Окраска комплексных соединений кратко
Обновлено: 02.07.2024
ТКП объясняет цвет комплексных соединений переходных металлов . Вследствие сравнительно небольшой разности энергии А между неэквивалентными t2g - и ег-орбиталями, возможен переход электрона с низкого на более высокий уровень энергии за счет поглощения выделяемого света, что приводит к окраске комплекса. Например, [ T HgOJe ] 3 имеет один неспаренный электрон на г-орбитали, который под влиянием света переходит на ег-орбиталь, что сопровождается появлением фиолетового окрашивания. [2]
К последним относятся оптические свойства ( цвет комплексных соединений , спектры поглощения), представляющие большой интерес в химии комплексных соединений. В связи с этим в последнее время все больше и больше применяются теории кристаллического поля и молекулярных орбиталей, а теория валентных связей отступает на задний план. [3]
Определение основано па образовании окрашенного в оранжево-розовый цвет комплексного соединения при взаимодействии кобальта с нитрозо - К-солыо. [4]
Определение основано на образовании окрашенного в оранжево-розовый цвет комплексного соединения при взаимодействии кобальта с нитрозо - Н - солыо. [5]
II были рассмотрены причины, вызывающие изменение цвета комплексного соединения по сравнению с цветом исходного красителя. Получаемый на ткани ( после крашения) комплекс включает краситель, комплексообразователь и волокно. Этим объясняется устойчивость окраски к свету и мокрым обработкам. [6]
Интересно отметить, что в случае сложных лигандов цвет комплексного соединения может изменяться по-разному в зависимости от того, какой атом непосредственно связан с комплексообразователем. Например, комплексный ион [ CoNO2 ( NH3) 5 ] 2 красного цвета, если NC2 связан с комплексообразователем через кислород; при непосредственной связи N-Со комплексное соединение имеет желтый цвет. Поэтому такие сложные лиганды в принципе могут находиться в спектрохимическом ряду в нескольких местах в зависимости от того, какой атом, входящий в их состав, связан непосредственно с комплексообразователем. [7]
Метод основан на фотометрическом опреде - лении окрашенного в синевато-голубой цвет комплексного соединения галлия с сульфохлорфенолом С. [8]
Метод основан на образовании в присутствии окислителя окрашенного в буро-красный цвет комплексного соединения никеля с диметилглиоксимом. Содержание никеля в растворе определяют колориметрически по стандартной шкале. [9]
Рассматриваемый ряд лигандов называется спектрохимическим потому, что сила поля лиганда влияет на цвет комплексного соединения . Окраска вещества зависит от того, с какой длиной волны могут им поглощаться фотоны. [10]
Метод основан на реакции взаимодействия л-динитробензола со щелочью в среде ацетона с образованием окрашенного в краснэ-фиолетовый цвет комплексного соединения . [11]
Определение основано на реакции взаимодействия иона вольфрама с метиловым фиолетовым в кислой среде с образованием окрашенных в сиренево-фиолетовый цвет комплексных соединений . [12]
Замена одних лигандов на другие, разумеется, влияет на величину параметра расщепления А и тем самым на поглощение света и на цвет комплексного соединения . Экспериментально это обнаружено уже в двадцатые годы, когда было отмечено, что замена одних лигандов другими смещает максимум поглощения света либо в сторону длинных, либо в сторону коротких волн. [13]
Пероксидный метод определения содержания титана является наиболее старым и одним из распространенных методов благодаря своей простоте и доступности реагента. Метод основан на образовании в сернокислом растворе в присутствии пероксида водорода окрашенного в желтый или оранжевый ( при высоких концентрациях титана) цвет комплексного соединения титана . [14]
Большинство определений основано на образовании цветных солей, окрашенных комплексных соединений или других цветных реакциях. Так, для определения примеси железа по ГОСТ 10555 - 63 применяют несколько методов в. Самый чувствительный - батофенантролиновый метод, основанный на образовании окрашенного в ризовый цвет комплексного соединения двухвалентного железа . Вместо батофенантролина можно применять о-фенантролим, дающий оранжево-красный, или а, а-дипи-ридил-малиново - красный комплекс с двухвалентным железом. [15]
