DEVLET MESLEKİ YÜKSEK EĞİTİM KURUMU

"SAMARA DEVLET ULAŞTIRMA ÜNİVERSİTESİ"

Ufa İletişim Enstitüsü

Genel Eğitim ve Mesleki Disiplinler Bölümü

"Kimya" disiplini üzerine dersin özeti

konuyla ilgili: "Karmaşık Bağlantılar"

1. sınıf öğrencileri için

demiryolu spesiyaliteleri

her türlü eğitim

Tarafından düzenlendi:

Her türlü eğitim / derleyici demiryolu uzmanlıklarının 1. sınıf öğrencileri için "Karmaşık bileşikler" konulu "Kimya" disiplini üzerine bir dersin özeti:. - Samara: SamGUPS, 2011. - 9 s.

OiPD Departmanının 23 Mart 2011 tarihli toplantısında onaylanan protokol

Üniversitenin yayın ve yayın kurulu kararı ile basılmıştır.

Tarafından düzenlendi:

İnceleyenler: baş. "Genel ve Mühendislik Kimyası" Bölümü SamGUPS,

Kimya Bilimleri Doktoru, Profesör;

Belarus Devlet Üniversitesi (Ufa), Genel ve Anorganik Kimya Bölümü Öğretim Üyesi Doç.

07.04.2011 tarihinde basım için imzalanmıştır. 60/901/16 formatı.

Yazı kağıdı. Baskı çalışır durumda. Dönş. fırın l. 0.6.

Dolaşım 100. Sipariş No. 73.

© Samara Devlet Ulaştırma Üniversitesi, 2011

Ders Notunun içeriği duruma karşılık gelir genel eğitim standardı ve yüksek öğrenim gereklilikleri, "Doğa bilimleri" döngüsündeki yüksek okul mezunlarının zorunlu asgari içeriğine ve bilgi düzeyine. Dersin devamı niteliğindedir. Kimya dersleri"Genel ve Mühendislik Kimyası" bölümü personeli tarafından derlenen her türlü eğitimin 1. yılındaki demiryolu uzmanlık öğrencileri için

Ders, kimyasal bağ teorilerinin ana hükümlerini, komplekslerin kararlılığını, kompleks bileşiklerin isimlendirilmesini, problem çözme örneklerini içerir. Derste sunulan materyal, tam zamanlı ve yarı zamanlı öğrenciler tarafından "Karmaşık Bağlantılar" konusunun çalışılmasında ve tüm uzmanlıkların yazışma bölümü öğrencileri tarafından kontrol görevlerinin çözülmesinde yararlı bir yardımcı olacaktır.

Bu yayın enstitünün web sitesinde yer almaktadır.

Karmaşık bileşikler

Birçok kimyasal bileşiğin oluşumu, atomların değerliklerine göre gerçekleşir. Bu tür bileşiklere basit veya birinci dereceden bileşikler denir. Aynı zamanda, oluşumları değerlik kuralları temelinde açıklanamayan birçok bileşik bilinmektedir. Basit bileşiklerin bir araya gelmesiyle oluşurlar. Bu tür bileşiklere yüksek dereceli bileşikler, kompleks veya koordinasyon bileşikleri denir. Basit bileşiklere örnekler: H2O, NH3, AgCl, CuSO4. Karmaşık bileşiklerin örnekleri: AgCl 2NH3, Co (NO3) 3 6NH3, ZnSO4 4H2O, Fe (CN) 3 3KCN, PtCl2 2KCI, PdCl2 2NH3.

