Комплексни съединения

Резюме на лекцията

цели.Формиране на представи за състава, структурата, свойствата и номенклатурата на комплексните съединения; развиват умения за определяне на степента на окисление на комплексообразовател, съставяне на уравнения за дисоциация на комплексни съединения.
Нови концепции:комплексно съединение, комплексообразовател, лиганд, координационно число, външна и вътрешна сфера на комплекса.
Оборудване и реактиви.Стойка с епруветки, концентриран разтвор на амоняк, разтвори на меден (II) сулфат, сребърен нитрат, натриев хидроксид.

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

Лабораторен опит. Добавете разтвор на амоняк към разтвор на меден (II) сулфат. Течността ще придобие интензивен син цвят.

Какво стана? Химическа реакция? Досега не знаехме, че амонякът може да реагира със сол. Какво вещество се е образувало? Каква е неговата формула, структура, име? Към кой клас съединения принадлежи? Може ли амонякът да реагира с други соли? Има ли връзки, подобни на тази? На тези въпроси трябва да отговорим днес.

За да изучим по-добре свойствата на някои съединения на желязото, медта, среброто, алуминия, се нуждаем от познания за сложните съединения.

Нека продължим нашия опит. Полученият разтвор се разделя на две части. Нека добавим алкали към една част. Не се наблюдава утаяване на меден (II) хидроксид Cu (OH) 2, следователно в разтвора няма двойно заредени медни йони или има твърде малко от тях. От това можем да заключим, че медните йони взаимодействат с добавения амоняк и образуват някои нови йони, които не дават неразтворимо съединение с OH - йони.

В същото време йоните остават непроменени. Това може да се види чрез добавяне на разтвор на бариев хлорид към разтвора на амоняк. Веднага ще изпадне бяла утайка от BaSO 4 .

Изследванията установяват, че тъмносиният цвят на амонячния разтвор се дължи на наличието на сложни 2+ йони в него, образувани от прикрепването на четири амонячни молекули към медния йон. Когато водата се изпари, 2+ йони се свързват с йони и от разтвора се отделят тъмносини кристали, чийто състав се изразява с формулата SO 4 H 2 O.

Комплексните съединения са съединения, които съдържат сложни йони и молекули, които могат да съществуват както в кристална форма, така и в разтвори.

Формулите на молекулите или йоните на комплексните съединения обикновено се ограждат в квадратни скоби. Комплексните съединения се получават от конвенционални (некомплексни) съединения.

Примери за получаване на комплексни съединения

Структурата на сложните съединения се разглежда въз основа на координационната теория, предложена през 1893 г. от швейцарския химик Алфред Вернер, носител на Нобелова награда. Научната му дейност протича в Цюрихския университет. Ученият синтезира много нови комплексни съединения, систематизира известни и новополучени комплексни съединения и разработва експериментални методи за доказване на тяхната структура.

А. Вернер (1866–1919)

В съответствие с тази теория се разграничават сложни съединения комплексообразовател, външени вътрешна сфера. Комплексообразувателят обикновено е катион или неутрален атом. Вътрешната сфера е изградена от определен брой йони или неутрални молекули, които са здраво свързани с комплексообразуващия агент. Те се наричат лиганди. Броят на лигандите определя координационен номер(KN) комплексообразовател.

Пример за сложно съединение

Разгледано в примера, съединението SO 4 H 2 O или CuSO 4 5H 2 O е кристален хидрат на меден (II) сулфат.

Нека дефинираме съставните части на други комплексни съединения, например K 4 .
(справка.Веществото с формула HCN е циановодородна киселина. Солите на циановодородната киселина се наричат ​​цианиди.)

Комплексообразователят е железен йон Fe 2+, лигандите са цианидни йони CN - , координационното число е шест. Всичко написано в квадратни скоби е вътрешната сфера. Калиевите йони образуват външната сфера на комплексното съединение.

Природата на връзката между централния йон (атом) и лигандите може да бъде двойна. От една страна, връзката се дължи на силите на електростатичното привличане. От друга страна, между централния атом и лигандите връзка може да се образува по донорно-акцепторния механизъм по аналогия с амониевия йон. В много комплексни съединения връзката между централния йон (атом) и лигандите се дължи както на силите на електростатично привличане, така и на връзката, образувана поради несподелените електронни двойки на комплексообразуващия агент и свободните орбитали на лигандите.

Комплексните съединения с външна сфера са силни електролити и във водни разтвори се дисоциират почти напълно на сложен йон и йони външна сфера. Например:

SO 4 2+ + .

При обменни реакции сложните йони преминават от едно съединение в друго, без да променят състава си:

SO 4 + BaCl 2 \u003d Cl 2 + BaSO 4.

Вътрешната сфера може да има положителен, отрицателен или нулев заряд.

Ако зарядът на лигандите компенсира заряда на комплексообразователя, тогава такива комплексни съединения се наричат ​​неутрални или неелектролитни комплекси: те се състоят само от комплексообразувателя и лигандите на вътрешната сфера.

Такъв неутрален комплекс е например .

Най-типичните комплексообразователи са катионите д- елементи.

Лигандите могат да бъдат:

а) полярни молекули - NH3, H2O, CO, NO;
б) прости йони - F - , Cl - , Br - , I - , H - , H + ;
в) комплексни йони - CN -, SCN -, NO 2 -, OH -.

Нека разгледаме таблица, която показва координационните числа на някои комплексообразуващи агенти.

Номенклатура на комплексните съединения. В едно съединение първо се назовава анионът, а след това катионът. При определяне на състава на вътрешната сфера, на първо място, се наричат ​​аниони, добавяйки към латинското име наставката - относно-, например: Cl - - хлоро, CN - - циано, OH - - хидроксо и др. По-нататък наричани неутрални лиганди и предимно амоняк и неговите производни. В този случай се използват следните термини: за координиран амоняк - амин, за вода - аква. Броят на лигандите е посочен с гръцки думи: 1 - моно, 2 - ди, 3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - хекса. След това преминават към името на централния атом. Ако централният атом е част от катионите, тогава се използва руското име на съответния елемент и степента му на окисление е посочена в скоби (с римски цифри). Ако централният атом се съдържа в аниона, тогава използвайте латинското име на елемента и накрая добавете края - при. При неелектролитите степента на окисление на централния атом не е дадена, т.к то се определя еднозначно от условието за електронеутралност на комплекса.