Важнейшим достижением ТКП является хорошее объяснение причин той или иной окраски комплексных соединений. Прежде чем мы попытаемся объяснить причину появления окраски у комплексных соединений, напомним, что видимый свет представляет собой электромагнитное излучение, длина волны которого находится в пределах от 400 до 700 нм. Энергия этого излучения обратно пропорциональна его длине волны:
Энергия 162 193 206 214 244 278 300
Длина волны 760 620 580 560 490 430 400
Оказывается, энергия расщепления d-уровня кристаллическим полем, обозначаемая символом D, имеет величину такого же порядка, что и энергия фотона видимого света. Поэтому комплексы переходных металлов могут поглощать свет в видимой области спектра. Поглощаемый фотон возбуждает электрон с нижнего энергетического уровня d-орбиталей на более высокий уровень. Поясним сказанное на примере [Ti(H2O)6] 3+ . У титана (III) только 1 d-электрон, комплекс имеет в видимой области спектра лишь один пик поглощения. Максимум интенсивности 510 нм. Свет с этой длиной волны заставляет d-электрон переместиться с нижнего энергетического уровня d‑орбиталей на верхний. В результате поглощения излучения молекула поглощаемого вещества переходит из основного состояния с минимальной энергией Е1в более высокое энергетическое состояние Е2. Энергия возбуждения распределяется по отдельным энергетическим колебательным уровням молекулы, превращаясь в тепловую. Электронные переходы, вызванные поглощением строго определенных квантов световой энергии, характеризуются наличием строго определенных полос поглощения. Причем, поглощение света происходит только в том случае, когда энергия поглощаемого кванта совпадает с разностью энергий DЕ между квантовыми энергетическими уровнями в конечном и начальном состояниях поглощающей молекулы:
где h — постоянная Планка; n — частота поглощаемого излучения; с- скорость света; l - длина волны поглощаемого света.
Когда образец какого-либо вещества освещается светом, в наш глаз поступают отраженные от него лучи всех непоглощенных образцом цветов. Если образец поглощает свет всех длин волн, лучи от него не отражаются, и такой предмет кажется нам черным. Если же образец вообще не поглощает света, мы его воспринимаем как белый или бесцветный. Если образец поглощает все лучи кроме оранжевого, то он кажется оранжевым. Возможен и еще один вариант — образец может казаться оранжевым и тогда, когда в наш глаз попадают лучи всех цветов кроме голубого. И наоборот, если образец поглощает только оранжевые лучи, он кажется голубым. Голубой и оранжевый цвет называются дополнительными.
| Цвет поглощаемого излучения | красный | оранжевый | желтый | зеленый | голубой | фиолетовый |
| Дополнительный цвет | зеленый | голубой | фиолетовый | красный | оранжевый | желтый |
Последовательность спектральных цветов: каждый охотник желает знать, гдесидит фазан — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.
Для аквакомплекса [Fe(H2O)6] 3+ числовому значению Dрасщ.= 163 кДж/моль соответствует граница видимого красного излучения, поэтому водные растворы солей Fe 3+ практически бесцветны. Гексацианоферрат (III) имеет Dрасщ.= 418 кДж/моль, что соответствует поглощению в сине-фиолетовой части спектра и отражению в желто-оранжевой. Растворы, содержащие гексацианоферрат (III)-ионы, окрашены в желтый цвет с оранжевым оттенком. Значение Dрасщ. [Fe(H2O)6] 3+ невелико, по сравнению с [Fe(CN)6] 3- , что отражает не очень большую энергию связи Fe 3+ —OH2. Большая энергия расщепления [Fe(CN)6] 3- свидетельствует о том, что энергия связи Fe 3+ —CN – больше, и, следовательно, для отщепления CN – нужна большая энергия. Из экспериментальных данных известно, что молекулы Н2О в координационной сфере [Fe(H2O)6] 3+ имеют среднее время жизни около 10 -2 с, а комплекс [Fe(CN)6] 3- чрезвычайно медленно отщепляет лиганды CN - .
Рассмотрим несколько примеров, позволяющих решать задачи с применением ТКП.
Пример: комплексный ион транс‑[Co(NH3)4Cl2] + поглощает свет главным образом в красной области спектра — 640 нм. Какова окраска этого комплекса?
Решение: поскольку рассматриваемый комплекс поглощает красный свет, его окраска должна быть дополнительной к красному цвету — зеленой.