Belirli elementlerin iyonları, polar molekülleri veya diğer iyonları kendilerine bağlayarak karmaşık kompleks iyonlar oluşturma yeteneğine sahiptir. Hem kristalde hem de çözeltide bulunabilen kompleks iyonları içeren bileşiklere kompleks bileşikler denir. Bilinen karmaşık bileşiklerin sayısı, bildiğimiz basit bileşiklerin sayısından çok daha fazladır. Karmaşık bileşikler, bir buçuk asırdan fazla bir süredir bilinmektedir. Kimyasal bağın doğası kurulana kadar, oluşum nedenleri, bileşiklerin ampirik formülleri yukarıdaki örneklerde belirttiğimiz gibi yazıldı. 1893'te İsviçreli kimyager Alfred Werner, koordinasyon teorisi olarak adlandırılan karmaşık bileşiklerin yapısının ilk teorisini önerdi. Karmaşık bileşikler, inorganik maddelerin en kapsamlı ve çeşitli sınıfını oluşturur. Birçok organoelement bileşikleri de bunlara aittir. Karmaşık bileşiklerin özelliklerinin ve uzamsal yapısının incelenmesi, kimyasal bağın doğası hakkında yeni fikirlerin ortaya çıkmasına neden oldu.

1. koordinasyon teorisi

Karmaşık bir bileşiğin molekülünde, aşağıdaki yapısal unsurlar ayırt edilir: kompleks oluşturucu iyon, onun etrafında koordine edilmiş bağlı parçacıklar - ligandlar, kompleks oluşturucu ile birlikte iç koordinasyon küresi ve dahil edilen parçacıkların geri kalanı dış koordinasyon küresi. Kompleks bileşikler çözüldüğünde, ligandlar, neredeyse ayrışmayan bir kompleks iyon oluşturarak, kompleks oluşturucu iyonla güçlü bir bağ halinde kalırlar. ligandların sayısı denir koordinasyon numarası(c. h.).

4KCN+Fe(CN)2=K4 etkileşimi sırasında oluşan kompleks bir bileşik olan potasyum ferrosiyanit K4'ü ele alalım.

Çözündüğünde, kompleks bileşik iyonlara ayrışır: K4↔4K++4-

Tipik kompleks oluşturucu maddeler: Fe2+, Fe3+, Co3+, Cr3+, Ag+, Zn2+, Ni2+.

Tipik ligandlar: Cl-, Br-, NO2-, CN-, NH3, H2O.

Kompleks yapıcı maddenin yükü, onu oluşturan iyonların yüklerinin cebirsel toplamına eşittir, örneğin, 4-, x+6(-1)=-4, x=2.

Kompleks iyonu oluşturan nötr moleküller yükü etkiler. Tüm iç küre yalnızca nötr moleküllerle doluysa,

o zaman iyonun yükü kompleks yapıcı maddenin yüküne eşittir. Yani 2+ iyonu için bakırın yükü x=+2'dir.

Karmaşık bir iyonun yükü, dış küredeki iyonların yüklerinin toplamına eşittir. K4'te yük -4'tür çünkü dış kürede 4K+ vardır ve molekül bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür. Aynı koordinasyon sayısını, örneğin Cl2, Cl, korurken, iç küredeki ligandların karşılıklı ikamesi mümkündür. Kobalt iyonunun yükü +3'tür.

Karmaşık bileşiklerin adlandırılması

Karmaşık bileşiklerin adlarını oluştururken, önce anyon belirtilir ve ardından genel durumda - katyon (basit bileşiklere benzer: potasyum klorür veya alüminyum sülfat). Parantez içinde, bir Romen rakamı, merkez atomun oksidasyon derecesini gösterir. Ligandlar şu şekilde adlandırılır: H2O - aqua, NH3 - amin, C1- -kloro-, CN - siyano-, SO4 2- - sülfat - vb. Yukarıdaki bileşiklere a) AgCl 2NH3, Co (NO3) 3 6NH3 diyelim, ZnS04 4H2O; b) Fe (CN)3 3KCN, PtCl2 2KCI; c) PdCl2 2NH3.

Karmaşık bir katyon ile a): diamin gümüş(I) klorür, hekzamminkobalt(III) nitrat, tetrakuazinc(P) sülfat.

İLE kompleks anyon b): potasyum hekzasiyanoferrat (III), potasyum tetrakloroplatinat (II).

karmaşık- elektrolit olmayan c): diklorodiaminpaladyum.