Примери.За да назовем комплекса Cl 2, се определя степента на окисление (ТАКА.)
хкомплексообразовател - Cu йон х+ :

1 х + 2 (–1) = 0,х = +2, C.O.(Cu) = +2.

По подобен начин се установява степента на окисление на кобалтовия йон:

г + 2 (–1) + (–1) = 0,г = +3, S.O.(Co) = +3.

Какво е координационното число на кобалта в това съединение? Колко молекули и йони обграждат централния йон? Координационното число на кобалта е шест.

Името на комплексния йон се изписва с една дума. Степента на окисление на централния атом се обозначава с римска цифра, поставена в скоби. Например:

Cl 2 - тетраамин меден (II) хлорид,
НЕ 3 – дихлороакватриаминкобалт(III) нитрат,
K 3 - хексацианоферат(III) калий,
K 2 - тетрахлороплатинат (II) калий,
- дихлоротетраамицинк,
H 2 - хексахлоротинова киселина.

На примера на няколко сложни съединения ще определим структурата на молекулите (йон-комплексиращ агент, неговия S.O., координационен номер, лиганди, вътрешна и външна сфера), ще дадем името на комплекса, ще напишем уравненията на електролитна дисоциация.

K 4 - калиев хексацианоферат (II),

K 4 4K + + 4– .

H - тетрахлороауринова киселина (образувана от разтваряне на злато в царска вода),

H H + + –.

OH - диамин сребърен (I) хидроксид (това вещество участва в реакцията на "сребърно огледало"),

OH + + OH - .

Na - тетрахидроксоалуминат натрий,

Na Na + + - .

Много органични вещества също принадлежат към сложни съединения, по-специално продуктите от взаимодействието на амини с вода и киселини, които са ви известни. Например, соли на метиламониев хлорид и фениламониев хлорид са сложни съединения. Според теорията на координацията те имат следната структура:

Тук азотният атом е комплексообразуващ агент, водородните атоми при азота, а метиловите и фениловите радикали са лиганди. Заедно те образуват вътрешната сфера. Във външната сфера има хлоридни йони.

Много органични вещества, които са от голямо значение за живота на организмите, са сложни съединения. Те включват хемоглобин, хлорофил, ензими и други

Комплексните съединения са широко използвани:

1) в аналитичната химия за определяне на много йони;
2) за отделяне на определени метали и производство на метали с висока чистота;
3) като багрила;
4) за премахване на твърдостта на водата;
5) като катализатори за важни биохимични процеси.

Тест по химия - сложни съединения - СПЕШНО! и получи най-добрия отговор

Отговор от Ник[гуру]
Някои въпроси са зададени неправилно, например 7,12,27. Следователно отговорите съдържат резерви.
1. Какво е координационното число на комплексообразуващия агент в комплексния йон +2?
НА 6
2. Какво е координационното число на комплексообразуващия агент в комплексния йон 2+?
Б) 6
3. Какво е координационното число на комплексообразователя в комплексния йон 2+
Б) 4
4. Какво е координационното число на Сu²+ в комплексния йон +?
Б) 4
5. Какво е координационното число на комплексообразователя в комплексния йон: +4?
Б) 6
6. Определете заряда на централния йон в комплексното съединение К4
Б) +2
7. Какъв е зарядът на комплексния йон?
B) +2 - ако приемем, че комплексообразователят е Сu (II)
8. Сред железните соли определете комплексната сол:
А) К3
9. Какво е координационното число на Pt4+ в комплексния йон 2+?
А) 4
10. Определете заряда на комплексния йон K2?
Б) +2
11. Коя молекула отговаря на наименованието тетраамин меден (II) дихлорид?
B) Cl2
12. Какъв е зарядът на комплексния йон?
D) +3 - ако приемем, че комплексообразователят е Cr (III)
13. Сред солите на медта (II) определете комплексната сол:
Б) К2
14. Какво е координационното число на Co3+ в комплексния йон +?
Б) 6
15. Определете заряда на комплексообразователя в комплексното съединение K3?
Г) +3
16. Коя молекула отговаря на наименованието калиев тетрайодохидрат (II)?
А) К2
17. Какъв е зарядът на комплексния йон?
В 2
18. Сред никелови (II) соли определете комплексната сол:
B) SO4
19. Какво е координационното число на Fe3+ в комплексния йон -3?
НА 6
20. Определете заряда на комплексообразователя в комплексното съединение K3?
Б) +3
21. Коя молекула отговаря на наименованието сребърен (I) диамин хлорид?
Б) Кл
22. Какъв е зарядът на комплексния йон К4?
Б) -4
23. Сред цинковите соли определете комплексната сол
B) Na2
24. Какво е координационното число на Pd4+ в комплексния йон 4+?
Г) 6
25. Определете заряда на комплексообразователя в комплексното съединение Н2?
Б) +2
26. Коя молекула отговаря на наименованието калиев хексацианоферат (II)?
Г) К4
27. Какъв е зарядът на комплексен йон?
D) -2 - ако приемем, че комплексообразователят е Co (II)
27. Сред съединенията на хром (III) определете комплексното съединение
C) [Cr (H2O) 2(NH3)4]Cl3
28. Какво е координационното число на кобалта (III) в комплексния йон NO3?
Б) 6
29. Определете заряда на комплексообразователя в комплексното съединение Cl2
А) +3
30. Коя молекула отговаря на името натриев тетрайодопаладат (II)?
Г) Na2

Отговор от Джеймс Бонд[новак]
Боже мой

Отговор от коте...[гуру]
#30 последно

Номенклатурата на комплексните съединения е неразделна част от номенклатурата на неорганичните вещества. Правилата за наименуване на сложни съединения са систематични (еднозначни). В съответствие с препоръките на IUPAC тези правила са универсални, тъй като, ако е необходимо, те могат да се прилагат и за прости неорганични съединения, ако няма традиционни и специални имена за последните. Имената, изградени по систематични правила, са адекватни на химичните формули. Формулата на комплексно съединение се съставя по общите правила: първо се изписва катионът - сложен или обикновен, след това анионът - сложен или обикновен. Във вътрешната сфера на комплексното съединение първо се записва централния комплексообразуващ атом, след това незаредени лиганди (молекули), след това отрицателно заредени анионни лиганди.

Едноядрени комплекси

В имената на катионни, неутрални и повечето анионни комплекси централните атоми имат руските имена на съответните елементи. В някои случаи за анионни комплекси се използват корените на латинските имена на елементите на централния комплексообразуващ атом. Например, - дихлордиаминплатина, 2- - тетрахлороплатинат (II) -йон, + - диаминсребърен (I) катион, - - дицианоаргенат (I) -йон.

Името на сложен йон започва с указание за състава на вътрешната сфера. На първо място, анионите, разположени във вътрешната сфера, са изброени по азбучен ред, като към латинското им наименование се добавя окончанието „о“. Например OH - - хидроксо, Cl - - хлоро, CN - - циано, CH 3 COO - - ацетат, CO 3 2- - карбонат, C 2 O 4 2- - оксалато, NCS - - тиоцианато, NO 2 - - нитро, O 2 2- - оксо, S 2- - тио, SO 3 2- - сулфито, SO 3 S 2- - тиосулфато, C 5 H 5 - циклопентадиенил и др. Тогава вътрешносферните неутрални молекули са посочени по азбучен ред. За неутрални лиганди се използват еднословни имена на вещества без промени, например N 2 -диазот, N 2 H 4 -хидразин, C 2 H 4 - етилен. Вътресферният NH3 се нарича амино-, H 2 O - аква, CO-карбонил, NO-нитрозил. Броят на лигандите се обозначава с гръцки цифри: ди, три, тетра, пента, хекса и др. Ако имената на лигандите са по-сложни, например етилендиамин, те се предхождат от префиксите "бис", "трис", "тетракис" и т.н.

Имената на комплексни съединения с външна сфера се състоят от две думи (обикновено "катионен анион"). Името на комплексния анион завършва с наставката -at. Степента на окисление на комплексообразователя се обозначава с римски цифри в скоби след името на аниона. Например:

K 2 - калиев тетрахлороплатинат (II),

Na 3 [Fe (NH 3) (CN) 5] - натриев пентацианомонамин ферат (II),

H 3 O - оксониев тетрахлороаурат (III),

K е калиев дийодйодат (I),

Na 2 - натриев хексахидроксостанат (IV).

В съединения с комплексен катион степента на окисление на комплексообразователя се посочва след името му с римски цифри в скоби. Например:

Cl е диамин сребърен (I) хлорид,

Br е трихлоротриаминплатинов (IV) бромид,

НЕ 3 -

Хлоронитротетрааминкобалт(III) нитрат.

Имената на комплексните съединения - неелектролити без външна сфера се състоят от една дума, степента на окисление на комплексообразователя не е посочена. Например:

- трифлуоротриаквокобалт,

- тетрахлордиамин платина,

- бис (циклопентадиенил) желязо.

Името на съединения със сложен катион и анион е съставено от имената на катиона и аниона, например:

хексанитрокобалтат (III) хексааминкобалт (III),

трихлороаминплатинат (II) платина(II)хлоротриамин.

За комплекси с амбидентатни лиганди името показва символа на атома, с който този лиганд е свързан към централния комплексообразуващ атом:

2- - тетракис (тицианато-N) кобалтат (II) -йон,

2- - тетракис(тиоцианато-S) меркурат(II) - йон.

Традиционно амбидентатният лиганд NO 2 - се нарича нитро лиганд, ако донорният атом е азот, и нитрито лиганд, ако донорният атом е кислород (–ONO -):

3- - хексанитрокобалтат (III) -йон,

3- -хексанитритокобалтат (III) -йон.

Класификация на комплексни съединения

Комплексните йони могат да бъдат част от молекулите на различни класове химични съединения: киселини, основи, соли и др. В зависимост от заряда на комплексния йон, катионни, анионни и неутрални комплекси.

Катионни комплекси

В катионните комплекси централният комплексообразуващ атом са катиони или положително поляризирани атоми на комплексообразователя, а лигандите са неутрални молекули, най-често вода и амоняк. Комплексни съединения, в които водата действа като лиганд, се наричат ​​аквакомплекси. Тези съединения включват кристални хидрати. Например: MgCl 2 × 6H 2 O

или Cl2,

CuSO 4 × 5H 2 O или ∙SO 4 ∙ H 2 O, FeSO 4 × 7H 2 O или SO 4 × H 2 O

В кристално състояние някои водни комплекси (например меден сулфат) също задържат вода от кристализация, която не е част от вътрешната сфера, която е по-слабо свързана и лесно се отделя при нагряване.

Едни от най-многобройните класове комплексни съединения са аминокомплексите (амонати) и аминатите. Лигандите в тези комплекси са молекули амоняк или амин. Например: SO 4, Cl 4,

Cl2.

Анионни комплекси

Лигандите в такива съединения са аниони или отрицателно поляризирани атоми и техните групи.

Анионните комплекси включват:

а) сложни киселини H, H 2, H.

б) двойни и комплексни соли на PtCl 4 × 2KCl или K 2,

HgI 2 × 2KI или K 2 .

в) кислородсъдържащи киселини и техните соли H 2 SO 4 , K 2 SO 4 , H 5 IO 6 , K 2 CrO 4 .

г) хидроксоли K, Na 2 .

д) полихалогениди: K, Cs.

Неутрални комплекси

Такива съединения включват комплексни съединения, които нямат външна сфера и не дават комплексни йони във водни разтвори: , , карбонилни комплекси , .

Катион-анионни комплекси

Съединенията съдържат едновременно комплексен катион и комплексен анион:

, .

Циклични комплекси (хелати)

Координационни съединения, в които централният атом (или йон) е свързан едновременно с два или повече донорни атома на лиганда, в резултат на което един или повече хетероцикли са затворени, се наричат хелати . Лигандите, които образуват хелатни пръстени, се наричат ​​хелатиращи (хелиращи) реагенти. Затварянето на хелатния пръстен от такива лиганди се нарича хелатиране(хелация).Най-обширният и важен клас хелати са металните хелатни комплекси. Способността за координиране на лигандите е присъща на металите от всички степени на окисление. За елементите от основните подгрупи централният комплексообразуващ атом обикновено е в най-висока степен на окисление.