Пример: ионы А1 3+ , Zn 2+ и Co 2+ находятся в октаэдрическом окружении лигандов. Какой из этих ионов может поглощать видимый свет и вследствие этого представляется нам окрашенным?
Решение: ион А1 3+ имеет электронную конфигурацию [Ne]. Поскольку у него нет внешних d‑электронов, он не окрашен. Ион Zn 2+ имеет электронную конфигурацию [Ar] — 3d 10 . В этом случае все d-орбитали заполнены электронами. Орбитали dx2– y2 и dx2не могут принять электрон, возбуждаемый с нижнего энергетического уровня орбиталей dxy, dyz, dxz. Поэтому комплекс Zn 2+ тоже бесцветен. Ион Со 2+ имеет электронную конфигурацию [Ar] — d 7 . В этом случае возможно перемещение одного d-электрона с нижнего энергетического уровня орбиталей dxy, dyz, dxz на верхний энергетический уровень орбиталей dx2– y2и dx2. Поэтому комплекс иона Со 2+ окрашен.
Пример: как объяснить, почему окраска диамагнитных комплексов [Cо(NH3)6] 3+ , [Co(en)3] 3+ , [Co(NO2)6] 3– оранжевая, тогда как у парамагнитных комплексов [CoF6] 3– , [CoF3(H2O)3] 0 окраска голубая?
Решение: оранжевое окрашивание комплексов указывает на поглощение в сине-фиолетовой части спектра, т.е. в области коротких длин волн. Таким образом, расщепление для этих комплексов — большая величина, что и обеспечивает их принадлежность к низкоспиновым комплексам (D>Р). Спаривание электронов (d 6 -конфигурация, все шесть электронов на t2gподуровне) связано с тем, что лиганды NH3, en, NO2 - принадлежат к правой части спектрохимического ряда. Поэтому они при комплексообразовании создают сильное поле. Окрашивание второй группы комплексов в голубой цвет означает, что они поглощают энергию в желто‑красной, т.е. длинноволновой части спектра. Так как длина волны, при которой комплекс поглощает свет, определяет величину расщепления, можно сказать, что значение D в этом случае относительно мало (D – и H2O находятся в левой части спектрохимического ряда и образуют слабое поле. Поэтому энергии расщепления D в данном случае недостаточно для спаривания электронов кобальта (III) и электронная конфигурация в этом случае — t 4 2g,е 2 g, а не t 6 2ge 0 g.
Пример: используя теорию кристаллического поля, объясните, почему комплексный ион [CuCl2] - в водном растворе бесцветный, а [Cu(H2O)2Cl4] 2 – окрашен в зеленый цвет?
Решение: комплекс [CuCl2] - образован катионом меди Cu + с электронной конфигурацией 3d 10 4s 0 , все d-орбитали заполнены, переход электронов невозможен, поэтому раствор не окрашен. Комплекс [Cu(H2O)2Cl4] 2- образован катионом Cu 2+ , электронная конфигурация которого 3d 9 4s 0 , следовательно на d– подуровне имеется вакансия. Переход электронов при поглощении света на d-подуровне определяет окраску комплекса. Аквакомплексы меди (П) имеют в водном растворе голубую окраску, введение во внутреннюю сферу комплекса хлорид-ионов приводит к образованию смешанно-лигандного комплекса, что и вызывает изменение окраски раствора на зеленую.
Пример: По методу валентных связей с учетом теории кристаллического поля определите тип гибридизации центрального атома и предскажите геометрическую форму комплексов:
Решение: выберем среди указанных комплексов соединения, образованные Э + , это:
Химическая связь в данных комплексах образована по донорно-акцепторному механизму, донорами электронов являются лиганды: молекулы аммиака и цианид-ионы (монодентатные лиганды) и тиосульфат ионы (бидентатный лиганд). Акцептор электронов – катион Э + . Электронная конфигурация (n-1)d 10 ns 0 np 0 . В образовании двух связей с монодентатными лигандами принимают участие внешние ns- и np- орбитали, тип гибридизации центрального атома sp, геометрическая форма комплексов линейная, нет неспаренных электронов, ион диамагнитен. При образовании четырех донорно-акцепторных связей с бидентатным лигандом по МВС принимают участие одна s –орбиталь и три p-орбитали центрального атома, тип гибридизации sp 3 , геометрическая форма комплекса тетраэдрическая, нет неспаренных электронов.
