STATE EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION
"SAMARA STATE UNIVERSITY OF TRANSPORTATIONS"
Ufa Institute of Communications
Kagawaran ng Pangkalahatang Edukasyon at Propesyonal na Disiplina
Abstract ng lecture sa disiplina na "Chemistry"
sa paksa ng: "Mga Kumplikadong Koneksyon"
para sa 1st year students
mga espesyalidad sa riles
lahat ng anyo ng edukasyon
Binuo ni:
Abstract ng isang panayam sa disiplina na "Chemistry" sa paksang "Complex compounds" para sa mga mag-aaral sa 1st year ng mga specialty ng riles ng lahat ng anyo ng edukasyon / compiler:. - Samara: SamGUPS, 2011. - 9 p.
Inaprubahan sa pulong ng Kagawaran ng OiPD noong Marso 23, 2011, protocol
Inilimbag sa pamamagitan ng desisyon ng editoryal at publishing council ng unibersidad.
Binuo ni:
Tagasuri: ulo. Kagawaran ng "General and Engineering Chemistry" SamGUPS,
Doctor of Chemical Sciences, Propesor;
Associate Professor ng Department of General and Inorganic Chemistry, Belarusian State University (Ufa),
Nilagdaan para sa pag-print noong 07.04.2011. Format 60/901/16.
Pagsusulat ng papel. Operational ang print. Conv. hurno l. 0.6.
Circulation 100. Order No. 73.
© Samara State Transport University, 2011
Ang nilalaman ng Lecture Note ay tumutugma sa estado ang pangkalahatang pamantayang pang-edukasyon at ang mga kinakailangan ng mas mataas na edukasyon sa ipinag-uutos na minimum na nilalaman at antas ng kaalaman ng mga nagtapos sa mas mataas na paaralan sa cycle na "Natural na agham". Ang panayam ay ipinakita bilang isang pagpapatuloy Kurso ng mga lektura sa kimika para sa mga mag-aaral ng mga espesyalista sa riles ng ika-1 taon ng lahat ng anyo ng edukasyon, na pinagsama-sama ng mga kawani ng departamentong "General and Engineering Chemistry"
Ang panayam ay naglalaman ng mga pangunahing probisyon ng mga teorya ng pagbubuklod ng kemikal, ang katatagan ng mga kumplikado, ang katawagan ng mga kumplikadong compound, mga halimbawa ng paglutas ng problema. Ang materyal na ipinakita sa Lektura ay magiging isang kapaki-pakinabang na tulong sa pag-aaral ng paksang "Mga Kumplikadong Koneksyon" ng mga full-time at part-time na mga mag-aaral at sa paglutas ng mga gawain sa pagkontrol ng mga mag-aaral ng departamento ng pagsusulatan ng lahat ng mga specialty.
Ang publikasyong ito ay matatagpuan sa website ng institute.
Mga kumplikadong compound
Ang pagbuo ng maraming mga kemikal na compound ay nangyayari alinsunod sa valence ng mga atomo. Ang ganitong mga compound ay tinatawag na simple o first-order compound. Kasabay nito, maraming mga compound ang kilala, ang pagbuo nito ay hindi maipaliwanag batay sa mga patakaran ng valency. Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga simpleng compound. Ang ganitong mga compound ay tinatawag na mas mataas na pagkakasunud-sunod na mga compound, kumplikado o mga compound ng koordinasyon. Mga halimbawa ng mga simpleng compound: H2O, NH3, AgCl, CuSO4. Mga halimbawa ng mga kumplikadong compound: AgCl 2NH3, Co (NO3) 3 6NH3, ZnSO4 4H2O, Fe (CN) 3 3KCN, PtCl2 2KCI, PdCl2 2NH3.
Ang mga ions ng ilang mga elemento ay may kakayahang mag-attach ng mga polar molecule o iba pang mga ions sa kanilang mga sarili, na bumubuo ng mga kumplikadong complex ions. Ang mga compound na naglalaman ng mga kumplikadong ion na maaaring umiral pareho sa isang kristal at sa solusyon ay tinatawag na mga kumplikadong compound. Ang bilang ng mga kilalang kumplikadong compound ay maraming beses na mas malaki kaysa sa bilang ng mga simpleng compound na pamilyar sa atin. Ang mga kumplikadong compound ay kilala nang higit sa isang siglo at kalahati na ang nakalipas. Hanggang sa naitatag ang likas na katangian ng bono ng kemikal, ang mga dahilan para sa kanilang pagbuo, ang mga empirikal na pormula ng mga compound ay isinulat tulad ng ipinahiwatig namin sa mga halimbawa sa itaas. Noong 1893, iminungkahi ng Swiss chemist na si Alfred Werner ang unang teorya ng istruktura ng mga kumplikadong compound, na tinatawag na teorya ng koordinasyon. Ang mga kumplikadong compound ay bumubuo ng pinakamalawak at magkakaibang klase ng mga di-organikong sangkap. Maraming mga organoelement compound din ang nabibilang sa kanila. Ang pag-aaral ng mga katangian at spatial na istraktura ng mga kumplikadong compound ay nagbigay ng mga bagong ideya tungkol sa likas na katangian ng kemikal na bono.
1. teorya ng koordinasyon
Sa molekula ng isang kumplikadong tambalan, ang mga sumusunod na elemento ng istruktura ay nakikilala: ang kumplikadong ion, ang mga nakakabit na mga particle na pinag-ugnay sa paligid nito - ligand, na kasama ng complexing agent panloob na globo ng koordinasyon, at ang iba pang mga particle na kasama sa panlabas na globo ng koordinasyon. Kapag ang mga kumplikadong compound ay natunaw, ang mga ligand ay nananatili sa isang malakas na bono sa complexing ion, na bumubuo ng isang halos hindi-dissociating complex ion. Ang bilang ng mga ligand ay tinatawag numero ng koordinasyon(c. h.).
Isaalang-alang natin ang potassium ferrocyanide K4, isang kumplikadong tambalang nabuo sa panahon ng pakikipag-ugnayan 4KCN+Fe(CN)2=K4.
Kapag natunaw, ang kumplikadong tambalan ay naghihiwalay sa mga ion: K4↔4K++4-
Mga karaniwang complexing agent: Fe2+, Fe3+, Co3+, Cr3+, Ag+, Zn2+, Ni2+.
Mga karaniwang ligand: Cl-, Br-, NO2-, CN-, NH3, H2O.
Ang singil ng complexing agent ay katumbas ng algebraic sum ng mga singil ng mga constituent ions nito, halimbawa, 4-, x+6(-1)=-4, x=2.
Ang mga neutral na molekula na bumubuo sa kumplikadong ion ay nakakaapekto sa singil. Kung ang buong panloob na globo ay puno ng mga neutral na molekula lamang,
pagkatapos ay ang singil ng ion ay katumbas ng singil ng complexing agent. Kaya, para sa isang ion 2+, ang singil ng tanso ay x=+2.
Ang singil ng isang kumplikadong ion ay katumbas ng kabuuan ng mga singil ng mga ion sa panlabas na globo. Sa K4, ang singil ay -4, dahil mayroong 4K+ sa panlabas na globo, at ang molekula sa kabuuan ay neutral sa kuryente. Ang mutual substitution ng ligand sa inner sphere ay posible habang pinapanatili ang parehong numero ng koordinasyon, halimbawa, Cl2, Cl, . Ang singil ng cobalt ion ay +3.
Nomenclature ng mga kumplikadong compound
Kapag binubuo ang mga pangalan ng mga kumplikadong compound, ang anion ay unang ipinahiwatig, at pagkatapos ay sa genitive case - ang cation (katulad ng mga simpleng compound: potassium chloride o aluminum sulfate). Sa mga bracket, ang isang Roman numeral ay nagpapahiwatig ng antas ng oksihenasyon ng gitnang atom. Ang mga ligand ay tinatawag na mga sumusunod: H2O - aqua, NH3 - ammine, C1- -chloro-, CN - cyano-, SO4 2- - sulfate - atbp. Tawagin natin ang mga compound sa itaas a) AgCl 2NH3, Co (NO3) 3 6NH3, ZnSO4 4H2O; b) Fe (CN)3 3KCN, PtCl2 2KCI; c) PdCl2 2NH3.
Sa isang kumplikadong cation a): diamminesilver(I) chloride, hexamminecobalt(III) nitrate, tetraquozinc(P) sulfate.
SA kumplikadong anion b): potassium hexacyanoferrate (III), potassium tetrachloroplatinate (II).
Kumplikado- hindi electrolyte c): dichlorodiamminepalladium.
Sa kaso ng mga non-electrolytes, ang pangalan ay itinayo sa nominative case at ang antas ng oksihenasyon ng gitnang atom ay hindi ipinahiwatig.
2. Mga pamamaraan para sa pagtatatag ng mga formula ng koordinasyon
Mayroong isang bilang ng mga pamamaraan para sa pagtatatag ng mga formula ng koordinasyon ng mga kumplikadong compound.
Sa tulong ng double exchange reactions. Sa ganitong paraan napatunayan ang istruktura ng mga sumusunod na platinum complex compound: PtCl4 ∙ 6NH3, PtCl4 ∙ 4NH3, PtCl4 ∙ 2NH3, PtCl4 ∙ 2KCl.
Kung kumilos ka sa solusyon ng unang tambalan na may solusyon ng AgNO3, kung gayon ang lahat ng klorin na nakapaloob dito ay namuo sa anyo ng pilak na klorido. Malinaw, ang lahat ng apat na chloride ions ay nasa panlabas na globo at samakatuwid ang panloob na globo ay binubuo lamang ng mga ammonia ligand. Kaya, ang formula ng koordinasyon ng tambalan ay magiging Cl4. Sa tambalang PtCl4 ∙ 4NH3, ang silver nitrate ay namuo lamang sa kalahati ng chlorine, ibig sabihin, dalawang chloride ions lamang ang nasa panlabas na globo, at ang natitirang dalawa, kasama ang apat na molekula ng ammonia, ay bahagi ng panloob na globo, upang ang koordinasyon Ang formula ay may anyo na Cl2. Ang isang solusyon ng tambalang PtCl4 ∙ 2NH3 ay hindi namuo sa AgNO3, ang tambalang ito ay kinakatawan ng formula. Sa wakas, ang silver nitrate ay hindi rin namuo ng AgCl mula sa isang solusyon ng tambalang PtCl4 ∙ 2KCl, ngunit maaari itong maitatag sa pamamagitan ng mga reaksyon ng palitan na mayroong mga potassium ions sa solusyon. Sa batayan na ito, ang istraktura nito ay kinakatawan ng formula K2.
Ayon sa molar electrical conductivity ng dilute solutions. Sa mataas na pagbabanto, ang molar electrical conductivity ng complex compound ay tinutukoy ng singil at ang bilang ng mga ions na nabuo. Para sa mga compound na naglalaman ng isang kumplikadong ion at isa-isang sinisingil na mga kasyon o anion, ang sumusunod na tinatayang kaugnayan ay mayroong:
Ang bilang ng mga ion kung saan ito nabubulok
molekula ng electrolyte
Λ(V), Ohm-1 ∙ cm2 ∙ mol-1
Ang pagsukat ng molar electrical conductivity Λ(В) sa isang serye ng mga platinum(IV) complex compound ay ginagawang posible na bumuo ng mga sumusunod na formula ng koordinasyon: Cl4 - dissociates sa pagbuo ng limang ions; Cl2 - tatlong ions; - neutral na molekula; K2 - tatlong ions, dalawa sa mga ito ay potassium ions. Mayroong ilang iba pang mga pamamaraan ng physicochemical para sa pagtatatag ng mga formula ng koordinasyon ng mga kumplikadong compound.
3. Uri ng kemikal na bono sa mga kumplikadong compound
a) Mga representasyong electrostatic .
Ang pagbuo ng maraming kumplikadong compound ay maaaring, sa unang pagtataya, ay ipaliwanag sa pamamagitan ng electrostatic attraction sa pagitan ng central cation at anion o polar ligand molecules. Kasama ng mga kaakit-akit na pwersa, mayroon ding mga electrostatic repulsion forces sa pagitan ng mga like-charged na ligand. Bilang resulta, ang isang matatag na pagpapangkat ng mga atomo (ion) ay nabuo, na may pinakamababang potensyal na enerhiya. Ang complexing agent at mga ligand ay itinuturing na sinisingil na mga non-deformable sphere ng ilang partikular na laki. Ang kanilang pakikipag-ugnayan ay isinasaalang-alang ayon sa batas ng Coulomb. Kaya, ang kemikal na bono ay itinuturing na ionic. Kung ang mga ligand ay mga neutral na molekula, dapat isaalang-alang ng modelong ito ang pakikipag-ugnayan ng ion-dipole ng gitnang ion sa molekula ng polar ligand. Ang mga resulta ng mga kalkulasyong ito ay kasiya-siyang naghahatid ng pag-asa ng numero ng koordinasyon sa singil ng sentral na ion. Sa pagtaas ng singil ng gitnang ion, ang lakas ng mga kumplikadong compound ay tumataas, ang pagtaas sa radius nito ay nagdudulot ng pagbawas sa lakas ng complex, ngunit humahantong sa isang pagtaas sa numero ng koordinasyon. Sa pagtaas ng laki at singil ng mga ligand, bumababa ang numero ng koordinasyon at katatagan ng complex. Ang pangunahing dissociation ay nagpapatuloy halos ganap, tulad ng paghihiwalay ng mga malakas na electrolytes. Ang mga ligand na matatagpuan sa panloob na globo ay mas malakas na nakagapos sa gitnang atom, at nahahati lamang sa maliit na lawak. Ang reversible disintegration ng inner sphere ng isang complex compound ay tinatawag na secondary dissociation. Halimbawa, ang dissociation ng Cl complex ay maaaring isulat bilang mga sumusunod:
Cl→++Cl - pangunahing paghihiwalay
+↔Ag++2NH3 pangalawang paghihiwalay
Gayunpaman, ang isang simpleng electrostatic theory ay hindi maipaliwanag ang selectivity (specificity) ng kumplikadong pagbuo, dahil hindi nito isinasaalang-alang ang likas na katangian ng gitnang atom at ligand, ang mga tampok na istruktura ng kanilang mga shell ng elektron. Upang isaalang-alang ang mga salik na ito, ang electrostatic theory ay dinagdagan polarizing mga ideya ayon sa kung saan ang kumplikadong pagbuo ay pinapaboran sa pamamagitan ng paglahok ng mga maliliit na multiply charged na mga kasyon ng d-element bilang mga sentral na atomo, na may malakas na epekto ng polarizing, at bilang mga ligand sa pamamagitan ng malaki, madaling mapolarize na mga ion o molekula. Sa kasong ito, ang pagpapapangit ng mga shell ng elektron ng gitnang atom at ligand ay nangyayari, na humahantong sa kanilang interpenetration, na nagiging sanhi ng pagpapalakas ng mga bono.
b) Ang paraan ng valence bonds.
Sa paraan ng mga valence bond, ipinapalagay na ang gitnang atom ng complexing agent ay dapat magkaroon ng mga libreng orbital para sa pagbuo ng mga covalent bond na may mga ligand, ang bilang nito ay tumutukoy sa pinakamataas na halaga ng kahusayan ng complexing agent. Sa kasong ito, lumilitaw ang isang covalent σ-bond kapag ang libreng orbital ng complexing agent na atom ay nag-overlap sa mga punong orbital ng donor, ibig sabihin, naglalaman ng mga hindi nakabahaging pares ng mga electron. Ang koneksyon na ito ay tinatawag koneksyon sa koordinasyon.
Halimbawa1. Ang 2+ complex ion ay may tetrahedral na istraktura. Anong mga orbital ng complexing agent ang ginagamit upang bumuo ng mga bono sa mga molekula ng NH3?
Solusyon. Ang tetrahedral na istraktura ng mga molekula ay katangian ng pagbuo ng sp3 hybrid orbitals.
Halimbawa 2. Bakit may linear structure ang complex ion +?
Solusyon. Ang linear na istraktura ng ion na ito ay isang kinahinatnan ng pagbuo ng dalawang hybrid sp-orbitals ng Cu+ ion, na tumatanggap ng mga pares ng NH3 electron.
Halimbawa3. Bakit ang ion ay 2-paramagnetic at 2-diamagnetic?
Solusyon. Ang mga Cl - ions ay mahinang nakikipag-ugnayan sa Ni2+ ions. Ang mga pares ng elektron ng chlorine ay pumapasok sa mga orbital ng susunod na bakanteng layer na may n=4. Sa kasong ito, ang mga 3d electron ng nickel ay nananatiling hindi ipinares, na nagiging sanhi ng 2- paramagnetism.
Sa 2- dahil sa dsp2 hybridization, nangyayari ang pagpapares ng elektron at ang ion ay diamagnetic
c) Crystal field theory.
Isinasaalang-alang ng Crystal field theory ang electrostatic interaction sa pagitan ng positive charged complexing metal ions at nag-iisang electron pairs ng ligand. Sa ilalim ng impluwensya ng ligand field, ang mga d-level ng transition metal ion ay nahati. Kadalasan mayroong dalawang mga pagsasaayos ng mga kumplikadong ions - octahedral at tetrahedral. Ang halaga ng enerhiya ng cleavage ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga ligand at sa pagsasaayos ng mga complex. Ang populasyon ng mga split d-orbit na may mga electron ay isinasagawa alinsunod sa panuntunan ng Hund, at ang mga OH-, F-, Cl - ions at ang H2O, NO na mga molekula ay mahina na mga ligand ng field, at ang CN-, NO2- ions at ang CO molecule ay malakas na field ligand na makabuluhang naghahati ng d level ng complexing agent. Ang mga scheme ng paghahati ng mga d-level sa octahedral at tetrahedral na mga patlang ng mga ligand ay ibinibigay.
Halimbawa1. Iguhit ang distribusyon ng mga titanium electron sa octahedral 3+ complex ion.
Solusyon. Ang ion ay paramagnetic alinsunod sa katotohanan na mayroong isang hindi pares na elektron na naisalokal sa Ti3+ ion. Sinasakop ng electron na ito ang isa sa tatlong degenerate dε orbitals.
Kapag ang liwanag ay nasisipsip, ang paglipat ng isang electron mula sa dε- patungo sa dy-level ay posible. Sa katunayan, ang 3+ ion, na mayroong isang electron sa dε orbital, ay sumisipsip ng liwanag na may wavelength na λ=4930Å. Ito ay nagiging sanhi ng dilute solution ng Ti3+ salts na maging purple bilang karagdagan sa hinihigop. Ang enerhiya ng elektronikong paglipat na ito ay maaaring kalkulahin mula sa kaugnayan
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 Ang pagpapalit sa formula para sa pagkalkula ng wavelength, nakukuha natin
DIV_ADBLOCK332">
Ang equilibrium constant sa kasong ito ay tinatawag na instability constant ng complex ion https://pandia.ru/text/78/151/images/image005_2.png" width="200" height="36 src="> 2.52∙ 10-3 g∙ion/l at, samakatuwid, =10.1∙10-3 mol/l.
Halimbawa2. Tukuyin ang antas ng dissociation ng 2+ complex ion sa isang 0.1 molar SO4 solution.
Solusyon. Tukuyin natin ang konsentrasyon ng , na nabuo sa panahon ng paghihiwalay ng complex ion, sa pamamagitan ng x. Pagkatapos \u003d 4x, at 2 + \u003d (0.1- x) mol / l. Ipalit natin ang equilibrium concentrations ng mga bahagi sa equation 
Dahil 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., Mga tagubilin sa Yakovlev para sa pagsasagawa ng gawaing laboratoryo sa kimika para sa mga mag-aaral ng lahat ng mga specialty ng full-time na edukasyon. - Samara: SamGUPS, 2009. - 46 p.
2., Chemistry: kontrolin ang mga gawain para sa mga mag-aaral - mga mag-aaral sa pagsusulatan ng lahat ng mga specialty. - Samara: SamGUPS, 2008. - 100 p.
3., M Isang kurso ng mga lektura sa kimika para sa mga mag-aaral sa unang taon ng mga espesyalidad sa riles ng lahat ng anyo ng edukasyon. Samara: SamGUPS, 2005. - 63 p.
4., Reznitsky at mga pagsasanay sa pangkalahatang kimika: Textbook - 2nd ed. - M .: Publishing House ng Moscow. un-ta, 1985. S.60-68.
5. Glinka chemistry: Textbook para sa mga unibersidad / Ed. . - ed. Ika-29, binago - M .: Integral-Press, 2002. P. 354-378.
6. L Mga gawain at pagsasanay sa pangkalahatang kimika: Teksbuk para sa mga unibersidad / Under. ed. At – M.: Knorus, 2011.- S.174-187.
7. Korovin chemistry: Textbook para sa teknikal. direksyon at espesyal unibersidad-ika-6 na ed., Rev.-M.: Mas mataas. paaralan, 2006. S.71-82
Kung isasaalang-alang ang mga uri ng mga bono ng kemikal, nabanggit na ang mga kaakit-akit na puwersa ay lumitaw hindi lamang sa pagitan ng mga atomo, kundi pati na rin sa pagitan ng mga molekula at mga ion. Ang ganitong pakikipag-ugnayan ay maaaring humantong sa pagbuo ng bago, mas kumplikadong kumplikado (o koordinasyon) na mga compound.
Comprehensive ay mga compound na may mga pinagsama-samang atomo (complexes) sa mga node ng crystal lattice, na may kakayahang mag-independiyenteng pag-iral sa solusyon at nagtataglay ng mga katangian na naiiba sa mga katangian ng kanilang mga constituent particle (atoms, ions o molecules).
Sa molekula ng isang kumplikadong tambalan (halimbawa, K 4 ), ang mga sumusunod na elemento ng istruktura ay nakikilala: ion- ahente ng kumplikado (para sa isang partikular na Fe complex), ang mga nakakabit na particle na naka-coordinate sa paligid nito ay ligand o addends (CN -), na kasama ng complexing agent panloob na globo ng koordinasyon (4-), at iba pang mga particle na kasama sa panlabas na globo ng koordinasyon (K+). Kapag ang mga kumplikadong compound ay natunaw, ang mga ligand ay nananatili sa isang malakas na bono sa complexing ion, na bumubuo ng isang halos hindi-dissociating complex ion. Ang bilang ng mga ligand ay tinatawag numero ng koordinasyon (sa kaso ng K 4 ang numero ng koordinasyon ay 6). Ang numero ng koordinasyon ay tinutukoy ng likas na katangian ng gitnang atom at mga ligand, at tumutugma din sa pinaka-symmetrical na geometric na pagsasaayos: 2 (linear), 4 (tetrahedral o square) at 6 (octahedral configuration).
Ang mga karaniwang complexing agent ay mga cation: Fe 2+, Fe 3+, Co 3+, Co 2+, Cu 2+, Ag +, Cr 3+, Ni 2+. Ang kakayahang bumuo ng mga kumplikadong compound ay nauugnay sa elektronikong istraktura ng mga atomo. Ang mga elemento ng d-family ay partikular na madaling bumuo ng mga kumplikadong ion, halimbawa: Ag +, Au +, Cu 2+, Hg 2+, Zn 2+, Fe 2+, Cd 2+, Fe 3+, Co 3+ , Ni 2+, Pt 2+, Pt 4+, atbp. Ang mga complexing agent ay maaaring Al 3+ at ilang hindi metal, halimbawa, Si at B.
Ang mga ligand ay maaaring magsilbi bilang mga naka-charge na ion: F -, OH -, NO 3 -, NO 2 -, Cl -, Br -, I -, CO 3 2-, CrO 4 2-, S 2 O 3 2-, CN -, PO 4 3- at iba pa, at mga de-koryenteng neutral na polar molecule: NH 3, H 2 O, PH 3, CO, atbp. Kung ang lahat ng mga ligand ng complexing agent ay pareho, kung gayon ang complex homogenous na koneksyon, halimbawa Cl 2 ; kung ang mga ligand ay iba, pagkatapos ay ang tambalan magkakaiba, hal. Cl. Ang mga bono ng koordinasyon (donor-acceptor) ay karaniwang itinatag sa pagitan ng complexing agent at mga ligand. Ang mga ito ay nabuo bilang isang resulta ng overlapping ng mga ligand orbital na puno ng mga electron ng mga bakanteng orbital ng gitnang atom. Sa mga kumplikadong compound, ang donor ay ang complexing agent, at ang acceptor ay ang ligand.
Ang bilang ng mga chemical bond sa pagitan ng complexing agent at ng mga ligand ay tumutukoy sa coordination number ng complexing agent. Mga numero ng koordinasyon ng katangian: Cu +, Ag +, Au + = 2; Cu 2+, Hg 2+, Pb 2+, Pt 2+, Pd 2+ =4; Ni 2+, Ni 3+, Co 3+, A1 3+ = 4 o 6; Fe 2+ , Fe 3+ , Pt 4+ , Pd 4+ , Ti 4+ , Pb 4+ , Si 4+ =6.
Ang singil ng complexing agent ay katumbas ng algebraic sum ng mga singil ng mga constituent ions nito, halimbawa: 4-, x + 6(-1) = 4-; x=2.
Ang mga neutral na molekula na bumubuo sa kumplikadong ion ay hindi nakakaapekto sa singil. Kung ang buong panloob na globo ay napuno lamang ng mga neutral na molekula, kung gayon ang singil ng ion ay katumbas ng singil ng ahente ng kumplikado. Kaya, ang 2+ ion ay may singil na tanso x = 2+. Ang singil ng kumplikadong ion ay katumbas ng mga singil ng mga ion sa panlabas na globo. Sa K 4, ang singil ay -4, dahil mayroong 4 K + cation sa panlabas na globo, at ang molekula sa kabuuan ay neutral sa kuryente.
Ang mga ligand sa inner sphere ay maaaring palitan ang isa't isa habang pinapanatili ang parehong numero ng koordinasyon.
Pag-uuri at katawagan ng mga kumplikadong compound. SA mga punto ng pananaw singil ng isang kumplikadong particle Ang lahat ng mga kumplikadong compound ay maaaring nahahati sa cationic, anionic at neutral.
Mga cation complex bumubuo ng mga metal na kasyon na nag-uugnay sa neutral o anionic na mga ligand sa kanilang paligid, at ang kabuuang singil ng mga ligand ay mas mababa sa ganap na halaga kaysa sa estado ng oksihenasyon ng complexing agent, halimbawa Cl 3 . Ang mga cationic complex compound, bilang karagdagan sa mga hydroxo complex at salts, ay maaaring mga acid, halimbawa H - hexafluoroantimony acid.
SA mga anion complex , sa kabaligtaran, ang bilang ng mga anion ligand ay tulad na ang kabuuang singil ng kumplikadong anion ay negatibo, halimbawa, . SA mga anion complex Ang mga hydroxide anion ay kumikilos bilang mga ligand hydroxocomplexes (halimbawa, Na 2 - potassium tetrahydroxozincate), o mga anion ng acid residues ay acidocomplexes(halimbawa, K 3 - potassium hexacyanoferrate (III)) .
Mga neutral na complex maaaring may ilang uri: isang complex ng neutral na metal na atom na may neutral na ligand (halimbawa, Ni (CO) 4 - nickel tetracarbonyl, [Cr (C 6 H 6) 2] - dibenzenechromium). Sa mga neutral na complex ng ibang uri, ang mga singil ng complexing agent at ligand ay nagbabalanse sa isa't isa (halimbawa, hexaammineplatinum (IV) chloride, trinitrotriamminecobalt).
Ang mga kumplikadong compound ay maaaring maiuri ang likas na katangian ng ligand. Kabilang sa mga compound na may neutral na ligand, aqua complexes, ammoniates, at metal carbonyls ay nakikilala. Ang mga kumplikadong compound na naglalaman ng mga molekula ng tubig bilang mga ligand ay tinatawag mga aquacomplex . Kapag ang isang substansiya ay nag-kristal mula sa isang solusyon, nakukuha ng cation ang ilan sa mga molekula ng tubig na pumapasok sa kristal na sala-sala ng asin. Ang mga naturang sangkap ay tinatawag crystalline hydrates, hal. A1C1 3 · 6H 2 O. Karamihan sa mga crystalline hydrates ay mga aqua complex, kaya mas tumpak na inilalarawan ang mga ito bilang isang kumplikadong asin ([A1(H 2 O) 6] C1 3 - hexaaqua aluminum chloride). Ang mga kumplikadong compound na may mga molekula ng ammonia bilang isang ligand ay tinatawag ammonia , halimbawa C1 4 - hexaammineplatinum (IV) chloride. mga metal na carbonyl ay tinatawag na mga kumplikadong compound kung saan ang mga molekula ng carbon monoxide (II) ay nagsisilbing ligand, halimbawa, iron pentacarbonyl, nickel tetracarbonyl.
Ang mga kumplikadong compound na may dalawang kumplikadong ions sa molekula ay kilala, kung saan mayroong isang kababalaghan ng isomerism ng koordinasyon, na nauugnay sa isang iba't ibang pamamahagi ng mga ligand sa pagitan ng mga kumplikadong ahente, halimbawa: - hexanitrocobaltate (III) hexaammine nickel (III).
Kapag nag-compile mga pangalan ng kumplikadong tambalan naaangkop ang mga sumusunod na patakaran:
1) kung ang tambalan ay isang kumplikadong asin, kung gayon ang anion sa nominative case ay tinatawag muna, at pagkatapos ay ang cation sa genitive case;
2) kapag pinangalanan ang isang kumplikadong ion, una ang mga ligand ay ipinahiwatig, pagkatapos ay ang complexing agent;
3) ang mga molekular na ligand ay tumutugma sa mga pangalan ng mga molekula (maliban sa tubig at ammonia, ang mga termino "aqua" At "amin");
4) ang pagtatapos - o ay idinagdag sa anionic ligands, halimbawa: F - - fluoro, C1 - - chloro, O 2 - - oxo, CNS - - rhodan, NO 3 - - nitrato, CN - - cyano, SO 4 2- - sulfate ,S 2 O 3 2- - thiosulfate, CO 3 2- - carbonate, RO 4 3- - phosphato, OH - - hydroxo;
5) Ang mga Greek numeral ay ginagamit upang ipahiwatig ang bilang ng mga ligand: 2 - di-, 3 –tatlo-, 4 –tetra-, 5 –penta-, 6 –hexa-;
6) kung ang complex ion ay isang cation, kung gayon ang Russian na pangalan ng elemento ay ginagamit para sa pangalan ng complexing agent, kung ang anion ay ang Latin;
7) pagkatapos ng pangalan ng complexing agent, ang isang Roman numeral sa panaklong ay nagpapahiwatig ng antas ng oksihenasyon nito;
8) sa mga neutral na complex, ang pangalan ng gitnang atom ay ibinibigay sa nominative case, at ang estado ng oksihenasyon nito ay hindi ipinahiwatig.
Mga katangian ng mga kumplikadong compound. Ang mga reaksiyong kemikal na kinasasangkutan ng mga kumplikadong compound ay nahahati sa dalawang uri:
1) outer-sphere - sa panahon ng kanilang daloy, ang kumplikadong particle ay nananatiling hindi nagbabago (exchange reactions);
2) intrasphere - sa panahon ng kanilang kurso, ang mga pagbabago ay nangyayari sa estado ng oksihenasyon ng gitnang atom, sa istraktura ng mga ligand, o mga pagbabago sa globo ng koordinasyon (pagbaba o pagtaas sa numero ng koordinasyon).
Ang isa sa mga pinakamahalagang katangian ng mga kumplikadong compound ay ang kanilang dissociation sa mga may tubig na solusyon. Karamihan sa mga nalulusaw sa tubig na ionic complex ay malakas na electrolytes, naghihiwalay sila sa panlabas at panloob na mga globo: K 4 ↔ 4K + + 4 - .
Ang mga kumplikadong ions ay medyo matatag, sila ay mahina electrolytes, sunud-sunod na paghihiwalay ng mga ligand sa isang may tubig na solusyon:
4 - ↔ 3- +CN - (ang bilang ng mga hakbang ay katumbas ng bilang ng mga ligand).
Kung ang kabuuang singil ng isang particle ng isang kumplikadong tambalan ay zero, kung gayon mayroon tayong isang molekula hindi electrolyte, Halimbawa .
Sa palitan ng mga reaksyon, ang mga kumplikadong ion ay dumadaan mula sa isang tambalan patungo sa isa pa nang hindi binabago ang kanilang komposisyon. Ang electrolytic dissociation ng mga kumplikadong ions ay sumusunod sa batas ng mass action at quantitatively characterized sa pamamagitan ng isang dissociation constant, na tinatawag na patuloy na kawalang-tatag K n. Ang mas mababa ang kawalang-tatag na pare-pareho ng kumplikado, mas mababa ito nabubulok sa mga ions, mas matatag ang tambalang ito. Sa mga compound na nailalarawan ng mataas na K n, ang mga kumplikadong ion ay hindi matatag, ibig sabihin, halos wala sila sa solusyon, ang mga naturang compound ay dobleng asin . Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga tipikal na kinatawan ng kumplikado at dobleng mga asing-gamot ay ang huli ay naghihiwalay sa pagbuo ng lahat ng mga ion na bumubuo sa asin na ito, halimbawa: KA1 (SO 4) 2 ↔ K + + A1 3+ + 2SO 4 2- ( dobleng asin);
K ↔ 4K + + 4- (kumplikadong asin).
Mga kumplikadong compound
Lesson-lecture Baitang 11
Ang aralin na isinumite para sa kumpetisyon na "Pupunta ako sa aralin", gumugugol ako sa ika-11 na klase ng biyolohikal at kemikal, kung saan 4 na oras sa isang linggo ang inilalaan para sa pag-aaral ng kimika.
Kinuha ko ang paksang "Mga kumplikadong compound", una, dahil ang pangkat ng mga sangkap na ito ay may napakalaking kahalagahan sa kalikasan; pangalawa, maraming mga gawain sa PAGGAMIT ang kinabibilangan ng konsepto ng mga kumplikadong compound; pangatlo, ang mga mag-aaral mula sa klase na ito ay pumipili ng mga propesyon na may kaugnayan sa chemistry at makikipagpulong sa isang grupo ng mga kumplikadong compound sa hinaharap.
Target. Bumuo ng konsepto ng komposisyon, pag-uuri, istraktura at pangunahing katawagan ng mga kumplikadong compound; isaalang-alang ang kanilang mga kemikal na katangian at ipakita ang kahulugan; palawakin ang pag-unawa ng mga mag-aaral sa pagkakaiba-iba ng mga sangkap.
Kagamitan. Mga halimbawa ng mga kumplikadong compound.
Lesson plan
I. Pansamahang sandali.
II. Pag-aaral ng bagong materyal (lektura).
III. Pagbubuod at pagtatakda ng takdang-aralin.
Plano ng lecture
1. Iba't ibang mga sangkap.
2. Teorya ng koordinasyon ni A. Werner.
3. Istraktura ng mga kumplikadong compound.
4. Pag-uuri ng mga kumplikadong compound.
5. Ang likas na katangian ng kemikal na bono sa mga kumplikadong compound.
6. Nomenclature ng mga kumplikadong compound.
7. Mga kemikal na katangian ng mga kumplikadong compound.
8. Ang halaga ng mga kumplikadong compound.
SA PANAHON NG MGA KLASE
I. Pansamahang sandali
II. Pag-aaral ng bagong materyal
Iba't ibang mga sangkap
Ang mundo ng mga sangkap ay magkakaiba, at pamilyar na tayo sa pangkat ng mga sangkap na kabilang sa mga kumplikadong compound. Ang mga sangkap na ito ay pinag-aralan mula noong ika-19 na siglo, ngunit mahirap maunawaan ang kanilang istraktura mula sa pananaw ng mga umiiral na ideya tungkol sa valence.
A. Teorya ng koordinasyon ni Werner
Noong 1893, ang Swiss inorganic chemist na si Alfred Werner (1866–1919) ay bumuo ng isang teorya na naging posible upang maunawaan ang istraktura at ilang mga katangian ng mga kumplikadong compound at tinawag teorya ng koordinasyon*. Samakatuwid, ang mga kumplikadong compound ay madalas na tinatawag na mga compound ng koordinasyon.
Ang mga compound, na kinabibilangan ng mga kumplikadong ion na umiiral pareho sa isang kristal at sa solusyon, ay tinatawag na kumplikado, o koordinasyon.
Ang istraktura ng mga kumplikadong compound
Ayon sa teorya ni Werner, ang sentral na posisyon sa mga kumplikadong compound ay karaniwang inookupahan ng isang metal ion, na tinatawag na central ion, o complexing agent.
Kumplikadong ahente - isang particle (atom, ion o molekula) na nagcoordinate (naglalagay) sa paligid mismo ng iba pang mga ion o molekula.
Ang complexing agent ay karaniwang may positibong singil, ay d-element, nagpapakita ng amphoteric properties, may coordination number na 4 o 6. Molecules o acid residues - ligand (addends) ay matatagpuan (coordinate) sa paligid ng complexing agent.
Ligands - mga particle (mga molekula at ion) na pinag-ugnay ng ahente ng kumplikado at may direktang mga bono ng kemikal dito (halimbawa, mga ion: Cl - , I - , NO 3 - , OH - ; mga neutral na molekula: NH 3 , H 2 O, CO ).
Ang mga ligand ay hindi nakagapos sa isa't isa, dahil ang mga salungat na pwersa ay kumikilos sa pagitan nila. Kapag ang mga molekula ay ligand, posible ang interaksyon ng molekular sa pagitan nila. Ang koordinasyon ng mga ligand sa paligid ng complexing agent ay isang katangian na katangian ng mga kumplikadong compound (Larawan 1).
Numero ng koordinasyon - ay ang bilang ng mga chemical bond na nabubuo ng complexing agent kasama ng mga ligand.
 |
kanin. 2. Tetrahedral na istraktura ng ion - |
Ang halaga ng numero ng koordinasyon ng complexing agent ay nakasalalay sa kalikasan nito, antas ng oksihenasyon, likas na katangian ng mga ligand, at mga kondisyon (temperatura, konsentrasyon) kung saan nagpapatuloy ang reaksyon ng kumplikado. Ang numero ng koordinasyon ay maaaring magkaroon ng mga halaga mula 2 hanggang 12. Ang pinakakaraniwan ay ang mga numero ng koordinasyon 4 at 6. Para sa numero ng koordinasyon 4, ang istraktura ng mga kumplikadong particle ay maaaring tetrahedral (Larawan 2) at sa anyo ng isang patag. parisukat (Larawan 3). Ang mga kumplikadong compound na may bilang ng koordinasyon na 6 ay may istrakturang octahedral na 3– (Larawan 4).
 |
kanin. 4. Ion 3 - istraktura ng octahedral |
Ang complexing agent at ang mga nakapaligid na ligand ay bumubuo ang loob ng complex. Ang isang particle na binubuo ng isang complexing agent at mga nakapaligid na ligand ay tinatawag na complex ion. Kapag naglalarawan ng mga kumplikadong compound, ang panloob na globo (complex ion) ay nililimitahan ng mga square bracket. Ang natitirang bahagi ng complex compound ay matatagpuan sa panlabas na globo(Larawan 5).
Ang kabuuang singil ng mga ion ng panlabas na globo ay dapat na katumbas ng halaga at kabaligtaran ng tanda sa singil ng kumplikadong ion:
Pag-uuri ng mga kumplikadong compound
Ang isang malaking pagkakaiba-iba ng mga kumplikadong compound at ang kanilang mga katangian ay hindi nagpapahintulot sa paglikha ng isang pinag-isang pag-uuri. Gayunpaman, ang mga sangkap ay maaaring ipangkat ayon sa ilang mga indibidwal na katangian.
1) Sa pamamagitan ng komposisyon.
2) Ayon sa uri ng coordinated ligands.
A) Mga Aquacomplex- ito ay mga kumplikadong cation kung saan ang mga molekula ng H 2 O ay mga ligand. Ang mga ito ay nabuo ng mga metal na cation na may estado ng oksihenasyon na +2 o higit pa, at ang kakayahang bumuo ng mga aqua complex sa mga metal ng isang pangkat ng periodic system ay bumababa mula sa itaas hanggang ibaba.
Mga halimbawa ng aqua complex:
Cl 3 , (NO 3) 3 .
b) Mga hydroxocomplex ay mga kumplikadong anion kung saan ang mga ligand ay hydroxide ions OH - . Ang mga kumplikadong ahente ay mga metal na madaling kapitan ng pagpapakita ng mga katangian ng amphoteric - Be, Zn, Al, Cr.
Halimbawa: Na, Ba.
V) Ammonia ay mga kumplikadong kasyon kung saan ang mga molekula ng NH 3 ay mga ligand. Complexing ahente ay d-mga elemento.
Halimbawa: SO 4 , Cl.
G) acidocomplexes ay mga kumplikadong anion kung saan ang mga ligand ay mga anion ng hindi organiko at organikong mga asido.
Halimbawa: K 3 , Na 2 , K 4 .
3) Sa pamamagitan ng singil ng panloob na globo.
Ang likas na katangian ng bono ng kemikal sa mga kumplikadong compound
Sa panloob na globo, mayroong mga covalent bond sa pagitan ng complexing agent at ligand, na nabuo din ng mekanismo ng donor-acceptor. Para sa pagbuo ng naturang mga bono, ang pagkakaroon ng mga libreng orbital sa ilang mga particle (makukuha sa complexing agent) at hindi nakabahaging mga pares ng elektron sa ibang mga particle (ligands) ay kinakailangan. Ang papel ng donor (supplier ng mga electron) ay ginagampanan ng ligand, at ang acceptor na tumatanggap ng mga electron ay ang complexing agent. Ang bono ng donor-acceptor ay nagmumula bilang isang resulta ng pag-overlay ng mga libreng valence orbital ng complexing agent na may napunong mga orbital ng donor.
Mayroong isang ionic bond sa pagitan ng panlabas at panloob na mga globo. Kumuha tayo ng isang halimbawa.
Ang elektronikong istraktura ng beryllium atom:
Ang elektronikong istraktura ng beryllium atom sa isang nasasabik na estado:
Ang elektronikong istraktura ng beryllium atom sa 2– complex ion:
Ang mga tuldok na arrow ay nagpapakita ng mga fluorine na electron; dalawa sa apat na bono ay nabuo sa pamamagitan ng mekanismo ng donor-acceptor. Sa kasong ito, ang Be atom ay isang acceptor, at ang mga fluorine ions ay mga donor, ang kanilang mga libreng pares ng elektron ay pumupuno sa mga hybridized na orbital ( sp 3 - hybridization).
Nomenclature ng mga kumplikadong compound
Ang pinakalaganap ay ang nomenclature na inirerekomenda ng IUPAC. Pangalan kumplikadong anion nagsisimula sa pagtatalaga ng komposisyon ng panloob na globo: ang bilang ng mga ligand ay ipinahiwatig ng mga numerong Griyego: 2-di, 3-three, 4-tetra, 5-penta, 6-hexa, atbp., na sinusundan ng mga pangalan ng ang mga ligand, kung saan idinaragdag ang nag-uugnay na patinig na “o” »: Cl - - chloro-, CN - - cyano-, OH - - hydroxo-, atbp. Kung ang complexing agent ay may variable na estado ng oksihenasyon, ang estado ng oksihenasyon nito ay ipinahiwatig sa mga bracket sa Roman numeral, at ang pangalan nito ay may suffix -at: Zn - zinc sa, Fe – ferr sa(III), Au - aur sa(III). Ang apelyido ay ang cation ng outer sphere sa genitive case.
K 3 - potassium hexacyanoferrate (III),
K 4 - potassium hexacyanoferrate (II),
K 2 - potassium tetrahydroxozincate.
Mga pangalan ng mga compound na naglalaman ng kumplikadong kasyon, ay binuo mula sa mga pangalan ng mga anion ng panlabas na kapaligiran, pagkatapos kung saan ang bilang ng mga ligand ay ipinahiwatig, ang Latin na pangalan ng ligand ay ibinigay (ammonia molecule NH 3 - ammine, water molecule H 2 O - aqua mula sa Latin na pangalan ng tubig) at ang pangalan ng Ruso ng elemento ng kumplikado; ang Roman numeral sa panaklong ay nagpapahiwatig ng antas ng oksihenasyon ng kumplikadong elemento, kung ito ay variable. Halimbawa:
SO 4 - tetraammine copper (II) sulfate,
Cl 3 - hexaaqua aluminum chloride.
Mga kemikal na katangian ng mga kumplikadong compound
1. Sa solusyon, ang mga kumplikadong compound ay kumikilos tulad ng malakas na electrolytes; ganap na humiwalay sa mga cation at anion:
Cl 2 \u003d Pt (NH 3) 4] 2+ + 2Cl -,
K 2 \u003d 2K ++ 2–.
Ang dissociation ng ganitong uri ay tinatawag na pangunahin.
Ang pangalawang dissociation ay nauugnay sa pag-alis ng mga ligand mula sa panloob na globo ng kumplikadong ion:
2– PtCl 3 – + Cl – .
Ang pangalawang dissociation ay nangyayari sa mga hakbang: ang mga kumplikadong ion (2–) ay mga mahinang electrolyte.
2. Sa ilalim ng pagkilos ng mga malakas na acid, ang mga hydroxo complex ay nawasak, halimbawa:
a) na may kakulangan ng acid
Na 3 + 3HCl \u003d 3NaCl + Al (OH) 3 + 3H 2 O;
b) na may labis na acid
Na 3 + 6HCl \u003d 3NaCl + AlCl 3 + 6H 2 O.
3. Ang pag-init (thermolysis) ng lahat ng ammoniate ay humahantong sa kanilang pagkabulok, halimbawa:
SO 4 CuSO 4 + 4NH 3.
Ang halaga ng mga kumplikadong compound
Ang mga compound ng koordinasyon ay napakahalaga sa kalikasan. Sapat na sabihin na halos lahat ng enzymes, maraming hormones, gamot, biologically active substances ay mga kumplikadong compound. Halimbawa, ang hemoglobin sa dugo, dahil kung saan ang oxygen ay inililipat mula sa mga baga patungo sa mga selula ng tisyu, ay isang kumplikadong tambalan na naglalaman ng bakal (Larawan 6), at ang chlorophyll, na responsable para sa photosynthesis sa mga halaman, ay isang kumplikadong compound ng magnesium (Larawan 7). .
Ang isang makabuluhang bahagi ng mga natural na mineral, kabilang ang polymetallic ores at silicates, ay binubuo din ng mga compound ng koordinasyon. Bukod dito, ang mga kemikal na pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal mula sa mga ores, sa partikular na tanso, tungsten, pilak, aluminyo, platinum, bakal, ginto at iba pa, ay nauugnay din sa pagbuo ng madaling matunaw, mababang pagkatunaw o pabagu-bago ng isip na mga complex. Halimbawa: Na 3 - cryolite, KNa 3 4 - nepheline (mineral, kumplikadong mga compound na naglalaman ng aluminyo).
Ang modernong industriya ng kemikal ay malawakang gumagamit ng mga compound ng koordinasyon bilang mga katalista sa synthesis ng mga macromolecular compound, sa pagproseso ng kemikal ng langis, at sa paggawa ng mga acid.
III. Pagbubuod at pagtatakda ng takdang-aralin
Takdang aralin.
1) Maghanda para sa isang panayam para sa isang praktikal na aralin sa paksang: "Mga kumplikadong compound".
2) Magbigay ng nakasulat na paglalarawan ng mga sumusunod na kumplikadong compound ayon sa istraktura at uriin ayon sa kanilang mga katangian:
K 3, (NO 3) 3, Na 2, OH.
3) Isulat ang mga equation ng reaksyon kung saan maaari mong isagawa ang mga pagbabagong-anyo:
* Para sa pagtuklas ng bagong larangang ito ng agham, si A. Werner ay ginawaran ng Nobel Prize noong 1913.
Ang mga compound ng uri ng BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2, atbp., kung saan ang elemento ay nagpapakita ng karaniwan nitong pinakamataas na valence, ay tinatawag na valence-saturated compound o first order compounds. Kapag ang mga first-order compound ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa, ang mga compound na mas mataas ang order ay nabuo. SA mas mataas na order compound isama ang mga hydrates, ammoniates, mga pandagdag na produkto ng mga acid, mga organikong molekula, dobleng asin, at marami pang iba. Mga halimbawa ng pagbuo ng mga kumplikadong compound:
PtCl 4 + 2KCl \u003d PtCl 4 ∙ 2KCl o K 2
CoCl 3 + 6NH 3 \u003d CoCl 3 ∙ 6NH 3 o Cl 3.
A. Ipinakilala ni Werner ang mga ideya sa kimika tungkol sa mga compound na may mas mataas na pagkakasunud-sunod at nagbigay ng unang kahulugan ng konsepto ng isang kumplikadong tambalan. Ang mga elemento pagkatapos ng saturation ng mga ordinaryong valences ay maaaring magpakita ng karagdagang valency - koordinasyon. Ito ay dahil sa lakas ng koordinasyon na nabuo ang mga mas mataas na-order na compound.
Mga kumplikadong compound – kumplikadong mga sangkap na maaaring ihiwalay gitnang atom(complexing agent) at mga kaugnay na molekula at ion - ligand.
Ang gitnang atom at ligand ay bumubuo kumplikado (panloob na globo), na, kapag isinusulat ang formula ng isang kumplikadong tambalan, ay nakapaloob sa mga square bracket. Ang bilang ng mga ligand sa inner sphere ay tinatawag numero ng koordinasyon. Mga molekula at ion na nakapalibot sa kumplikadong anyo panlabas na globo. Isang halimbawa ng isang kumplikadong asin ng potassium hexacyanoferrate (III) K 3 (ang tinatawag na pulang asin sa dugo).
Ang mga gitnang atomo ay maaaring transisyon na mga ion ng metal o mga atomo ng ilang mga di-metal (P, Si). Ang mga ligand ay maaaring mga halogen anion (F -, Cl -, Br -, I -), OH -, CN -, CNS -, NO 2 - at iba pa, mga neutral na molekula H 2 O, NH 3, CO, NO, F 2 , Cl 2, Br 2, I 2, hydrazine N 2 H 4, ethylenediamine NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2, atbp.
Valence ng koordinasyon(CV) o numero ng koordinasyon - ang bilang ng mga lugar sa inner sphere ng complex na maaaring sakupin ng mga ligand. Ang numero ng koordinasyon ay karaniwang mas malaki kaysa sa estado ng oksihenasyon ng ahente ng pagkumplikado, depende sa likas na katangian ng ahente ng pagkumplikado at mga ligand. Ang mga kumplikadong compound na may mga valence ng koordinasyon na 4, 6, at 2 ay mas karaniwan.
Kapasidad ng koordinasyon ng ligand – ang bilang ng mga lugar sa inner sphere ng complex na inookupahan ng bawat ligand. Para sa karamihan ng mga ligand, ang kapasidad ng koordinasyon ay isa, mas madalas 2 (hydrazine, ethylenediamine) at higit pa (EDTA - ethylenediaminetetraacetate).
Kumplikadong singil ay dapat na katumbas ng numero sa kabuuang singil ng panlabas na globo at kabaligtaran ng tanda, ngunit mayroon ding mga neutral na complex. Ang estado ng oksihenasyon ng complexing agent katumbas at kabaligtaran ng sign sa algebraic na kabuuan ng mga singil ng lahat ng iba pang mga ion.
Mga sistematikong pangalan ng mga kumplikadong compound ay nabuo bilang mga sumusunod: una, ang anion ay tinatawag sa nominative case, pagkatapos ay hiwalay sa genitive case - ang cation. Ang mga ligand sa complex ay nakalista nang magkasama sa sumusunod na pagkakasunud-sunod: a) anionic; b) neutral; c) cationic. Ang mga anion ay nakalista sa pagkakasunud-sunod H - , O 2- , OH - , simpleng anion, polyatomic anion, organic na anion - sa alpabetikong pagkakasunud-sunod. Ang mga neutral na ligand ay pinangalanang kapareho ng mga molekula, maliban sa H 2 O (aqua) at NH 3 (ammine); idinagdag ng mga ion na may negatibong sisingilin ang nag-uugnay na patinig " O". Ang bilang ng mga ligand ay ipinahiwatig ng mga prefix: di-, tri, tetra-, penta-, hexa- atbp. Ang pagtatapos para sa mga anionic complex ay "- sa"o"- bago", kung ang acid ay tinatawag; walang mga tipikal na pagtatapos para sa cationic at neutral complexes.
H - hydrogen tetrachloroaurate (III)
(OH) 2 - tetraamminecopper (II) hydroxide
Cl 4 - hexaammineplatinum (IV) chloride
– tetracarbonyl nickel
– hexacyanoferrate (III) ng hexaamminecobalt (III)
Pag-uuri ng mga kumplikadong compound batay sa iba't ibang mga prinsipyo:
Sa pamamagitan ng pag-aari sa isang tiyak na klase ng mga compound:
- kumplikadong mga acid– H 2 , H 2 ;
- kumplikadong mga base- (OH) 2;
- kumplikadong mga asing-gamot- Li 3, Cl 2.
Sa likas na katangian ng mga ligand:
- mga aquacomplex(tubig ang ligand) - SO 4 ∙ H 2 O, [Co (H 2 O) 6] Cl 2;
- ammonia(mga complex kung saan ang mga molekula ng ammonia ay nagsisilbing ligand) - [Сu(NH 3) 4 ]SO 4, Cl;
- acidocomplexes(oxalate, carbonate, cyanide, halide complex na naglalaman ng mga anion ng iba't ibang mga acid bilang ligand) - K 2, K 4;
- mga hydroxocomplex(mga compound na may mga grupo ng OH sa anyo ng mga ligand) - K 3 [Al (OH) 6];
- chelated o mga cyclic complex(bi- o polydentate ligand at ang gitnang atom ay bumubuo ng isang cycle) - mga complex na may aminoacetic acid, EDTA; Kasama sa mga chelate ang chlorophyll (complexing agent - magnesium) at hemoglobin (complexing agent - iron).
Sa pamamagitan ng pag-sign ng singil ng complex: cationic, anionic, neutral mga complex.
Ang isang espesyal na grupo ay binubuo ng mga hypercomplex compound. Sa kanila, ang bilang ng mga ligand ay lumampas sa coordination valency ng complexing agent. Kaya, sa CuSO 4 ∙ 5H 2 O compound, ang tanso ay may koordinasyon na valence ng apat at apat na molekula ng tubig ay pinag-ugnay sa panloob na globo, ang ikalimang molekula ay sumasali sa kumplikado gamit ang mga bono ng hydrogen: SO 4 ∙ H 2 O.
Ang mga ligand ay nakatali sa gitnang atom bono ng donor-acceptor. Sa isang may tubig na solusyon, ang mga kumplikadong compound ay maaaring maghiwalay upang bumuo ng mga kumplikadong ion:
Cl ↔ + + Cl –
Sa isang maliit na lawak, mayroong isang dissociation ng panloob na globo ng complex:
+ ↔ Ag + + 2NH 3
Ang sukatan ng lakas ng complex ay kumplikadong kawalang-tatag pare-pareho:
K nest + \u003d C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag (NH 3) 2] +
Sa halip na ang instability constant, minsan ginagamit nila ang reciprocal value, na tinatawag na stability constant:
K bibig \u003d 1 / K pugad
Sa moderately dilute na mga solusyon ng maraming kumplikadong mga asing-gamot, parehong kumplikado at simpleng mga ion ay umiiral. Ang karagdagang pagbabanto ay maaaring humantong sa kumpletong pagkabulok ng mga kumplikadong ion.
Ayon sa isang simpleng electrostatic na modelo nina W. Kossel at A. Magnus, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng isang complexing agent at mga ionic (o polar) na ligand ay sumusunod sa batas ng Coulomb. Ang isang matatag na kumplikado ay nakuha kapag ang mga puwersa ng pagkahumaling sa core ng kumplikadong balanse ang mga salungat na puwersa sa pagitan ng mga ligand. Ang lakas ng complex ay tumataas sa pagtaas ng nuclear charge at pagbaba sa radius ng complexing agent at ligands. Ang electrostatic na modelo ay napaka-nagpapakita, ngunit hindi maipaliwanag ang pagkakaroon ng mga complex na may nonpolar ligand at isang complexing agent sa zero oxidation state; ano ang tumutukoy sa magnetic at optical properties ng mga compound.
Ang isang malinaw na paraan upang ilarawan ang mga kumplikadong compound ay ang paraan ng valence bonds (MBS) na iminungkahi ni Pauling. Ang pamamaraan ay batay sa isang bilang ng mga probisyon:
Ang relasyon sa pagitan ng complexing agent at mga ligand ay donor-acceptor. Ang mga ligand ay nagbibigay ng mga pares ng elektron, at ang core ng complex ay nagbibigay ng mga libreng orbital. Ang isang sukatan ng lakas ng bono ay ang antas ng orbital overlap.
Ang mga orbital ng gitnang atom na kasangkot sa pagbuo ng mga bono ay sumasailalim sa hybridization. Ang uri ng hybridization ay tinutukoy ng bilang, kalikasan, at elektronikong istraktura ng mga ligand. Tinutukoy ng hybridization ng mga electron orbital ng complexing agent ang geometry ng complex.
Ang karagdagang pagpapalakas ng complex ay dahil sa ang katunayan na, kasama ng σ-bond, π-bond ay maaari ding lumabas.
Ang mga magnetic properties na ipinakita ng complex ay ipinaliwanag sa batayan ng occupancy ng mga orbital. Sa pagkakaroon ng hindi magkapares na mga electron, ang complex ay paramagnetic. Tinutukoy ng pagpapares ng mga electron ang diamagnetism ng complex compound.
Ang MVS ay angkop para sa paglalarawan lamang ng isang limitadong hanay ng mga sangkap at hindi ipinapaliwanag ang mga optical na katangian ng mga kumplikadong compound, dahil hindi isinasaalang-alang ang mga nasasabik na estado.
Ang karagdagang pag-unlad ng electrostatic theory sa isang quantum mechanical basis ay ang crystal field theory (TCF). Ayon sa TCP, ang bono sa pagitan ng core ng complex at ng mga ligand ay ionic o ion-dipole. Binibigyang pansin ng TCP ang pagsasaalang-alang sa mga pagbabagong iyon na nangyayari sa complexing agent sa ilalim ng impluwensya ng ligand field (paghahati ng mga antas ng enerhiya). Ang konsepto ng paghahati ng enerhiya ng isang kumplikadong ahente ay maaaring gamitin upang ipaliwanag ang mga magnetic na katangian at kulay ng mga kumplikadong compound.
Ang TCP ay naaangkop lamang sa mga kumplikadong compound kung saan ang complexing agent ( d-element) ay may mga libreng electron, at hindi isinasaalang-alang ang bahagyang covalent na katangian ng complexing agent-ligand bond.
Ang molecular orbital method (MMO) ay isinasaalang-alang ang detalyadong elektronikong istraktura ng hindi lamang ang complexing agent, kundi pati na rin ang mga ligand. Ang complex ay itinuturing bilang isang solong quantum-mechanical system. Ang mga valence electron ng system ay matatagpuan sa multicenter molecular orbitals na sumasaklaw sa nuclei ng complexing agent at lahat ng ligand. Ayon sa MMO, ang pagtaas ng enerhiya ng paghahati ay dahil sa karagdagang pagpapalakas ng covalent bond dahil sa π-bonding.
Mga kumplikadong compound
Buod ng lecture
Mga layunin. Upang bumuo ng mga ideya tungkol sa komposisyon, istraktura, katangian at katawagan ng mga kumplikadong compound; bumuo ng mga kasanayan sa pagtukoy ng antas ng oksihenasyon ng isang complexing agent, pag-compile ng mga equation para sa dissociation ng mga kumplikadong compound.
Mga bagong konsepto: complex compound, complexing agent, ligand, coordination number, panlabas at panloob na sphere ng complex.
Kagamitan at reagents. Tumayo gamit ang mga test tube, concentrated ammonia solution, mga solusyon ng copper(II) sulfate, silver nitrate, sodium hydroxide.
SA PANAHON NG MGA KLASE
Karanasan sa laboratoryo. Magdagdag ng ammonia solution sa copper(II) sulfate solution. Ang likido ay magiging isang matinding asul na kulay.
Anong nangyari? Reaksyon ng kemikal? Hanggang ngayon, hindi namin alam na ang ammonia ay maaaring mag-react sa asin. Anong sangkap ang nabuo? Ano ang formula, istraktura, pangalan nito? Anong klase ng mga compound ito nabibilang? Maaari bang tumugon ang ammonia sa iba pang mga asin? Mayroon bang mga koneksyon na katulad nito? Kailangan nating sagutin ang mga tanong na ito ngayon.
Upang mas mahusay na pag-aralan ang mga katangian ng ilang mga compound ng bakal, tanso, pilak, aluminyo, kailangan namin ng kaalaman sa mga kumplikadong compound.
Ipagpatuloy natin ang ating karanasan. Ang nagresultang solusyon ay nahahati sa dalawang bahagi. Magdagdag tayo ng alkali sa isang bahagi. Ang pag-ulan ng tanso (II) hydroxide Cu (OH) 2 ay hindi sinusunod, samakatuwid, walang dobleng sisingilin na mga tansong ion sa solusyon o napakakaunti sa kanila. Mula dito maaari nating tapusin na ang mga ion ng tanso ay nakikipag-ugnayan sa idinagdag na ammonia at bumubuo ng ilang mga bagong ion na hindi nagbibigay ng isang hindi matutunaw na tambalan na may mga OH - ion.
Kasabay nito, ang mga ion ay nananatiling hindi nagbabago. Ito ay makikita sa pamamagitan ng pagdaragdag ng solusyon ng barium chloride sa ammonia solution. Ang isang puting precipitate ng BaSO 4 ay agad na mahuhulog.
Napag-alaman ng mga pag-aaral na ang madilim na asul na kulay ng solusyon sa ammonia ay dahil sa pagkakaroon ng mga kumplikadong 2+ ions sa loob nito, na nabuo sa pamamagitan ng paglakip ng apat na molekula ng ammonia sa ion na tanso. Kapag ang tubig ay sumingaw, ang 2+ ions ay nagbubuklod sa mga ion, at ang madilim na asul na mga kristal ay namumukod-tangi mula sa solusyon, ang komposisyon nito ay ipinahayag ng formula SO 4 H 2 O.
Ang mga kumplikadong compound ay mga compound na naglalaman ng mga kumplikadong ion at molekula na maaaring umiral kapwa sa mala-kristal na anyo at sa mga solusyon.
Ang mga pormula ng mga molekula o mga ion ng mga kumplikadong compound ay karaniwang nakapaloob sa mga square bracket. Ang mga kumplikadong compound ay nakukuha mula sa mga conventional (non-complex) na compound.
Mga halimbawa ng pagkuha ng mga kumplikadong compound
Ang istraktura ng mga kumplikadong compound ay isinasaalang-alang sa batayan ng teorya ng koordinasyon na iminungkahi noong 1893 ng Swiss chemist na si Alfred Werner, nagwagi ng Nobel Prize. Ang kanyang pang-agham na aktibidad ay naganap sa Unibersidad ng Zurich. Ang siyentipiko ay nag-synthesize ng maraming mga bagong kumplikadong compound, nag-systematize ng dati nang kilala at bagong nakuha na mga kumplikadong compound at bumuo ng mga eksperimentong pamamaraan para sa pagpapatunay ng kanilang istraktura.
 |
A. Werner
|
Alinsunod sa teoryang ito, ang mga kumplikadong compound ay nakikilala ahente ng kumplikado, panlabas At panloob na globo. Ang complexing agent ay karaniwang isang cation o neutral na atom. Ang panloob na globo ay binubuo ng isang tiyak na bilang ng mga ion o mga neutral na molekula na mahigpit na nakagapos sa ahente ng pagpapakumplikado. Tinawag sila ligand. Tinutukoy ang bilang ng mga ligand numero ng koordinasyon(KN) complexing agent.
Isang halimbawa ng isang kumplikadong tambalan
Isinasaalang-alang sa halimbawa, ang tambalang SO 4 H 2 O o CuSO 4 5H 2 O ay isang crystalline hydrate ng tanso (II) sulfate.
Tukuyin natin ang mga bumubuong bahagi ng iba pang kumplikadong compound, halimbawa K 4 .
(Sanggunian. Ang sangkap na may formula na HCN ay hydrocyanic acid. Ang mga hydrocyanic acid salts ay tinatawag na cyanides.)
Ang complexing agent ay isang iron ion Fe 2+, ang mga ligand ay cyanide ions CN - , ang numero ng koordinasyon ay anim. Lahat ng nakasulat sa square bracket ay ang panloob na globo. Ang mga ion ng potasa ay bumubuo sa panlabas na globo ng kumplikadong tambalan.
Ang likas na katangian ng bono sa pagitan ng gitnang ion (atom) at mga ligand ay maaaring dalawang beses. Sa isang banda, ang koneksyon ay dahil sa mga puwersa ng electrostatic attraction. Sa kabilang banda, sa pagitan ng gitnang atom at ligand ang isang bono ay maaaring mabuo ng mekanismo ng donor-acceptor sa pamamagitan ng pagkakatulad sa ammonium ion. Sa maraming mga kumplikadong compound, ang bono sa pagitan ng gitnang ion (atom) at mga ligand ay dahil sa parehong mga puwersa ng electrostatic attraction at sa bono na nabuo dahil sa mga hindi nakabahaging pares ng electron ng complexing agent at mga libreng orbital ng mga ligand.
Ang mga kumplikadong compound na may panlabas na globo ay mga malakas na electrolyte at sa mga may tubig na solusyon ay halos ganap na naghihiwalay sa isang kumplikadong ion at mga ion. panlabas na globo. Halimbawa:
KAYA 4 2+ + .
Sa palitan ng mga reaksyon, ang mga kumplikadong ion ay dumadaan mula sa isang tambalan patungo sa isa pa nang hindi binabago ang kanilang komposisyon:
SO 4 + BaCl 2 \u003d Cl 2 + BaSO 4.
Ang panloob na globo ay maaaring magkaroon ng positibo, negatibo, o zero na singil.
Kung ang singil ng mga ligand ay nagbabayad para sa singil ng ahente ng kumplikado, kung gayon ang mga kumplikadong compound ay tinatawag na neutral o non-electrolyte complex: binubuo lamang sila ng complexing agent at ligands ng panloob na globo.
Ang nasabing neutral complex ay, halimbawa, .
Ang pinakakaraniwang kumplikadong ahente ay mga kasyon d-mga elemento.
Ang mga ligand ay maaaring:
a) polar molecules - NH 3, H 2 O, CO, NO;
b) mga simpleng ion - F - , Cl - , Br - , I - , H - , H + ;
c) complex ions - CN -, SCN -, NO 2 -, OH -.
Isaalang-alang natin ang isang talahanayan na nagpapakita ng mga numero ng koordinasyon ng ilang mga kumplikadong ahente.
Nomenclature ng mga kumplikadong compound. Sa isang tambalan, ang anion ay pinangalanan muna, at pagkatapos ay ang kation. Kapag tinukoy ang komposisyon ng panloob na globo, una sa lahat, ang mga anion ay tinatawag, pagdaragdag sa Latin na pangalan ng suffix - O-, halimbawa: Cl - - chloro, CN - - cyano, OH - - hydroxo, atbp. Pagkatapos ay tinutukoy bilang neutral ligand at pangunahin ang ammonia at mga derivatives nito. Sa kasong ito, ang mga sumusunod na termino ay ginagamit: para sa coordinated ammonia - ammine, para sa tubig - aqua. Ang bilang ng mga ligand ay ipinahiwatig sa mga salitang Griyego: 1 - mono, 2 - di, 3 - tatlo, 4 - tetra, 5 - penta, 6 - hexa. Pagkatapos ay lumipat sila sa pangalan ng gitnang atom. Kung ang gitnang atom ay bahagi ng mga kasyon, kung gayon ang pangalan ng Ruso ng kaukulang elemento ay ginagamit at ang estado ng oksihenasyon nito ay ipinahiwatig sa mga bracket (sa Roman numeral). Kung ang gitnang atom ay nakapaloob sa anion, kung gayon gamitin ang Latin na pangalan ng elemento, at sa dulo idagdag ang pagtatapos - sa. Sa kaso ng mga non-electrolytes, ang estado ng oksihenasyon ng gitnang atom ay hindi ibinigay, dahil ito ay natatanging tinutukoy mula sa kondisyon ng electroneutrality ng complex.
Mga halimbawa. Upang pangalanan ang Cl 2 complex, tinutukoy ang estado ng oksihenasyon
(S.O.)
X complexing agent - Cu ion X+ :
1 x + 2 (–1) = 0,x = +2, C.O.(Cu) = +2.
Katulad nito, ang estado ng oksihenasyon ng cobalt ion ay matatagpuan:
y + 2 (–1) + (–1) = 0,y = +3, S.O.(Co) = +3.
Ano ang bilang ng koordinasyon ng cobalt sa tambalang ito? Ilang molekula at ion ang pumapalibot sa gitnang ion? Ang bilang ng koordinasyon ng cobalt ay anim.
Ang pangalan ng complex ion ay nakasulat sa isang salita. Ang estado ng oksihenasyon ng gitnang atom ay ipinahiwatig ng isang Roman numeral na nakalagay sa mga panaklong. Halimbawa:
Cl 2 - tetraammine copper (II) chloride,
HINDI 3 –
dichloroaquatriamminecobalt(III) nitrate,
K 3 - hexacyanoferrate(III)
potasa,
K 2 - tetrachloroplatinate (II)
potasa,
- dichlorotetraamminzinc,
H 2 - hexachlorotinic acid.
Sa halimbawa ng ilang mga kumplikadong compound, matutukoy natin ang istraktura ng mga molekula (ion-complexing agent, S.O. nito, numero ng koordinasyon, ligand, panloob at panlabas na mga globo), ibigay ang pangalan ng kumplikado, isulat ang mga equation ng electrolytic dissociation.
K 4 - potassium hexacyanoferrate (II),
K 4 4K + + 4– .
H - tetrachloroauric acid (nabuo sa pamamagitan ng pagtunaw ng ginto sa aqua regia),
H H + + –.
OH - diammine silver (I) hydroxide (ang sangkap na ito ay kasangkot sa reaksyon ng "salamin na pilak"),
OH ++ OH - .
Na - tetrahydroxoaluminate sosa,
Na Na + + - .
Maraming mga organikong sangkap din ang nabibilang sa mga kumplikadong compound, lalo na, ang mga produkto ng pakikipag-ugnayan ng mga amin sa tubig at mga acid na kilala mo. Halimbawa, ang mga asing-gamot ng methyl ammonium chloride at ang phenylammonium chloride ay mga kumplikadong compound. Ayon sa teorya ng koordinasyon, mayroon silang sumusunod na istraktura:
Dito, ang nitrogen atom ay isang complexing agent, ang hydrogen atoms sa nitrogen, at ang methyl at phenyl radical ay mga ligand. Magkasama silang bumubuo sa panloob na globo. Sa panlabas na globo ay mga chloride ions.
Maraming mga organikong sangkap na may malaking kahalagahan sa buhay ng mga organismo ay mga kumplikadong compound. Kabilang dito ang hemoglobin, chlorophyll, mga enzyme at iba pa
Ang mga kumplikadong compound ay malawakang ginagamit:
1) sa analytical chemistry para sa pagpapasiya ng maraming ions;
2) para sa paghihiwalay ng ilang mga metal at ang paggawa ng mataas na kadalisayan ng mga metal;
3) bilang mga tina;
4) upang maalis ang katigasan ng tubig;
5) bilang mga katalista para sa mahahalagang proseso ng biochemical.