Хелатиращите реагенти съдържат два основни типа електронодонорни центрове: а) групи, съдържащи подвижен протон, например -COOH, -OH, -SO3H; когато са координирани към централния йон, е възможно протонно заместване и б) неутрални електронодонорни групи, например R 2 CO, R 3 N. Бидентатните лиганди заемат две места във вътрешната координационна сфера на хелата, като напр. , например, етилендиамин (фиг. 3).

Според правилото на цикъла на Чугаев най-стабилните хелатни комплекси се образуват, когато цикълът съдържа пет или шест атома. Например, сред диамините със състав H2N-(CH2)n-NH2 най-стабилните комплекси се образуват за n=2 (петчленен цикъл) и n=3 (шестчленен цикъл).

Фиг.3.Меден (II) бисетилендиаминов катион.

Хелати, при които при затварянето на хелатния цикъл лигандът използва съдържащи протон и неутрални електронодонорни групи и е формално свързан с централния атом чрез ковалентна и донорно-акцепторна връзка, т.нар. са вътрешнокомплексни съединения. По този начин полидентатните лиганди с киселинни функционални групи могат да образуват хелатни съединения. Интеркомплексните съединения са хелат, в който затварянето на пръстена е придружено от изместване на един или повече протони от киселинни функционални групи от метален йон, по-специално медният (II) глицинат е вътрешнокомплексно съединение:

Фиг.4.Интеркомплексно съединение на 8-хидроксихинолин с цинк.

Хемоглобинът и хлорофилът също са вътрешнокомплексни съединения.

Най-важната характеристика на хелатите е тяхната повишена стабилност в сравнение с подобно изградените нециклични комплекси.

Глава 17

17.1. Основни определения

В тази глава ще се запознаете със специална група сложни вещества, наречени изчерпателен(или координиране) връзки.

В момента стриктно определение на понятието " сложна частица"не. Обикновено се използва следното определение.

Например, хидратиран меден йон 2 е сложна частица, тъй като действително съществува в разтвори и някои кристални хидрати, образува се от Cu 2 йони и H 2 O молекули, водните молекули са реални молекули, а Cu 2 йони съществуват в кристали на много медни съединения. Напротив, йонът SO 4 2 не е сложна частица, тъй като въпреки че O 2 йони се срещат в кристалите, йонът S 6 не съществува в химичните системи.

Примери за други сложни частици: 2 , 3 , , 2 .

В същото време йоните NH 4 и H 3 O се класифицират като сложни частици, въпреки че Н йони не съществуват в химичните системи.

Понякога сложните частици се наричат ​​сложни химически частици, всички или част от връзките в които се образуват според донорно-акцепторния механизъм. Това е вярно в повечето сложни частици, но например в калиев стипца SO 4 в сложна частица 3, връзката между Al и O атомите наистина се формира според донорно-акцепторния механизъм, докато в сложната частица има само електростатично (йон-диполно) взаимодействие. Това се потвърждава от съществуването в желязната амониева стипца на сложна частица, подобна по структура, при която е възможно само йон-диполно взаимодействие между водните молекули и NH4 йона.

По заряд сложните частици могат да бъдат катиони, аниони, а също и неутрални молекули. Комплексните съединения, съдържащи такива частици, могат да принадлежат към различни класове химикали (киселини, основи, соли). Примери: (H 3 O) - киселина, OH - основа, NH 4 Cl и K 3 - соли.

Обикновено комплексообразувателят е атом на елемент, който образува метал, но може да бъде и атом на кислород, азот, сяра, йод и други елементи, които образуват неметали. Степента на окисление на комплексообразуващия агент може да бъде положителна, отрицателна или нула; когато сложно съединение се образува от по-прости вещества, то не се променя.

Лигандите могат да бъдат частици, които преди образуването на комплексно съединение са били молекули (H 2 O, CO, NH 3 и т.н.), аниони (OH, Cl, PO 4 3 и т.н.), както и водороден катион . Разграничете еднозъбиили монодентатни лиганди (свързани с централния атом чрез един от неговите атоми, т.е. чрез една -връзка), двузъбец(свързани с централния атом чрез два от техните атоми, тоест чрез две -връзки), тризъбеци т.н.

Ако лигандите са унидентатни, тогава координационното число е равно на броя на такива лиганди.

Cn зависи от електронната структура на централния атом, неговата степен на окисление, размера на централния атом и лигандите, условията за образуване на комплексното съединение, температурата и други фактори. CN може да приема стойности от 2 до 12. Най-често е равно на шест, малко по-рядко - четири.

Съществуват и сложни частици с няколко централни атома.

Използват се два вида структурни формули на сложни частици: указващи формалния заряд на централния атом и лигандите или указващи формалния заряд на цялата сложна частица. Примери:

За да се характеризира формата на сложна частица, се използва идеята за координационен полиедър (полиедър).

Координационните полиедри също включват квадрат (KN = 4), триъгълник (KN = 3) и дъмбел (KN = 2), въпреки че тези фигури не са полиедри. Примери за координационни полиедри и съответно оформени сложни частици за най-често срещаните CN стойности са показани на фиг. един.

17.2. Класификация на комплексни съединения

Как химичните сложни съединения се разделят на йонни (те понякога се наричат йоногенен) и молекулно ( нейонни) връзки. Йонните комплексни съединения съдържат заредени комплексни частици - йони - и са киселини, основи или соли (виж § 1). Молекулните сложни съединения се състоят от незаредени сложни частици (молекули), например: или - трудно е да ги причислим към който и да е основен клас химикали.

Сложните частици, които изграждат сложните съединения, са доста разнообразни. Следователно за тяхната класификация се използват няколко класификационни признака: броят на централните атоми, вида на лиганда, координационното число и др.

Според броя на централните атомисложните частици се делят на едноядрени многоядрен. Централните атоми на многоядрени сложни частици могат да бъдат свързани помежду си директно или чрез лиганди. И в двата случая централните атоми с лиганди образуват една вътрешна сфера на комплексното съединение:

Според вида на лигандите сложните частици се делят на

1) Аквакомплекси, тоест сложни частици, в които водните молекули присъстват като лиганди. Катионните аквакомплекси m са повече или по-малко стабилни, анионните аквакомплекси са нестабилни. Всички кристални хидрати са съединения, съдържащи водни комплекси, например:

Mg(ClO 4) 2. 6H2O всъщност е (ClO4)2;
BeSO4. 4H 2 O всъщност е SO 4;
Zn(BrO3)2. 6H2O всъщност е (BrO3)2;
CuSO4. 5H 2 O всъщност е SO 4 . H2O.

2) Хидроксокомплекси, тоест сложни частици, в които присъстват хидроксилни групи като лиганди, които са били хидроксидни йони преди да влязат в сложната частица, например: 2 , 3 , .

Хидроксо комплексите се образуват от аква комплекси, които проявяват свойствата на катионни киселини:

2 + 4OH = 2 + 4H 2 O

3) Амоняк, тоест сложни частици, в които NH 3 групи присъстват като лиганди (преди образуването на сложна частица - молекули на амоняк), например: 2 , , 3 .

Амонякът може да се получи и от аква комплекси, например:

2 + 4NH3 \u003d 2 + 4 H2O

Цветът на разтвора в този случай се променя от син на ултрамарин.

4) ацидокомплекси, тоест сложни частици, в които киселинни остатъци както от безкислородни, така и от кислородсъдържащи киселини присъстват като лиганди (преди образуването на сложна частица - аниони, например: Cl, Br, I, CN, S 2, NO 2, S 2 O 3 2, CO 3 2, C 2 O 4 2 и др.).

Примери за образуване на киселинни комплекси:

Hg 2 + 4I = 2
AgBr + 2S 2 O 3 2 = 3 + Br

Последната реакция се използва във фотографията за отстраняване на нереагиралия сребърен бромид от фотографски материали.
(При проявяване на фотографски филм и фотохартия неекспонираната част от сребърния бромид, съдържащ се във фотографската емулсия, не се възстановява от проявителя. За отстраняването му се използва тази реакция (процесът се нарича „фиксиране“, тъй като неотстраненият сребърен бромид постепенно се разлага на светлината, унищожавайки изображението)

5) Комплексите, в които водородните атоми са лиганди, се разделят на две напълно различни групи: хидридкомплекси и комплекси, включени в състава ониумвръзки.

При образуването на хидридни комплекси - , , - централният атом е акцептор на електрони, а хидридният йон е донор. Степента на окисление на водородните атоми в тези комплекси е –1.

В ониевите комплекси централният атом е донор на електрони, а акцепторът е водороден атом в степен на окисление +1. Примери: H 3 O или - оксониев йон, NH 4 или - амониев йон. Освен това има заместени производни на такива йони: - тетраметиламониев йон, - тетрафениларсониев йон, - диетилоксониев йон и др.

6) карбонилкомплекси - комплекси, в които CO групите присъстват като лиганди (преди образуването на комплекс - молекули на въглероден оксид), например:, и др.

7) Анион халогенидкомплексите са комплекси от тип .

Други класове сложни частици също се разграничават според вида на лигандите. В допълнение, има сложни частици с лиганди от различни видове; най-простият пример е aqua hydroxocomplex.

17.3. Основи на номенклатурата на комплексните съединения

Формулата на комплексно съединение се съставя по същия начин като формулата на всяко йонно вещество: формулата на катиона е написана на първо място, а аниона на второ място.

Формулата на сложна частица се записва в квадратни скоби в следната последователност: първо се поставя символът на комплексообразуващия елемент, след това формулите на лигандите, които са били катиони преди образуването на комплекса, след това формулите на лигандите, които са били неутрални молекули преди образуването на комплекса, а след тях формулите на лигандите, образувани преди образуването на комплекса от аниони.

Името на комплексното съединение се изгражда по същия начин като името на всяка сол или основа (комплексните киселини се наричат ​​водородни или оксониеви соли). Името на съединението включва името на катиона и името на аниона.

Името на сложната частица включва името на комплексообразувателя и имената на лигандите (името е написано в съответствие с формулата, но отдясно наляво. За комплексообразователите в катионите се използват руски имена на елементи, а в аниони, лат.

Имена на най-често срещаните лиганди:

H 2 O - вода	Cl - хлоро	SO 4 2 - сулфат	OH - хидроксо
CO - карбонил	Br - бромо	CO 3 2 - карбонат	H - хидридо
NH3 - амин	NO 2 - нитро	CN - циано	НЕ - нитрозо
NO - нитрозил	O 2 - оксо	NCS - тиоцианат	H + I - хидро

Примери за имена на сложни катиони:

Примери за имена на комплексни аниони:

2 - тетрахидроксоцинкатен йон
3 – ди(тиосулфато)аргентат(I)-йон
3 – хексацианохромат(III)-йон
– тетрахидроксодикваалуминатен йон
– тетранитродиаминокобалтат(III)-йон
3 – пентацианоакваферат(II)-йон

Примери за имена на неутрални сложни частици:

По-подробни правила за номенклатурата са дадени в справочници и специални ръководства.

17.4. Химическа връзка в сложни съединения и тяхната структура

В кристалните комплексни съединения със заредени комплекси връзката между комплекса и йоните на външната сфера е йонна, докато връзките между останалите частици на външната сфера са междумолекулни (включително водородни връзки). В молекулните комплексни съединения връзката между комплексите е междумолекулна.

В повечето сложни частици връзките между централния атом и лигандите са ковалентни. Всички или част от тях се формират по донорно-акцепторния механизъм (в резултат на това с промяна на формалните заряди). В най-малко стабилните комплекси (например в аквакомплексите на алкални и алкалоземни елементи, както и амоний), лигандите се държат чрез електростатично привличане. Връзката в сложните частици често се нарича донорно-акцепторна или координационна връзка.

Нека разгледаме образуването му като използваме водната среда на желязо(II) като пример. Този йон се образува от реакцията:

FeCl 2cr + 6H 2 O = 2 + 2Cl

Електронната формула на железния атом е 1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 4с 2 3д 6. Нека направим схема на валентни поднива на този атом:

Когато се образува двойно зареден йон, железният атом губи две 4 с-електрон:

Железният йон приема шест електронни двойки кислородни атоми от шест водни молекули в свободни валентни орбитали:

Образува се сложен катион, чиято химична структура може да се изрази с една от следните формули:

Пространствената структура на тази частица се изразява с една от пространствените формули:

Формата на координационния полиедър е октаедър. Всички Fe-O връзки са еднакви. Предполагаем sp 3 д 2 - хибридизация на железен атом AO. Магнитните свойства на комплекса показват наличието на несдвоени електрони.

Ако FeCl 2 се разтвори в разтвор, съдържащ цианидни йони, реакцията протича

FeCl 2cr + 6CN = 4 + 2Cl.

Същият комплекс се получава и чрез добавяне на разтвор на калиев цианид KCN към разтвор на FeCl2:

2 + 6CN \u003d 4 + 6H 2 O.

Това предполага, че цианидният комплекс е по-силен от аквакомплекса. В допълнение, магнитните свойства на цианидния комплекс показват липсата на несдвоени електрони от железния атом. Всичко това се дължи на малко по-различна електронна структура на този комплекс:

„По-силните“ CN лиганди образуват по-силни връзки с железния атом, енергийната печалба е достатъчна, за да „наруши“ правилото на Хунд и да освободи 3 д-орбитали за несподелени двойки лиганди. Пространствената структура на цианидния комплекс е същата като тази на аквакомплекса, но типът на хибридизация е различен - д 2 sp 3 .

"Силата" на лиганда зависи главно от електронната плътност на облака на несподелената двойка електрони, т.е. тя се увеличава с намаляване на размера на атома, с намаляване на главното квантово число, зависи от тип хибридизация на EO и някои други фактори. Най-важните лиганди могат да бъдат подредени по реда на увеличаване на тяхната "сила" (вид "серия на активност" от лиганди), тази серия се нарича спектрохимични серии от лиганди:

аз; Br; : SCN, Cl, F, OH, H2O; : NCS, NH3; SO 3 S : 2 ; : CN, CO

За комплекси 3 и 3 схемите на формиране изглеждат както следва:

За комплекси с CN = 4 са възможни две структури: тетраедър (в случая sp 3-хибридизация), например 2 и плосък квадрат (в случай на dsp 2 хибридизация), например, 2 .

17.5. Химични свойства на комплексни съединения

За комплексните съединения, на първо място, същите свойства са характерни като за обикновените съединения от същите класове (соли, киселини, основи).

Ако съединението е киселина, то е силна киселина; ако е основа, тогава основата е силна. Тези свойства на комплексните съединения се определят само от наличието на H 3 O или OH йони. Освен това сложните киселини, основи и соли влизат в обичайните обменни реакции, например:

SO 4 + BaCl 2 \u003d BaSO 4 + Cl 2
FeCl3 + K4 = Fe43 + 3KCl

Последната от тези реакции се използва като качествена реакция за Fe 3 йони. Полученото ултрамариново неразтворимо вещество се нарича "пруско синьо" [систематичното наименование е желязо(III)-калиев хексацианоферат(II)].

В допълнение, самата сложна частица може да влезе в реакцията и колкото по-активно, толкова по-малко стабилна е тя. Обикновено това са реакции на заместване на лиганд, протичащи в разтвор, например:

2 + 4NH 3 \u003d 2 + 4H 2 O,

както и киселинно-алкални реакции като

2 + 2H 3 O = + 2H 2 O
2 + 2OH = + 2H 2 O

Образуван при тези реакции, след изолиране и изсушаване, той се превръща в цинков хидроксид:

Zn(OH) 2 + 2H 2 O

Последната реакция е най-простият пример за разлагане на сложно съединение. В този случай работи при стайна температура. Други комплексни съединения се разлагат при нагряване, например:

SO4. H 2 O \u003d CuSO 4 + 4NH 3 + H 2 O (над 300 o C)
4K 3 \u003d 12KNO 2 + 4CoO + 4NO + 8NO 2 (над 200 o C)
K 2 \u003d K 2 ZnO 2 + 2H 2 O (над 100 o C)

За да се оцени възможността за реакция на заместване на лиганд, може да се използва спектрохимичната серия, ръководена от факта, че по-силните лиганди изместват по-слабите от вътрешната сфера.

17.6. Изомерия на комплексни съединения

Изомерията на комплексните съединения е свързана
1) с възможно различно подреждане на лиганди и частици от външната сфера,
2) с различна структура на най-сложната частица.

Първата група включва хидратиран(общо взето солват) и йонизацияизомерия, към втория - пространствени оптичен.

Хидратната изомерия се свързва с възможността за различно разпределение на водните молекули във външната и вътрешната сфера на комплексното съединение, например: (червено-кафяв цвят) и Br 2 (син цвят).

Йонизационната изомерия е свързана с възможността за различно разпределение на йони във външната и вътрешната сфера, например: SO 4 (лилаво) и Br (червено). Първото от тези съединения образува утайка, реагирайки с разтвор на бариев хлорид, а второто - с разтвор на сребърен нитрат.

Пространствената (геометрична) изомерия, иначе наричана цис-транс изомерия, е характерна за квадратни и октаедрични комплекси (невъзможно е за тетраедрични). Пример: цис-транс квадратна комплексна изомерия

Оптичната (огледална) изомерия по същество не се различава от оптичната изомерия в органичната химия и е характерна за тетраедрични и октаедрични комплекси (невъзможно за квадратни).

Всички неорганични съединения се разделят на две групи:

1. връзки от първи ред, т.е. съединения, подчинени на теорията на валентността;

2. връзки от по-висок порядък, т.е. съединения, които не се подчиняват на концепциите на теорията на валентността. Съединенията от по-висок ред включват хидрати, амониати и др.

CoCl 3 + 6 NH 3 \u003d Co (NH 3) 6 Cl 3

Вернер (Швейцария) въвежда в химията идеи за съединения от по-висок порядък и им дава името комплексни съединения. Той отнася към CS всички най-стабилни съединения от по-висок порядък, които във воден разтвор или изобщо не се разлагат на съставни части, или се разлагат в малка степен. През 1893 г. Вернер предполага, че всеки елемент, след насищане, може също да прояви допълнителна валентност - координиране. Според координационната теория на Вернер във всяка КС има:

Cl3:комплексообразуващ агент (KO \u003d Co), лиганди (NH 3), координационно число (CN \u003d 6), вътрешна сфера, външна среда (Cl 3), координационен капацитет.

Централният атом на вътрешната сфера, около който са групирани йони или молекули, се нарича комплексообразовател. Ролята на комплексообразователи най-често се изпълнява от метални йони, по-рядко от неутрални атоми или аниони. Наричат ​​се йони или молекули, координиращи около централен атом във вътрешната сфера лиганди. Анионите могат да бъдат лиганди: G -, OH-, SN-, CNS-, NO 2 -, CO 3 2-, C 2 O 4 2-, неутрални молекули: H 2 O, CO, G 2, NH 3, N 2 H4. координационен номер е броят на местата във вътрешната сфера на комплекса, които могат да бъдат заети от лиганди. CN обикновено е по-висока от степента на окисление. CN = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12. Най-често срещаните CN = 4, 6, 2. Тези числа съответстват на най-симетричната конфигурация на комплекса - октаедрична (6), тетраедрични (4) и линейни (2). KCHзавист към природата на комплексообразователя и лигандите, както и към размерите на CO и лигандите. Координационен капацитет на лигандитее броят на местата във вътрешната сфера на комплекса, заети от всеки лиганд. За повечето лиганди координационният капацитет е единица ( монодентатни лиганди), по-малко от две ( бидентатни лиганди), има лиганди с по-висок капацитет (3, 4, 6) - полидентатни лиганди. Зарядът на комплекса трябва да бъде числено равен на общата външна сфера и противоположен по знак на нея. 3+ Cl 3 -.

Номенклатура на комплексните съединения.Много сложни съединения са запазили историческите си имена, свързани с цвета или името на учения, който ги е синтезирал. В момента се използва номенклатурата на IUPAC.

Ред на изброяване на йони. Анионът се нарича първо, след това катионът, докато коренът на латинското име KO се използва в името на аниона, а руското му име в родителния падеж се използва в името на катиона.

Cl е диаминсребърен хлорид; К 2 - калиев трихлорокупрат.

Ред на изброяване на лиганди. Лигандите в комплекса са изброени в следния ред: анионни, неутрални, катионни - без разделяне с тире. Анионите са изброени в реда H -, O 2-, OH -, прости аниони, сложни аниони, многоатомни аниони, органични аниони.

SO 4 - хлоронитродиаминетилендиаминплатинов сулфат (+4)

Край на координационните групи.Неутралните групи се наричат ​​по същия начин като молекулите. Изключенията са аква (H 2 O), амин (NH 3). Гласната "О" се добавя към отрицателно заредени аниони.

– хексоцианоферат (+3) хексааминакобалт (+3)

Префикси, показващи броя на лигандите.

1 - моно, 2 - ди, 3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - хекса, 7 - хепта, 8 - окта, 9 - нона, 10 - дека, 11 - индека, 12 - додека, много - поли.

Префиксите бис-, трис- се използват пред лиганди със сложни имена, където вече има моно-, ди- и т.н.

Cl 3 - трис (етилендиамин) железен хлорид (+3)

Имената на сложните съединения първо показват анионната част в именителния падеж и с наставката -at, а след това катионната част в родителния падеж. Въпреки това, преди името на централния атом както в анионната, така и в катионната част на съединението, всички лиганди, координирани около него, са изброени, като се посочва техният номер с гръцки цифри (1 - моно (обикновено се пропуска), 2 - ди, 3 - три , 4 - тетра, 5 - пента, 6 - хекса, 7 - хепта, 8 - окта). Наставката -o се добавя към имената на лигандите и първо се наричат ​​аниони, а след това неутрални молекули: Cl- - хлоро, CN- - циано, OH- - хидроксо, C2O42- - оксалато, S2O32- - тиосулфато, ( CH3) 2NH - диметиламино и др. Изключения: имената на H2O и NH3 като лиганди са както следва: "aqua" и "ammine". Ако централният атом е част от катиона, тогава се използва руското име на елемента, след което степента му на окисление е посочена в скоби с римски цифри. За централен атом в състава на аниона се използва латинското наименование на елемента и пред това име се посочва степента на окисление. За елементи с постоянна степен на окисление може да се пропусне. В случай на неелектролити степента на окисление на централния атом също не е посочена, тъй като се определя въз основа на електрическата неутралност на комплекса. Примери за заглавия:

Cl2 - дихлоро-тетрамин-платинов (IV) хлорид,

OH - диамин-сребърен(I) хидроксид.

Класификация на комплексни съединения.Използват се няколко различни класификации на COP.

1. чрез принадлежност към определен клас съединения:

сложни киселини - H 2

сложни основи -

комплексни соли - К 2

2. По естеството на лигандите: аква комплекси, амоняк. Цианид, халогенид и др.

Аквакомплекси - комплекси, в които водните молекули служат като лиганди, например Cl 2 - хексааквакалциев хлорид. Аминатите и аминатите са комплекси, в които лигандите са молекули на амоняк и органични амини, например: SO 4 - тетрамин меден (II) сулфат. Хидроксокомплекси. В тях ОН- йоните служат като лиганди. Особено характерно за амфотерните метали. Пример: Na 2 - натриев тетрахидроксоцинкат (II). Киселинни комплекси. В тези комплекси лигандите са аниони-киселинни остатъци, например К 4 - калиев хексацианоферат (II).

3. по знака на заряда на комплекса: катионен, анионен, неутрален

4. според вътрешната структура на КС: според броя на ядрата, изграждащи комплекса:

мононуклеарни - H 2, двуядрени - Cl 5 и др.,

5. чрез липса или наличие на цикли:прости и циклични CS.

Циклични или хелатни (щипкови) комплекси. Те съдържат би- или полидентатни лиганди, които сякаш улавят централния атом М като ракови нокти: Примери: Na 3 - натриев триоксалато-(III) ферат, (NO 3) 4 - триетилендиамино-платинов (IV) нитрат .