Вторая группа комплексов:
образована ионом золота (III), электронная конфигурация которого 5d 8 6s 0 . Лиганды, принимающие участие в образовании комплексов, можно в соответствии со спектрохимическим рядом лигандов разделить на слабые: хлорид- и бромид-ионы и сильные: аммиак и цианид-ионы. На 5d-орбиталях в соответствии с правилом Хунда имеется два неспаренных электрона и они сохраняются при образовании донорно-акцепторных связей с лигандами слабого поля. Для образования связей катион золота предоставляет одну 6s- и три 6p-орбитали. Тип гибридизации центрального атома sp 3 . Пространственная структура комплексного иона – тетраэдрическая. Имеется два неспаренных электрона, комплекс парамагнитен.
Под воздействием лигандов сильного поля происходит спраривание электронов иона золота (III) с освобождением одной 5d-орбитали. В образовании четырех донорно-акцепторных связей принимают участие одна 5d- ,одна 6s- и две 6р-орбитали центрального атома. Тип гибридизации dsp 2 .Это приводит к плоско-квадратной структуре комплексного иона. Нет неспаренных электронов, комплексы диамагнитны.
Окраска раствора комплекса зависит от его состава, строения и определяется длиной волны lmax, отвечающей максимуму полосы поглощения, интенсивностью полосы, зависящей от того, запрещен ли квантовохимически соответствующий электронный переход, размытостью полосы поглощения, зависящий от ряда параметров, таких, как электронная структура комплекса, интенсивность теплового движения в системе, степень искажения правильной геометрической формы координационного полиэдра и др.
В настоящее время образование и свойства комплексных соединений объясняют с точки зрения теории метода валентных связей (ВС), теории кристаллического поля (ТКП) и теории молекулярных орбиталей (МО).
Далее кратко на примерах рассмотрим каждую из теорий.
Строение комплексных соединений с точки зрения теории метода валентных связей
Теория метода валентных связей (ВС) рассматривает образование комплексных ионов как донорно-акцепторное взаимодействие неподеленных электронных пар лиганда и свободных орбиталей комплексообразователя.
Рассмотрим комплексный ион [Co(NH3)6] 3+
Ион-комплексообразователь Co 3+ имеет следующую электронную конфигурацию:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 6 4p 0 4d 0
В соответствии с правилом Хунда электроны на внешнем энергетическом уровне располагаются следующим образом:
Комплексообразователь имеет координационное число к.ч. = 6, поэтому может присоединить 6 лигандов, каждый из которых имеет неподеленную электронную пару и является, таким образом, донором электронов. Акцептор (комплексообразователь) для размещения шести электронных пар должен предоставить шесть вакантных орбиталей.
При образовании комплексного иона [Co(NH3)6] 3+ четыре неспаренных электрона в d – состоянии Co 3+ сначала образуют электронные пары, в результате чего две 3d-орбитали освобождаются:
Затем образуется сам комплексный ион [Co(NH3)6] 3+ , имеющий следующее строение:
В образовании этого комплексного иона принимают участие внутренние 3d-орбитали и внешние 4s- и 4p-орбитали. Тип гибридизации — d 2 sp 3 .
Наличие только спаренных электронов говорит о диамагнитных свойствах иона.
Строение комплексных соединений с точки зрения теории кристаллического поля
Теория кристаллического поля основывается на допущении, что связь между комплексообразователем и лигандами частично ионная. Однако принимается во внимание влияние электростатического поля лигандов на энергетическое состояние электронов центрального иона.
Рассмотрим две комплексные соли:
K2[Zn(CN)4] – имеет тетраэдрическую пространственную структуру (sp 3 — гибридизация)
K3[Fe(CN)6] – имеет октаэдрическую пространственную структуру (sp 3 d 2 -гибридизация)
Комплексообразователи имеют следующую электронную конфигурацию:
d – электроны одного и того же энергетического уровня одинаковы в случае свободного атома или иона. Но действие электростатического поля лигандов способствует расщеплению энергетических уровней d – орбиталей в центральном ионе. И расщепление тем больше (при одном и том же комплексообразователе), чем сильнее поле, создаваемое лигандами. По своей способности вызывать расщепление энергетических уровней лиганды располагаются в ряд:
CN — > NO2 — > NH3 > SCN — > H2O > OH — > F — > Cl — > Br — > I —
Строение комплексного иона влияет на характер расщепления энергетических уровней комплексообразователя.
При октаэдрическом строении комплексного иона, dγ-орбитали (dz 2 -, dx 2 -y 2 -орбитали) подвержены сильному взаимодействию поля лигандов, и электроны этих орбиталей могут иметь большую энергию, чем электроны dε-орбитали (dxy, dxz, dyz – орбитали).
Расщепление энергетических уровней для электронов в d-состоянии в октаэдрическом поле лигандов можно представить в виде схемы:
Здесь Δокт – энергия расщепления в октаэдрическом поле лигандов.
При тетраэдрической структуре комплексного иона dγ-орбитали обладают более низкой энергией, чем dε-орбитали:
Здесь Δтетр– энергия расщепления в тетраэдрическом поле лигандов.
Энергию расщепления Δ определяют экспериментально по спектрам поглощения веществом квантов света, энергия которых равна энергии соответствующих электронных переходов. Спектр поглощения, а также и окраска комплексных соединений d-элементов, обусловлены переходом электронов с d-орбитали низшей энергии на d-орбиталь с более высокой энергией.
Так, в случае соли K3[Fe(CN)6], при поглощении кванта света, вероятен переход электрона с dε-орбитали на dγ-орбиталь. Этим объясняется, что гексацианоферрат(III) калия K3[Fe(CN)6] имеет оранжево-красную окраску. А соль тетрацианоцинкат калия K2[Zn(CN)4] не может поглощать свет и, вследствие этого, она бесцветна. Это объясняется тем, что переход электронов с dγ-орбитали на dε-орбиталь неосуществим.
Строение комплексных соединений с точки зрения теории молекулярных орбиталей
Метод молекулярных орбиталей (МО) был ранее рассмотрен в разделе Химическая связь и строение молекул.
С помощью этого метода изобразим электронную конфигурацию высокоспинового комплексного иона [Ni(NH3)6] 2+ .
Электронная конфигурация иона Ni 2+ :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 8 4p 0 4d 0 или …4s 0 3d 8 4p 0 4d 0
В комплексном ионе [Ni(NH3)6] 2+ в образовании химической связи принимают участие 8 электронов центрального иона Ni 2+ и 12 электронов шести лигандов NH3.
Комплексный ион имеет октаэдрическое строение. Образование МО возможно только в том случае, когда энергии исходных взаимодействующих частиц близки по своим значениям, а также ориентированы в пространстве соответствующим образом.
В нашем случае, орбиталь 4s иона Ni 2+ равноценно перекрывается с орбиталями каждого из шести лигандов. В результате этого образуются молекулярные орбитали: связывающая σs св и разрыхляющая σs разр .
Перекрывание трех 4p-орбиталей комплексообразователя с орбиталями лигандов приводит к образованию шести σp-орбиталей: связывающих σх св , σy св , σz св и разрыхляющих σх разр , σy разр , σz разр .
Перекрывание dz 2 и dx 2 —y 2 комплексообразователя с орбиталями лигандов способствует образованию четырех молекулярных орбиталей: двух связывающих σ св х 2 —y 2 , σ св z 2 и двух разрыхляющих σ разр х 2 — y 2 , σ разр z 2 .
Орбитали dxy, dxz, dyz иона Ni 2+ не связываются с орбиталями лигандов, т.к. не направлены к ним. Вследствие этого, они не принимают участия в образовании σ-связи, и являются несвязывающими орбиталями: πxz, πxy, πyz.
Итого, комплексный ион [Ni(NH3)6] 2+ содержит 15 молекулярных орбиталей. Расположение электронов можно изобразить следующим образом:
Схематично образование молекулярных орбиталей изображено на диаграмме ниже:
Цель. Сформировать понятие о составе, классификации, строении и основах номенклатуры комплексных соединений; рассмотреть их химические свойства и показать значение; расширить представления учащихся о многообразии веществ.
Оборудование. Образцы комплексных соединений.
I. Организационный момент.
II. Изучение нового материала (лекция).
III. Подведение итогов и постановка домашнего задания.
План лекции
1. Многообразие веществ.
2. Координационная теория А.Вернера.
3. Строение комплексных соединений.
4. Классификация комплексных соединений.
5. Природа химической связи в комплексных соединениях.
6. Номенклатура комплексных соединений.
7. Химические свойства комплексных соединений.
8. Значение комплексных соединений.
I. Организационный момент
II. Изучение нового материала
Многообразие веществ
Мир веществ многообразен, и мы уже знакомы с группой веществ, которые принадлежат к комплексным соединениям. Данными веществами стали заниматься с XIX в., но понять их строение с позиций существовавших представлений о валентности было трудно.
Координационная теория А.Вернера
В 1893 г. швейцарским химиком-неоргаником Альфредом Вернером (1866–1919) была сформулирована теория, позволившая понять строение и некоторые свойства комплексных соединений и названная координационной теорией*. Поэтому комплексные соединения часто называют координационными соединениями.
Соединения, в состав которых входят сложные ионы, существующие как в кристалле, так и в растворе, называются комплексными, или координационными.
Строение комплексных соединений
Согласно теории Вернера центральное положение в комплексных соединениях занимает, как правило, ион металла, который называют центральным ионом, или комплексообразователем.
Комплексообразователь – частица (атом, ион или молекула), координирующая (располагающая) вокруг себя другие ионы или молекулы.
Комплексообразователь обычно имеет положительный заряд, является d-элементом, проявляет амфотерные свойства, имеет координационное число 4 или 6. Вокруг комплексообразователя располагаются (координируются) молекулы или кислотные остатки – лиганды (адденды).
Лиганды – частицы (молекулы и ионы), координируемые комплексообразователем и имеющие с ним непосредственно химические связи (например, ионы: Cl – , I – , NO3 – , OH – ; нейтральные молекулы: NH3, H2O, CO).
Лиганды не связаны друг с другом, так как между ними действуют силы отталкивания. Когда лигандами являются молекулы, между ними возможно молекулярное взаимодействие. Координация лигандов около комплексообразователя является характерной чертой комплексных соединений (рис. 1).
Рис. 1. Координация цианид-ионов вокруг иона железа
Координационное число – это число химических связей, которые комплексообразователь образует с лигандами.
Рис. 2. Тетраэдрическая структура иона [AlBr4] –
Значение координационного числа комплексообразователя зависит от его природы, степени окисления, природы лигандов и условий (температура, концентрация), при которых протекает реакция комплексообразования. Координационное число может иметь значения от 2 до 12. Наиболее распространенными являются координационные числа 4 и 6. Для координационного числа 4 структура комплексных частиц может быть тетраэдрической [AlBr4] – (рис. 2) и в виде плоского квадрата [Pt(NH3)2Cl2] (рис. 3). Комплексные соединения с координационным числом 6 имеют октаэдрическое строение [AlF6] 3– (рис. 4).
Рис. 3. Соединение [Pt(NH3)2Cl2]
со структурой плоского квадрата
Рис. 4. Ион [AlF6]3– октаэдрического строения
Комплексообразователь и окружающие его лиганды составляют внутреннюю сферу комплекса. Частица, состоящая из комплексообразователя и окружающих лигандов, называется комплексным ионом. При изображении комплексных соединений внутреннюю сферу (комплексный ион) ограничивают квадратными скобками. Остальные составляющие комплексного соединения расположены во внешней сфере (рис. 5).
Суммарный заряд ионов внешней сферы должен быть равен по значению и противоположен по знаку заряду комплексного иона:
Рис. 5. Пояснения к изображению формул соединений с комплексным анионом (а)
и комплексным катионом (б)
Заряд комплексного иона легко подсчитать, зная степень окисления составляющих его частей.
Классификация комплексных соединений
Большое многообразие комплексных соединений и их свойств не позволяет создать единую классификацию. Однако можно группировать вещества по некоторым отдельным признакам.
1) По составу.
2) По типу координируемых лигандов.
а) Аквакомплексы – это комплексные катионы, в которых лигандами являются молекулы H2O. Их образуют катионы металлов со степенью окисления +2 и больше, причем способность к образованию аквакомплексов у металлов одной группы периодической системы уменьшается сверху вниз.
