Теория вернера комплексные соединения кратко

Обновлено: 30.06.2024

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.

Состав.

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

Классификация

Большое многообразие комплексных соединений и их свойств не позволяет создать единую классификацию. Однако можно группировать вещества по некоторым отдельным признакам.

1) По составу.

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.
Примеры аквакомплексов:
[Al(H2O)6]Cl3, [Cr(H2O)6](NO3)3.

б)Гидроксокомплексы – это комплексные анионы, в которых лигандами являются гидроксид-ионы OH–. Комплексообразователями являются металлы, склонные к проявлению амфотерных свойств – Be, Zn, Al, Cr.
Например: Na[Al(OH)4], Ba[Zn(OH)4].
в) Аммиакаты – это комплексные катионы, в которых лигандами являются молекулы NH3. Комплексообразователями являются d-элементы.
Например: [Cu(NH3)4]SO4, [Ag(NH3)2]Cl.

г) Ацидокомплексы – это комплексные анионы, в которых лигандами являются анионы неорганических и органических кислот.
Например: K3[Al(C2O4)3], Na2[Zn(CN)4], K4[Fe(CN)6].

3) По заряду внутренней сферы.

Номенклатура комплексных соединений

Если у комплексообразователя переменная степень окисления, то в скобках римскими цифрами указывают его степень окисления, а его название с суффиксом -ат: Zn – цинкат, Fe – феррат(III), Au – аурат(III). Последним называют катион внешней сферы в родительном падеже

Примеры:

Примеры:
K3[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(III) калия,
K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(II) калия,
K2[Zn(OH)4] – тетрагидроксоцинкат калия.

Например:

Например:
[Cu(NH3)4]SO4 – сульфат тетраамминмеди(II),
[Al(H2O)6]Cl3 – хлорид гексаакваалюминия.

Химические свойства комплексных соединений

1. В растворе комплексные соединения ведут себя как сильные электролиты, т.е. полностью диссоциируют на катионы и анионы.
[Pt(NH3)4]Cl2 = Pt(NH3)4] 2+ + 2Cl –,
K2[PtCl4] = 2K+ + [PtCl4] 2–

2. При действии сильных кислот происходит разрушение гидроксокомплексов а) при недостатке кислоты
Na3[Al(OH)6] + 3HCl = 3NaCl + Al(OH)3 + 3H2O;
б) при избытке кислоты
Na3[Al(OH)6] + 6HCl = 3NaCl + AlCl3 + 6H2O.

3. Нагревание (термолиз) всех аммиакатов приводит к их разложению, например:
[Cu(NH3)4]SO4 = CuSO4 + 4NH3 .

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, а хлорофилл, ответственный за фотосинтез в растениях, – комплексным соединением магния.

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).

Современная химическая отрасль промышленности широко использует координационные соединения как катализаторы при синтезе высокомолекулярных соединений, при химической переработке нефти, в производстве кислот.

Задания.

Письменно дать характеристику следующим комплексным соединениям по строению и классифицировать по признакам:
K3[Cr(OH)6], [Cr(H2O)6](NO3)3, Na2[Zn(CN)4], [Ag(NH3)2]OH.

Написать уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения:

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

Соединения, в состав которых входят сложные ионы, существующие как в кристалле, так и в растворе, называются комплексными, или координационными.

Строение комплексных соединений

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).

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

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.

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

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.

Координационное число — общее число нейтральных молекул и ионов, связанных с центральным ионом в комплексе; например, для комплексного соединения K₂[PtCl₆], координационное число иона платины равно шести; для соединения [Cu(NH₃)₄]SO₄ координационное число ионов меди равно четырем.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Координационная теория" в других словарях:

КООРДИНАЦИОННАЯ ТЕОРИЯ — касается строения т. н. комплексных соединений (см.) или шире молекулярных соединений. Основные ее положения были впервые формулированы нем. химиком Вернером (A. Werner: 1893), и в наст, время в учении о хим. сродстве она играет не менее важную… … Большая медицинская энциклопедия

