DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA VISOKOG STRUČNOG OBRAZOVANJA

"SAMARSKI DRŽAVNI UNIVERZITET KOMUNIKACIJA"

Ufa Institut za željeznice

Odjeljenje za opšte obrazovanje i stručne discipline

Bilješke sa predavanja iz discipline "Hemija"

na temu: "Složene veze"

za studente 1. godine

železničke specijalnosti

svim oblicima obrazovanja

Sastavio:

Bilješke sa predavanja iz discipline “Hemija” na temu “Složene jedinjenja” za studente 1. godine željezničkih specijalnosti svih oblika studija / sastavio: . – Samara: SamGUPS, 2011. – 9 str.

Odobreno na sjednici Odjeljenja za OiPD 23. marta 2011. godine, zapisnik

Objavljeno odlukom Uređivačko-izdavačkog vijeća Univerziteta.

Sastavio:

Recenzenti: glava. Katedra za opštu i inženjersku hemiju SamGUPS,

doktor hemijskih nauka, profesor;

Vanredni profesor, Katedra za opštu i neorgansku hemiju, BSU (Ufa),

Potpisano za objavljivanje 04.07.2011. Format 60/901/16.

Papir za pisanje. Štampanje je efikasno. Uslovno pećnica l. 0.6.

Tiraž 100. Naredba br. 73.

© Samara Državni transportni univerzitet, 2011

Sadržaj bilješke s predavanja odgovara stanju opšti obrazovni standard i zahtjevi visoke škole za obavezni minimum sadržaja i nivoa znanja svršenih učenika u ciklusu „Prirodne nauke“. Predavanje je predstavljeno kao nastavak Predavanje iz hemije za studente 1. godine željeznice svih oblika studija, sastavio tim odsjeka „Opšta i inženjerska hemija“

Predavanje sadrži osnovne principe teorija hemijskog vezivanja, stabilnost kompleksa, nomenklaturu kompleksnih jedinjenja i primere rešavanja problema. Materijal prezentovan u Predavanju će biti od koristi prilikom proučavanja teme „Složene veze“ redovnih i vanrednih studenata i prilikom rešavanja testnih zadataka vanrednih studenata svih specijalnosti.

Ova publikacija se nalazi na web stranici instituta.

Kompleksne veze

Formiranje mnogih hemijskih jedinjenja odvija se u skladu sa valentnošću atoma. Takve veze se nazivaju jednostavne ili veze prvog reda. Istovremeno, postoji mnogo poznatih jedinjenja čije se formiranje ne može objasniti na osnovu pravila valencije. Nastaju kombinacijom jednostavnih spojeva. Takva jedinjenja se nazivaju jedinjenja višeg reda, kompleksna jedinjenja ili koordinaciona jedinjenja. Primeri jednostavnih jedinjenja: H2O, NH3, AgCl, CuSO4. Primeri kompleksnih jedinjenja: AgCl 2NH3, Co (NO3)3 6NH3, ZnSO4 4H2O, Fe (CN)3 3KCN, PtCl2 2KCI, PdCl2 2NH3.

Joni nekih elemenata imaju sposobnost da vežu polarne molekule ili druge ione za sebe, formirajući kompleksne kompleksne ione. Jedinjenja koja sadrže kompleksne ione koji mogu postojati i u kristalu i u otopini nazivaju se kompleksna jedinjenja. Broj poznatih složenih spojeva je mnogo puta veći od broja nama poznatih jednostavnih spojeva. Kompleksna jedinjenja bila su poznata pre više od jednog i po veka. Dok se nije utvrdila priroda hemijske veze i razlozi za njihovo formiranje, empirijske formule jedinjenja su pisane kako smo naveli u gornjim primerima. Godine 1893. švicarski hemičar Alfred Werner predložio je prvu teoriju strukture kompleksnih spojeva, nazvanu teorija koordinacije. Složena jedinjenja čine najobimniju i najraznovrsniju klasu neorganskih supstanci. Oni takođe uključuju mnoga jedinjenja organskih elemenata. Proučavanje svojstava i prostorne strukture složenih jedinjenja dovelo je do novih ideja o prirodi hemijskih veza.

1. Teorija koordinacije

U molekuli složenog jedinjenja razlikuju se sljedeći strukturni elementi: kompleksirajući ion, vezane čestice koordinirane oko njega - ligandi, komponente zajedno sa agensom za stvaranje kompleksa unutrašnja koordinaciona sfera, a preostale čestice uključene u sfera vanjske koordinacije. Kada se kompleksna jedinjenja otapaju, ligandi ostaju čvrsto vezani za kompleksni ion, formirajući gotovo ne-disocijacijski kompleksni ion. Broj liganada se naziva koordinacijski broj(k.h.).

Razmotrimo kalijum ferocijanid K4, kompleksno jedinjenje nastalo interakcijom 4KCN+Fe(CN)2=K4.

Kada se rastvori, kompleksno jedinjenje se disocira u jone: K4↔4K++4-

Tipični agensi za stvaranje kompleksa: Fe2+, Fe3+, Co3+, Cr3+, Ag+, Zn2+, Ni2+.

Karakteristični ligandi: Cl-, Br-, NO2-, CN-, NH3, H2O.

Naboj agensa za stvaranje kompleksa jednak je algebarskom zbiru naboja njegovih konstitutivnih jona, na primjer, 4-, x+6(-1)=-4, x=2.

Neutralni molekuli uključeni u kompleksni ion utječu na naboj. Ako je cijela unutrašnja sfera ispunjena samo neutralnim molekulima,

tada je naboj jona jednak naboju agensa za stvaranje kompleksa. Dakle, jon ima 2+, naelektrisanje bakra je x=+2.

Naboj kompleksnog jona jednak je zbiru naboja jona koji se nalaze u vanjskoj sferi. U K4 naboj je -4, jer u vanjskoj sferi postoji 4K+, a molekul je kao cjelina električno neutralan. Moguća je međusobna supstitucija liganada u unutrašnjoj sferi uz održavanje istog koordinacionog broja, na primjer, Cl2, Cl, . Naelektrisanje jona kobalta je +3.

Nomenklatura kompleksnih jedinjenja

Prilikom sastavljanja naziva složenih spojeva prvo se navodi anion, a zatim kation u genitivu (slično jednostavnim spojevima: kalijev klorid ili aluminij sulfat). Rimski broj u zagradi označava stanje oksidacije centralnog atoma. Ligandi se nazivaju na sljedeći način: H2O - voda, NH3 - amin, C1- - hloro-, CN - cijano-, SO4 2- - sulfato - itd. Nazovimo gornja jedinjenja a) AgCl 2NH3, Co (NO3)3 6NH3, ZnSO4 4H2O; b) Fe (CN)3 3KCN, PtCl2 2KCI; c) PdCl2 2NH3.

Sa kompleksnim katjonom a): diamin srebro (I) hlorid, heksamin kobalt (III) nitrat, tetrakvocink (P) sulfat.

WITH kompleksni anion b): kalijum heksacijanoferat (III), kalijum tetrahloroplatinat (II).

Kompleks- neelektrolit c): dihlorodiamin paladijum.

U slučaju neelektrolita, naziv je u nominativu, a oksidacijsko stanje centralnog atoma nije naznačeno.

2. Metode za uspostavljanje koordinacionih formula

Postoji niz metoda za uspostavljanje koordinacionih formula složenih jedinjenja.

Korištenje reakcija dvostruke izmjene. Na taj način je dokazana struktura sljedećih spojeva kompleksa platine: PtCl4 ∙ 6NH3, PtCl4 ∙ 4NH3, PtCl4 ∙ 2NH3, PtCl4 ∙ 2KCl.

Ako se otopina prvog spoja tretira otopinom AgNO3, tada se sav klor sadržan u njemu istaloži u obliku srebrnog klorida. Očigledno je da se sva četiri hloridna jona nalaze u vanjskoj sferi i stoga se unutrašnja sfera sastoji samo od amonijačnih liganda. Dakle, koordinaciona formula jedinjenja će biti Cl4. U jedinjenju PtCl4 ∙ 4NH3 srebrni nitrat precipitira samo polovinu hlora, odnosno postoje samo dva hloridna jona u vanjskoj sferi, a preostala dva, zajedno sa četiri molekula amonijaka, dio su unutrašnje sfere, pa je koordinacija formula je Cl2. Rastvor jedinjenja PtCl4 ∙ 2NH3 ne precipitira sa AgNO3, ovo jedinjenje je predstavljeno formulom. Konačno, nitrat srebra takođe ne taloži AgCl iz rastvora jedinjenja PtCl4 ∙ 2KCl, ali se reakcijama razmene može utvrditi da u rastvoru ima jona kalijuma. Na osnovu toga, njegova struktura je prikazana formulom K2.

Po molarnoj električnoj provodljivosti razrijeđenih otopina. Pri jakom razrjeđivanju, molarna električna provodljivost kompleksnog spoja određena je nabojem i brojem formiranih iona. Za spojeve koji sadrže kompleksni ion i jednostruko nabijene katione ili anione, vrijedi sljedeći približni odnos:

Broj jona na koje se raspada

molekula elektrolita

Λ(V), Ohm-1 ∙ cm2 ∙ mol-1

Merenje molarne električne provodljivosti Λ(B) u nizu kompleksnih jedinjenja platine(IV) omogućava konstruisanje sledećih koordinacionih formula: Cl4 - disocira da formira pet jona; Cl2 - tri jona; - neutralna molekula; K2 – tri jona, od kojih su dva jona kalijuma. Postoji niz drugih fizičko-hemijskih metoda za uspostavljanje koordinacionih formula složenih jedinjenja.

3. Vrsta hemijske veze u kompleksnim jedinjenjima

a) Elektrostatičke reprezentacije .

Formiranje mnogih kompleksnih spojeva može se objasniti, u prvoj aproksimaciji, elektrostatičkom privlačnošću između centralnog kationa i aniona ili molekula polarnog liganda. Zajedno sa privlačnim silama, između slično nabijenih liganada djeluju i sile elektrostatičkog odbijanja. Kao rezultat, formira se stabilna grupa atoma (jona) koja ima minimalnu potencijalnu energiju. Sredstvo za stvaranje kompleksa i ligandi se smatraju nabijenim, nedeformabilnim kuglicama određenih veličina. Njihova interakcija se uzima u obzir prema Coulombovom zakonu. Stoga se hemijska veza smatra jonskom. Ako su ligandi neutralni molekuli, onda ovaj model treba da uzme u obzir ion-dipol interakciju centralnog jona sa molekulom polarnog liganda. Rezultati ovih proračuna na zadovoljavajući način prenose zavisnost koordinacionog broja od naelektrisanja centralnog jona. Kako se naboj centralnog jona povećava, jačina kompleksnih spojeva se povećava; povećanje njegovog radijusa uzrokuje smanjenje snage kompleksa, ali dovodi do povećanja koordinacijskog broja. Kako se veličina i naboj liganada povećavaju, koordinacijski broj i stabilnost kompleksa se smanjuju. Primarna disocijacija se događa gotovo u potpunosti, slično kao pri disocijaciji jakih elektrolita. Ligandi koji se nalaze u unutrašnjoj sferi vezani su za centralni atom mnogo čvršće i odcijepljeni su samo u maloj mjeri. Reverzibilna dezintegracija unutrašnje sfere kompleksnog jedinjenja naziva se sekundarna disocijacija. Na primjer, disocijacija Cl kompleksa može se zapisati na sljedeći način:

Cl→++Cl - primarna disocijacija

+↔Ag++2NH3 sekundarna disocijacija

Međutim, jednostavna elektrostatička teorija nije u stanju da objasni selektivnost (specifičnost) formiranja kompleksa, jer ne uzima u obzir prirodu centralnog atoma i liganada, niti strukturne karakteristike njihovih elektronskih omotača. Da bi se ovi faktori uzeli u obzir, dopunjena je elektrostatička teorija polarizirajući koncepti prema kojima se formiranju kompleksa pogoduje učešće malih višestruko nabijenih kationa d-elemenata, koji imaju snažan polarizacijski učinak, kao centralni atomi, i velikih, lako polariziranih jona ili molekula kao liganda. U tom slučaju dolazi do deformacije elektronskih ljuski centralnog atoma i liganada, što dovodi do njihovog međusobnog prodiranja, što uzrokuje jačanje veza.

b) Metoda valentne veze.

U metodi valentne veze pretpostavlja se da centralni atom kompleksirajućeg agensa mora imati slobodne orbitale da bi formirao kovalentne veze sa ligandima, čiji broj određuje maksimalnu vrijednost kovalentnog broja agensa za stvaranje kompleksa. U ovom slučaju, kovalentna σ veza nastaje kada se slobodna orbitala atoma kompleksirajućeg agensa preklapa sa popunjenim orbitalama donora, tj. sadrži usamljene parove elektrona. Ova veza se zove koordinaciona veza.

Primjer1. Kompleksni 2+ jon ima tetraedarsku strukturu. Koje se orbitale agensa za stvaranje kompleksa koriste za formiranje veza s molekulima NH3?

Rješenje. Tetraedarska struktura molekula je karakteristična za formiranje sp3-hibridnih orbitala.

Primjer 2. Zašto kompleksni jon + ima linearnu strukturu?

Rješenje. Linearna struktura ovog jona je posledica formiranja dve hibridne sp orbitale od Cu+ jona, koji primaju NH3 elektronske parove.

Primjer 3. Zašto je jon 2 paramagnetičan, a ion 2 dijamagnetski?

Rješenje. Cl - joni slabo interaguju sa ionima Ni2+. Elektronski parovi hlora ulaze u orbitale sledećeg slobodnog sloja sa n=4. U ovom slučaju, 3d elektroni nikla ostaju nespareni, što uzrokuje paramagnetizam 2-.

U 2- zbog dsp2 hibridizacije dolazi do uparivanja elektrona i ion je dijamagnetski

c) Teorija kristalnog polja.

Teorija kristalnog polja razmatra elektrostatičku interakciju između pozitivno nabijenih kompleksnih metalnih jona i usamljenih parova elektrona liganada. Pod uticajem polja liganda, d-nivoi jona prelaznog metala se dele. Obično postoje dvije konfiguracije kompleksnih jona: oktaedarska i tetraedarska. Veličina energije cijepanja ovisi o prirodi liganada i konfiguraciji kompleksa. Zauzimanje podijeljenih d-orbita elektronima vrši se prema Hundovom pravilu, pri čemu su OH-, F-, Cl- joni i H2O, NO molekuli su ligandi slabog polja, a CN-, NO2- ioni i molekula CO su ligandi jakog polja koji značajno dijele d-nivoe kompleksirajućeg agensa. Date su sheme za cijepanje d-nivoa u oktaedarskom i tetraedarskom polju liganada.

Primjer 1. Nacrtajte raspodjelu titanovih elektrona u oktaedarskom kompleksu 3+ jona.

Rješenje. Jon je paramagnetičan zbog činjenice da postoji jedan nespareni elektron lokalizovan na Ti3+ jonu. Ovaj elektron zauzima jednu od tri degenerisane dε orbitale.

Kada se svjetlost apsorbira, elektron može prijeći sa dε- na dy-nivo. Zaista, jon 3+, koji ima jedan elektron na dε orbitali, apsorbuje svetlost talasne dužine λ = 4930 Å. To uzrokuje da razrijeđeni rastvori soli Ti3+ postanu ljubičasti pored apsorbovane boje. Energija ovog elektronskog prelaza može se izračunati iz relacije

https://pandia.ru/text/78/151/images/image002_7.png" width="50" height="32 src=">; E=40 kcal/g∙ion = 1,74 eV = 2, 78∙ 10-12 erg/ion. Zamjenom u formulu za izračunavanje talasne dužine dobijamo

DIV_ADBLOCK332">

Konstanta ravnoteže u ovom slučaju naziva se konstanta nestabilnosti kompleksnog jona https://pandia.ru/text/78/151/images/image005_2.png" width="200" height="36 src="> Rješavanje ovog Jednačinom, nalazimo x= 2,52∙10-3 g∙ion/l i, prema tome, =10,1∙10-3 mol/l.

Primjer 2. Odrediti stepen disocijacije kompleksnog jona 2+ u 0,1 molarnom rastvoru SO4.

Rješenje. Označimo koncentraciju nastalu pri disocijaciji kompleksnog jona sa x. Tada je =4x, i 2+=(0,1-x) mol/l. Zamenimo ravnotežne koncentracije komponenti u jednadžbu Pošto je x<<0,1, то 0,1–х ≈ 0,1. Тогда 2,6∙10-11=256х5, х=2,52∙10-3 моль/л и степень диссоциации комплексного иона

α=2,52∙10-3/0,1=0,025=2,5%.

1. , Yakovlev uputstvo za izvođenje laboratorijskih radova iz hemije za redovne studente svih specijalnosti. – Samara: SamGUPS, 2009. – 46 str.

2., Hemija: testni zadaci za vanredne studente svih specijalnosti. – Samara: SamGUPS, 2008. – 100 str.

3. , M Kurs predavanja iz hemije za studente 1. godine željezničkih specijalnosti svih oblika studija. Samara: SamGUPS, 2005. – 63 str.

4., Reznitsky i vežbe iz opšte hemije: Udžbenik - 2. izd. – M.: Izdavačka kuća Mosk. Univ., 1985. P.60-68.

5. Glinka hemija: Udžbenik za univerzitete/Ur. . – ur. 29. ispravljeno - M.: Integral-Press, 2002. P.354-378.

6. L Zadaci i vježbe iz opšte hemije: Udžbenik za univerzitete / Pod. ed. I – M.: Knorus, 2011.- P.174-187.

7. Korovinova hemija: Udžbenik za tehničku. smjerovi i specijalnosti univerziteti - 6. izd., revizija - M.: Viš. škola, 2006. P.71-82

Kada se razmatraju vrste kemijskih veza, uočeno je da privlačne sile nastaju ne samo između atoma, već i između molekula i iona. Takva interakcija može dovesti do stvaranja novih, složenijih kompleksnih (ili koordinacijskih) spojeva.

Sveobuhvatan su spojevi koji imaju agregate atoma (komplekse) na čvorovima kristalne rešetke, sposobni za samostalno postojanje u otopini i koji imaju svojstva različita od svojstava sastavnih čestica (atoma, jona ili molekula).

U molekuli kompleksnog jedinjenja (na primjer, K 4 ), razlikuju se sljedeći strukturni elementi: ion- agens za kompleksiranje (za dati kompleks Fe), vezane čestice koordinirane oko njega su ligandi ili dodaci (CN -), komponente zajedno sa agensom za stvaranje kompleksa unutrašnja koordinaciona sfera (4-), i preostale čestice uključene u sfera vanjske koordinacije (K+). Kada se kompleksna jedinjenja otapaju, ligandi ostaju u jakoj vezi sa kompleksirajućim jonom, formirajući skoro ne-disocijacijski kompleksni jon. Broj liganada se naziva koordinacijski broj (u slučaju K 4 koordinacijski broj je 6). Koordinacioni broj je određen prirodom centralnog atoma i liganada, a odgovara i najsimetričnijoj geometrijskoj konfiguraciji: 2 (linearna), 4 (tetraedarska ili kvadratna) i 6 (oktaedarska konfiguracija).

Tipični agensi za formiranje kompleksa su sledeći katjoni: Fe 2+, Fe 3+, Co 3+, Co 2+, Cu 2+, Ag+, Cr 3+, Ni 2+ Sposobnost formiranja kompleksnih jedinjenja je povezana sa elektronskim struktura atoma. Elementi d-familije posebno lako formiraju kompleksne jone, na primjer: Ag +, Au +, Cu 2+, Hg 2+, Zn 2+, Fe 2+, Cd 2+, Fe 3+, Co 3+, Ni 2+, Pt 2+, Pt 4+, itd. Komplekseri mogu biti A1 3+ i neki nemetali, na primjer, Si i B.

Nabijeni joni mogu poslužiti kao ligandi: F - , OH - ,NO 3 - ,NO 2 - ,Cl - , Br - ,I - ,CO 3 2- ,CrO 4 2- ,S 2 O 3 2- ,CN - , PO 4 3- itd. i električni neutralne polarne molekule: NH 3, H 2 O, PH 3, CO, itd. Ako su svi ligandi agensa za stvaranje kompleksa isti, onda kompleks homogena veza, na primjer Cl 2; ako su ligandi različiti, onda jedinjenje heterogena, na primjer Cl. Koordinacione (donor-akceptor) veze se obično uspostavljaju između agensa za stvaranje kompleksa i liganada. Nastaju kao rezultat preklapanja elektronima ispunjenih orbitala liganada sa praznim orbitalama centralnog atoma. U kompleksnim jedinjenjima, agens za stvaranje kompleksa je donor, a ligand je akceptor.

Broj hemijskih veza između agensa za stvaranje kompleksa i liganada određuje koordinacijski broj agensa za stvaranje kompleksa. Karakteristični koordinacioni brojevi: Cu + ,Ag + ,Au + = 2;Cu 2+ ,Hg 2+ ,Pb 2+ ,Pt 2+ , Pd 2+ =4;Ni 2+ ,Ni 3+ ,Co 3+ ,A1 3+ = 4 ili 6; Fe 2+, Fe 3+, Pt 4+, Pd 4+, Ti 4+, Pb 4+, Si 4+ =6.

Naboj agensa za stvaranje kompleksa jednak je algebarskom zbiru naelektrisanja njegovih konstitutivnih jona, na primer: 4-, x + 6(-1) = 4-; x = 2.

Neutralni molekuli uključeni u kompleksni ion ne utječu na naboj. Ako je cijela unutrašnja sfera ispunjena samo neutralnim molekulima, tada je naboj jona jednak naboju agensa za stvaranje kompleksa. Dakle, jon 2+ ima naelektrisanje bakra x = 2+. Naboj kompleksnog jona jednak je naelektrisanju jona koji se nalaze u spoljnoj sferi. U K 4 naboj je -4, jer u vanjskoj sferi ima 4 K + kationa, a molekul je kao cjelina električno neutralan.

Ligandi u unutrašnjoj sferi mogu zamijeniti jedni druge dok održavaju isti koordinacijski broj.

Klasifikacija i nomenklatura složenih spojeva. WITH gledišta naboj kompleksne čestice Sva kompleksna jedinjenja mogu se podijeliti na kationske, anjonske i neutralne.

Kationski kompleksi formiraju metalne katjone koji oko sebe koordiniraju neutralne ili anionske ligande, a ukupni naboj liganda je manji u apsolutnoj vrijednosti od oksidacijskog stanja agensa za stvaranje kompleksa, na primjer Cl 3 . Kationski kompleksni spojevi, pored hidrokso kompleksa i soli, mogu biti kiseline, na primjer H – heksafluorantimonova kiselina.

IN anjonski kompleksi , naprotiv, broj anjona liganda je takav da je ukupni naboj kompleksnog anjona negativan, na primjer. IN anjonski kompleksi hidroksidni anjoni djeluju kao ligandi - to su hidrokso kompleksi (na primjer Na 2 – kalijum tetrahidroksozinkat) ili anjoni kiselih ostataka su kompleksi kiselina(na primjer K 3 – kalijum heksacijanoferat (III)) .

Neutralni kompleksi može biti nekoliko tipova: kompleks neutralnog atoma metala sa neutralnim ligandima (na primjer, Ni(CO) 4 - nikl tetrakarbonil, [Cr(C 6 H 6) 2 ] - dibenzen hrom). U neutralnim kompleksima drugog tipa, naboji agensa za formiranje kompleksa i liganda uravnotežuju jedni druge (na primjer, heksaamin platina (IV) hlorid, trinitrotriamin kobalt).

Složena jedinjenja se mogu klasifikovati po prirodi liganda. Među spojevima s neutralnim ligandima izdvajaju se akva kompleksi, amonijak i metalni karbonili. Složena jedinjenja koja sadrže molekule vode kao ligande nazivaju se aqua kompleksi . Kada tvar kristalizira iz otopine, kation hvata neke od molekula vode koji ulaze u kristalnu rešetku soli. Takve supstance se nazivaju kristal hidrati, na primjer A1C1 3 · 6H 2 O. Većina kristalnih hidrata su akva kompleksi, pa ih je tačnije prikazati u obliku kompleksne soli ([A1(H 2 O) 6 ]C1 3 - heksaakva aluminijum hlorid). Složena jedinjenja sa molekulama amonijaka kao ligandom nazivaju se amonijak , na primjer C1 4 – heksaamin platina (IV) hlorid. Metalni karbonili su kompleksni spojevi u kojima molekule ugljičnog oksida (II) služe kao ligandi, na primjer, željezo pentakarbonil, nikl tetrakarbonil.

Poznata su kompleksna jedinjenja sa dva kompleksna jona u molekulu, za koja postoji fenomen koordinacione izomerizma, koji je povezan sa različitom distribucijom liganada između agenasa za kompleksiranje, na primer: – heksanitrokobaltat (III) heksaaminikl (III).

Prilikom kompajliranja imena kompleksnih jedinjenja važe sljedeća pravila:

1) ako je jedinjenje kompleksna so, tada se prvo u nominativu naziva anjon, a zatim u genitivu kation;

2) pri imenovanju kompleksnog jona prvo se navode ligandi, a zatim agens za kompleksiranje;

3) molekularni ligandi odgovaraju nazivima molekula (osim vode i amonijaka, termini se koriste za njihovo označavanje "aqua" I "amin");

4) anjonskim ligandom se dodaje završetak - o, na primjer: F - - fluoro, C1 - - kloro, O 2 - - okso, CNS - - rodano, NO 3 - - nitrat, CN - - cijano, SO 4 2 - - sulfat ,S 2 O 3 2- – tiosulfato, CO 3 2- – karbonato, PO 4 3- – fosfato, OH - – hidrokso;

5) Grčki brojevi se koriste za označavanje broja liganada: 2 – di-, 3 –tri-, 4 –tetra-, 5 –penta-, 6 –heksa-;

6) ako je kompleksni jon katjon, onda se ruski naziv elementa koristi za imenovanje kompleksirajućeg agensa, ako je anjon latinski;

7) iza naziva kompleksirajućeg agensa rimski broj u zagradi označava njegovo oksidaciono stanje;

8) u neutralnim kompleksima naziv centralnog atoma je dat u nominativu, a njegovo oksidaciono stanje nije naznačeno.

Svojstva kompleksnih jedinjenja. Hemijske reakcije koje uključuju kompleksna jedinjenja dijele se u dvije vrste:

1) spoljna sfera - tokom njihovog nastanka kompleksna čestica ostaje nepromenjena (reakcije razmene);

2) intrasferni - prilikom njihovog nastajanja dolazi do promena u stepenu oksidacije centralnog atoma, u strukturi liganada ili promene u koordinacionoj sferi (smanjenje ili povećanje koordinacionog broja).

Jedno od najvažnijih svojstava kompleksnih jedinjenja je njihova disocijacija u vodenim rastvorima. Većina vodotopivih jonskih kompleksa je jaki elektroliti, rastavljaju se na vanjsku i unutrašnju sferu: K 4 ↔ 4K + + 4 - .

Kompleksni joni su prilično stabilni, jesu slabi elektroliti, postupno eliminiranje liganada u vodeni rastvor:

4 - ↔ 3- +CN - (broj koraka je jednak broju liganada).

Ako je ukupni naboj čestice kompleksnog spoja nula, onda imamo molekul neelektrolit, Na primjer .

Tokom reakcija razmjene, kompleksni joni prelaze iz jednog spoja u drugo bez promjene njihovog sastava. Elektrolitička disocijacija kompleksnih jona je podređena zakonu djelovanja mase i kvantitativno je karakterizirana konstantom disocijacije koja se naziva konstante nestabilnosti Kn. Što je niža konstanta nestabilnosti kompleksa, to je manji stepen razlaganja na jone, to je jedinjenje stabilnije. U jedinjenjima koja karakteriše visok Kn, kompleksni ioni su nestabilni, odnosno praktično ih nema u rastvoru; takva jedinjenja su dvostruke soli . Razlika između tipičnih predstavnika kompleksnih i dvostrukih soli je u tome što se potonje disociraju i formiraju sve ione koji su dio ove soli, na primjer: KA1(SO 4) 2 ↔ K + + A1 3+ + 2SO 4 2- (dvostruko sol);

K ↔ 4K + + 4- (složena sol).

Kompleksne veze

Lekcija-predavanje 11. razred

Čas prijavljen za takmičenje „Idem na čas“ vodim u 11. času biologije i hemije, gde se za izučavanje hemije izdvaja 4 časa nedeljno.

Temu „Složena jedinjenja“ sam uzeo, prvo, zato što je ova grupa supstanci od izuzetnog značaja u prirodi; drugo, mnogi zadaci USE uključuju koncept složenih jedinjenja; Treće, učenici ovog razreda nastavljaju karijeru vezane za hemiju i biće izloženi grupi složenih jedinjenja u budućnosti.

Target. Formirati razumijevanje sastava, klasifikacije, strukture i osnovne nomenklature složenih jedinjenja; razmotriti njihova hemijska svojstva i pokazati značenje; proširiti razumijevanje učenika o raznim supstancama.

Oprema. Uzorci kompleksnih jedinjenja.

Plan lekcije

I. Organizacioni momenat.

II. Proučavanje novog gradiva (predavanje).

III. Sumiranje i postavljanje domaće zadaće.

Pregled predavanja

1. Raznolikost supstanci.

2. Teorija koordinacije A. Wernera.

3. Struktura kompleksnih jedinjenja.

4. Klasifikacija složenih spojeva.

5. Priroda hemijskih veza u kompleksnim jedinjenjima.

6. Nomenklatura kompleksnih jedinjenja.

7. Hemijska svojstva kompleksnih jedinjenja.

8. Značenje kompleksnih spojeva.

TOKOM NASTAVE

I. Organizacioni momenat

II. Učenje novog gradiva

Raznolikost supstanci

Svijet supstanci je raznolik, a već nam je poznata grupa supstanci koje spadaju u kompleksna jedinjenja. Ove supstance su počele da se proučavaju u 19. veku, ali je bilo teško razumeti njihovu strukturu sa stanovišta postojećih ideja o valenciji.

Teorija koordinacije A. Wernera

Godine 1893., švicarski neorganski hemičar Alfred Werner (1866–1919) formulirao je teoriju koja je omogućila razumijevanje strukture i nekih svojstava kompleksnih jedinjenja i tzv. teorija koordinacije*. Stoga se kompleksna jedinjenja često nazivaju koordinacijskim spojevima.

Spojevi koji sadrže kompleksne ione koji postoje iu kristalu iu otopini nazivaju se kompleksima ili koordinacijom.

Struktura kompleksnih jedinjenja

Prema Wernerovoj teoriji, centralnu poziciju u kompleksnim jedinjenjima obično zauzima ion metala, koji se naziva centralni ion ili agens za kompleksiranje.

Sredstvo za kompleksiranje –čestica (atom, jon ili molekul) koja koordinira (uređuje) druge jone ili molekule oko sebe.

Kompleksni agens obično ima pozitivan naboj i jeste d-element, ispoljava amfoterna svojstva, ima koordinacijski broj 4 ili 6. Molekuli ili kiseli ostaci - ligandi (adendi) nalaze se (koordinirani) oko kompleksirajućeg agensa.

ligandi –čestice (molekule i joni) koordinisane agensom za stvaranje kompleksa i koje imaju direktne hemijske veze sa njim (na primer, joni: Cl – , I – , NO 3 – , OH – ; neutralne molekule: NH3, H2O, CO ).

Ligandi nisu vezani jedan za drugog, jer između njih djeluju odbojne sile. Kada su ligandi molekuli, moguće su molekularne interakcije između njih. Koordinacija liganada oko agensa za stvaranje kompleksa je karakteristična karakteristika kompleksnih jedinjenja (slika 1).

Koordinacioni broj - ovo je broj hemijskih veza koje agens za kompleksiranje formira sa ligandima.

Rice. 2. Tetraedarska struktura jona –

Vrijednost koordinacionog broja agensa za kompleksiranje zavisi od njegove prirode, stepena oksidacije, prirode liganada i uslova (temperatura, koncentracija) pod kojima se reakcija kompleksiranja odvija. Koordinacioni broj može imati vrijednosti od 2 do 12. Najčešći koordinacijski brojevi su 4 i 6. Za koordinacijski broj 4, struktura složenih čestica može biti tetraedarska - (slika 2) i u obliku ravnog kvadrata (Sl. 3). Kompleksna jedinjenja sa koordinacionim brojem 6 imaju 3- oktaedačku strukturu (slika 4).

Rice. 4. Ion 3 – oktaedarska struktura

Kompleksirajući agens i njegovi okolni ligandi čine unutrašnja sfera kompleksa.Čestica koja se sastoji od agensa za stvaranje kompleksa i okolnih liganada naziva se kompleksni ion. Kada se prikazuju složena jedinjenja, unutrašnja sfera (kompleksni jon) je ograničena uglastim zagradama. Preostale komponente kompleksnog jedinjenja nalaze se u spoljna sfera(Sl. 5).

Ukupni naboj jona vanjske sfere mora biti jednak po vrijednosti i suprotan po predznaku naboju kompleksnog jona:

Klasifikacija složenih spojeva

Širok izbor složenih spojeva i njihovih svojstava ne dopušta stvaranje jedinstvene klasifikacije. Međutim, moguće je grupirati supstance prema nekim individualnim karakteristikama.

1) Po sastavu.

2) Po vrsti koordiniranih liganada.

A) Aqua kompleksi– to su kompleksni katjoni u kojima su ligandi molekuli H 2 O. Nastaju od metalnih katjona sa oksidacionim stanjem +2 ili više, a sposobnost stvaranja akva kompleksa za metale jedne grupe periodnog sistema opada od vrha do dna.

Primjeri aqua kompleksa:

Cl 3, (NO 3) 3.

b) Hydroxo kompleksi- to su kompleksni anjoni u kojima su ligandi hidroksidni joni OH –. Komplekseri su metali koji imaju tendenciju da ispoljavaju amfoterna svojstva - Be, Zn, Al, Cr.

Na primjer: Na, Ba.

V) Amonijak- to su kompleksni katjoni u kojima su ligandi NH 3 molekuli. Kompleksirajući agensi su d-elementi.

Na primjer: SO 4, Cl.

G) Kiselinski kompleksi– to su kompleksni anjoni u kojima su ligandi anjoni neorganskih i organskih kiselina.

Na primjer: K 3, Na 2, K 4.

3) Prema naboju unutrašnje sfere.

Priroda hemijskih veza u kompleksnim jedinjenjima

U unutrašnjoj sferi postoje kovalentne veze između agensa za stvaranje kompleksa i liganada, formirane, između ostalog, mehanizmom donor-akceptor. Za formiranje takvih veza potrebno je imati slobodne orbitale u nekim česticama (dostupne u agensu za stvaranje kompleksa) i usamljene elektronske parove u drugim česticama (ligandi). Ulogu donora (dobavljača elektrona) ima ligand, a akceptor koji prima elektrone je agens za formiranje kompleksa. Veza donor-akceptor nastaje kao rezultat preklapanja slobodnih valentnih orbitala agensa za stvaranje kompleksa sa ispunjenim orbitalama donora.

Između vanjske i unutrašnje sfere postoji jonska veza. Dajemo primjer.

Elektronska struktura atoma berilija:

Elektronska struktura atoma berilija u pobuđenom stanju:

Elektronska struktura atoma berilija u kompleksnom jonu 2–:

Isprekidane strelice označavaju elektrone fluora; dvije od četiri veze se formiraju donor-akceptorskim mehanizmom. U ovom slučaju, Be atom je akceptor, a joni fluora su donori, njihovi slobodni parovi elektrona ispunjavaju hibridizirane orbitale ( sp 3 -hibridizacija).

Nomenklatura kompleksnih jedinjenja

Najraširenija nomenklatura je ona koju preporučuje IUPAC. Ime kompleksni anjon počinje oznakom sastava unutrašnje sfere: broj liganada je označen grčkim brojevima: 2-di, 3-tri, 4-tetra, 5-penta, 6-hexa, itd., nakon čega slijede imena ligandi kojima se dodaje vezni samoglasnik „o”: Cl – – hloro-, CN – – cijano-, OH – – hidrokso- itd. Ako sredstvo za formiranje kompleksa ima promjenjivo oksidacijsko stanje, tada je njegovo oksidacijsko stanje naznačeno u zagradama rimskim brojevima, a njegovo ime sa sufiksom -at: Zn - cink at, Fe – ferr at(III), Au – aur at(III). Potonji se naziva kation vanjske sfere u genitivu.

K 3 – kalijum heksacijanoferat(III),

K 4 – kalijum heksacijanoferat(II),

K 2 – kalijum tetrahidroksizinkat.

Nazivi spojeva koji sadrže kompleksni kation, konstruišu se od naziva anjona spoljašnje sredine, nakon čega se navodi broj liganada, daje se latinski naziv liganda (molekul amonijaka NH 3 - amin, molekul vode H 2 O - aqua od latinskog naziva za voda) i ruski naziv kompleksirajućeg elementa; Rimski broj u zagradi označava oksidaciono stanje kompleksirajućeg elementa, ako je promenljivo. Na primjer:

SO 4 – tetraamin bakar(II) sulfat,

Cl 3 – heksaakvaluminijum hlorid.

Hemijska svojstva kompleksnih jedinjenja

1. U rastvoru se kompleksna jedinjenja ponašaju kao jaki elektroliti, tj. potpuno disociraju na katione i anione:

Cl 2 = Pt(NH 3) 4 ] 2+ + 2Cl – ,

K 2 = 2K + + 2– .

