VALSTYBINĖ AUKŠTOJO PROFESINIO MOKYMO ĮSTAIGA
„SAMAROS VALSTYBINIO RYŠIŲ UNIVERSITETAS“
Ufos geležinkelių institutas
Bendrojo ugdymo ir profesinių disciplinų skyrius
Paskaitų konspektas apie discipliną „Chemija“
tema: „Sudėtingi ryšiai“
1 kurso studentams
geležinkelių specialybės
visos švietimo formos
Sudarė:
Paskaitų konspektas disciplina „Chemija“ tema „Sudėtiniai junginiai“ visų ugdymo formų geležinkelių specialybių I kurso studentams / sudarė: . – Samara: SamGUPS, 2011. – 9 p.
Patvirtinta 2011 m. kovo 23 d. OiPD departamento posėdžio protokolas
Išleistas Universiteto Redakcinės ir leidybos tarybos sprendimu.
Sudarė:
Recenzentai: galva. SamGUPS „Bendrosios ir inžinerinės chemijos“ katedra,
chemijos mokslų daktaras, profesorius;
BSU (Ufa) Bendrosios ir neorganinės chemijos katedros docentas,
Pasirašyta publikavimui 2011-07-04. Formatas 60/901/16.
Rašomasis popierius. Spausdinimas efektyvus. Sąlyginis orkaitę l. 0.6.
Tiražas 100. Įsakymas Nr.73.
© Samaros valstybinis transporto universitetas, 2011 m
Paskaitų konspektų turinys atitinka būseną bendrojo lavinimo standarto ir aukštosios mokyklos reikalavimai „Gamtos mokslų“ pakopos aukštųjų mokyklų absolventų privalomam minimaliam turiniui ir žinių lygiui. Paskaita pristatoma kaip tęsinys Chemijos paskaitų kursas visų studijų formų I kurso geležinkelių studentams, kuriuos sudarė Bendrosios ir inžinerinės chemijos katedros komanda
Paskaitoje pateikiami pagrindiniai cheminio ryšio teorijų principai, kompleksų stabilumas, kompleksinių junginių nomenklatūra, problemų sprendimo pavyzdžiai. Paskaitoje pateikta medžiaga bus naudinga nagrinėjant temą „Sudėtingi ryšiai“ nuolatinių ir ištęstinių studijų studentams bei sprendžiant testines užduotis visų specialybių ištęstinių studijų studentams.
Šis leidinys yra instituto svetainėje.
Sudėtingi ryšiai
Daugelio cheminių junginių susidarymas vyksta pagal atomų valentiškumą. Tokios jungtys vadinamos paprastosiomis arba pirmos eilės jungtimis. Tuo pačiu metu yra žinoma daug junginių, kurių susidarymo negalima paaiškinti remiantis valentingumo taisyklėmis. Jie susidaro jungiant paprastus junginius. Tokie junginiai vadinami aukštesnės eilės junginiais, kompleksiniais junginiais arba koordinaciniais junginiais. Paprastų junginių pavyzdžiai: H2O, NH3, AgCl, CuSO4. Sudėtinių junginių pavyzdžiai: AgCl 2NH3, Co (NO3)3 6NH3, ZnSO4 4H2O, Fe (CN)3 3KCN, PtCl2 2KCI, PdCl2 2NH3.
Kai kurių elementų jonai turi galimybę prie savęs prijungti polines molekules ar kitus jonus, sudarydami sudėtingus kompleksinius jonus. Junginiai, kuriuose yra sudėtingų jonų, galinčių egzistuoti tiek kristale, tiek tirpale, vadinami kompleksiniais junginiais.
1. Žinomų sudėtingų junginių skaičius yra daug kartų didesnis nei mums žinomų paprastų junginių skaičius. Sudėtingi junginiai buvo žinomi daugiau nei prieš pusantro šimtmečio. Kol nebuvo nustatytas cheminio ryšio pobūdis ir jų susidarymo priežastys, empirinės junginių formulės buvo parašytos taip, kaip nurodėme aukščiau esančiuose pavyzdžiuose. 1893 m. šveicarų chemikas Alfredas Werneris pasiūlė pirmąją sudėtingų junginių struktūros teoriją, vadinamą koordinavimo teorija. Kompleksiniai junginiai sudaro plačiausia ir įvairiausia neorganinių medžiagų klasę. Tai taip pat apima daugybę organinių elementų junginių. Sudėtingų junginių savybių ir erdvinės struktūros tyrimas sukėlė naujų idėjų apie cheminių jungčių prigimtį.
Koordinavimo teorija Sudėtingo junginio molekulėje išskiriami šie struktūriniai elementai: kompleksuojantis jonas, aplink jį suderintos prijungtos dalelės - ligandai , komponentai kartu su kompleksuojančia medžiaga vidinės koordinacijos sfera , o likusios dalelės, įtrauktos į išorinė koordinavimo sfera . Kai kompleksiniai junginiai ištirpsta, ligandai lieka glaudžiai surišti su kompleksuojančiu jonu, sudarydami beveik nesiskiriantį kompleksinį joną. Ligandų skaičius vadinamas koordinacinis numeris
(k.h.).
Panagrinėkime kalio ferocianidą K4, kompleksinį junginį, susidarantį sąveikaujant 4KCN+Fe(CN)2=K4.
Ištirpęs kompleksinis junginys disocijuoja į jonus: K4↔4K++4-
Būdingi ligandai: Cl-, Br-, NO2-, CN-, NH3, H2O.
Kompleksą sudarončio agento krūvis lygus jį sudarančių jonų krūvių algebrinei sumai, pavyzdžiui, 4-, x+6(-1)=-4, x=2.
Į kompleksinį joną įtrauktos neutralios molekulės daro įtaką krūviui. Jei visa vidinė sfera užpildyta tik neutraliomis molekulėmis,
tada jono krūvis lygus kompleksą sudarončio agento krūviui. Taigi, jonas turi 2+, vario krūvis yra x=+2.
Kompleksinio jono krūvis lygus jonų, esančių išorinėje sferoje, krūvių sumai. K4 įkrova yra -4, nes išorinėje sferoje yra 4K+, o molekulė kaip visuma yra elektriškai neutrali. Galimas abipusis ligandų pakeitimas vidinėje sferoje išlaikant tą patį koordinacinį skaičių, pavyzdžiui, Cl2, Cl, . Kobalto jono krūvis yra +3.
Sudėtinių junginių nomenklatūra
Sudarant sudėtingų junginių pavadinimus, pirmiausia nurodomas anijonas, o po to katijonas gimininguoju atveju (panašiai į paprastus junginius: kalio chloridas arba aliuminio sulfatas). Romėniškas skaitmuo skliausteliuose rodo centrinio atomo oksidacijos būseną. Ligandai vadinami taip: H2O - aqua, NH3 - amine, C1- - chloro-, CN - ciano-, SO4 2- - sulfato - ir tt Aukščiau pateiktus junginius vadinkime a) AgCl 2NH3, Co (NO3)3 6NH3, ZnSO4 4H2O; b) Fe (CN)3 3KCN, PtCl2 2KCI; c) PdCl2 2NH3.
Su sudėtingu katijonu a): diamino sidabro (I) chloridas, heksamino kobalto (III) nitratas, tetraquocinko (P) sulfatas.
SU kompleksinis anijonas b): kalio heksacianoferatas (III), kalio tetrachlorplatinatas (II).
Sudėtingas- ne elektrolitinis c): dichlorodiaminas paladis.
Neelektrolitų atveju pavadinimas rašomas vardininku, o centrinio atomo oksidacijos būsena nenurodyta.
2. Koordinavimo formulių nustatymo metodai
Yra keletas sudėtingų junginių koordinavimo formulių nustatymo metodų.
Naudojant dvigubas mainų reakcijas. Tokiu būdu buvo įrodyta šių platinos kompleksinių junginių struktūra: PtCl4 ∙ 6NH3, PtCl4 ∙ 4NH3, PtCl4 ∙ 2NH3, PtCl4 ∙ 2KCl.
Jei pirmojo junginio tirpalą veikiate AgNO3 tirpalu, tada visas jame esantis chloras nusodinamas sidabro chlorido pavidalu. Akivaizdu, kad visi keturi chlorido jonai yra išorinėje sferoje, todėl vidinę sferą sudaro tik amoniako ligandai. Taigi junginio koordinavimo formulė bus Cl4. Junginyje PtCl4 ∙ 4NH3 sidabro nitratas nusodina tik pusę chloro, t.y., išorinėje sferoje yra tik du chlorido jonai, o likusieji du kartu su keturiomis amoniako molekulėmis yra vidinės sferos dalis, todėl koordinacija. formulė yra Cl2. Junginio PtCl4 ∙ 2NH3 tirpalas nenusėda su AgNO3 šis junginys pavaizduotas pagal formulę. Galiausiai, sidabro nitratas taip pat neišskiria AgCl iš junginio PtCl4 ∙ 2KCl tirpalo, tačiau per mainų reakcijas galima nustatyti, kad tirpale yra kalio jonų. Tuo remiantis jo struktūra pavaizduota formule K2.
Pagal praskiestų tirpalų molinį elektrinį laidumą. Stipriai praskiedus, kompleksinio junginio molinis elektrinis laidumas nustatomas pagal susidariusių jonų krūvį ir skaičių. Junginiams, turintiems sudėtingą joną ir viengubo krūvio katijonus arba anijonus, galioja toks apytikslis ryšys:
Jonų, į kuriuos jis skyla, skaičius
elektrolito molekulė
Λ(V), Ohm-1 ∙ cm2 ∙ mol-1
Matuojant platinos (IV) kompleksinių junginių molinį elektrinį laidumą Λ(B), galima sudaryti tokias koordinavimo formules: Cl4 - disocijuojasi ir sudaro penkis jonus; Cl2 - trys jonai; - neutrali molekulė; K2 – trys jonai, iš kurių du yra kalio jonai. Yra keletas kitų fizikinių ir cheminių metodų sudėtingų junginių koordinavimo formulėms nustatyti.
3. Cheminio ryšio tipas sudėtinguose junginiuose
a) Elektrostatinės vaizdinės .
Daugelio sudėtingų junginių susidarymą pirmiausia galima paaiškinti elektrostatiniu traukimu tarp centrinio katijono ir anijonų arba polinių ligandų molekulių. Kartu su patraukliomis jėgomis tarp panašiai įkrautų ligandų veikia ir elektrostatinės atstūmimo jėgos. Dėl to susidaro stabili atomų (jonų) grupė, kurios potenciali energija yra minimali. Kompleksą formuojantis agentas ir ligandai laikomi įkrautais, nedeformuojančiais tam tikro dydžio rutuliais. Į jų sąveiką atsižvelgiama pagal Kulono dėsnį. Taigi cheminė jungtis laikoma jonine. Jei ligandai yra neutralios molekulės, tai šis modelis turėtų atsižvelgti į centrinio jono jonų-dipolio sąveiką su poliarinio ligando molekule. Šių skaičiavimų rezultatai patenkinamai perteikia koordinacinio skaičiaus priklausomybę nuo centrinio jono krūvio. Didėjant centrinio jono krūviui, didėja kompleksinių junginių stiprumas, dėl kurio sumažėja komplekso stiprumas, tačiau padidėja koordinavimo skaičius. Didėjant ligandų dydžiui ir krūviui, mažėja komplekso koordinacijos skaičius ir stabilumas. Pirminė disociacija vyksta beveik visiškai, panašiai kaip stiprių elektrolitų disociacija. Vidinėje sferoje esantys ligandai yra daug tvirčiau surišti su centriniu atomu ir atsiskiria tik nežymiai. Sudėtingo junginio vidinės sferos grįžtamasis irimas vadinamas antrine disociacija. Pavyzdžiui, Cl komplekso disociaciją galima parašyti taip:
Cl→++Cl – pirminė disociacija
+↔Ag++2NH3 antrinė disociacija
Tačiau paprasta elektrostatinė teorija negali paaiškinti komplekso susidarymo selektyvumo (specifiškumo), nes neatsižvelgiama į centrinio atomo ir ligandų prigimtį ar jų elektroninių apvalkalų struktūrines ypatybes. Siekiant atsižvelgti į šiuos veiksnius, elektrostatinė teorija buvo papildyta poliarizuojantis sampratos, pagal kurias kompleksų susidarymą skatina mažų daugkartinio krūvio d elementų katijonai, turintys stiprų poliarizuojantį poveikį, kaip centriniai atomai, o dideli, lengvai poliarizuojami jonai ar molekulės kaip ligandai. Tokiu atveju įvyksta centrinio atomo ir ligandų elektroninių apvalkalų deformacija, dėl kurios jie prasiskverbia, o tai sustiprina ryšius.
b) Valentinės jungties metodas.
Taikant valentinio ryšio metodą, daroma prielaida, kad komplekso formuotojo centrinis atomas turi turėti laisvas orbitales, kad susidarytų kovalentiniai ryšiai su ligandais, kurių skaičius lemia didžiausią kompleksuojančio agento kovalentinio skaičiaus reikšmę. Šiuo atveju kovalentinė σ jungtis atsiranda, kai komplekso formuotojo atomo laisva orbita sutampa su užpildytomis donorų orbitomis, ty turinčiomis pavienes elektronų poras. Šis ryšys vadinamas koordinavimo nuoroda.
1 pavyzdys. Kompleksinis 2+ jonas turi tetraedrinę struktūrą. Kokios komplekso formuotojo orbitos naudojamos ryšiams su NH3 molekulėmis sudaryti?
Sprendimas. Tetraedrinė molekulių struktūra būdinga sp3-hibridinių orbitalių susidarymui.
Pavyzdys 2. Kodėl kompleksinis jonas + turi tiesinę struktūrą?
Sprendimas. Šio jono linijinė struktūra yra dviejų hibridinių sp orbitalių susidarymo Cu+ jonu, kurios gauna NH3 elektronų poras, pasekmė.
3 pavyzdys. Kodėl jonas 2 yra paramagnetinis, o jonas 2 yra diamagnetinis?
Sprendimas. Cl - jonai silpnai sąveikauja su Ni2+ jonais. Chloro elektronų poros patenka į kito laisvo sluoksnio orbitales, kurių n=4. Šiuo atveju nikelio 3d elektronai lieka nesuporuoti, o tai sukelia paramagnetizmą 2-.
2- dėl dsp2 hibridizacijos vyksta elektronų poravimas ir jonas yra diamagnetinis
c) Kristalinio lauko teorija.
Kristalinio lauko teorija nagrinėja elektrostatinę sąveiką tarp teigiamai įkrautų kompleksuojančių metalo jonų ir vienišų ligandų elektronų porų. Veikiant ligando laukui, pereinamojo metalo jonų d lygiai suskaidomi. Paprastai yra dvi sudėtingų jonų konfigūracijos: oktaedrinis ir tetraedrinis. Skilimo energijos dydis priklauso nuo ligandų pobūdžio ir kompleksų konfigūracijos. Suskaidytos d-orbitos elektronais užimamos pagal Hundo taisyklę, kai OH-, F-, Cl- jonai ir H2O, NO molekulės yra silpno lauko ligandai, o CN-, NO2- jonai ir CO molekulė. yra stipraus lauko ligandai, kurie reikšmingai padalija kompleksą sudarančio agento d lygius. Pateikiamos d lygių padalijimo oktaedriniame ir tetraedriniame ligandų laukuose schemos.
1 pavyzdys. Nubraižykite titano elektronų pasiskirstymą oktaedrinio komplekso jone 3+.
Sprendimas. Jonas yra paramagnetinis dėl to, kad ant Ti3+ jono yra vienas nesuporuotas elektronas. Šis elektronas užima vieną iš trijų išsigimusių dε orbitalių.
Kai šviesa absorbuojama, elektronas gali pereiti iš dε- į dy lygį. Iš tiesų, 3+ jonas, kurio dε orbitoje yra vienas elektronas, sugeria šviesą, kurios bangos ilgis yra λ = 4930 Å. Dėl to praskiesti Ti3+ druskų tirpalai, be absorbuotos spalvos, nusidažo purpurine spalva. Šio elektroninio perėjimo energiją galima apskaičiuoti iš santykio
https://pandia.ru/text/78/151/images/image002_7.png" width="50" height="32 src=">; E=40 kcal/g∙jonas = 1,74 eV = 2, 78∙ 10-12 erg/jonas
DIV_ADBLOCK332">
Pusiausvyros konstanta šiuo atveju vadinama kompleksinio jono nestabilumo konstanta https://pandia.ru/text/78/151/images/image005_2.png" width="200" height="36 src="> Kaip tai išspręsti lygtį, randame x= 2,52∙10-3 g∙jonas/l, taigi =10,1∙10-3 mol/l.
2 pavyzdys. Nustatykite kompleksinio jono 2+ disociacijos laipsnį 0,1 molio SO4 tirpale.
Sprendimas. Koncentraciją, susidariusią disociuojant kompleksiniam jonui, pažymėkime x. Tada =4x, ir 2+=(0,1-x) mol/l. Į lygtį pakeisime komponentų pusiausvyros koncentracijas 
Nuo 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 proc.
1. , Jakovlevo chemijos laboratorinių darbų atlikimo instrukcija visų specialybių dieninių studijų studentams. – Samara: SamGUPS, 2009. – 46 p.
2., Chemija: kontrolinės užduotys visų specialybių ištęstinių studijų studentams. – Samara: SamGUPS, 2008. – 100 p.
3. , M Chemijos paskaitų kursas visų studijų formų geležinkelių specialybių I kurso studentams. Samara: SamGUPS, 2005. – 63 p.
4., Reznitsky ir bendrosios chemijos pratimai: Vadovėlis - 2 leidimas. – M.: Leidykla Mosk. Univ., 1985. P.60-68.
5. Glinkos chemija: Vadovėlis universitetams/Red. . – red. 29 d., taisyta - M.: Integral-Press, 2002. P.354-378.
6. L Bendrosios chemijos uždaviniai ir pratimai: Vadovėlis universitetams / Under. red. Ir – M.: Knorus, 2011.- P.174-187.
7. Korovino chemija: technikos vadovėlis. kryptys ir specialybės universitetai - 6 leid., revizija - M.: Aukštasis. mokykla, 2006. P.71-82
Nagrinėjant cheminių jungčių tipus, buvo pastebėta, kad patrauklios jėgos atsiranda ne tik tarp atomų, bet ir tarp molekulių bei jonų. Tokia sąveika gali sukelti naujų, sudėtingesnių kompleksinių (arba koordinuojančių) junginių susidarymą.
Visapusiškas yra junginiai, turintys atomų agregatus (kompleksus) kristalinės gardelės mazguose, galinčius savarankiškai egzistuoti tirpale ir kurių savybės skiriasi nuo juos sudarančių dalelių (atomų, jonų ar molekulių) savybių.
Sudėtingo junginio (pavyzdžiui, K 4 ) molekulėje išskiriami šie struktūriniai elementai: jonų- kompleksą sudarantis agentas (tam tikram Fe kompleksui), aplink jį koordinuojamos prijungtos dalelės Sudėtingo junginio molekulėje išskiriami šie struktūriniai elementai: kompleksuojantis jonas, aplink jį suderintos prijungtos dalelės - arba priedai (CN -), komponentai kartu su kompleksuojančiu agentu vidinės koordinacijos sfera (4-), ir likusios dalelės, įtrauktos į išorinė koordinavimo sfera (K+). Kai kompleksiniai junginiai ištirpsta, ligandai išlieka stipriai susiję su kompleksuojančiu jonu, sudarydami beveik nesiskiriantį kompleksinį joną. Ligandų skaičius vadinamas koordinacinis numeris (K 4 atveju koordinavimo numeris yra 6). Koordinavimo skaičius nustatomas pagal centrinio atomo ir ligandų pobūdį, taip pat atitinka simetriškiausią geometrinę konfigūraciją: 2 (tiesinė), 4 (tetraedrinė arba kvadratinė) ir 6 (oktaedrinė konfigūracija).
Tipiški kompleksą sudarontys agentai yra šie katijonai: Fe 2+ , Fe 3+ , Co 3+ , Co 2+ , Cu 2+ , Ag + , Cr 3+ , Ni 2+ Gebėjimas sudaryti kompleksinius junginius yra susijęs su elektroniniu atomų struktūra. Ypač lengvai kompleksinius jonus sudaro d šeimos elementai, pvz.: Ag +, Au +, Cu 2+, Hg 2+, Zn 2+, Fe 2+, Cd 2+, Fe 3+, Co 3+, Ni 2+, Pt 2+, Pt 4+ ir kt. Kompleksinės medžiagos gali būti A1 3+ ir kai kurie nemetalai, pavyzdžiui, Si ir B.
Įkrauti jonai gali tarnauti kaip ligandai: F - , OH - ,NO 3 - ,NO 2 - ,Cl - , Br - ,I - ,CO 3 2- ,CrO 4 2- ,S 2 O 3 2- ,CN - , PO 4 3- ir kt., o elektra neutralios polinės molekulės: NH 3, H 2 O, PH 3, CO ir tt Jei visi komplekso agento ligandai yra vienodi, tai kompleksas vienalytis ryšys, pavyzdžiui, Cl2; jei ligandai skiriasi, tai junginys nevienalytis, pavyzdžiui Cl. Koordinacinės (donoro-akceptoriaus) ryšiai dažniausiai užmezgami tarp kompleksą sudarančio agento ir ligandų. Jie susidaro dėl to, kad elektronais užpildytos ligandų orbitalės sutampa su centrinio atomo laisvomis orbitomis. Sudėtinguose junginiuose kompleksą formuojantis agentas yra donoras, o ligandas yra akceptorius.
Kompleksą sudarančio agento ir ligandų cheminių jungčių skaičius lemia komplekso sudarytojo koordinacinį skaičių. Būdingi koordinaciniai skaičiai: Cu + ,Ag + ,Au + = 2;Cu 2+ ,Hg 2+ ,Pb 2+ ,Pt 2+ , Pd 2+ =4;Ni 2+ ,Ni 3+ ,Co 3+ ,A1 3+ = 4 arba 6; Fe 2+, Fe 3+, Pt 4+, Pd 4+, Ti 4+, Pb 4+, Si 4+ =6.
Kompleksą sudarončio agento krūvis lygus jį sudarančių jonų krūvių algebrinei sumai, pvz.: 4-, x + 6(-1) = 4-; x = 2.
Į kompleksinį joną įtrauktos neutralios molekulės neturi įtakos krūviui. Jei visa vidinė sfera užpildyta tik neutraliomis molekulėmis, tai jono krūvis yra lygus kompleksuojančio agento krūviui. Taigi, 2+ jonas turi vario krūvį x = 2+. Kompleksinio jono krūvis lygus jonų, esančių išorinėje sferoje, krūviams. K 4 krūvis yra -4, nes išorinėje sferoje yra 4 K + katijonai, o visa molekulė yra elektriškai neutrali.
Vidinėje sferoje esantys ligandai gali pakeisti vienas kitą, išlaikydami tą patį koordinavimo numerį.
Sudėtinių junginių klasifikacija ir nomenklatūra. SU požiūriu sudėtingos dalelės krūvis Visi kompleksiniai junginiai gali būti suskirstyti į katijoninius, anijoninius ir neutralius.
Katijonų kompleksai sudaro metalų katijonus, kurie aplink save koordinuoja neutralius arba anijoninius ligandus, o bendras ligandų krūvis yra mažesnis absoliučia verte nei komplekso formuotojo oksidacijos būsena, pavyzdžiui, Cl3. Katijoniniai kompleksiniai junginiai, be hidrokso kompleksų ir druskų, gali būti rūgštys, pavyzdžiui, H - heksafluorantimono rūgštis.
IN anijoniniai kompleksai , priešingai, ligandų anijonų skaičius yra toks, kad, pavyzdžiui, bendras kompleksinio anijono krūvis yra neigiamas. IN anijoniniai kompleksai hidroksido anijonai veikia kaip ligandai – tai yra hidrokso kompleksai (pavyzdžiui, Na 2 – kalio tetrahidroksocinkatas), arba rūgščių liekanų anijonai rūgščių kompleksai(pavyzdžiui, K3 – kalio heksacianoferatas (III)) .
Neutralūs kompleksai gali būti kelių tipų: neutralaus metalo atomo kompleksas su neutraliais ligandais (pavyzdžiui, Ni(CO) 4 - nikelio tetrakarbonilas, [Cr(C 6 H 6) 2 ] - dibenzeno chromas). Kito tipo neutraliuose kompleksuose kompleksą sudarončio agento ir ligandų krūviai subalansuoja vienas kitą (pavyzdžiui, heksaamino platinos (IV) chloridas, trinitrotriamino kobaltas).
Sudėtingus junginius galima klasifikuoti pagal ligando prigimtį. Tarp junginių su neutraliais ligandais išskiriami vandens kompleksai, amoniakas ir metalų karbonilai. Sudėtiniai junginiai, kurių ligandais yra vandens molekulės, vadinami vandens kompleksai . Kai medžiaga kristalizuojasi iš tirpalo, katijonas sulaiko kai kurias vandens molekules, kurios patenka į druskos kristalinę gardelę. Tokios medžiagos vadinamos kristaliniai hidratai, pavyzdžiui, A1C1 3 · 6H 2 O. Dauguma kristalinių hidratų yra vandens kompleksai, todėl tiksliau juos pavaizduoti kompleksinės druskos pavidalu ([A1(H 2 O) 6 ]C1 3 - heksaakva aliuminio chloridas). Sudėtiniai junginiai, kurių ligandas yra amoniako molekulės, vadinami amoniako , pavyzdžiui, C1 4 – heksaamino platinos (IV) chloridas. Metalo karbonilai yra sudėtingi junginiai, kuriuose anglies oksido molekulės (II) tarnauja kaip ligandai, pavyzdžiui, geležies pentakarbonilas, nikelio tetrakarbonilas.
Žinomi kompleksiniai junginiai, kurių molekulėje yra du kompleksiniai jonai, kuriems būdingas koordinacinės izomerijos reiškinys, susijęs su skirtingu ligandų pasiskirstymu tarp kompleksuojančių agentų, pvz.: – heksanitrokobaltatas (III) heksaaminikelis (III).
Sudarant sudėtingų junginių pavadinimai taikomos šios taisyklės:
1) jei junginys yra kompleksinė druska, tai vardininku pirmiausia vadinamas anijonas, o gimininguoju – katijonas;
2) įvardijant kompleksinį joną, pirmiausia nurodomi ligandai, po to komplekso formuotojas;
3) molekuliniai ligandai atitinka molekulių pavadinimus (išskyrus vandenį ir amoniaką, joms žymėti vartojami terminai "vanduo" Ir "aminas");
4) o galūnė pridedama prie anijoninių ligandų, pavyzdžiui: F - - fluoras, C1 - - chloras, O 2 - - okso, CNS - - rodanas, NO 3 - - nitratas, CN - - ciano, SO 4 2 - - sulfato ,S 2 O 3 2- – tiosulfato, CO 3 2- – karbonato, PO 4 3- – fosfato, OH - – hidrokso;
5) Graikiški skaitmenys naudojami ligandų skaičiui nurodyti: 2 – di-, 3 –trys-, 4 –tetra-, 5 –penta-, 6 –heksa-;
6) jei kompleksinis jonas yra katijonas, tai rusiškas elemento pavadinimas naudojamas komplekso formuotojui pavadinti, jei anijonas yra lotyniškas;
7) po kompleksą sudarončios medžiagos pavadinimo romėniškas skaitmuo skliausteliuose nurodo jo oksidacijos laipsnį;
8) neutraliuose kompleksuose centrinio atomo pavadinimas pateikiamas vardininku, o jo oksidacijos laipsnis nenurodomas.
Sudėtinių junginių savybės. Cheminės reakcijos, kuriose dalyvauja sudėtingi junginiai, skirstomos į du tipus:
1) išorinė sfera – joms vykstant kompleksinė dalelė išlieka nepakitusi (mainų reakcijos);
2) intrasferiniai – jų atsiradimo metu pasikeičia centrinio atomo oksidacijos laipsnis, ligandų struktūra arba pakinta koordinacinė sfera (sumažėja arba padidėja koordinacinis skaičius).
Viena iš svarbiausių kompleksinių junginių savybių yra jų disociacija vandeniniuose tirpaluose. Dauguma vandenyje tirpių joninių kompleksų yra stiprūs elektrolitai, jie išsiskiria į išorinę ir vidinę sferas: K 4 ↔ 4K + + 4 - .
Kompleksiniai jonai yra gana stabilūs silpni elektrolitai, laipsniškai pašalinant ligandus į vandeninį tirpalą:
4 - ↔ 3- +CN - (pakopų skaičius lygus ligandų skaičiui).
Jei bendras kompleksinio junginio dalelės krūvis yra lygus nuliui, tada turime molekulę ne elektrolitas, Pavyzdžiui.
Keitimosi reakcijų metu kompleksiniai jonai pereina iš vieno junginio į kitą, nekeičiant savo sudėties. Kompleksinių jonų elektrolitinė disociacija paklūsta masės veikimo dėsniui ir kiekybiškai apibūdinama disociacijos konstanta, kuri vadinama nestabilumo konstantos Kn. Kuo mažesnė komplekso nestabilumo konstanta, tuo mažesniu laipsniu jis suskaidomas į jonus, tuo šis junginys yra stabilesnis. Junginiuose, kuriems būdingas didelis Kn, kompleksiniai jonai yra nestabilūs, t.y. tokių junginių praktiškai nėra dvigubos druskos . Skirtumas tarp tipiškų kompleksinių ir dvigubų druskų atstovų yra tas, kad pastarosios disocijuoja ir sudaro visus jonus, kurie yra šios druskos dalis, pvz.: KA1(SO 4) 2 ↔ K + + A1 3+ + 2SO 4 2- (dvigubas). druska);
K ↔ 4K + + 4- (sudėtinė druska).
Sudėtingi ryšiai
Pamoka-paskaita 11 kl
Konkursui „Einu į klasę“ pateiktą pamoką vedu 11-oje biologijos ir chemijos klasėje, kur chemijai mokytis skiriama 4 valandos per savaitę.
Temą „Sudėtingi junginiai“ pasirinkau pirmiausia todėl, kad ši medžiagų grupė gamtoje turi išskirtinai didelę reikšmę;
antra, daugelis USE užduočių apima sudėtingų junginių sąvoką; Trečia, šios klasės mokiniai siekia karjeros, susijusios su chemija, ir ateityje susidurs su sudėtingų junginių grupe. Tikslas.
Formuoti supratimą apie sudėtingų junginių sudėtį, klasifikaciją, struktūrą ir pagrindinę nomenklatūrą; apsvarstyti jų chemines savybes ir parodyti reikšmę; plėsti mokinių supratimą apie medžiagų įvairovę.
Įranga.
Sudėtinių junginių pavyzdžiai.
Pamokos planas
I. Organizacinis momentas.
II. Naujos medžiagos studijavimas (paskaita).
III. Namų darbų apibendrinimas ir nustatymas.
Paskaitos metmenys
1. Medžiagų įvairovė.
2. A. Vernerio koordinavimo teorija.
3. Sudėtinių junginių sandara.
4. Sudėtinių junginių klasifikacija.
5. Cheminių ryšių prigimtis sudėtinguose junginiuose.
6. Sudėtinių junginių nomenklatūra.
7. Sudėtinių junginių cheminės savybės.
8. Sudėtinių junginių reikšmė.
PAMOKOS EIGA
I. Organizacinis momentas
Medžiagų pasaulis yra įvairus, ir mes jau esame susipažinę su medžiagų, priklausančių kompleksiniams junginiams, grupe. Šios medžiagos buvo pradėtos tyrinėti XIX amžiuje, tačiau buvo sunku suprasti jų struktūrą esamų idėjų apie valentiškumą požiūriu.
A. Wernerio koordinavimo teorija
1893 m. šveicarų neorganinių medžiagų chemikas Alfredas Verneris (1866–1919) suformulavo teoriją, leidžiančią suprasti sudėtingų junginių struktūrą ir kai kurias savybes. koordinavimo teorija*. Todėl sudėtingi junginiai dažnai vadinami koordinaciniais junginiais.
Junginiai, kuriuose yra sudėtingų jonų, esančių tiek kristale, tiek tirpale, vadinami kompleksiniais arba koordinaciniais.
Sudėtinių junginių struktūra
Pagal Wernerio teoriją, centrinę vietą kompleksiniuose junginiuose dažniausiai užima metalo jonas, kuris vadinamas centriniu jonu arba kompleksuojančiu agentu.
Kompleksuojanti medžiaga - dalelė (atomas, jonas ar molekulė), kuri aplink save koordinuoja (sutvarko) kitus jonus ar molekules.
Kompleksą formuojantis agentas paprastai turi teigiamą krūvį ir yra d-elementas, pasižymi amfoterinėmis savybėmis, turi koordinacinį skaičių 4 arba 6. Molekulės arba rūgštinės liekanos - ligandai (addendai) yra išsidėstę (koordinuoti) aplink kompleksuojančiąją medžiagą.
Ligandos - dalelės (molekulės ir jonai), kurias koordinuoja kompleksas sudarantis agentas ir turi su juo tiesioginius cheminius ryšius (pavyzdžiui, jonai: Cl – , I – , NO 3 – , OH – ; neutralios molekulės: NH3, H2O, CO ).
Ligandai nėra susieti vienas su kitu, nes tarp jų veikia atstumiančios jėgos. Kai ligandai yra molekulės, tarp jų galimos molekulinės sąveikos. Ligandų koordinacija aplink kompleksą sudarončią medžiagą yra būdinga kompleksiniams junginiams (1 pav.).
Koordinavimo numeris – tai yra cheminių jungčių, kurias kompleksuojantis agentas sudaro su ligandais, skaičius.
 |
Ryžiai. 2. Tetraedrinė jonų struktūra – |
Kompleksą sudarončio agento koordinacinio skaičiaus reikšmė priklauso nuo jo pobūdžio, oksidacijos laipsnio, ligandų pobūdžio ir sąlygų (temperatūros, koncentracijos), kurioms esant vyksta kompleksavimo reakcija.
 |
Koordinavimo skaičius gali turėti reikšmes nuo 2 iki 12. Dažniausi koordinaciniai skaičiai yra 4 ir 6. Koordinavimo skaičiui 4 sudėtingų dalelių struktūra gali būti tetraedrinė – (2 pav.) ir plokščio kvadrato formos. (3 pav.). Sudėtingi junginiai, kurių koordinacinis skaičius yra 6, turi 3 – oktaedrinę struktūrą (4 pav.). |
Ryžiai. 4. Jonas 3 – oktaedrinė struktūra Kompleksą sudarontis agentas ir jį supantys ligandai sudaro vidinė komplekso sfera. Dalelė, susidedanti iš kompleksą sudarončio agento ir aplinkinių ligandų, vadinama kompleksiniu jonu. Vaizduojant sudėtingus junginius, vidinė sfera (sudėtingas jonas) ribojamas laužtiniais skliaustais. Likę kompleksinio junginio komponentai yra išorinė sfera
(5 pav.).
Bendras išorinės sferos jonų krūvis turi būti lygus kompleksinio jono krūviui ir priešingas ženklu:
Sudėtinių junginių klasifikacija
1) Didelė sudėtingų junginių ir jų savybių įvairovė neleidžia sukurti vieningos klasifikacijos. Tačiau galima sugrupuoti medžiagas pagal kai kurias individualias savybes.
2) Pagal kompoziciją.
Pagal koordinuotų ligandų tipą. A) Vandens kompleksai
– tai kompleksiniai katijonai, kuriuose ligandai yra H 2 O molekulės. Juos sudaro metalų katijonai, kurių oksidacijos laipsnis yra +2 ir daugiau, o gebėjimas sudaryti vandens kompleksus vienos periodinės sistemos grupės metalams mažėja iš viršaus. į dugną.
Vandens kompleksų pavyzdžiai:
Cl 3, (NO 3) 3. b) Hidrokso kompleksai
- tai kompleksiniai anijonai, kurių ligandai yra hidroksido jonai OH –.
Kompleksinės medžiagos yra amfoterinių savybių turintys metalai – Be, Zn, Al, Cr. Pavyzdžiui: Na, Ba. V) d Amoniakas
- tai sudėtingi katijonai, kuriuose ligandai yra NH 3 molekulės.
Kompleksinės medžiagos yra - elementai. Pavyzdžiui: SO 4, Cl.
G)
3) Rūgščių kompleksai
– tai kompleksiniai anijonai, kuriuose ligandai yra neorganinių ir organinių rūgščių anijonai.
Vidinėje sferoje yra kovalentiniai ryšiai tarp kompleksą sudarončio agento ir ligandų, kurie, be kita ko, susidaro donoro-akceptoriaus mechanizmu. Tokiems ryšiams susidaryti reikia, kad kai kuriose dalelėse būtų laisvos orbitalės (yra komplekso formuotoje), o kitose dalelėse (liganduose) – vienišų elektronų poros. Donoro (elektronų tiekėjo) vaidmenį atlieka ligandas, o akceptorius, kuris priima elektronus, yra kompleksuojantis agentas. Donoro ir akceptoriaus ryšys atsiranda dėl komplekso formuojančio agento laisvųjų valentinių orbitalių sutapimo su užpildytomis donoro orbitomis.
Tarp išorinės ir vidinės sferos yra joninis ryšys. Pateikime pavyzdį.
Elektroninė berilio atomo struktūra:
Berilio atomo elektroninė struktūra sužadintoje būsenoje:
Berilio atomo elektroninė struktūra kompleksiniame jone 2–:
Brūkšninės rodyklės rodo fluoro elektronus; du iš keturių ryšių susidaro donoro-akceptoriaus mechanizmu. Šiuo atveju Be atomas yra akceptorius, o fluoro jonai yra donorai, jų laisvos elektronų poros užpildo hibridizuotas orbitas ( sp 3 -hibridizacija).
Sudėtinių junginių nomenklatūra
Plačiausiai naudojama nomenklatūra yra ta, kurią rekomenduoja IUPAC. Vardas kompleksinis anijonas prasideda vidinės sferos sudėties žymėjimu: ligandų skaičius nurodomas graikiškais skaitmenimis: 2-di, 3-tri, 4-tetra, 5-penta, 6-hexa ir kt., po kurių pateikiami pavadinimai ligandai, prie kurių pridedama jungiamoji balsė „o“ »: Cl – – chloro-, CN – – ciano-, OH – – hidrokso- ir kt. Jei komplekso formuotojas turi kintamą oksidacijos būseną, tada jo oksidacijos būsena nurodoma skliausteliuose romėniškais skaitmenimis, o pavadinimas su priesaga -at: Zn - cinkas adresu, Fe – ferr adresu(III), Au – aur adresu(III). Pastarasis genityvo atveju vadinamas išorinės sferos katijonu.
K3 – kalio heksacianoferatas (III),
K 4 – kalio heksacianoferatas (II),
K 2 – kalio tetrahidroksicinkatas.
Junginių, kurių sudėtyje yra sudėtingas katijonas, yra sudaryti iš išorinės aplinkos anijonų pavadinimų, po kurių nurodomas ligandų skaičius, pateikiamas lotyniškas ligando pavadinimas (amoniako molekulė NH 3 - ammin, vandens molekulė H 2 O - aqua iš lotyniško pavadinimo vanduo) ir rusiškas kompleksinio elemento pavadinimas;
Romėniškas skaitmuo skliausteliuose nurodo kompleksą sudarončio elemento oksidacijos būseną, jei ji kintama. Pavyzdžiui:
SO 4 – tetraamino vario(II) sulfatas,
Cl 3 – heksaakvaliuminio chloridas.
1. Tirpale kompleksiniai junginiai elgiasi kaip stiprūs elektrolitai, t.y. visiškai disocijuoja į katijonus ir anijonus:
Cl 2 = Pt(NH 3) 4 ] 2+ + 2Cl – ,
K 2 = 2K + + 2– .
Šio tipo disociacija vadinama pirminiu.
Antrinė disociacija yra susijusi su ligandų pašalinimu iš kompleksinio jono vidinės sferos:
2– PtCl 3 – + Cl – .
Antrinė disociacija vyksta etapais: kompleksiniai jonai (2–) yra silpni elektrolitai.
2. Veikiant stiprioms rūgštims, hidrokso kompleksai sunaikinami, pavyzdžiui:
a) kai trūksta rūgšties
Na3 + 3HCl = 3NaCl + Al(OH)3 + 3H2O;
b) su rūgšties pertekliumi
Na 3 + 6HCl = 3NaCl + AlCl 3 + 6H 2 O.
3. Viso amoniako kaitinimas (termolizė) sukelia jų skilimą, pavyzdžiui:
SO 4 CuSO 4 + 4NH 3 .
Sudėtinių junginių reikšmė
Koordinavimo junginiai yra nepaprastai svarbūs gamtoje.
Pakanka pasakyti, kad beveik visi fermentai, daugelis hormonų, vaistų ir biologiškai aktyvių medžiagų yra sudėtingi junginiai. Pavyzdžiui, hemoglobinas kraujyje, dėl kurio deguonis iš plaučių patenka į audinių ląsteles, yra sudėtingas junginys, turintis geležies (6 pav.), o chlorofilas, atsakingas už fotosintezę augaluose, yra sudėtingas magnio junginys (pav. 7).
Didelę dalį natūralių mineralų, įskaitant polimetalines rūdas ir silikatus, taip pat sudaro koordinaciniai junginiai. Be to, cheminiai metodai metalams išgauti iš rūdų, ypač vario, volframo, sidabro, aliuminio, platinos, geležies, aukso ir kitų, taip pat yra susiję su lengvai tirpių, tirpių ar lakiųjų kompleksų susidarymu. Pavyzdžiui: Na 3 – kriolitas, KNa 3 4 – nefelinas (mineralai, kompleksiniai junginiai, kurių sudėtyje yra aliuminio).
Šiuolaikinė chemijos pramonė plačiai naudoja koordinacinius junginius kaip katalizatorius didelės molekulinės masės junginių sintezei, cheminiam naftos rafinavimui ir rūgščių gamyboje.
III. Namų darbų apibendrinimas ir nustatymas
Namų darbai.
1) Iš paskaitos pasiruoškite praktinei pamokai tema: „Sudėtingi ryšiai“.
2) Raštu apibūdinkite šiuos sudėtingus junginius pagal jų struktūrą ir suskirstykite juos pagal jų savybes:
K 3, (NO 3) 3, Na 2, OH.
3) Parašykite reakcijų lygtis, su kuriomis galima atlikti transformacijas:
BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2 ir tt tipo junginiai, kuriuose elementas pasižymi įprastu maksimaliu valentiškumu, vadinami valentiniais prisotintais junginiais arba pirmos eilės jungtys. Kai pirmosios eilės junginiai sąveikauja tarpusavyje, susidaro aukštesnės eilės junginiai. KAM aukštesnės eilės ryšiai Tai yra hidratai, amoniakas, rūgščių prisijungimo produktai, organinės molekulės, dvigubos druskos ir daugelis kitų sudėtingų junginių susidarymo pavyzdžių:
PtCl 4 + 2KCl = PtCl 4 ∙ 2KCl arba K 2
CoCl 3 + 6NH 3 = CoCl 3 ∙ 6NH 3 arba Cl 3.
A. Werneris į chemiją įvedė aukštesnės eilės junginių sąvoką ir pateikė pirmąjį kompleksinio junginio sąvokos apibrėžimą. Elementai, prisotinę savo įprastus valentumus, taip pat gali parodyti papildomą valentiškumą - koordinavimas. Būtent dėl koordinacijos valentingumo susidaro aukštesnės eilės junginiai.
Sudėtingi ryšiai – sudėtingos medžiagos, kurias galima išskirti centrinis atomas(kompleksuojantis agentas) ir susijusios molekulės bei jonai – ligandai.
Susidaro centrinis atomas ir ligandai kompleksas (vidinė sfera), kuri rašant kompleksinio junginio formulę rašoma laužtiniuose skliaustuose. Ligandų skaičius vidinėje sferoje vadinamas koordinacinis numeris. Susiformuoja kompleksą supančios molekulės ir jonai išorinė sfera. Kalio heksacianoferato (III) K 3 kompleksinės druskos pavyzdys (vadinamoji raudonoji kraujo druska).
Centriniai atomai gali būti pereinamųjų metalų jonai arba kai kurių nemetalų (P, Si) atomai. Ligandais gali būti halogenų anijonai (F –, Cl –, Br –, I –), OH –, CN –, CNS –, NO 2 – ir kiti, neutralios molekulės H 2 O, NH 3, CO, NO, F 2, Cl 2, Br 2, I 2, hidrazinas N 2 H 4, etilendiaminas NH 2 –CH 2 –CH 2 –NH 2 ir kt.
Koordinavimo valentingumas(KV) arba koordinacinis numeris – vietų skaičius vidinėje komplekso sferoje, kurias gali užimti ligandai. Koordinavimo skaičius paprastai yra didesnis už kompleksą sudarončio agento oksidacijos būseną ir priklauso nuo kompleksą sudarončio agento ir ligandų pobūdžio. Labiau paplitę sudėtingi junginiai, kurių koordinavimo valentingumas yra 4, 6 ir 2.
Ligandų koordinavimo gebėjimas – kiekvieno ligando užimamų vietų skaičius komplekso vidinėje sferoje. Daugumos ligandų koordinavimo pajėgumas yra lygus vienam, rečiau 2 (hidrazinas, etilendiaminas) ar daugiau (EDTA – etilendiaminotetraacetatas).
Komplekso mokestis skaitine prasme turi būti lygus išorinės sferos bendram krūviui ir priešingos ženklu, tačiau yra ir neutralių kompleksų. Kompleksą sudarančio agento oksidacijos būsena lygūs ir priešingi visų kitų jonų krūvių algebrinei sumai.
Sisteminiai sudėtingų junginių pavadinimai formuojami taip: pirmiausia vadinami anijonu vardininko linksniu, po to atskirai giminės – katijonu. Ligandai komplekse išvardyti kartu tokia tvarka: a) anijoniniai; b) neutralus; c) katijoninis. Anijonai išvardyti eilės tvarka H –, O 2–, OH –, paprastieji anijonai, daugiaatominiai anijonai, organiniai anijonai – abėcėlės tvarka. Neutralūs ligandai vadinami taip pat, kaip ir molekulės, išskyrus H 2 O (akva) ir NH 3 (amminas); neigiamai įkrauti jonai pridedami su jungiamuoju balsiu “ O“ Ligandų skaičius nurodomas priešdėliais: di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- ir tt Anijoninių kompleksų pabaiga yra „- adresu" arba "- naujas"jei tai vadinama rūgštimi; Nėra tipiškų katijoninių ir neutralių kompleksų galūnių.
H – vandenilio tetrachloroauratas (III)
(OH) 2 – tetraamino vario (II) hidroksidas
Cl 4 – heksaamino platinos (IV) chloridas
– tetrakarbonilnikelis
– heksacianoferato (III) heksaamino kobalto (III)
Sudėtinių junginių klasifikacija remiantis skirtingais principais:
Priklausydami konkrečiai junginių klasei:
- kompleksinės rūgštys– H2, H2;
- sudėtingos bazės– (OH)2;
- kompleksinės druskos– Li 3, Cl 2.
Pagal ligandų pobūdį:
- vandens kompleksai(vanduo yra ligandas) – SO 4 ∙H 2 O, [Co(H 2 O) 6 ]Сl 2;
- amoniako(kompleksai, kuriuose amoniako molekulės tarnauja kaip ligandai) – [Cu(NH 3) 4 ]SO 4, Cl;
- rūgščių kompleksai(oksalato, karbonato, cianido, halogenidų kompleksai, kuriuose kaip ligandai yra įvairių rūgščių anijonai) – K 2, K 4;
- hidrokso kompleksai(junginiai su OH grupėmis ligandų pavidalu) – K 3 [Al (OH) 6 ];
- chelatiniai arba cikliniai kompleksai(dvi- arba daugiadantinis ligandas ir centrinis atomas sudaro ciklą) – kompleksai su aminoacto rūgštimi, EDTA; Chelatai apima chlorofilą (kompleksą sudaro magnis) ir hemoglobiną (kompleksą sudaro geležis).
Pagal komplekso užtaiso ženklą: katijoninis, anijoninis, neutralus kompleksai.
Specialią grupę sudaro superkompleksiniai junginiai. Juose ligandų skaičius viršija kompleksą sudarančio agento koordinacinį valentingumą. Taigi junginyje CuSO 4 ∙ 5H 2 O vario koordinavimo valentingumas yra keturi, o vidinėje sferoje koordinuojamos keturios vandens molekulės, penktoji molekulė prisijungia prie komplekso per vandenilinius ryšius: SO 4 ∙H 2 O.
Ligandai yra prijungti prie centrinio atomo donoro-akceptoriaus ryšys. Vandeniniame tirpale kompleksiniai junginiai gali disocijuoti, sudarydami sudėtingus jonus:
Cl ↔ + + Cl –
Nedidele dalimi taip pat atsiskiria ir vidinė komplekso sfera:
+ ↔ Ag + + 2NH 3
Komplekso stiprumo matas yra komplekso nestabilumo konstanta:
K lizdas + = C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag(NH 3) 2 ] +
Vietoj nestabilumo konstantos kartais naudojama atvirkštinė vertė, vadinama stabilumo konstanta:
K burna = 1 / K lizdas
Vidutiniškai atskiestuose daugelio sudėtingų druskų tirpaluose yra ir sudėtingų, ir paprastų jonų. Tolesnis skiedimas gali sukelti visišką kompleksinių jonų skilimą.
Pagal paprastą W. Kossel ir A. Magnus elektrostatinį modelį, sąveika tarp kompleksą sudarončio agento ir joninių (arba polinių) ligandų paklūsta Kulono dėsniui. Stabilus kompleksas gaunamas, kai traukos jėgos link komplekso šerdies subalansuoja atstumiančias jėgas tarp ligandų. Komplekso stiprumas didėja didėjant branduolio krūviui ir mažėjant kompleksą sudarančio agento ir ligandų spinduliui. Elektrostatinis modelis yra labai vizualus, tačiau negali paaiškinti kompleksų su nepoliniais ligandais ir komplekso formavimo agento buvimo nulinėje oksidacijos būsenoje; kas lemia junginių magnetines ir optines savybes.
Vizualus sudėtingų junginių apibūdinimo būdas yra valentinio ryšio metodas (MVM), kurį pasiūlė Paulingas. Metodas grindžiamas keliomis nuostatomis:
Ryšys tarp kompleksą sudarančio agento ir ligandų yra donoras-akceptorius. Ligandai suteikia elektronų poras, o komplekso šerdis – laisvas orbitas. Ryšio stiprumo matas yra orbitos persidengimo laipsnis.
Centrinio atomo, dalyvaujančio formuojant ryšius, orbitos hibridizuojasi. Hibridizacijos tipą lemia ligandų skaičius, pobūdis ir elektroninė struktūra. Kompleksą sudarančio agento elektronų orbitalių hibridizacija lemia komplekso geometriją.
Papildomas komplekso stiprinimas yra dėl to, kad kartu su σ jungtimis gali atsirasti ir π jungčių.
Komplekso rodomos magnetinės savybės paaiškinamos remiantis orbitų populiacija. Esant nesuporuotiems elektronams, kompleksas yra paramagnetinis. Elektronų poravimas lemia kompleksinio junginio diamagnetizmą.
MBC tinka apibūdinti tik ribotą medžiagų spektrą ir nepaaiškina sudėtingų junginių optinių savybių, nes neatsižvelgia į susijaudinusias būsenas.
Tolesnė elektrostatinės teorijos plėtra kvantiniu mechaniniu pagrindu yra kristalų lauko teorija (CFT). Pagal TKP, ryšys tarp komplekso šerdies ir ligandų yra joninis arba jonų dipolis. TCP daugiausia dėmesio skiria tiems pokyčiams, kurie atsiranda kompleksą sudarončiame agente, veikiant ligando laukui (energijos lygių padalijimas). Komplekso agento energetinio skaidymo idėja gali būti panaudota kompleksinių junginių magnetinėms savybėms ir spalvoms paaiškinti.
TCP taikomas tik sudėtingiems junginiams, kuriuose kompleksą sudaro agentas ( d-elementas) turi laisvųjų elektronų ir neatsižvelgia į iš dalies kovalentinį kompleksą sudarančio agento ir ligando jungties pobūdį.
Molekulinės orbitos metodas (MMO) atsižvelgia į išsamią ne tik komplekso formuotojo, bet ir ligandų elektroninę struktūrą. Kompleksas laikomas viena kvantine mechanine sistema. Sistemos valentiniai elektronai išsidėstę daugiacentrėse molekulinėse orbitose, dengiančiose kompleksą sudarančio agento branduolius ir visus ligandus. Pagal MMO, skilimo energijos padidėjimas atsiranda dėl papildomo kovalentinio ryšio sustiprėjimo dėl π-jungties.
Sudėtingi ryšiai
Paskaitų pamokų konspektai
Tikslai. Formuoti idėjas apie sudėtingų junginių sudėtį, struktūrą, savybes ir nomenklatūrą; ugdyti gebėjimus nustatyti kompleksą sudarončio agento oksidacijos laipsnį ir sudaryti kompleksinių junginių disociacijos lygtis.
Naujos koncepcijos: kompleksinis junginys, komplekso formuotojas, ligandas, koordinacinis skaičius, komplekso išorinė ir vidinė sferos.
Įranga ir reagentai. Stovas su mėgintuvėliais, koncentruotu amoniako tirpalu, vario(II) sulfato, sidabro nitrato, natrio hidroksido tirpalais.
PAMOKOS EIGA
Laboratorinė patirtis. Į vario (II) sulfato tirpalą įpilkite amoniako tirpalo. Skystis taps intensyviai mėlynos spalvos.
Kas atsitiko? Cheminė reakcija? Iki šiol nežinojome, kad amoniakas gali reaguoti su druska. Kokia medžiaga susidarė? Kokia jo formulė, struktūra, pavadinimas? Kokiai junginių klasei jis priklauso?
Ar amoniakas gali reaguoti su kitomis druskomis? Ar yra panašių ryšių? Į šiuos klausimus turime atsakyti šiandien.
Tęskime savo patirtį. Gautą tirpalą padalinkite į dvi dalis. Į vieną dalį įpilkite šarmo. Vario(II) hidroksido Cu(OH) 2 nusodinimo nepastebima, todėl tirpale nėra dvigubai įkrautų vario jonų arba jų yra per mažai.
Iš to galime daryti išvadą, kad vario jonai sąveikauja su pridėtu amoniaku ir sudaro naujus jonus, kurie nesudaro netirpaus junginio su OH – jonais.
Tuo pačiu metu jonai išlieka nepakitę. Tai galima patikrinti į amoniako tirpalą įpylus bario chlorido tirpalo. Iš karto susidarys baltos BaSO 4 nuosėdos.
Tyrimais nustatyta, kad tamsiai mėlyna amoniako tirpalo spalva atsiranda dėl jame esančių kompleksinių 2+ jonų, susidarančių į vario joną pridedant keturias amoniako molekules. Vandeniui išgaruojant, prie jonų jungiasi 2+ jonai, o iš tirpalo išsiskiria tamsiai mėlyni kristalai, kurių sudėtis išreiškiama formule SO 4 H 2 O.
Sudėtingi junginiai yra junginiai, kuriuose yra sudėtingų jonų ir molekulių, galinčių egzistuoti tiek kristalų pavidalu, tiek tirpaluose.
Sudėtingų junginių molekulių arba jonų formulės paprastai pateikiamos laužtiniuose skliaustuose.
Sudėtiniai junginiai gaunami iš įprastų (nesudėtingų) junginių.
 |
Sudėtingų junginių gavimo pavyzdžiai
|
Sudėtingų junginių struktūra nagrinėjama remiantis koordinavimo teorija, kurią 1893 m. pasiūlė šveicarų chemikas Alfredas Werneris, Nobelio premijos laureatas. Jo mokslinė veikla vyko Ciuricho universitete. Mokslininkas susintetino daug naujų kompleksinių junginių, susistemino anksčiau žinomus ir naujai gautus kompleksinius junginius, sukūrė eksperimentinius jų sandaros įrodinėjimo metodus. kompleksą sudarantis agentas, A. Verneris Remiantis šia teorija, išskiriami sudėtingi junginiai išorės Ir vidinė sfera. Kompleksą sudarontis agentas paprastai yra katijonas arba neutralus atomas. Vidinę sferą sudaro tam tikras skaičius jonų arba neutralių molekulių, kurios yra glaudžiai susietos su kompleksą sudarončiu agentu. Jie vadinami ligandai
.
Ligandų skaičius lemia
koordinacinis numeris
((CN) komplekso sudarytojas. Sudėtingo junginio pavyzdys
Kompleksą sudaro geležies jonas Fe 2+, ligandai – cianido jonai CN –, koordinacinis skaičius šeši. Viskas, kas parašyta laužtiniuose skliaustuose, yra vidinė sfera. Kalio jonai sudaro išorinę kompleksinio junginio sferą.
Ryšio tarp centrinio jono (atomo) ir ligandų pobūdis gali būti dvejopas. Viena vertus, ryšys yra dėl elektrostatinės traukos jėgų. Kita vertus, tarp centrinio atomo ir ligandų ryšys gali susidaryti donoro-akceptoriaus mechanizmu, panašiu į amonio joną. Daugelyje sudėtingų junginių ryšys tarp centrinio jono (atomo) ir ligandų atsiranda tiek dėl elektrostatinės traukos jėgų, tiek dėl ryšio, susidariusio dėl kompleksą sudarončio agento vienišų elektronų porų ir laisvųjų ligandų orbitalių.
Sudėtingi junginiai su išorine sfera yra stiprūs elektrolitai ir vandeniniuose tirpaluose beveik visiškai disocijuoja į kompleksinį joną ir jonus išorinė sfera.
Pavyzdžiui:
SO 4 2+ + .
Keitimosi reakcijų metu kompleksiniai jonai pereina iš vieno junginio į kitą, nekeičiant jų sudėties:
SO 4 + BaCl 2 = Cl 2 + BaSO 4.
Vidinė sfera gali turėti teigiamą, neigiamą arba nulinį krūvį.
Jeigu ligandų krūvis kompensuoja kompleksą sudarančio agento krūvį, tai tokie kompleksiniai junginiai vadinami neutraliais arba neelektrolitiniais kompleksais: jie susideda tik iš kompleksą sudarončio agento ir vidinės sferos ligandų.
Toks neutralus kompleksas yra, pavyzdžiui, . d Tipiškiausi kompleksą sudarontys agentai yra katijonai
- elementai.
Ligandos gali būti:
a) polinės molekulės - NH 3, H 2 O, CO, NO;
b) paprastieji jonai – F – , Cl – , Br – , I – , H – , H + ;
c) kompleksiniai jonai – CN –, SCN –, NO 2 –, OH –.
Panagrinėkime lentelę, kurioje rodomi kai kurių kompleksuojančių agentų koordinaciniai skaičiai. Sudėtinių junginių nomenklatūra. Junginyje esantis anijonas pirmiausia vadinamas katijonu. Nurodant vidinės sferos sudėtį, pirmiausia vadinami anijonai, prie lotyniško pavadinimo pridedant galūnę -., O- pavyzdžiui: Cl – – chloras, CN – – ciano, OH – – hidrokso ir kt. Toliau vadinami neutraliais ligandais ir pirmiausia amoniakas ir jo dariniai. Šiuo atveju vartojami šie terminai: koordinuotam amoniakui - ammin , vandeniui –. Ligandų skaičius nurodomas graikiškais žodžiais: 1 – mono, 2 – di, 3 – trys, 4 – tetra, 5 – penta, 6 – hexa. Tada jie pereina prie centrinio atomo pavadinimo. Jei centrinis atomas yra katijonų dalis, naudokite atitinkamo elemento rusišką pavadinimą ir skliausteliuose nurodykite jo oksidacijos būseną (romėniškais skaitmenimis). Jei centrinis atomas yra anijone, tada naudokite lotynišką elemento pavadinimą, o pabaigoje pridėkite galūnę - adresu. Neelektrolitų atveju centrinio atomo oksidacijos būsena nenurodyta, nes ji vienareikšmiškai nustatoma iš komplekso elektrinio neutralumo būklės.
Pavyzdžiai. Norėdami pavadinti kompleksą Cl 2, nustatykite oksidacijos būseną
(S.O.)
X komplekso formuotojas – Cu jonas X+ :
1 x + 2 (–1) = 0,x = +2, C.O.(Cu) = +2.
Kobalto jono oksidacijos būsena nustatoma panašiai:
y + 2 (–1) + (–1) = 0,y = +3, S.O.(Co) = +3.
Koks yra kobalto koordinacinis skaičius šiame junginyje? Kiek molekulių ir jonų supa centrinį joną? Kobalto koordinacinis skaičius yra šeši.
Sudėtingo jono pavadinimas parašytas vienu žodžiu.
Centrinio atomo oksidacijos būsena nurodoma romėnišku skaitmeniu, esančiu skliausteliuose.
Pavyzdžiui: –
Cl 2 – tetraamino vario(II) chloridas,
NE 3
dichlorakvatriamino kobalto (III) nitratas,
K3 – heksacianoferatas (III)
dichlorakvatriamino kobalto (III) nitratas,
kalio,
K 2 – tetrachlorplatinatas (II)
- dichlortetraamincinkas,
H 2 – heksachlorotano rūgštis.
Naudodamiesi kelių kompleksinių junginių pavyzdžiu, nustatysime molekulių sandarą (kompleksuojantį joną, jo SO, koordinacijos skaičių, ligandus, vidinę ir išorinę sferas), suteiksime kompleksui pavadinimą, užrašysime elektrolitinės disociacijos lygtis.
K 4 – kalio heksacianoferatas (II),
K 4 4K + + 4– .
H – tetrachlorauro rūgštis (susidaro, kai auksas ištirpsta regio vandenyje),
H H + + –.
OH – diaminsidabro(I) hidroksidas (ši medžiaga dalyvauja „sidabro veidrodžio“ reakcijoje), OH + + OH – .
Na – tetrahidroksoaliuminatas
natrio, Na Na + + – .
Sudėtingi junginiai taip pat apima daugybę organinių medžiagų, ypač žinomus aminų sąveikos su vandeniu ir rūgštimis produktus. Pavyzdžiui, metilamonio chlorido druskos
Daugelis organinių medžiagų, turinčių didelę reikšmę organizmų gyvenime, yra sudėtingi junginiai. Tai apima hemoglobiną, chlorofilą, fermentai ir ir tt
Plačiai naudojami kompleksiniai junginiai:
1) analitinėje chemijoje daugeliui jonų nustatyti;
2) tam tikrų metalų atskyrimui ir didelio grynumo metalams gauti;
3) kaip dažikliai;
4) pašalinti vandens kietumą;
5) kaip svarbių biocheminių procesų katalizatoriai.