Глава 17.Комплексные соединения
17.1. Основные определения
В этой главе вы познакомитесь с особой группой сложных веществ, называемых комплексными (или координационными ) соединениями .
В настоящее время строгого определения понятия " комплексная частица" нет. Обычно используется следующее определение.
Например, гидратированный ион меди 2 – комплексная частица, так как она реально существует в растворах и некоторых кристаллогидратах, образована из ионов Cu 2 и молекул H 2 O, молекулы воды – реально существующие молекулы, а ионы Cu 2 существуют в кристаллах многих соединений меди. Напротив, ион SO 4 2 не является комплексной частицей, так как, хоть ионы O 2 в кристаллах встречаются, ион S 6 в химических системах не существует.
Примеры других комплексных частиц: 2 , 3 , , 2 .
Вместе с тем к комплексным частицам относят ионы NH 4 и H 3 O , хотя ионы H в химических системах не существуют.
Иногда комплексными частицами называют сложные химические частицы, все или часть связей в которых образованы по донорно-акцепторному механизму. В большинстве комплексных частиц так и есть, но, например, в алюмокалиевых квасцах SO 4 в комплексной частице 3 связь между атомами Al и O действительно образована по донорно-акцепторному механизму, а в комплексной частице имеется лишь электростатическое (ион-дипольное) взаимодействие. Подтверждение этого – существование в железоаммонийных квасцах аналогичной по строению комплексной частицы , в которой между молекулами воды и ионом NH 4 возможно только ион-дипольное взаимодействие.
По заряду комплексные частицы могут быть катионами, анионами, а также нейтральными молекулами. Комплексные соединения, включающие такие частицы, могут относиться к различным классам химических веществ (кислотам, основаниям, солям). Примеры: (H 3 O) – кислота, OH – основание, NH 4 Cl и K 3 – соли.
Обычно комплексообразователь – атом элемента, образующего металл, но это может быть и атом кислорода, азота, серы, йода и других элементов, образующих неметаллы. Степень окисления комплексообразователя может быть положительной, отрицательной или равной нулю; при образовании комплексного соединения из более простых веществ она не меняется.
Лигандами могут быть частицы, до образования комплексного соединения представлявшие собой молекулы (H 2 O, CO, NH 3 и др.), анионы (OH , Cl , PO 4 3 и др.), а также катион водорода. Различают унидентатные или монодентатные лиганды (связанные с центральным атомом через один из своих атомов, то есть, одной -связью), бидентатные (связанные с центральным атомом через два своих атома, то есть, двумя -связями), тридентатные и т. д.
Если лиганды унидентатные, то координационное число равно числу таких лигандов.
КЧ зависит от электронного строения центрального атома, от его степени окисления, размеров центрального атома и лигандов, условий образования комплексного соединения, температуры и других факторов. КЧ может принимать значения от 2 до 12. Чаще всего оно равно шести, несколько реже – четырем.
Существуют комплексные частицы и с несколькими центральными атомами.
Используются два вида структурных формул комплексных частиц: с указанием формального заряда центрального атома и лигандов, или с указанием формального заряда всей комплексной частицы. Примеры:
Для характеристики формы комплексной частицы используется представление о координационном полиэдре (многограннике).
К координационным полиэдрам относят также квадрат (КЧ = 4), треугольник (КЧ = 3) и гантель (КЧ = 2), хотя эти фигуры и не являются многогранниками. Примеры координационных полиэдров и имеющих соответствующую форму комплексных частиц для наиболее распространенных значений КЧ приведены на рис. 1.
17.2. Классификация комплексных соединений
Как химические вещества комплексные соединения делятся на ионные (их иногда называют ионогенными ) и молекулярные (неионогенные ) соединения. Ионные комплексные соединения содержат заряженные комплексные частицы – ионы – и являются кислотами, основаниями или солями (см. § 1). Молекулярные комплексные соединения состоят из незаряженных комплексных частиц (молекул), например: или – отнесение их к какому-либо основному классу химических веществ затруднительно.
Входящие в состав комплексных соединений комплексные частицы довольно разнообразны. Поэтому для их классификации используется несколько классификационных признаков: число центральных атомов, тип лиганда, координационное число и другие.
По числу центральных атомов комплексные частицы делятся на одноядерные и многоядерные . Центральные атомы многоядерных комплексных частиц могут быть связаны между собой либо непосредственно, либо через лиганды. И в том, и в другом случае центральные атомы с лигандами образуют единую внутреннюю сферу комплексного соединения:
По типу лигандов комплексные частицы делятся на
1) Аквакомплексы , то есть комплексные частицы, в которых в качестве лигандов присутствуют молекулы воды. Более или менее устойчивы катионные аквакомплексы m , анионные аквакомплексы неустойчивы. Все кристаллогидраты относятся к соединениям, содержащим аквакомплексы, например:
Mg(ClO 4) 2 . 6H 2 O на самом деле
(ClO 4) 2 ;
BeSO 4 . 4H 2 O на самом деле SO 4 ;
Zn(BrO 3) 2 . 6H 2 O на самом деле (BrO 3) 2 ;
CuSO 4 . 5H 2 O на самом деле SO 4 . H 2 O.
2) Гидроксокомплексы , то есть комплексные частицы, в которых в качестве лигандов присутствуют гидроксильные группы, которые до вхождения в состав комплексной частицы были гидроксид-ионами, например: 2 , 3 , .
Гидроксокомплексы образуются из аквакомплексов, проявляющих свойства катионных кислот:
2 + 4OH = 2 + 4H 2 O
3) Аммиакаты , то есть комплексные частицы, в которых в качестве лигандов присутствуют группы NH 3 (до образования комплексной частицы – молекулы аммиака), например: 2 , , 3 .
Аммиакаты также могут быть получены из аквакомплексов, например:
2 + 4NH 3 = 2 + 4 H 2 O
Окраска раствора в этом случае меняется с голубой до ультрамариновой.
4) Ацидокомплексы , то есть комплексные частицы, в которых в качестве лигандов присутствуют кислотные остатки как бескислородных, так и кислородсодержащих кислот (до образования комплексной частицы – анионы, например: Cl , Br , I , CN , S 2 , NO 2 , S 2 O 3 2 , CO 3 2 , C 2 O 4 2 и т. п.).
Примеры образования ацидокомплексов:
Hg 2
+ 4I = 2
AgBr + 2S 2 O 3 2 = 3 + Br
Последняя реакция используется в фотографии
для удаления с фотоматериалов
непрореагировавшего бромида серебра.
(При проявлении фотопленки и фотобумаги
незасвеченная часть бромида серебра,
содержащегося в фотографической эмульсии, не
восстанавливается проявителем. Для ее удаления
и используют эту реакцию (процесс носит
название "фиксирования", так как
неудаленный бромид серебра в дальнейшем на свету
постепенно разлагается, разрушая изображение)
5) Комплексы, в которых лигандами являются атомы водорода, делятся на две совершенно разные группы: гидридные комплексы и комплексы, входящие в состав ониевых соединений.
При образовании гидридных комплексов – , , – центральный атом является акцептором электронов, а донором – гидридный ион. Степень окисления атомов водорода в этих комплексах равна –1.
В ониевых комплексах центральный атом является донором электронов, а акцептором – атом водорода в степени окисления +1. Примеры: H 3 O или – ион оксония, NH 4 или – ион аммония. Кроме того существуют и замещенные производные таких ионов: – ион тетраметиламмония, – ион тетрафениларсония, – ион диэтилоксония и т. п.
6) Карбонильные комплексы – комплексы, в которых в качестве лигандов присутствуют группы CO (до образования комплекса – молекулы монооксида углерода), например: , , и др.
7) Анионгалогенатные комплексы – комплексы типа .
По типу лигандов выделяют и другие классы комплексных частиц. Кроме того существуют комплексные частицы с различными по типу лигандами; простейший пример – аква-гидроксокомплекс .
17.3. Основы номенклатуры комплексных соединений
Формула комплексного соединения составляется также, как и формула любого ионного вещества: на первом месте записывается формула катиона, на втором – аниона.
Формула комплексной частицы записывается в квадратных скобках в следующей последовательности: на первом месте ставится символ элемента-комплексообразователя, далее – формулы лигандов, бывших до образования комплекса катионами, затем – формулы лигандов, бывших до образования комплекса нейтральными молекулами, и после них – формулы лигандов, бывших до образования комплекса анионами.
Название комплексного соединения строится также, как и название любой соли или основания (комплексные кислоты называются солями водорода или оксония). В название соединения входит название катиона и название аниона.
В название комплексной частицы входит название комплексообразователя и названия лигандов (название записывается в соответствии с формулой, но справа налево. Для комплексообразователей в катионах используются русские названия элементов, а в анионах – латинские.
Названия наиболее распространенных лигандов:
| H 2 O – аква | Cl – хлоро | SO 4 2 – сульфато | OH – гидроксо |
| CO – карбонил | Br – бромо | CO 3 2 – карбонато | H – гидридо |
| NH 3 – аммин | NO 2 – нитро | CN – циано | NO – нитрозо |
| NO – нитрозил | O 2 – оксо | NCS – тиоцианато | H +I – гидро |
Примеры названий комплексных катионов:
Примеры названий комплексных анионов:
2
– тетрагидроксоцинкат-ион
3 – ди(тиосульфато)аргентат(I)-ион
3
– гексацианохромат(III)-ион
–
тетрагидроксодиакваалюминат-ион
–
тетранитродиамминкобальтат(III)-ион
3 – пентацианоакваферрат(II)-ион
Примеры названий нейтральных комплексных частиц:
Более подробные номенклатурные правила приводятся в справочниках и специальных пособиях.
17.4. Химическая связь в комплексных соединениях и их строение
В кристаллических комплексных соединениях с заряженными комплексами связь между комплексом и внешнесферными ионами ионная, связи между остальными частицами внешней сферы – межмолекулярные (в том числе и водородные). В молекулярных комплексных соединениях связь между комплексами межмолекулярная.
В большинстве комплексных частиц между центральным атомом и лигандами связи ковалентные. Все они или их часть образованы по донорно-акцепторному механизму (как следствие – с изменением формальных зарядов). В наименее прочных комплексах (например, в аквакомплексах щелочных и щелочноземельных элементов, а также аммония) лиганды удерживаются электростатическим притяжением. Связь в комплексных частицах часто называют донорно-акцепторной или координационной связью.
Рассмотрим ее образование на примере аквакатиона железа(II). Этот ион образуется по реакции:
FeCl 2кр + 6H 2 O = 2 + 2Cl
Электронная формула атома железа – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 . Составим схему валентных подуровней этого атома:
При образовании двухзарядного иона атом железа теряет два 4s -электрона:
Ион железа акцептирует шесть электронных пар атомов кислорода шести молекул воды на свободные валентные орбитали:
Образуется комплексный катион, химическое строение которого можно выразить одной из следующих формул:
Пространственное строение этой частицы выражается одной из пространственных формул:
Форма координационного полиэдра – октаэдр. Все связи Fe-O одинаковые. Предполагается sp 3 d 2 -гибридизация АО атома железа. Магнитные свойства комплекса указывают на наличие неспаренных электронов.
Если FeCl 2 растворять в растворе, содержащем цианид-ионы, то протекает реакция
FeCl 2кр + 6CN = 4 + 2Cl .
Тот же комплекс получается и при добавлении к раствору FeCl 2 раствора цианида калия KCN:
2 + 6CN = 4 + 6H 2 O .
Это говорит о том, что цианидный комплекс прочнее аквакомплекса. Кроме того магнитные свойства цианидного комплекса указывают на отсутствие неспаренных электронов у атома железа. Все это связано с несколько иным электронным строением этого комплекса:
Более " сильные" лиганды CN образуют более прочные связи с атомом железа, выигрыша в энергии хватает на то, чтобы " нарушить" правило Хунда и освободить 3d -орбитали для неподеленных пар лигандов. Пространственное строение цианидного комплекса такое же, как и аквакомплекса, но тип гибридизации другой – d 2 sp 3 .
" Сила" лиганда зависит прежде всего от электронной плотности облака неподеленной пары электронов, то есть, она увеличивается с уменьшением размера атома, с уменьшением главного квантового числа, зависит от типа гибридизации ЭО и от некоторых других факторов. Важнейшие лиганды можно выстроить в ряд по возрастанию их " силы" (своеобразный " ряд активности" лигандов), этот ряд называется спектрохимическим рядом лигандов :
| I ; Br ; : SCN , Cl , F , OH , H 2 O; : NCS , NH 3 ; SO 3 S: 2 ; : CN , CO |
Для комплексов 3 и 3 схемы образования выглядят следующим образом:
|
|
Для комплексов с КЧ = 4 возможны две структуры: тетраэдр (в случае sp 3 -гибридизации), например, 2 , и плоский квадрат (в случае dsp 2 -гибридизации), например, 2 .
17.5. Химические свойства комплексных соединений
Для комплексных соединений прежде всего характерны те же свойства, что и для обычных соединений тех же классов (соли, кислоты, основания).
Если комплексное соединение кислота, то это сильная кислота, если основание, то и основание сильное. Эти свойства комплексных соединений определяются только наличием ионов H 3 O или OH . Кроме этого комплексные кислоты, основания и соли вступают в обычные реакции обмена, например:
SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + Cl 2
FeCl 3 + K 4 = Fe 4 3
+ 3KCl
Последняя из этих реакций используется в качестве качественной реакции на ионы Fe 3 . Образующееся нерастворимое вещество ультрамаринового цвета называют " берлинской лазурью" [систематическое название – гексацианоферрат(II) железа(III)-калия].
Кроме этого в реакцию может вступать и сама комплексная частица, причем, тем активнее, чем она менее устойчива. Обычно это реакции замещения лигандов, протекающие в растворе, например:
2 + 4NH 3 = 2 + 4H 2 O,
а также кислотно-основные реакции типа
2 + 2H 3 O = + 2H 2 O
2 + 2OH
= + 2H 2 O
Образующийся в этих реакциях после выделения и высушивания превращается в гидроксид цинка:
Zn(OH) 2 + 2H 2 O
Последняя реакция – простейший пример разложения комплексного соединения. В данном случае она протекает при комнатной температуре. Другие комплексные соединения разлагаются при нагревании, например:
SO 4 . H 2 O = CuSO 4
+ 4NH 3 + H 2 O (выше 300 o С)
4K 3 = 12KNO 2 + 4CoO + 4NO + 8NO 2
(выше 200 o С)
K 2 = K 2 ZnO 2 + 2H 2 O
(выше 100 o С)
Для оценки возможности протекания реакции замещения лигандов можно использовать спектрохимический ряд, руководствуясь тем, что более сильные лиганды вытесняют из внутренней сферы менее сильные.
17.6. Изомерия комплексных соединений
Изомерия комплексных соединений связана
1) с возможным различным расположением лигандов и
внешнесферных частиц,
2) с различным строением самой комплексной
частицы.
К первой группе относится гидратная (в общем случае сольватная ) и ионизационная изомерия, ко второй – пространственная и оптическая .
Гидратная изомерия связана с возможностью различного распределения молекул воды во внешней и внутренней сферах комплексного соединения, например: (цвет красно-коричневый) и Br 2 (цвет голубой).
Ионизационная изомерия связана с возможностью различного распределения ионов во внешней и внутренней сфере, например: SO 4 (пурпурного цвета) и Br (красного цвета). Первое из этих соединений образует осадок, реагируя с раствором хлорида бария, а второе – с раствором нитрата серебра.
Пространственная (геометрическая) изомерия, иначе называемая цис-транс изомерией, характерна для квадратных и октаэдрических комплексов (для тетраэдрических невозможна). Пример: цис-транс изомерия квадратного комплекса
Оптическая (зеркальная) изомерия по своей сути не отличается от оптической изомерии в органической химии и характерна для тетраэдрических и октаэдрических комплексов (для квадратных невозможна).
Тест по химии - комплексные соединения - СРОЧНО! и получил лучший ответ
Ответ от Ник[гуру]
Некоторые вопросы заданы некорректно, к примеру 7,12,27. Поэтому ответы содержат оговорки.
1. Чему равно координационное число комплексообразователя в комплексном ионе +2?
В) 6
2. Чему равно координационное число комплексообразователя в комплексном ионе 2+ ?
Б) 6
3. Чему равно координационное число комплексообразователя в комплексном ионе 2+
Б) 4
4. Чему равно координационное число Сu²+ в комплексном ионе + ?
Б) 4
5. Чему равно координационное число комплексообразователя в комплексном ионе: +4?
Б) 6
6. Определите заряд центрального иона в комплексном соединении K4
Б) +2
7. Чему равен заряд комплексного иона ?
Б) +2 – если считать, что комплексообразователь – Сu (II)
8. Среди солей железа определите комплексную соль:
А) K3
9. Чему равно координационное число Pt4+ в комплексном ионе 2+?
А) 4
10. Определите заряд комплексного иона K2?
В) +2
11. Какой молекуле соответствует название дихлорид тетрааммин меди (II)?
В) Cl2
12. Чему равен заряд комплексного иона ?
Г) +3 – если считать, что комплексообразователь – Сr (III)
13. Среди солей меди (ІІ) определите комплексную соль:
Б) K2
14. Чему равно координационное число Со3+ в комплексном ионе + ?
Б) 6
15. Определите заряд комплексообразователя в комплексном соединении K3?
Г) +3
16. Какой молекуле соответствует название тетраиодогидрат (II) калия?
А) K2
17. Чему равен заряд комплексного иона ?
В) -2
18. Среди солей никеля (II) определите комплексную соль:
Б) SO4
19. Чему равно координационное число Fe3+ в комплексном ионе -3?
В) 6
20. Определите заряд комплексообразователя в комплексном соединении К3?
В) +3
21. Какой молекуле соответствует название хлорид диамин серебра (I)?
В) Cl
22. Чему равен заряд комплексного иона K4?
Б) -4
23. Среди солей цинка определите комплексную соль
В) Na2
24. Чему равно координационное число Pd4+ в комплексном ионе 4+?
Г) 6
25. Определите заряд комплексообразователя в комплексном соединении H2?
В) +2
26. Какой молекуле соответствует название гексацианоферрат (II) калия?
Г) K4
27. Чему равен заряд комплексного иона ?
Г) -2 – если считать, что комплексообразователь – Сo (II)
27. Среди соединений хрома (III) определите комплексное соединение
В) [Сr (Н2О) 2(NH3)4]Cl3
28. Чему равно координационное число кобальта (III) в комплексном ионе NO3?
Б) 6
29. Определите заряд комплексообразователя в комплексном соединении Cl2
А) +3
30. Какой молекуле соответствует название тетраиодопалладат (II) натрия?
Г) Na2
Ответ от James Bond
[новичек]
О боже
Ответ от Котенька...
[гуру]
№30 последней
II.1. Понятие и определение.
Комплексные соединения – наиболее многочисленный класс неорганических соединений. Дать краткое и исчерпывающее определение этим соединениям трудно. Комплексные соединения также называют координационными. В химии координационных соединений переплетаются органическая и неорганическая химия.
До конца XIX века изучение комплексных соединений носило чисто описательный характер. 1893 год швейцарский химик Альфред Вернер создал координационную теорию. Суть ее заключается в следующем: в комплексных соединениях имеется правильное геометрическое размещение атомов или групп атомов, называемых лигандами или аддендами, вокруг центрального атома – комплексообразователя.
Таким образом, химия комплексных соединений изучает ионы и молекулы, состоящие из центральной частицы и координированных вокруг нее лигандов. Центральная частица – комплексообразователь и непосредственно связанные с ней лиганды, образуют внутреннюю сферу комплекса. Для неорганических лигандов, чаще всего, число их совпадает с координационным числом центральной частицы. Таким образом, координационное число – это общее число нейтральных молекул или ионов (лигандов), связанных с центральным атомом в комплексе
Ионы, находящиеся за пределами внутренней сферы, образуют внешнюю сферу, комплексного соединения. В формулах внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки.
K 4 4- - внутренняя сфера или комплексный ион
ион-комплексообразователь координационное
Комплексообразователями служат:
1) положительные ионы металлов (чаще d-элементы): Ag + , Fe 2+, Fe 3+ , Cu 2+ , Al 3+ , Co 3+ ; и др. (ионы- комплексообразователи).
2) реже - нейтральные атомы металлов, относящиеся к d-элементам: (Сo, Fe, Mn и др.)
3) некоторые атомы неметаллов с различной положительной степенью окисления - B +3, Si +4 , P +5 и др.
Лигандами могут быть:
1) отрицательнозаряженные ионы (OH - , Hal - , CN - -цианогруппа, SCN - - тиоцианогруппа, NH 2 - -аминогруппа, и др.)
2) полярные молекулы: H 2 O (название лиганда - «аква»), NH 3 («аммин»),
CO («карбонил»).
Таким образом, комплексными соединениями (координационными соединениями) называются сложные химические соединения, в составе которых имеются комплексные ионы, образованные центральным атомом в определенной степени окисления (или с определенной валентностью) и связанными с ним лигандами.
II.2. Классификация
I. По характеру лигандов:
1. Аквакомплексы (H 2 O)
2. Гидроксокомплексы (OH)
3. Амминкомплексы (NH 3) - аммиакаты
4. Ацидокомплексы (с кислотными остатками - Сl - , SCN - , S 2 O 3 2- и другие)
5. Карбонилкомплексы (СО)
6. Комплексы с органическими лигандами (NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 и др.)
7. Анионгалогенаты (Na )
8. Аминокомплексы (NH 2)
II. По заряду комплексного иона:
1. Катионного типа - заряд комплексного иона - положительный
2. Анионного типа - заряд комплексного иона - отрицательный.
Для правильного написания комплексного соединения необходимо знать степень окисления центрального атома, его координациооное число, природу лигандов и заряд комплексного иона.
II.3. Координационное число можно определить как число σ - связей между нейтральными молекулами или ионами (лигандами) и центральным атомом в комплексе.
Величина координационного числа определяется, главным образом, размерами, зарядом и строением электронной оболочки комплексообразователя. Наиболее часто встречается координационное число 6. Оно характерно для следующих ионов: Fe 2+ , Fe 3+ , Co 3+ , Ni 3+ , Pt 4+ , Al 3+ , Cr 3+ , Mn 2+ , Sn 4+ .
K 3 , Na 3 , Cl 3
гексацианоферрат (Ш) гексанитрокобальтат(Ш) гексааквахрома (Ш)хлорид
калия натрия
Координационное число 4 встречается у 2-хзарядных ионов и у алюминия или золота: Hg 2+ , Cu 2+ , Pb 2+ , Pt 2+ , Au 3+ , Al 3+ .
(OH) 2 - тетрааммин меди(II) гидроксид;
Na 2 – тетрагидроксокупрат (II) натрия
K 2 – тетраиодомеркурат (II) калия;
H – тетрахлороаурат(III) водорода.
Часто координациооное число определяется как удвоенная степень окисления иона-комплексообразователя: у Hg 2+ , Cu 2+ , Pb 2+ - координационное число равно 4; у Ag + , Cu + - координационное число равно 2.
Для определения, расположения иоов во внутренней или внешней сфере нужно провести качественные реакции. Например, у K 3 -гексацианоферрата(III) калия. Известно, что ион железа (+3) образует с роданид (тиоционат)- анионом роданид железа (+3) темно-красного цвета.
Fe 3+ +3 NH 4 SCN à Fe (SCN) 3 + 3NH 4 +
При добавлении раствора роданида аммония или калия к раствору гексацианоферрата(III) калия окраски не наблюдается. Это говорит об отсeтствии ионов железа Fe 3+ в растворе в достаточном количестве. Центральный атом связан с лигандами ковалентной полярной связью (донорно-акцепторный механизм образования связи), поэтому реакция ионного обмена не идет. Наоборот, внешняя и внутренняя сферы связаны ионной связью.
II.4. Строение комплексного иона с точки зрения электронного строения комплексообразователя.
Разберем строение катиона тетраамминмеди (II):
а) электронная формула атома меди:
2 8 18 1 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
б) электронная формула катиона Cu 2+ :
Cu 2+)))) ↓ ↓ ↓ ↓ 4p 0
4s o:NH 3:NH 3: NH 3: NH 3
CuSO 4 + 4: NH 3 -à SO 4
SO 4 à 2+ + SO 4 2-
ков. связь
по донорно- акцепторному механизму.
Упражнение для самостоятельного решения:
Изобразите строение комплексного иона 3- по алгоритму:
а) напишите электронную формулу атома железа;
б) напишите электронную формулу иона железа Fe 3+ , убрав электроны с 4s подуровня и 1 электрон с 3d- подуровня;
в) перепишите электронную формулу иона еще раз, переведя электроны 3d- подуровня в возбужденное состояние путем их спаривания в ячейках этого подурвня
г) подсчитайте число всех свободных ячеек на 3d, 4s, 4p - подуровнях
д) расположите под ними цианид-анионы CN - и проведите стрелки от ионов к пустым ячейкам.
II.5. Определение заряда комплексообразователя и комплексного иона:
1.Заряд комплексного иона равен заряду внешней сферы с обратным знаком; он также равен сумме заряда комплексообразователя и всех лигандов.
K 2 +2+ (- 1) ·4 =х х = -2
2. Заряд комплексообразователя равен алгебраической сумме зарядов лигандов и внешней сферы (с обратным знаком).
Cl х +0·2 +(–1)·2 = 0; х=2-1= +1
SO 4 х+ 4· 0 -2 = 0 х = +2
3.Чем больше заряд центрального атома и меньше заряд лиганда, тем больше координационное число.
II.6. Номенклатура.
Существует несколько способов названий комплексных соединений. Выберем более простой с использованием валентности (или степени окисления) центрального атома
II.6.1. Название комплексных соединений катионного типа:
Комплексные соединения относятся к катионному типу, если заряд комплексного иона положительный.
При названии комплексных соединений:
1) сначала называется координационное число с помощью греческих приставок (гекса, пента, три);
2) затем, заряженные лиганды с добавлением окончания «о»;
3) затем, нейтральные лиганды (без окончания «о»);
4) комплексообразователь на русском языке в родительном падеже, указывается его валентность или степень окисления и после этого называется анион. Аммиак – лиганд называется «аммин» без «о», вода –«аква»
SO 4 тетрааммин меди (II) сульфат;
Cl диаммин серебра (I) хлорид;
Cl 3 – гексаиодокобальта (Ш) хлорид;
Cl – оксалатопентаакваалюминия(Ш) хлорид
(окалат - двухзарядный анион щавелевой кислоты);
Cl 3 –гексаакважелеза(Ш) хлорид.
II.6.2. Номенклатура комплексных соединений анионного типа.
Называется катион, координационное число, лиганды и, затем, комплексообразователь - центральный атом. Комплексообразователь называется на латинском языке в именительном падеже с окончанием «ат».
K 3 – калия гексафтороферрат(Ш);
Na 3 – натрия гексанитрокобальтат (III);
NH 4 –аммония дитиоцианодикарбонил меркуриат (I)
Нейтральный комплекс: – пентакарбонил железо.
ПРИМЕРЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
Пример 1. Классифицировать, полностью охарактеризовать и дать названия следующим комплексным соединениям: а) K 3 –; б) Cl ; в) .
Решение и ответ:
1) K 3 - 3 иона К + - внешняя сфера, ее общий заряд +3, 3- - внутренняя сфера, ее общий заряд равен заряду внешней сферы, взятому с противоположным знаком - (3-)
2) Комплексное соединение анионного типа, так как заряд внутренней сферы - отрицательный;
3) Центральный атом - комплексообразователь - ион серебра Ag +
4) Лиганды - два двухзарядных остатка тиосерной кислоты H 2 S 2 O 3 , относится к ацидокомплексам
5) Координационное число комплексообразователя в данном случае как исключение равно 4 (у двух остатков кислоты 4 валентных σ - связи без 4-х катионов водорода);
6) Заряд комплексообразователя равен +1:
K 3 : +1 · 3 + Х + (-2) · 2 = 0 à X= +1
7) Название: – калия дитиосульфатоаргентат (I).
1) Cl - 1 ион - Сl - - внешняя сфера, ее общий заряд -1, - - внутренняя сфера, ее общий заряд равен заряду внешней сферы, взятому с противоположным знаком - (3+)
2) Комплексное соединение катионного типа, так как заряд внутренней сферы - положительный.
3) Центральный атом - комплексообразователь - ион кобальта Со, вычисляем его заряд:
: Х + 0 · 4 + (-1) · 2 = +1 à Х = 0 +2 +1 = +3
4) Комплексное соединение смешанного типа, так как в его составе разные лиганды; ацидокомплекс (Cl - - остаток хлороводородной кислоты) и амминкамплекс - аммиакатный (NH 3 - аммиак-нейтральное соединение)
6) Название – дихлоротетраамминкобальта(III) хлорид.
1) - внешней сферы нет
2) Комплексное соединение нейтрального типа, так как заряд внутренней сферы = 0.
3) Центральный атом - комплексообразователь - атом вольфрама,
его заряд =0
4) Карбонилкомплекс, так как лигандом является нейтральная частица - карбонил - СО;
5) Координационное число комплексообразователя равно 6 ;
6) Название: – гексакарбонилвольфрам
Задание 1. Охарактеризуйте комплексные соединения:
а) Li 3 Cr (OH) 6 ]
б) I 2
в) [ Pt Cl 2 (NH 3) 2 ] и дайте им названия.
Задание 2. Назовите комплексные соединения: NO 3 ,
K 3 , Na 3 , H, Fe 3 [ Cr (CN) 6 ] 2
Номенклатура комплексных соединений является составной частью номенклатуры неорганических веществ. Правила составления названий комплексных соединений являются систематическими (однозначными). В соответствии с рекомендациями ИЮПАК эти правила универсальны, так как при необходимости могут быть применены и к простым неорганическим соединениям, если для последних отсутствуют традиционные и специальные названия. Названия, построенные по систематическим правилам, адекватны химическим формулам. Формула комплексного соединения составляется по общим правилам: сначала пишется катион - комплексный или обычный, затем анион - комплексный или обычный. Во внутренней сфере комплексного соединения сначала пишут центральный атом-комплексообразователь, затем незаряженные лиганды (молекулы), затем отрицательно заряженные лиганды-анионы.
Одноядерные комплексы
В названиях катионных, нейтральных и большинства анионных комплексов центральные атомы имеют русские наименования соответствующих элементов. В некоторых случаях для анионных комплексов используют корни латинских наименований элементов центрального атома-комплексообразователя. Например, – дихлордиамминплатина, 2- - тетрахлороплатинат(II) –ион, + - катион диамминсеребра(I), - - дицианоаргенат(I)-ион.
Название комплексного иона начинают с указания состава внутренней сферы. Прежде всего, в алфавитном порядке перечисляют находящиеся во внутренней сфере анионы, прибавляя к их латинскому названию окончание «о». Например, ОН - – гидроксо, Cl - - хлоро, CN - - циано,CH 3 COO - - ацетато,CO 3 2- - карбонато,C 2 O 4 2- -оксалато,NCS - -тиоцианато,NO 2 - -нитро, O 2 2- - оксо, S 2- - тио,SO 3 2- - сульфито, SO 3 S 2- - тиосульфато,C 5 H 5 – циклопентадиенил и т.д. Затем в алфавитном порядке указывают внутрисферные нейтральные молекулы. Для нейтральных лигандов используются однословные названия веществ без изменений, например N 2 -диазот,N 2 H 4 -гидразин, С 2 Н 4 - этилен. Внутрисферные NH 3 называют аммино-, H 2 O – аква, CO- карбонил, NO- нитрозил. Число лигандов указывают греческими числительными: ди, три, тетра, пента, гекса и т.д. Если названия лигандов более сложные, например, этилендиамин, перед ними ставят префиксы «бис», «трис», «тетракис» и т.д.