б)Гидроксокомплексы – это комплексные анионы, в которых лигандами являются гидроксид-ионы OH – . Комплексообразователями являются металлы, склонные к проявлению амфотерных свойств – Be, Zn, Al, Cr.
в) Аммиакаты – это комплексные катионы, в которых лигандами являются молекулы NH3. Комплексообразователями являются d-элементы.
г) Ацидокомплексы – это комплексные анионы, в которых лигандами являются анионы неорганических и органических кислот.
3) По заряду внутренней сферы.
Природа химической связи в комплексных соединениях
Во внутренней сфере между комплексообразователем и лигандами существуют ковалентные связи, образованные в том числе и по донорно-акцепторному механизму. Для образования таких связей необходимо наличие свободных орбиталей у одних частиц (имеются у комплексообразователя) и неподеленных электронных пар у других частиц (лиганды). Роль донора (поставщика электронов) играет лиганд, а акцептором, принимающим электроны, является комплексообразователь. Донорно-акцепторная связь возникает как результат перекрывания свободных валентных орбиталей комплексообразователя с заполненными орбиталями донора.
Между внешней и внутренней сферой существует ионная связь. Приведем пример.
Электронное строение атома бериллия:
Электронное строение атома бериллия в возбужденном состоянии:
Электронное строение атома бериллия в комплексном ионе [BeF4] 2– :
Пунктирными стрелками показаны электроны фтора; две связи из четырех образованы по донорно-акцепторному механизму. В данном случае атом Be является акцептором, а ионы фтора – донорами, их свободные электронные пары заполняют гибридизованные орбитали (sp 3 -гибридизация).
Номенклатура комплексных соединений
K3[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(III) калия,
K2[Zn(OH)4] – тетрагидроксоцинкат калия.
Названия соединений, содержащих комплексный катион, строятся из названий анионов внешней среды, после которых указывается число лигандов, дается латинское название лиганда (молекула аммиака NH3 – аммин, молекула воды H2O – аква от латинского названия воды) и русское название элемента-комплексообразователя; римской цифрой в скобках указывается степень окисления элемента-комплексообразователя, если она переменная. Например:
Химические свойства комплексных соединений
1. В растворе комплексные соединения ведут себя как сильные электролиты, т.е. полностью диссоциируют на катионы и анионы:
Диссоциация по такому типу называется первичной.
Вторичная диссоциация связана с удалением лигандов из внутренней сферы комплексного иона:
Вторичная диссоциация происходит ступенчато: комплексные ионы ([PtCl4] 2– ) являются слабыми электролитами.
2. При действии сильных кислот происходит разрушение гидроксокомплексов, например:
а) при недостатке кислоты
б) при избытке кислоты
3. Нагревание (термолиз) всех аммиакатов приводит к их разложению, например:
Значение комплексных соединений
Координационные соединения имеют исключительно большое значение в природе. Достаточно сказать, что почти все ферменты, многие гормоны, лекарства, биологически активные вещества представляют собой комплексные соединения. Например, гемоглобин крови, благодаря которому осуществляется перенос кислорода от легких к клеткам ткани, является комплексным соединением, содержащим железо (рис. 6), а хлорофилл, ответственный за фотосинтез в растениях, – комплексным соединением магния (рис. 7).
Рис. 6. Гем-группа в молекуле гемоглобина
Значительную часть природных минералов, в том числе полиметаллических руд и силикатов, также составляют координационные соединения. Более того, химические методы извлечения металлов из руд, в частности меди, вольфрама, серебра, алюминия, платины, железа, золота и других, также связаны с образованием легкорастворимых, легкоплавких или летучих комплексов. Например: Na3[AlF6] – криолит, KNa3[AlSiO4]4 – нефелин (минералы, комплексные соединения, содержащие алюминий).
Рис. 7. Хлорофилл c1
Современная химическая отрасль промышленности широко использует координационные соединения как катализаторы при синтезе высокомолекулярных соединений, при химической переработке нефти, в производстве кислот.
III. Подведение итогов и постановка домашнего задания
Домашнее задание.
2) Письменно дать характеристику следующим комплексным соединениям по строению и классифицировать по признакам:
3) Написать уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения:
* За открытие этой новой области науки А.Вернер в 1913 г. был удостоен Нобелевской премии.
Читайте также: