Выполнила Аксырга Жансая КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Комплексные соединения

Выполнила: Аксырга Жансая КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Комплексные соединения (координационные соединения) – сложные химические вещества, в составе которых имеются комплексные ионы, образованные центральным атомом и связанным с ним лигандами.

Теорию комплексных соединений – (координационную теорию), разработал в 1893 г. швейцарский химик Альфред Вернер, который в 1913 стал лауреатом Нобелевской премии. Его научная деятельность проходила в Цюрихском университете. Ученый синтезировал много новых комплексных соединений, систематизировал ранее известные и вновь полученные комплексные соединения и разработал экспериментальные методы доказательства их строения.

Положения координационной теории Вернера в центре комплексного соединения находится центральный ион – комплексообразователь. Ионами –коплексообразователями являются катионы металлов, а также некоторые q неметаллы, например В, Р, Si. Наибольшую склонность к комплексообразованию проявляют ионы d-элементов.

Вокруг центрального иона-комплексообразователя находятся противоположно заряженные ионы или нейтральные молекулы, которые называются лигандами q (от латинского "ligare" – связывать). q Ион-комплексообразователь и лиганды cоставляют внутреннюю сферу комплекса, которую обозначают квадратными скобками. q Число лигандов, которые координируются вокруг центрального ионакомплексо-образователя, называется координационным числом.

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ АТОМ (ион-комплексообразователь) Чаще всего центральными атомами являются ионы металлов d-элементов: Cu, Ag, Pt, Cr, Fe, Zn и др. В состав некоторых комплексных соединений могут входить и ионы щелочных и щелочноземельных металлов (Na, Ca, Mg). q

q Заряд центрального иона является основным фактором, влияющим на координационное число. Заряд центрального иона Координационное число +1 2 +2 4, 6 +3 6, 4 +4 8, 6

Координационное число не является неизменной величиной. Даже для одних и тех же комплексообразователей и лигандов координационное число зависит от агрегатного состояния вещества, от концентрации, температуры.

ЛИГАНДЫ Лигандами могут быть: - нейтральные молекулы H 2 O, NH 3, CO, карбамида (NH 2)2 CO, этилендиамина NH 2 CH 2 NH 2, α-аминоуксусной кислоты NH 2 COOH, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). q - ионы (CN-, F-, Cl-, Br-, I-, NO 2 -, OH-, C 2 O 42 -, CO 32 - )

q q Дентатность лиганда определяется числом координационных мест, занимаемых лигандом в координационной сфере комплексообразователя. Различают монодентатные лиганды, занимающие во внутренней сфере одно место, бидентатные лиганды, занимающие два места, и полидентатные лиганды, занимающие несколько мест.

К числу монодентатных лигандов относятся все галогенид-ионы, цианид-ион, аммиак, вода и другие.

Существует целый ряд лигандов, которые в комплексах являются практически всегда бидентатными. Это этилендиамин, карбонат-ион, оксалат-ион и др. Каждая молекула или ион бидентатного лиганда образует с комплексообразователем две химические связи в соответствии с особенностями своего строения:

Примером гексадентатного лиганда может служить анион этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА):

Природа химической связи в комплексных соединениях Во внутренней сфере между комплексообразователем и лигандами существуют ковалентные связи, образованные по обменному и по донорно-акцепторному механизму. 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.

КЛАССИФИКАЦИЯ комплексных соединений по составу:

По природе лиганда 1) Аммиакаты — комплексы, в которых лигандами служат молекулы аммиака, например: [Cu(NH 3)4]SO 4, [Co(NH 3)6]Cl 3, [Pt(NH 3)6]Cl 4 и др. 2) Аквакомплексы — комплексы, в которых лигандом выступает вода: [Co(H 2 O)6]Cl 2, [Al(H 2 O)6]Cl 3 и др. 3) Карбонилы — комплексные соединения, в которых лигандами являются молекулы оксида углерода(II): [Fe(CO)5], [Ni(CO)4].

4) Ацидокомплексы — комплексы, в которых лигандами являются кислотные остатки. K 2[Pt. Cl 4], H 2[Co. Cl 4], H 2[Si. F 6]. 5) Гидроксокомплексы — комплексы, в которых в качестве лигандов выступают гидроксид-ионы: Na 2[Zn(OH)4], Na 2[Sn(OH)6] и др. 6) Смешанные комплексы включают в себя различные лиганды. Например: [Pt(NH 3)2 Cl 2], (NH 4)2[Co 2(C 2 O 4)2(OH)2]

7) Циклические (хелатные) комплексы содержат полидентантный лиганд, который захватывает центральный ион подобно клешням, образуя цикл. Между центральным атомом и лигандом образуется только один вид связи, например:

8) Внутрикомплексные соединения – комплексы, в которых полидентантный лиганд образует с центральным атомом циклическое соединение за счет разных типов связи: донорно-акцепторной и ионной. Лиганд NH 2 COO- (глицинат-ион) относят к категории бидентатных лигандов, образующих две химические связи с комплексообразователем – через атом кислорода карбоксильной группы и через атом азота аминогруппы.

Номенклатура Основы современной номенклатуры комплексных соединений были заложены Альфредом Вернером. До его работ в этой области химии не существовало никакой системы. Комплексные соединения называли, руководствуясь их внешним видом или происхождением, например: красная кровяная соль желтая кровяная соль K 3[Fe(CN)6] K 4[Fe(CN)6]

Соль содержит комплексный катион [Cо(NH 3)4 Cl 2]Cl хлорид дихлоротетраамминкобальта (III) -называют анион соли (хлорид); -называют входящие во внутреннюю сферу лиганды-анионы с окончанием на «о» (хлоро), указывая их количество (2 -ди): дихлоро; -называют лиганды, представляющие собой нейтральные молекулы (аммин), указывая их количество (4 -тетра); -называют центральный ион в русской транскрипции в родительном падеже (кобальта) - указывают в скобках заряд иона-комплексообразователя римскими цифрами (III)

Соль содержит комплексный анион K 4[Fe(CN)6] гексацианоферрат (II) калия -называют лиганды-анионы с окончанием на «о» с указанием их количества (гексациано); -называют комплексообразователь, используя латинское название элемента с прибавлением суффикса «ат» (феррат); -указывают в скобках заряд ионакомплексообразователя римскими цифрами (II); -называют катион внешней сферы в родительном падеже (калия)

Химические свойства Комплексные соединения можно условно разделить на две большие группы: электролиты и неэлектролиты. К неэлектролитам относят нейтральные комплексы. 1. Отщепление ионов внешней сферы Комплексы, имеющие ионную внешнюю сферу, в растворе подвергаются диссоциации на комплексный ион и ионы внешней сферы и ведут себя в разбавленных растворах как сильные электролиты. [Cu(NH 3)4]SO 4 = [Cu(NH 3)4]2+ + SO 42 K 3[Fe(CN)6] = 3 K+ + [Fe(CN)6]3 -

Если во внешней сфере комплексного соединения находятся гидроксид-ионы, то это соединение – сильное основание (диссоциация идет нацело, р. Н > 7). Пример соединения этого типа – гидроксид тетраамминцинка (II): [Zn(NH 3)4](OH)2 = [Zn(NH 3)4]2+ + 2 OH- Комплексные соединения с внешнесферными катионами водорода, например, тетрафторобората водорода в водном растворе нацело подвергаются протолизу. Они являются сильными кислотами: H[BF 4] + H 2 O = [BF 4]- + H 3 O+

Применение § Комплексные соединения играют большую роль в жизнедеятельности организмов, например, гемоглобин, хлорофилл являются комплексными соединениями.

§ K 4[Fe(CN)6] - желтая кровяная соль, содержащий ион железа Fe 2+, является реактивом на ионы железа Fe 3+ в растворе: 4 Fe 3+ + 3[Fe(CN)6]4 - = Fe 4[Fe(CN)6]3 берлинская лазурь Fe 4[Fe(CN)6]3 гексацианоферрат (II) железа (III) используется как краситель.

§ K 3[Fe(CN)6] - красная кровяная соль является реактивом на обнаружение ионов Fe 2+ в растворе: 3 Fe 2+ + 2[Fe(CN)6]3 - = Fe 3[Fe(CN)6]2 турнбуллева синь Fe 3[Fe(CN)6]2 гексацианоферрат (III) железа (II)

Литература § Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М. : Высшая школа, 2003. — 743 с. § Глинка Н. Л. Общая химия. — М. : Высшая школа, 2003. — 743 с. § Киселев Ю. М. Химия координационных соединений. — М. : Интеграл-Пресс, 2008. — 728 с.