Disocijacija ovog tipa naziva se primarna.

Sekundarna disocijacija je povezana sa uklanjanjem liganada iz unutrašnje sfere kompleksnog jona:

2– PtCl 3 – + Cl – .

Sekundarna disocijacija se odvija u koracima: kompleksni joni (2–) su slabi elektroliti.

2. Kada su izloženi jakim kiselinama, hidrokso kompleksi se uništavaju, na primjer:

a) sa nedostatkom kiseline

Na 3 + 3HCl = 3NaCl + Al(OH) 3 + 3H 2 O;

b) sa viškom kiseline

Na 3 + 6HCl = 3NaCl + AlCl 3 + 6H 2 O.

3. Zagrijavanje (termoliza) svih amonijaka dovodi do njihove razgradnje, na primjer:

SO 4 CuSO 4 + 4NH 3 .

Značenje kompleksnih spojeva

Koordinacioni spojevi su izuzetno važni u prirodi. Dovoljno je reći da su gotovo svi enzimi, mnogi hormoni, lijekovi i biološki aktivne tvari složena jedinjenja. Na primjer, hemoglobin u krvi, zbog kojeg se kisik prenosi iz pluća u ćelije tkiva, je složeno jedinjenje koje sadrži željezo (slika 6), a hlorofil, odgovoran za fotosintezu u biljkama, je kompleksno jedinjenje magnezija (sl. 7).

Značajan dio prirodnih minerala, uključujući polimetalne rude i silikate, također se sastoji od koordinacionih spojeva. Osim toga, kemijske metode za vađenje metala iz ruda, posebno bakra, volframa, srebra, aluminija, platine, željeza, zlata i drugih, također su povezane sa stvaranjem lako topljivih, topljivih ili isparljivih kompleksa. Na primjer: Na 3 – kriolit, KNa 3 4 – nefelin (minerali, kompleksna jedinjenja koja sadrže aluminijum).

Moderna hemijska industrija široko koristi koordinaciona jedinjenja kao katalizatore u sintezi visokomolekularnih jedinjenja, u hemijskoj rafinaciji nafte i u proizvodnji kiselina.

III. Sumiranje i postavljanje domaće zadaće

Zadaća.

1) Pripremite se sa predavanja za praktični čas na temu: „Složene veze“.

2) Dajte pismeni opis sljedećih složenih jedinjenja prema njihovoj strukturi i klasificirajte ih prema njihovim karakteristikama:

K 3, (NO 3) 3, Na 2, OH.

3) Napišite jednadžbe reakcije pomoću kojih se transformacije mogu izvršiti:

* Za otkriće ove nove oblasti nauke, A. Werner je 1913. dobio Nobelovu nagradu.

Jedinjenja tipa BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2 itd., u kojima element pokazuje svoju uobičajenu maksimalnu valenciju, nazivaju se jedinjenja zasićena valentnošću ili veze prvog reda. Kada spojevi prvog reda međusobno djeluju, nastaju spojevi višeg reda. TO veze višeg reda uključuju hidrate, amonijak, adicione produkte kiselina, organske molekule, dvostruke soli i mnoge druge Primjeri stvaranja kompleksnih jedinjenja:

PtCl 4 + 2KCl = PtCl 4 ∙2KCl ili K 2

CoCl 3 + 6NH 3 = CoCl 3 ∙6NH 3 ili Cl 3.

A. Werner je u hemiju uveo koncept jedinjenja višeg reda i dao prvu definiciju pojma kompleksnog jedinjenja. Elementi, nakon zasićenja svojih uobičajenih valencija, također su sposobni pokazati dodatnu valenciju - koordinacija. Zbog koordinacione valencije dolazi do stvaranja spojeva višeg reda.

Kompleksne veze – složene supstance u koje je moguće izolovati centralni atom(sredstvo za stvaranje kompleksa) i povezani molekuli i joni – ligandi.

Nastaju centralni atom i ligandi kompleks (unutrašnja sfera), koji se pri pisanju formule kompleksnog spoja stavlja u uglaste zagrade. Broj liganada u unutrašnjoj sferi se naziva koordinacijski broj. Formiraju se molekuli i joni koji okružuju kompleks spoljna sfera. Primjer kompleksne soli kalijevog heksacijanoferata (III) K 3 (tzv. crvena krvna so).

Centralni atomi mogu biti ioni prelaznih metala ili atomi nekih nemetala (P, Si). Ligandi mogu biti halogeni anjoni (F –, Cl –, Br –, I –), OH –, CN –, CNS –, NO 2 – i drugi, neutralni molekuli H 2 O, NH 3, CO, NO, F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , hidrazin N 2 H 4 , etilendiamin NH 2 –CH 2 –CH 2 –NH 2 i drugi.

Valencija koordinacije(KV) ili koordinacijski broj – broj mjesta u unutrašnjoj sferi kompleksa koja mogu biti zauzeta ligandima. Koordinacijski broj je obično veći od oksidacijskog stanja agensa za stvaranje kompleksa i ovisi o prirodi kompleksirajućeg agensa i liganada. Složena jedinjenja sa koordinacionim valencijama 4, 6 i 2 su češća.

Kapacitet koordinacije liganda – broj mesta u unutrašnjoj sferi kompleksa koje zauzima svaki ligand. Za većinu liganada koordinacijski kapacitet je jednak jedan, rjeđe 2 (hidrazin, etilendiamin) ili više (EDTA - etilendiamintetraacetat).

Naplata kompleksa mora biti brojčano jednak ukupnom naboju vanjske sfere i suprotnog predznaka, ali postoje i neutralni kompleksi. Oksidacijsko stanje kompleksirajućeg agensa jednak i suprotan po predznaku algebarskom zbiru naelektrisanja svih ostalih jona.

Sistematski nazivi složenih jedinjenja formiraju se na sljedeći način: prvo se nazivaju anion u nominativu, zatim odvojeno u genitivu - kation. Ligandi u kompleksu su zajedno navedeni sljedećim redoslijedom: a) anjonski; b) neutralan; c) katjonski. Anioni su navedeni redom H –, O 2–, OH –, jednostavni anioni, poliatomski anjoni, organski anioni – abecednim redom. Neutralni ligandi se nazivaju isto kao i molekuli, sa izuzetkom H 2 O (aqua) i NH 3 (ammin); negativno nabijeni joni dodaju se veznim samoglasnikom “ O" Broj liganada je označen prefiksima: di-, tri, tetra-, penta-, heksa- itd. Završetak za anjonske komplekse je “- at" ili "- novo"ako se zove kiselina; Nema tipičnih završetaka za kationske i neutralne komplekse.

H – vodonik tetrahloroaurat (III)

(OH) 2 – tetraamin bakar (II) hidroksid

Cl 4 – heksaamin platina (IV) hlorid

– tetrakarbonilnikl

– heksacijanoferat (III) heksaamin kobalt (III)

Klasifikacija složenih spojeva zasnovano na različitim principima:

Po pripadnosti specifičnoj klasi jedinjenja:

- kompleksne kiseline– H 2 , H 2 ;

- složene baze– (OH) 2 ;

- kompleksne soli– Li 3, Cl 2.

Po prirodi liganada:

- aqua kompleksi(voda je ligand) – SO 4 ∙H 2 O, [Co(H 2 O) 6 ]Sl 2;

- amonijak(kompleksi u kojima molekule amonijaka služe kao ligandi) – [Cu(NH 3) 4 ]SO 4, Cl;

- kompleksi kiselina(kompleksi oksalata, karbonata, cijanida, halida koji kao ligande sadrže anjone različitih kiselina) – K 2, K 4;

- hidrokso kompleksi(jedinjenja sa OH grupama u obliku liganada) – K 3 [Al (OH) 6 ];

- chelated ili ciklički kompleksi(bi- ili polidentatni ligand i centralni atom formiraju ciklus) – kompleksi sa aminosirćetnom kiselinom, EDTA; U helate spadaju hlorofil (sredstvo za stvaranje kompleksa - magnezijum) i hemoglobin (sredstvo za stvaranje kompleksa - gvožđe).

Prema znaku naboja kompleksa: kationski, anjonski, neutralni kompleksi.

Posebnu grupu čine superkompleksna jedinjenja. Kod njih, broj liganada premašuje koordinacionu valenciju agensa za stvaranje kompleksa. Dakle, u jedinjenju CuSO 4 ∙5H 2 O, bakar ima koordinacionu valencu od četiri i četiri molekula vode su koordinirane u unutrašnjoj sferi, peti molekul se pridružuje kompleksu preko vodoničnih veza: SO 4 ∙H 2 O.

Ligandi su vezani za centralni atom donor-akceptorska veza. U vodenom rastvoru, kompleksna jedinjenja mogu disocirati da formiraju kompleksne ione:

Cl ↔ + + Cl –

U maloj mjeri, unutarnja sfera kompleksa se također razdvaja:

+ ↔ Ag + + 2NH 3

Mjera snage kompleksa je konstanta nestabilnosti kompleksa:

K gnijezdo + = C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag(NH 3) 2 ] +

Umjesto konstante nestabilnosti, ponekad se koristi inverzna vrijednost, nazvana konstanta stabilnosti:

K usta = 1 / K gnijezdo

U umjereno razrijeđenim otopinama mnogih kompleksnih soli postoje i složeni i jednostavni ioni. Dalje razrjeđivanje može dovesti do potpunog raspadanja kompleksnih jona.

Prema jednostavnom elektrostatičkom modelu W. Kossela i A. Magnusa, interakcija između agensa za stvaranje kompleksa i jonskih (ili polarnih) liganada je u skladu sa Coulombovim zakonom. Stabilan kompleks se dobija kada privlačne sile prema jezgru kompleksa uravnoteže sile odbijanja između liganada. Snaga kompleksa raste sa povećanjem nuklearnog naboja i smanjenjem radijusa agensa za stvaranje kompleksa i liganada. Elektrostatički model je vrlo vizualan, ali nije u stanju da objasni postojanje kompleksa sa nepolarnim ligandima i agensom za stvaranje kompleksa u nultom oksidacionom stanju; šta određuje magnetna i optička svojstva jedinjenja.

Vizuelni način da se opiše kompleksna jedinjenja je metoda valentne veze (MVM), koju je predložio Pauling. Metoda se zasniva na nizu odredbi:

Odnos između agensa za stvaranje kompleksa i liganada je donor-akceptor. Ligandi obezbeđuju elektronske parove, a jezgro kompleksa obezbeđuje slobodne orbitale. Mjera snage veze je stepen orbitalnog preklapanja.

Orbitale centralnog atoma uključene u formiranje veza prolaze kroz hibridizaciju. Tip hibridizacije je određen brojem, prirodom i elektronskom strukturom liganada. Hibridizacija elektronskih orbitala agensa za stvaranje kompleksa određuje geometriju kompleksa.

Dodatno jačanje kompleksa je zbog činjenice da se uz σ veze mogu pojaviti i π veze.

Magnetna svojstva kompleksa su objašnjena na osnovu populacije orbitala. U prisustvu nesparenih elektrona, kompleks je paramagnetičan. Uparivanje elektrona određuje dijamagnetizam kompleksnog spoja.

MBC je pogodan za opisivanje samo ograničenog spektra supstanci i ne objašnjava optička svojstva složenih jedinjenja, jer ne uzima u obzir pobuđena stanja.

Dalji razvoj elektrostatičke teorije na kvantnomehaničkim osnovama je teorija kristalnog polja (CFT). Prema TKP, veza između jezgre kompleksa i liganada je jonska ili ion-dipolna. TCP se fokusira na razmatranje onih promjena koje se javljaju u agensu za stvaranje kompleksa pod utjecajem polja liganda (cijepanje energetskih nivoa). Ideja energetskog cijepanja agensa za stvaranje kompleksa može se koristiti za objašnjenje magnetskih svojstava i boje kompleksnih spojeva.

TCP je primjenjiv samo na kompleksna jedinjenja u kojima je agens za stvaranje kompleksa ( d-element) ima slobodne elektrone i ne uzima u obzir djelimično kovalentnu prirodu veze agens-ligand.

Metoda molekularne orbite (MOM) uzima u obzir detaljnu elektronsku strukturu ne samo agensa za stvaranje kompleksa, već i liganada. Kompleks se smatra jednim kvantno-mehaničkim sistemom. Valentni elektroni sistema nalaze se u multicentričnim molekularnim orbitalama, pokrivajući jezgra agensa za stvaranje kompleksa i sve ligande. Prema MMO, povećanje energije cijepanja je posljedica dodatnog jačanja kovalentne veze zbog π-vezivanja.

Kompleksne veze

Bilješke sa predavanja

Ciljevi. Formirati ideje o sastavu, strukturi, svojstvima i nomenklaturi složenih spojeva; razviti vještine određivanja oksidacijskog stanja kompleksirajućeg agensa i sastavljanja jednačina disocijacije za kompleksna jedinjenja.
Novi koncepti: kompleksno jedinjenje, agens za kompleksiranje, ligand, koordinacijski broj, vanjske i unutrašnje sfere kompleksa.
Oprema i reagensi. Stalak sa epruvetama, koncentrovanim rastvorom amonijaka, rastvorima bakar(II) sulfata, srebrnog nitrata, natrijum hidroksida.

TOKOM NASTAVE

Laboratorijsko iskustvo. Dodati rastvor amonijaka u rastvor bakar(II) sulfata. Tečnost će dobiti intenzivnu plavu boju.

Šta se desilo? Hemijska reakcija? Do sada nismo znali da amonijak može da reaguje sa solju. Koja je supstanca nastala? Koja je njegova formula, struktura, naziv? Kojoj klasi jedinjenja pripada? Može li amonijak reagirati s drugim solima? Postoje li veze slične ovoj? Na ova pitanja moramo odgovoriti danas.

Da bismo bolje proučili svojstva nekih jedinjenja gvožđa, bakra, srebra, aluminijuma, potrebno nam je znanje o kompleksnim jedinjenjima.

Nastavimo sa našim iskustvom. Dobivenu otopinu podijelite na dva dijela. U jedan dio dodajte lužinu. Taloženje bakar(II) hidroksida Cu(OH) 2 se ne primećuje, stoga u rastvoru nema dvonabijenih jona bakra ili ih ima premalo. Iz ovoga možemo zaključiti da ioni bakra stupaju u interakciju sa dodatkom amonijaka i formiraju neke nove ione koji ne tvore nerastvorljivo jedinjenje sa OH – jonima.

U isto vrijeme, joni ostaju nepromijenjeni. Ovo se može potvrditi dodavanjem rastvora barijum hlorida u rastvor amonijaka. Odmah će se formirati bijeli talog BaSO 4.

Istraživanja su utvrdila da je tamnoplava boja otopine amonijaka posljedica prisustva u njoj kompleksnih 2+ jona, nastalih dodavanjem četiri molekula amonijaka jonu bakra. Kada voda ispari, joni 2+ se vežu za ione, a iz otopine se oslobađaju tamnoplavi kristali čiji je sastav izražen formulom SO 4 H 2 O.