Групата на хелатните комплекси включва и вътрешнокомплексни съединения, в които централният атом е част от цикъла, образувайки връзки с лиганди по различни начини: чрез обменни и донорно-акцепторни механизми. Такива комплекси са много характерни за аминокарбоксилните киселини, например глицинът образува хелати с Cu 2+, Pt 2+ йони:

Хелатните съединения са особено силни, тъй като централният атом в тях е, така да се каже, блокиран от цикличен лиганд. Най-стабилни са хелатите с пет- и шестчленни пръстени. Комплексоните свързват металните катиони толкова силно, че когато се добавят, такива слабо разтворими вещества като CaSO 4, BaSO 4, CaC 2 O 4, CaCO 3 се разтварят. Поради това те се използват за омекотяване на вода, за свързване на метални йони по време на боядисване, обработка на фотографски материали и в аналитичната химия. Много комплекси от хелатен тип имат специфичен цвят и, следователно, съответните лигандни съединения са много чувствителни реагенти за катиони на преходни метали. Например диметилглиоксимът [C(CH3)NOH]2 служи като отличен реагент за Ni2+, Pd2+, Pt2+, Fe2+ и др. катиони.

Стабилност на комплексни съединения. Константа на нестабилност.Когато CS се разтвори във вода, настъпва разлагане и вътрешната сфера се държи като едно цяло.

К = К + + -

Заедно с този процес дисоциацията на вътрешната сфера на комплекса се извършва в малка степен:

Ag + + 2CN -

За да характеризираме стабилността на CS, въвеждаме константа на нестабилностравна на:

Константата на нестабилност е мярка за силата на CS. Колкото по-малко е K, толкова по-стабилен е COP.

Изомерия на комплексни съединения.За комплексните съединения изомерията е много често срещана и има:

1. солватната изомерия се среща в изомери, когато разпределението на водните молекули между вътрешната и външната сфера не е еднакво.

Cl 3 Cl 2 H 2 O Cl (H 2 O) 2

лилаво светло зелено тъмно зелено

2.Йонизационна изомерия е свързано с различната лекота на дисоциация на йони от вътрешната и външната сфера на комплекса.

4Cl2]Br24Br2]Cl2

SO 4 и Br - сулфат бромо-пентамин-кобалт (III) и бромид сулфат-пентамин-кобалт (III).

C и NO 2 - хлорид нитро-хлоро-диетилендиамино-кобалт (III) инитрит дихлоро-диетилендиамино-кобалт (III).

3. Координационна изомерия среща се само в бикомплексни съединения

[Co(NH3)6] [Co(CN)6]

Координационна изомериясреща се в тези комплексни съединения, където и катионът, и анионът са комплексни.

Например, тетрахлоро-(II)платинат тетрамин-хром(II) и тетрахлоро-(II)тетрамин-платина(II) хромат са координационни изомери

4. Комуникационна изомерия възниква само когато монодентатните лиганди могат да бъдат координирани чрез два различни атома.

5. Пространствена изомерия поради факта, че същите лиганди са разположени около CO или близо до (цис), или обратно ( транс).

Цис изомер (оранжеви кристали) Транс изомер (жълти кристали)

Изомери на дихлоро-диамин-платина

При тетраедрична подредба на лигандите цис-транс изомерията е невъзможна.

6. Огледална (оптична) изомерия, например в дихлоро-диетилендиамино-хром (III) + катион:

Както при органичните вещества, огледалните изомери имат еднакви физични и химични свойства и се различават по асиметрията на кристалите и посоката на въртене на равнината на поляризация на светлината.

7. Изомерия на лиганда , например за (NH 2) 2 (CH 2) 4 са възможни следните изомери: (NH 2) - (CH 2) 4 -NH 2, CH 3 -NH-CH 2 -CH 2 -NH-CH 3 , NH2-CH(CH3)-CH2-CH2-NH2

Проблемът за комуникацията в сложни съединения.Естеството на свързването в CS е различно и в момента се използват три подхода за обяснение: VS метод, MO метод и метод на теорията на кристалното поле.

Слънчев методвъведен от Полинг. Основните разпоредби на метода:

1. Връзка в CS се образува в резултат на донорно-акцепторно взаимодействие. Лигандите осигуряват електронни двойки, докато комплексообразувателят осигурява свободни орбитали. Мярка за силата на връзката е степента на орбитално припокриване.

2. CO орбиталите претърпяват хибридизация; видът на хибридизацията се определя от броя, природата и електронната структура на лигандите. Хибридизацията на CO се определя от геометрията на комплекса.

3. Допълнително укрепване на комплекса се дължи на факта, че заедно с s-връзката се образува p-връзка.

4. Магнитните свойства на комплекса се определят от броя на несдвоените електрони.

5. По време на образуването на комплекс разпределението на електроните в орбиталите може да остане както при неутралните атоми, така и да претърпи промени. Това зависи от природата на лигандите, неговото електростатично поле. Разработена е спектрохимична серия от лиганди. Ако лигандите имат силно поле, тогава те изместват електроните, карайки ги да се сдвоят и да образуват нова връзка.

Спектрохимични серии от лиганди:

CN - >NO 2 - >NH 3 >CNS - >H 2 O>F - >OH - >Cl - >Br -

6. VS методът дава възможност да се обясни образуването на връзка дори в неутрални и кластерни комплекси

К 3 К 3

1. Лигандите създават силно поле в първия CS и слабо поле във втория

2. Начертайте валентните орбитали на желязото:

3. Помислете за донорните свойства на лигандите: CN - имат свободни електронни орбитали и могат да бъдат донори на електронни двойки. CN - има силно поле, действа върху 3d орбитали, като ги уплътнява.

В резултат на това се образуват 6 връзки, докато във връзката участват вътрешните 3 d орбитали, т.е. образува се интраорбитален комплекс. Комплексът е парамагнитен и с нисък спин, тъй като има един несдвоен електрон. Комплексът е стабилен, т.к заети вътрешни орбитали.

Йони F - имат свободни електронни орбитали и могат да бъдат донори на електронни двойки, имат слабо поле и следователно не могат да кондензират електрони на ниво 3d.

В резултат на това се образува парамагнитен, високовъртящ се външноорбитален комплекс. Нестабилен и реактивен.

Предимства на VS метода: информативен

Недостатъци на VS метода: методът е подходящ за определен набор от вещества, методът не обяснява оптичните свойства (оцветяване), не прави енергийна оценка, т.к. в някои случаи се образува квадратичен комплекс вместо енергийно по-благоприятния тетраедричен.