Şelasyon (çelasyon, veya kıskaçlama terimleri de kullanılır) iki veya çok dişli bir kimyasal ligandın iyonik bir substrata bağlanması veya komplekslenmesidir. Bu ligandlar, ki genelde organik bileşiklerdir, şelatörveya şelat ajanı olarak adlandırılır (diğer kullanılan terimler: şelant, çelatör, çelant, kıskaçlayıcı, iyon tutucu). Şelatörler, ASTM-A-380 standardına göre, "belli metal iyonları ile suda çözünür kompleksler oluşturan kimyasallardır, bu sayede iyonu etkinsizleştirerek onun başka elementler veya iyonlarla tepkitmeyerek, çökelek veya tortu oluşmamasını sağlar". Ligand, substrat ile birleşip bir şelat kompleksi meydana getirir (çelat terimi de kullanılır). Bu terim, metal iyonunu şelatördeki iki veya daha çok atomla bağlandığı kompleksler için kullanılır. Literatürde metal iyonu tutan bağların sayısına değinmek için dişlilik terimi kullanılır, örneğin yandaki resimde görülen EDTA altı dişli (İng. hexadendate) bir şelatördür.
Tarih ve etimoloji
Şelasyon Yunanca kıskaç anlamına gelen χηλή, chelè ("kile" okunur) sözcüğünden gelir, Türkçeye Fransızca chélation 'dan, o dile de İngilizce chelation 'den girmiştir. Şelat (İng. chelate) terimi ilk defa 1920'de Sir Gilbert T. Morgan ve H. D. K. Drew tarafından kullanımıştır, "şelat sıfatı, istakoz veya benzeri kabukluların büyük kıskacının Yunanca adı chele 'den türetilmiştir; kumpas benzeri kimyasal grupların iki taraftan gelip ortadaki bir atomu bağlayarak heterosiklik halkalar meydana getirme özelliklerinden dolayı bu adı öneriyoruz" demişlerdir.
Şelasyon etkisi
Cu2+ + en [Cu(en)]2+ (1)Cu2+ + 2 MeNH2 [Cu(MeNH2)2]2+ (2)(1) denkleminde iki dişli ligand etilendiamin bakır iyonu ile bir şelat kompleksi oluşturur. Şelasyon sonucu beş atomlu bir halka oluşur. (2) denkleminde iki dişli kompleks yerine iki tane tek dişli metilamin ligandı vardır, yaklaşık aynı elektron verme kuvvetine sahiptir, yani Cu-N bağlarının oluşma entalpisi iki reaksiyon için yaklaşık eşittir. Aynı bakır konsantrasyonu için, metilamin konsantrasyonu etildiamin konsantrasyonunun iki katı olursa, kompleks (1)'in konsantrasyonu kompleks (2)'nin konsantrasyonundan daha fazla olacaktır. Şelat halkalarının sayısı arttıkça bu etki daha da artacaktır, öyle ki, altı halka meydana getiren EDTA kompleksinin konsantrasyonu (1) veya (2) kompleklserinkinden çok, çok daha fazla olacaktır. Böylece, şelat olgusu deneysel olarak kanıtlanabilir.
Şelat etkisini termodinamik açıklamasında tepkimenin denge sabitini göz önüne alınır: denge sabiti arttığı oranda kompleksin konsantrasyonu da artar.
[Cu(en)] =β11[Cu][en][Cu(MeNH2)2]= β12[Cu][MeNH2]2Sadelik amacıyla yukarıda elektrik yükler gösterilmemiştir. Köşeli parantezler konsantrasyonu gösterir, kararlılık sabiti β'ların altyazıları kompleksin stokiometrisini gösterir. İki tepkimede de bakırın konsantrasyonu aynı, (2) tepkimesindeki metilamin'in analitik konsantrasyonu (1)'deki etilendiaminin konsantrasyonun iki katı olunca [Cu(en)] konsantrasyonu [Cu(MeNH2)2] konsantrasyonundan çok daha yüksektir çünkü β11 >> β12.
Denge sabiti K, standart Gibbs serbest enerjisi, ΔG ile ilişkilidir:
ΔG = −RT ln K = ΔH - TΔSBurada R gaz sabiti, T ise Kelvin derecesi olarak sıcaklıktır. ΔH reaksiyonun standart entalpi değişimi ΔS ise standart entropi değişimidir. İki reaksiyon için de entalpi teriminin yaklaşık eşit olması gerektiği yukarıda belirtilmişti. Denklem (1)'de solda iki, sağda bir tanecik bulunmaktadır, denklem (2)'de ise solda üç, sağda bir tanecik vardır. Bu demektir ki, şelat kompleksi oluşunca daha az bir entropi kaybı olur. Entropi farkına katkıda bulunan faktörlerden biri budur. Diğer faktörler solvasyon değişimleri ve halka oluşmasıdır. Bazı deneysel veriler aşağıdaki tabloda bu etkiyi göstermektedir.Bu veriler iki reaksiyon için standart entalpi değişimlerinin yaklaşık eşit olduğunu gösterir; şelat kompleksinin daha kararlı olmasının nedeni, standart entropi teriminin öbür reaksiyona kıyasla daha az olumsuz olmasıdır, hatta bu durumda açıkça reaksiyonun lehine işlemesidir. Genelde termodinamik değerlerin muhasebesini çözeltideki değişiklere göre yapmak zordur, ama şelat etkisinin başlıca entropi düzeyinde etkili olduğu barizdir.
Başka açıklamalar, Schwarzenbach'ın ki gibi, mevcuttur ve Greenwood & Earnshaw'da verilmiştir.
Ağır metal zehirlenmesinde yararlı olsalar da, normal şartlarda şelat ajanları tehlikeli olabilir. ABD Hastalık Kontrol Merkezi (CDC), kalsiyum EDTA yerine disodyum EDTA kullanılmasının kalsiyum eksikliği (hipokalsemi) sonucu ölümlere yol açtığını bildirmiştir.
EDTA kanal tedavisinde kanalın lavajında kullanılır. Dentin'i yumuşatmaya yarayan EDTA, kanala boydan boya erişmeyi kolaylaştırır ve işlem sırasında meydana gelen kir tabakasını söker.
Gadolinyum(III) bileşikleri ve şelatları MRI görüntüleme tekniklerinde kontrast ajanı olarak kullanılır.
- Akrilik polimerler
- Askorbik asit
- Tetrasodyum iminodisüksinat
- Sitrik asit
- Dikarboksimetilglutamik asit
- Etilenediamindisüksinik asit
- Etilenediamintetraasetik asit (EDTA)
- Dietilen triamin penta (metilen fosfonik asit)'in hepta sodyum tuzu (DTPMP•Na7)
- Hidrolize yün
- Malik asit
- Nitrilotriasetik asit (NTA)
- Non-polar amino asitler (metiyonin gibi) ve polar aminoasitler (arjinin, asparajin, aspartik asit, glutamik asit, glutamin, lizin, ve ornitin gibi)
- Oksalik asit
- Fosforik asit
- Sideroforlar, Desferrioksamin B gibi
- Süksinik asit