Složena jedinjenja su ona koja sadrže kompleksne ione i molekule koji mogu postojati iu kristalnom obliku iu rastvorima.

Formule molekula ili jona kompleksnih jedinjenja obično se stavljaju u uglaste zagrade. Kompleksna jedinjenja se dobijaju iz običnih (nekompleksnih) jedinjenja.

Primjeri dobivanja kompleksnih spojeva

Struktura kompleksnih jedinjenja razmatra se na osnovu teorije koordinacije koju je 1893. predložio švajcarski hemičar Alfred Werner, dobitnik Nobelove nagrade. Njegova naučna aktivnost odvijala se na Univerzitetu u Cirihu. Naučnik je sintetizovao mnoga nova kompleksna jedinjenja, sistematizovao ranije poznata i novo dobijena kompleksna jedinjenja i razvio eksperimentalne metode za dokazivanje njihove strukture.

A. Werner (1866–1919)

U skladu s ovom teorijom razlikuju se kompleksna jedinjenja agens za kompleksiranje, vanjski I unutrašnja sfera. Sredstvo za stvaranje kompleksa je obično kation ili neutralni atom. Unutrašnja sfera se sastoji od određenog broja jona ili neutralnih molekula koji su čvrsto vezani za agens za stvaranje kompleksa. Oni se nazivaju ligandi. Broj liganada određuje koordinacijski broj(CN) agens za stvaranje kompleksa.

Primjer kompleksnog spoja

Jedinjenje SO 4 H 2 O ili CuSO 4 5H 2 O razmatrano u primjeru je kristalni hidrat bakar(II) sulfata.

Odredimo komponente drugih kompleksnih spojeva, na primjer K 4.
(Referenca. Supstanca sa formulom HCN je cijanovodonična kiselina. Soli cijanovodične kiseline nazivaju se cijanidi.)

Kompleksirajući agens je ion gvožđa Fe 2+, ligandi su cijanidni joni CN –, koordinacioni broj je šest. Sve što je napisano u uglastim zagradama je unutrašnja sfera. Joni kalija formiraju vanjsku sferu kompleksnog jedinjenja.

Priroda veze između centralnog jona (atoma) i liganada može biti dvostruka. S jedne strane, veza je posljedica sila elektrostatičke privlačnosti. S druge strane, između centralnog atoma i liganada veza se može formirati donor-akceptorskim mehanizmom, slično kao i amonijum jon. U mnogim kompleksnim jedinjenjima, veza između centralnog jona (atoma) i liganada nastaje kako zbog sila elektrostatičke privlačnosti, tako i zbog veze formirane zbog usamljenih elektronskih parova agensa za stvaranje kompleksa i slobodnih orbitala liganada.

Kompleksna jedinjenja sa spoljnom sferom su jaki elektroliti i u vodenim rastvorima se skoro potpuno disociraju na kompleksne jone i ione spoljna sfera. Na primjer:

SO 4 2+ + .

Tokom reakcija razmjene, kompleksni ioni prelaze iz jednog spoja u drugo bez promjene njihovog sastava:

SO 4 + BaCl 2 = Cl 2 + BaSO 4.

Unutrašnja sfera može imati pozitivan, negativan ili nulti naboj.

Ako naboj liganada nadoknađuje naboj agensa za stvaranje kompleksa, tada se takva kompleksna jedinjenja nazivaju neutralni ili neelektrolitski kompleksi: oni se sastoje samo od agensa za stvaranje kompleksa i liganada unutrašnje sfere.

Takav neutralni kompleks je, na primjer, .

Najtipičniji agensi za stvaranje kompleksa su kationi d-elementi.

Ligandi mogu biti:

a) polarni molekuli - NH 3, H 2 O, CO, NO;
b) prosti joni – F – , Cl – , Br – , I – , H – , H + ;
c) kompleksni joni – CN –, SCN –, NO 2 –, OH –.

Razmotrimo tabelu koja pokazuje koordinacione brojeve nekih agenasa za kompleksiranje.

Nomenklatura kompleksnih jedinjenja. Prvo se naziva anjon u spoju, a zatim kation. Kada se ukazuje na sastav unutrašnje sfere, prvo se pozivaju anioni, dodajući sufiks - latinskom nazivu. O-, na primjer: Cl – – kloro, CN – – cijano, OH – – hidrokso, itd. U daljem tekstu neutralni ligandi i prvenstveno amonijak i njegovi derivati. U ovom slučaju se koriste sljedeći termini: za koordinirani amonijak - ammin, za vodu – aqua. Broj liganada je označen grčkim riječima: 1 - mono, 2 - di, 3 - tri, 4 - tetra, 5 - penta, 6 - hexa. Zatim prelaze na naziv centralnog atoma. Ako je središnji atom dio kationa, upotrijebite ruski naziv odgovarajućeg elementa i navedite njegovo oksidacijsko stanje u zagradama (rimskim brojevima). Ako je centralni atom sadržan u anionu, onda koristite latinski naziv elementa i dodajte završetak na kraju - at. U slučaju neelektrolita, oksidaciono stanje centralnog atoma nije dato, jer jedinstveno se određuje iz uslova električne neutralnosti kompleksa.

Primjeri. Za imenovanje kompleksa Cl 2 odredite oksidacijsko stanje (S.O.)
X agens za kompleksiranje – Cu jon X+ :

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

Oksidacijsko stanje jona kobalta određuje se na sličan način:

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

Koliki je koordinacijski broj kobalta u ovom spoju? Koliko molekula i jona okružuje centralni jon? Koordinacioni broj kobalta je šest.

Ime kompleksnog jona napisano je jednom riječju. Oksidacijsko stanje centralnog atoma je označeno rimskim brojem u zagradi. Na primjer:

Cl 2 – tetraamin bakar(II) hlorid,
NE 3 – dikloroakvatriamin kobalt(III) nitrat,
K 3 – heksacijanoferat(III) kalijum,
K 2 – tetrakloroplatinat(II) kalijum,
– dihlorotetraamincink,
H 2 – heksahlorotanska kiselina.

Na primjeru nekoliko kompleksnih spojeva odredit ćemo strukturu molekula (kompleksirajući ion, njegov SO, koordinacijski broj, ligandi, unutrašnja i vanjska sfera), dati ime kompleksu i zapisati jednačine elektrolitičke disocijacije.

K 4 – kalijum heksacijanoferat(II),

K 4 4K + + 4– .

H – tetrakloraurinska kiselina (nastaje kada se zlato otopi u carskoj vodi),

H H + + –.

OH – diaminsrebro(I) hidroksid (ova supstanca učestvuje u reakciji „srebrnog ogledala“),

OH + + OH – .

Na – tetrahidroksoaluminat natrijum,

Na Na + + – .

Složeni spojevi također uključuju mnoge organske tvari, posebno poznate produkte interakcije amina s vodom i kiselinama. Na primjer, soli metil amonijum klorida i fenilamonijum hlorid su kompleksna jedinjenja. Prema teoriji koordinacije, oni imaju sljedeću strukturu:

Ovdje je atom dušika sredstvo za stvaranje kompleksa, atomi vodika kod dušika, metil i fenil radikali su ligandi. Zajedno čine unutrašnju sferu. Vanjska sfera sadrži hloridne ione.

Mnoge organske supstance koje imaju veliki značaj u životu organizama su složena jedinjenja. To uključuje hemoglobin, hlorofil, enzimi i itd.

Kompleksna jedinjenja se široko koriste:

1) u analitičkoj hemiji za određivanje mnogih jona;
2) za izdvajanje određenih metala i dobijanje metala visoke čistoće;
3) kao boje;
4) otklanjanje tvrdoće vode;
5) kao katalizatori važnih biohemijskih procesa.