Названия комплексных соединений с внешней сферой состоят из двух слов (в общем виде «анион катиона»). Название комплексного аниона заканчивается суффиксом–ат. Степень окисления комплексообразователя указывают римскими цифрами в скобках после названия аниона. Например:
K 2 – тетрахлороплатинат(II) калия,
Na 3 [ Fe(NH 3)(CN) 5 ] – пентацианомоноамминферрат(II) натрия,
H 3 O – тетрахлороаурат(III) оксония,
K – дииодоиодат(I) калия,
Na 2 – гексагидроксостаннат(IV) натрия.
В соединениях с комплесным катионом степень окисления комплексообразователя указывают после его названия римскими цифрами в скобках. Например:
Cl – хлорид диамминсеребра (I),
Br – бромид трихлоротриамминплатины(IV),
NO 3 -
Нитрат хлоронитротетраамминкобальта(III).
Названия комплексных соединений – неэлектролитов без внешней сферы состоят из одного слова, степень окисления комплексообразователя не указывается. Например:
– трифторотриаквокобальт,
- тетрахлородиаммин платина,
– бис (циклопентадиенил)железо.
Название соединений с комплексными катионом и анионом складывается из названий катиона и аниона, например:
гексанитрокобальтат(III) гексаамминкобальта(III),
трихлороамминплатинат (II) хлоротриаммин платины(II).
Для комплексов с амбидентатными лигандами в названии указывается символ атома, с которым этот лиганд связан с центральным атомом-комплексообразователем:
2- - тетракис(тицианато-N) кобальтат(II) –ион,
2- - тетракис(тиоцианато-S) меркурат(II) – ион.
По традиции амбидентатный лиганд NO 2 - называют нитро-лигандом, если донорным атомом является азот, и нитрито-лигандом, если донорным атомом является кислород (–ONO -):
3- - гексанитрокобальтат(III)-ион,
3- - гексанитритокобальтат(III)-ион.
Классификация комплексных соединений
Комплексные ионы могут входить в состав молекул различных классов химических соединений: кислот, оснований, солей и др. В зависимости от заряда комплексного иона различают катионные, анионные и нейтральные комплексы.
Катионные комплексы
В катионных комплексах центральным атомом-комплексо-образователем являются катионы или положительно поляризованные атомы комплексообразователя, а лигандами - нейтральные молекулы, чаще всего воды и аммиака. Комплексные соединения, в которых лигандом выступает вода, называются аквакомплексами. К таким соединениям относятся кристаллогидраты. Например: MgCl 2 ×6H 2 O
или Cl 2 ,
CuSO 4 ×5H 2 O или ∙SO 4 ∙ Н 2 O, FeSO 4 ×7H 2 O или SO 4 ×H 2 O
В кристаллическом состоянии некоторые аквакомплексы (например, медный купорос) удерживают и кристаллизационную воду, не входящую в состав внутренней сферы, которая связана менее прочно и легко отщепляется при нагревании.
Один из наиболее многочисленных классов комплексных соединений - амминокомплексы (аммиакаты) и аминаты. Лигандами в этих комплексах являются молекулы аммиака или амина. Например: SO 4 , Cl 4,
Cl 2 .
Анионные комплексы
Лигандами в таких соединениях являются анионы или отрицательно поляризованные атомы и их группировки.
К анионным комплексам относятся:
а) комплексные кислоты H, H 2 , H.
б) двойные и комплексные соли PtCl 4 ×2KCl или K 2 ,
HgI 2 · × 2KI или K 2 .
в) кислородсодержащие кислоты и их соли H 2 SO 4 , K 2 SO 4 , H 5 IO 6 , K 2 CrO 4 .
г) гидроксосоли K, Na 2 .
д) полигалогениды: K, Cs.
Нейтральные комплексы
К подобным соединениям относятся комплексные соединения, не имеющие внешней сферы и не дающие в водных растворах комплексных ионов: , , карбонилкомплексы , .
Катионно-анионные комплексы
Соединения одновременно содержат как комплексный катион, так и комплексный анион:
, .
Циклические комплексы (хелаты)
Координационные соединения, в которых центральный атом (или ион) связан одновременно с двумя или более донорными атомами лиганда, в результате чего замыкается один или несколько гетероциклов, называются хелатами . Лиганды, образующие хелатные циклы, называются хелатирующими (хелатообразующими) реагентами. Замыкание хелатного цикла такими лигандами называется хелатированием (хелатообразованием). Наиболее обширный и важный класс хелатов – хелатные комплексы металлов. Способность координировать лиганды присуща металлам всех степеней окисления. У элементов основных подгрупп центральный атом-комплексообразователь обычно находится в высшей степени окисления.
Хелатирующие реагенты содержат два основных типа электродонорных центров: а)группы, содержащие подвижный протон, например, -COOH, -OH, -SO 3 H; при их координации к центральному иону возможно замещение протона и б)нейтральные электронодонорные группы, например R 2 CO, R 3 N. Бидентатные лиганды занимают во внутренней координационной сфере хелата два места, как, например, этилендиамин (рис.3).
Согласно правилу циклов Чугаева, наиболее устойчивые хелатные комплексы образуются в том случае, когда в состав цикла входит пять или шесть атомов. Например, среди диаминов состава H 2 N-(CH 2)n-NH 2 наиболее устойчивые комплексы образуются для n=2 (пятичленный цикл) и n=3 (шестичленный цикл).
Рис.3. Катион бисэтилендиамин меди(II).
Хелаты, в которых при замыкании хелатного цикла лиганд использует протон-содержащую и нейтральную электронодонорные группы и формально связан с центральным атомом ковалентной и донорно-акцепторной связью, называются внутрикомплексными соединениями. Так, полидентатные лиганды с кислотными функциональными группами могут образовывать внутрикомплексные соединения. Внутрикомплексные соединения – это хелат, в котором замыкание цикла сопровождается вытеснением из кислотных функциональных групп одного или нескольких протонов ионом металла, в частности, внутрикомплексным соединением является глицинат меди(II):
Рис.4. Внутрикомплексное соединение 8-оксихинолина с цинком.
Гемоглобин и хлорофилл также являются внутрикомплексными соединениями.
Важнейшая особенность хелатов – их повышенная устойчивость по сравнению с аналогично построенными нециклическими комплексами.
Задача 723.
Назвать комплексные соли: Cl, (NO
3 )
2 , CNBr, NO
3 , Cl, K
4 , (NH
4 )
3 , Na
2 , K
2 , K
2 . K
2 .
Решение:
C
- хлорид хлоротриамминаквапалладия (II);
(NO
3 )
2 - нитрат тетрааминмеди (I);
CNB
- цианобромид тетрааминдиаквакобальта (II);
NO
3 - нитрат сульфатопентаамминкобальта (III);
Cl
- хлорид хлоротетраамминпалладия (II);
K
4
- гексацианоферрат (II) калия;
(NH
4 )
3
- гексахлорородинат (II) аммония;
Na
2
- тетраиодопалладинат (II) натрия;
K
2
- тетранитратодиамминкобальтат (II) калия;
K
2
- хлоропентагидроксоплатинат (IV) калия;
K
2
- тетрацианокуприат (II) калия.
Задача 724.
Написать координационные формулы следующих комплексных соединений: а) дицианоаргентат калия; б) гексанитрокобальтат (III) калия; в) хлорид гексаамминникеля (II); г) гексацианохромат (III) натрия; д) бромид гексаамминкобальта (III); е) сульфат тетраамминкарбонатхрома (III) ж) нитрат диакватетраамминникеля (II); з) трифторогидроксобериллат магния.
Решение:
а) K - дицианоаргентат калия;
б) K 3 - гексанитрокобальтат (III) калия;
в) Cl - хлорид гексаамминникеля (II);
г) Na 3 - гексацианохромат (III) натрия;
д) Cl 3 - бромид гексаамминкобальта (III);
е) SO 4 2- - сульфат тетраамминкарбонатхрома (III);
ж) (NO 3) 2 - нитрат диакватетраамминникеля (II);
з) Mg трифторогидроксобериллат магния.
Задача 725.
Назвать следующие электронейтральные комплексные соединения: , , , , .
Решение:
,
- тетрааквафосфатхром;
- дироданодиамминмедь;
- дихлородигидроксиламинапалладий;
- тринитротриаминродий;
- тетрахлородиамминплатина.
Задача 726.
Написать формулы перечисленных комплексных неэлектролитов: а) тетраамминфосфатохром; б) диамминдихлороплатина; в) триамминтрихлорокобальт; г) диамминтетрахлороплатина. В каждом из комплексов указать степень окисленности комплексооб-разователя.
Решение:
а) - тетраамминфосфатохром. Заряд Сr равен (х), NH 3 - (0), PO 4 – (-3). Отсюда, учитывая, что сумма зарядов частиц равна (o), найдём заряд хрома: х + 4(0) + (-3) = 0; х = +3. Степень окисленности
хрома равна +3.
б) - диамминдихлороплатина. Заряд Pt равен (х), NH 3 - (0), Cl – (-1). Отсюда, учитывая, что сумма зарядов частиц равна (0), найдём заряд платины: х +4(0) + 2(-1) = 0; х = +2. Степень окисленности платины равна +2.
в) - триамминтрихлорокобальт. Заряд Со равен (х), NH 3 - (0), Cl – (-1). Отсюда, учитывая, что сумма зарядов частиц равна (o), найдём заряд кобальта: х + 3(0) + 3(-1) = 0; х = +3. Степень окисленности кобальта равна +3.
г) - диамминтетрахлороплатина. Заряд Pt равен (х), NH 3 - (0), Cl – (-1). Отсюда, учитывая, что сумма зарядов частиц равна (0), найдём заряд платины: х +4(0) + 4(-1) = 0; х = +4. Степень окисленности платины равна +2.
Задача 727.
Химические названия желтой и красной кровяной соли: гексацианоферрат (II) калия и гексацианоферрат (III) калия. Написать формулы этих солей.
Решение:
К 4 - гексацианоферрат (II) калия (жёлтая кровяная соль);
К 3 - гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль).
Задача 728.
Кирпично-красные кристаллы розеосоли
имеют состав, выражаемый формулой Cl 3 , пурпуреосоль
- малиново-красные кристаллы состава Cl 2 . Привести химические названия этих солей.
Решение:
а) Розеосоль
Cl
3 имеет название хлорид аквапентаамминкобальта (III).
б) Пурпуреосоль
Cl
2 имеет название хлорид аквапентаамминкобальта (II).