Теория кристаллического поля — квантохимическая модель, в которой электронная конфигурация соединений переходных металлов описывается как состояния иона либо атома, находящегося в электростатическом поле, создаваемым окружающими его ионами, атомами или молекулами. Концепция… … Википедия

Координационная химия — Координационная химия раздел химии, в котором изучаются химические соединения, состоящие из центрального атома (или иона) и связанных с ним молекул или ионов лигандов. Свойства См. также: Координационная сфера Комплекс может быть… … Википедия

Координационная геометрия — Содержание 1 Молекулы 2 Координационные комплексы неорганических соединений … Википедия

Комплексные соединения — Цис платин одно из многих координационных соединений Комплексные соединения (лат. complexus сочетание, обхват) или координационные соединения (л … Википедия

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ — принадлежат к многочисленному классу хим. веществ, к рые по своему эмпирическому составу представляют собой соединения нескольких простейших молекул, как напр. кристаллогидраты, аммиакаты, двойные соли и т. д., и структура к рых не может быть… … Большая медицинская энциклопедия

Комплексные соединения — координационные соединения, химические соединения, состав которых не укладывается в рамки представлений об образовании химических связей за счет неспаренных электронов. Обычно более сложные К. с. образуются при взаимодействии простых… … Большая советская энциклопедия

ВАЛЕНТНОСТЬ — (от лат. valere иметь значение), или атомность, число атомов водорода или эквивалентных ему атомов или радикалов, к рое может присоединить данный атом или радикал. В. является одной из основ распределения элементов в периодической системе Д. И.… … Большая медицинская энциклопедия

Вернер Альфред — Вернер (Werner) Альфред (12.12.1866, Мюльхаузен, Эльзас, ‒ 15.11.1919, Цюрих), швейцарский химик неорганик, один из основателей химии комплексных соединений. В 1889 окончил высшую политехническую школу в Цюрихе. В 1890 защитил докторскую… … Большая советская энциклопедия

Вернер — I Вернер (Werner) Абраам Готлоб (25.9.1750, Верау, близ Гёрлица, 30.6.1817, Дрезден), немецкий геолог и минералог. С 1771 изучал естественные науки в Лейпцигском университете; с 1775 преподавал во Фрейбергской горной академии. Разработал… … Большая советская энциклопедия

Вернер родился в 1866 году в городе Мюлузе (Эльзас), в семье рабочего. Впоследствии купил ферму и занялся разведением скота. Увлечение химией проявилось в юношеском возрасте, когда он, после окончания начальной школы, учился в Техническом училище. Для химических экспериментов в домашних условиях родители Альфреда отвели сарай.

В 1889 году он окончил Цюрихский политехникум со званием технического химика. Ему была предложена неоплачиваемая должность ассистента химикотехнической лаборатории. Всего менее чем через 4 года им создана теория, точнее целое мировоззрение в химии.

Атомы могут проявлять главную и побочную валентности.
В координационном соединении имеется центральный атом, вокруг которого располагаются координированные им ионы и молекулы.
Комплекс характеризуется координационным числом (числом атомов или молекул вокруг центрального атома) 2-12.
Координированные атомы или молекулы во внутренней сфере комплекса -адденды (лиганды).
Центральный атом и лиганды образуют ядро (внутреннюю сферу) комплекса и заключаются в квадратные скобки.
Если внутренняя сфера комплекса заряжена, то противоионы образуют внешнюю сферу комплекса.

Предложенная А. Вернером координационная теория вначале большинством химиков была воспринята скептически. Однако, согласие с имеющимися экспериментальными данными и предсказание ряда свойств комплексов привело к общему признанию координационной теории. По мнению А. Вернера, комплексные соединения с координационным числом 6 должны иметь октаэдрическое строение, а с координационным числом 4 — плоско-квадратное.

В 1911 г. А. Вернер обнаружил предсказанные ранее оптически активные изомеры комплексов кобальта, хрома, железа, что явилось крупным успехом координационной теории — оптическая активность перестала быть специфическим свойством органических соединений с асимметрическим атомом углерода.

В 1913 г. за работы по координационной химии А. Вернеру присуждена Нобелевская премия.

Читайте также: