \(\text{nitrito-}\kappa\text{N}\) என்றால் \((\text{NO}_2)\).
- Charge Calculation: 'ion' என முடிவதால் மேலே என்ன மின்சுமை வரும் எனக் கண்டுபிடிக்க வேண்டும். \(\text{Co} = +3\), \(\text{NH}_3 = 0\), \(\text{NO}_2^- = -1\). \[\text{Net Charge} = +3 + 5(0) + (-1) = +2\] எனவே அடைப்புக்குறிக்கு மேலே \(2+\) போட வேண்டும்.
(d) Hexaamminecobalt(III) sulphate & Sodium tetrafluoridodihydroxidochromate(III)
- Case 1: Hexaamminecobalt(III) sulphate
- Formula: \([\text{Co(NH}_3)_6]_2(\text{SO}_4)_3\)
- எளிய விளக்கம்: \(\text{Co} = +3\), \(\text{NH}_3 = 0\) என்பதால் நேர்மின் அணைவு அயனியின் மின்சுமை \([\text{Co(NH}_3)_6]^{3+}\). சல்பேட்டின் மின்சுமை \(\text{SO}_4^{2-}\). மின்சுமைகளைக் குறுக்குப் பெருக்கல் (Criss-cross) செய்தால் \([\text{Co(NH}_3)_6]_2(\text{SO}_4)_3\) கிடைக்கும்.
- Case 2: Sodium tetrafluoridodihydroxidochromate(III)
- Formula: \(\text{Na}_3[\text{CrF}_4(\text{OH})_2]\)
- எளிய விளக்கம்: வெளியே \(\text{Na}\) (\(x\) என்க), உள்ளே \(\text{Cr}\) (\(+3\)), 4 \(\text{F}^-\) (\(-4\)), 2 \(\text{OH}^-\) (\(-2\)). \[x(+1) + 3 + 4(-1) + 2(-1) = 0 \implies x + 3 - 4 - 2 = 0 \implies x - 3 = 0 \implies x = 3\] எனவே \(\text{Na}_3[\text{CrF}_4(\text{OH})_2]\) என வரும்.
Question 3: Arrange the following in order of increasing molar conductivity:
(i) \(\text{Mg}[\text{Cr(NH}_3)(\text{Cl})_5]\) (ii) \([\text{Cr(NH}_3)_5\text{Cl}]_3[\text{CoF}_6]_2\) (iii) \([\text{Cr(NH}_3)_3\text{Cl}_3]\)
Textbook Answer:
Molar conductivity increases as the total number of ions produced in solution increases:
\[[\text{Cr(NH}_3)_3\text{Cl}_3] < \text{Mg}[\text{Cr(NH}_3)(\text{Cl})_5] < [\text{Cr(NH}_3)_5\text{Cl}]_3[\text{CoF}_6]_2\]எளிய விளக்கம் (Concept Explanation):
Key Concept: ஒரு சேர்மத்தை நீரில் கரைக்கும்போது, சதுர அடைப்புக்குறிக்கு \([\ ]\) வெளியே உள்ள பகுதிகள் மட்டுமே அயனிகளாகப் (Ions) பிரியும். அயனிகளின் எண்ணிக்கை (Number of ions) அதிகமாக இருந்தால், மின்சாரத்தைக் கடத்தும் திறனும் (Molar conductivity) அதிகமாக இருக்கும்.
| Complex Compound | Ions Produced in Aqueous Solution | Total Number of Ions | Molar Conductivity |
|---|---|---|---|
| (iii) \([\text{Cr(NH}_3)_3\text{Cl}_3]\) | Does not ionise (Neutral complex) | \(0\) ions | Lowest (மிகக் குறைவு) |
| (i) \(\text{Mg}[\text{Cr(NH}_3)(\text{Cl})_5]\) | \(1\text{ Mg}^{2+} + 1\ [\text{Cr(NH}_3)(\text{Cl})_5]^{2-}\) | \(2\) ions | Intermediate (நடுத்தரம்) |
| (ii) \([\text{Cr(NH}_3)_5\text{Cl}]_3[\text{CoF}_6]_2\) | \(3\ [\text{Cr(NH}_3)_5\text{Cl}]^{2+} + 2\ [\text{CoF}_6]^{3-}\) | \(5\) ions | Highest (மிக அதிகம்) |
Question 4: Give an example of coordination compound used in medicine and two examples of biologically important coordination compounds.
Textbook Answer:
- Coordination compound used in medicine:
- Cis-platin (\(\text{cis-}[\text{Pt(NH}_3)_2\text{Cl}_2]\)) is used as an antitumour drug in cancer treatment.
- Biologically important coordination compounds:
- Red Blood Corpuscles (RBC): RBC is composed of the heme group, which is an \(\text{Fe}^{2+}\)-porphyrin complex. It plays an important role in carrying oxygen from lungs to tissues and carbon dioxide from tissues to lungs.
- Chlorophyll: A green pigment present in green plants and algae, is a coordination complex containing \(\text{Mg}^{2+}\) as the central metal ion surrounded by a modified porphyrin ligand called corrin ring. It plays an important role in photosynthesis, by which plants convert \(\text{CO}_2\) and water into carbohydrates and oxygen.
எளிய விளக்கம் (One-Mark Quick Points):
- மருத்துவத்தில் (In Medicine): புற்றுநோய் கட்டிகளைக் (Cancer / Tumour) குணப்படுத்தப் பயன்படும் அணைவுச் சேர்மம் Cis-platin.
- இரத்த சிவப்பணுக்கள் (RBC / Hemoglobin): நம் இரத்தத்தில் ஆக்ஸிஜனை நுரையீரலிலிருந்து மற்ற பாகங்களுக்கு எடுத்துச் செல்லும் Heme குரூப்பில் உள்ள மைய உலோக அயனி \(\text{Fe}^{2+}\) (இரும்பு) ஆகும். இதில் உள்ள வளைய அமைப்பு Porphyrin complex எனப்படும்.
- பச்சையம் (Chlorophyll): தாவரங்கள் ஒளிச்சேர்க்கை (Photosynthesis) மூலம் உணவு தயாரிக்க உதவும் பச்சையத்தில் உள்ள மைய உலோக அயனி \(\text{Mg}^{2+}\) (மெக்னீசியம்) ஆகும். இதில் உள்ள வளைய அமைப்பு Corrin ring எனப்படும்.
Question 5: Based on VB theory explain why \([\text{Cr(NH}_3)_6]^{3+}\) is paramagnetic, while \([\text{Ni(CN)}_4]^{2-}\) is diamagnetic.
Memory Trick for 3d Series (Atomic Numbers 21 to 30):
"Sun TV Chief Minister Iconic Z"
\(\text{Sc (21)}, \text{Ti (22)}, \text{V (23)}, \mathbf{\text{Cr (24)}}, \text{Mn (25)}, \text{Fe (26)}, \text{Co (27)}, \mathbf{\text{Ni (28)}}, \text{Cu (29)}, \text{Zn (30)}\).
Paramagnetic: Has unpaired electrons (\(\uparrow\)). | Diamagnetic: All electrons are paired (\(\uparrow\downarrow\)).
Part A: Why \([\text{Cr(NH}_3)_6]^{3+}\) is Paramagnetic
- Central Metal Atom & Electronic Configuration:
- Central metal atom is Chromium (\(\text{Cr}\), Atomic Number \(Z = 24\)).
- Outer electronic configuration of \(\text{Cr}\) atom: \(3d^5 4s^1\).
- Oxidation State & Configuration of Metal Ion:
- Oxidation state of Chromium in \([\text{Cr(NH}_3)_6]^{3+}\) is \(+3\) (\(\text{Cr}^{3+}\)).
- Outer electronic configuration of \(\text{Cr}^{3+}\) ion (after losing 3 electrons): \(3d^3 4s^0\).
- Orbital diagram of \(\text{Cr}^{3+}\) ion: \[\underbrace{\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline \uparrow & \uparrow & \uparrow & \phantom{\uparrow} & \phantom{\uparrow} \\ \hline \end{array}}_{3d^3} \quad \underbrace{\begin{array}{|c|} \hline \phantom{\uparrow} \\ \hline \end{array}}_{4s^0} \quad \underbrace{\begin{array}{|c|c|c|} \hline \phantom{\uparrow} & \phantom{\uparrow} & \phantom{\uparrow} \\ \hline \end{array}}_{4p^0}\]
- Hybridisation & Ligand Donation:
- Since two inner \(3d\) orbitals are already vacant, no pairing of \(3d\) electrons is required.
- Two vacant \(3d\) orbitals, one \(4s\) orbital, and three \(4p\) orbitals hybridise to form six equivalent \(d^2sp^3\) hybridised orbitals (Inner orbital octahedral complex).
- Six \(\text{NH}_3\) ligands donate six pairs of electrons into these vacant \(d^2sp^3\) hybrid orbitals: \[\underbrace{\begin{array}{|c|c|c|} \hline \uparrow & \uparrow & \uparrow \\ \hline \end{array}}_{3d} \underbrace{\begin{array}{|c|c|} \hline \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow \\ \hline \end{array} \quad \begin{array}{|c|} \hline \uparrow\downarrow \\ \hline \end{array} \quad \begin{array}{|c|c|c|} \hline \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow \\ \hline \end{array}}_{d^2sp^3 \text{ hybridisation (6 pairs from 6 }\text{NH}_3\text{)}}\]
- Magnetic Property & Spin-Only Magnetic Moment:
- Due to the presence of \(3\) unpaired electrons (\(n = 3\)) in the \(3d\) orbitals, \([\text{Cr(NH}_3)_6]^{3+}\) is paramagnetic.
- Spin-only magnetic moment: \[\mu_s = \sqrt{n(n+2)} = \sqrt{3(3+2)} = \sqrt{15} = 3.87\text{ BM}\]
Part B: Why \([\text{Ni(CN)}_4]^{2-}\) is Diamagnetic
- Central Metal Atom & Electronic Configuration:
- Central metal atom is Nickel (\(\text{Ni}\), Atomic Number \(Z = 28\)).
- Outer electronic configuration of \(\text{Ni}\) atom: \(3d^8 4s^2\).
- Oxidation State & Configuration of Metal Ion:
- Oxidation state of Nickel in \([\text{Ni(CN)}_4]^{2-}\): \(x + 4(-1) = -2 \implies x = +2\) (\(\text{Ni}^{2+}\)).
- Outer electronic configuration of \(\text{Ni}^{2+}\) ion: \(3d^8 4s^0\).
- Orbital diagram of \(\text{Ni}^{2+}\) ion before ligand approach: \[\underbrace{\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow & \uparrow & \uparrow \\ \hline \end{array}}_{3d^8} \quad \underbrace{\begin{array}{|c|} \hline \phantom{\uparrow} \\ \hline \end{array}}_{4s^0} \quad \underbrace{\begin{array}{|c|c|c|} \hline \phantom{\uparrow} & \phantom{\uparrow} & \phantom{\uparrow} \\ \hline \end{array}}_{4p^0}\]
- Effect of Strong Field Ligand & Hybridisation:
- \(\text{CN}^-\) is a strong field ligand (வலிமையான ஈனி). Therefore, it forces the two unpaired electrons in the \(3d\) orbitals to pair up against Hund's rule.
- This leaves one inner \(3d\) orbital vacant. One \(3d\), one \(4s\), and two \(4p\) orbitals hybridise to form four \(dsp^2\) hybridised orbitals (Square planar geometry).
- Four \(\text{CN}^-\) ligands donate four pairs of electrons into these vacant \(dsp^2\) hybrid orbitals: \[\underbrace{\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow \\ \hline \end{array}}_{3d\text{ (paired)}} \underbrace{\begin{array}{|c|} \hline \uparrow\downarrow \\ \hline \end{array} \quad \begin{array}{|c|} \hline \uparrow\downarrow \\ \hline \end{array} \quad \begin{array}{|c|c|} \hline \uparrow\downarrow & \uparrow\downarrow \\ \hline \end{array}}_{dsp^2 \text{ hybridisation (4 pairs from 4 }\text{CN}^-\text{)}} \begin{array}{|c|} \hline \phantom{\uparrow} \\ \hline \end{array}_{4p}\]
- Magnetic Property & Spin-Only Magnetic Moment:
- Since all electrons are paired and there are no unpaired electrons (\(n = 0\)), \([\text{Ni(CN)}_4]^{2-}\) is diamagnetic (\(\mu_s = 0\text{ BM}\)).
Part 3: Quick Revision Quiz Answers (1-Mark Self-Check)
- What will you name first in a coordination compound: Cation or Anion?
Answer: Cation first, followed by the Anion. - Inside the coordination sphere, will you name the Ligand first or the Metal first?
Answer: Ligand first (in alphabetical order), followed by the Central Metal Atom. - Less number of ions in solution have _____ molar conductivity (High / Low)?
Answer: Low molar conductivity. - Which coordination compound is used as an antitumour drug in cancer treatment?
Answer: Cis-platin (\(\text{cis-}[\text{Pt(NH}_3)_2\text{Cl}_2]\)).
Measurement:
On measuring the lengths of the tangents with a ruler, we find that PA = 4 cm and PB = 4 cm.
Verification by Calculation:
In the right-angled triangle $\triangle OAP$ (since radius OA is perpendicular to tangent PA):
By Pythagoras theorem, $OP^2 = OA^2 + PA^2$.
$$ 5^2 = 3^2 + PA^2 $$
$$ 25 = 9 + PA^2 $$
$$ PA^2 = 25 - 9 = 16 $$
$$ PA = \sqrt{16} = 4 \text{ cm} $$
The calculated length matches the measured length.