Elektrolit olmayanlar söz konusu olduğunda, ad aday durumda oluşturulur ve merkezi atomun oksidasyon derecesi belirtilmez.

2. Koordinasyon formülleri oluşturma yöntemleri

Karmaşık bileşiklerin koordinasyon formüllerini oluşturmak için bir dizi yöntem vardır.

Çift değişim reaksiyonlarının yardımıyla. Aşağıdaki platin kompleksi bileşiklerinin yapısı bu şekilde kanıtlandı: PtCl4 ∙ 6NH3, PtCl4 ∙ 4NH3, PtCl4 ∙ 2NH3, PtCl4 ∙ 2KCl.

İlk bileşiğin çözeltisine bir AgNO3 çözeltisi ile etki ederseniz, içerdiği tüm klor gümüş klorür şeklinde çökelir. Açıkçası, dört klorür iyonunun tümü dış kürededir ve bu nedenle iç küre yalnızca amonyak ligandlarından oluşur. Böylece, bileşiğin koordinasyon formülü Cl4 olacaktır. PtCl4 ∙ 4NH3 bileşiğinde, gümüş nitrat klorun sadece yarısını çökeltir, yani dış kürede sadece iki klorür iyonu bulunur ve kalan ikisi, dört amonyak molekülü ile birlikte iç kürenin bir parçasıdır, böylece koordinasyon formül Cl2 biçimindedir. PtCl4 ∙ 2NH3 bileşiğinin bir çözeltisi AgNO3 ile çökelmez, bu bileşik formül ile temsil edilir. Son olarak, gümüş nitrat, PtCl4 ∙ 2KCl bileşiğinin bir çözeltisinden AgCl'yi çökeltmez, ancak çözeltide potasyum iyonları olduğu değişim reaksiyonları ile kurulabilir. Bu temelde, yapısı K2 formülü ile temsil edilir.

Seyreltik çözeltilerin molar elektrik iletkenliğine göre. Yüksek seyreltmede, kompleks bileşiğin molar elektriksel iletkenliği oluşan iyonların yükü ve sayısı ile belirlenir. Karmaşık bir iyon ve tek yüklü katyonlar veya anyonlar içeren bileşikler için aşağıdaki yaklaşık ilişki geçerlidir:

Bozunduğu iyon sayısı

elektrolit molekülü

Λ(V), Ohm-1 ∙ cm2 ∙ mol-1

Bir dizi platin(IV) kompleks bileşiğinde molar elektrik iletkenliğinin Λ(В) ölçülmesi, aşağıdaki koordinasyon formüllerinin oluşturulmasını mümkün kılar: Cl4 - beş iyon oluşumu ile ayrışır; Cl2 - üç iyon; - nötr molekül; K2 - ikisi potasyum iyonu olan üç iyon. Karmaşık bileşiklerin koordinasyon formüllerini oluşturmak için bir dizi başka fizikokimyasal yöntem vardır.

3. Karmaşık bileşiklerde kimyasal bağ türü

a) Elektrostatik temsiller .

Pek çok karmaşık bileşiğin oluşumu, ilk yaklaşımla, merkezi katyon ve anyonlar veya polar ligand molekülleri arasındaki elektrostatik çekim ile açıklanabilir. Çekici kuvvetlerin yanı sıra, benzer yüklü ligandlar arasında elektrostatik itme kuvvetleri de vardır. Sonuç olarak, minimum potansiyel enerjiye sahip kararlı bir atom (iyon) grubu oluşur. Kompleks oluşturucu madde ve ligandlar, belirli boyutlarda yüklü, deforme olmayan küreler olarak kabul edilir. Etkileşimleri Coulomb yasasına göre dikkate alınır. Bu nedenle, kimyasal bağ iyonik olarak kabul edilir. Ligandlar nötr moleküller ise, bu model merkezi iyonun polar ligand molekülü ile iyon-dipol etkileşimini dikkate almalıdır. Bu hesaplamaların sonuçları, koordinasyon sayısının merkezi iyonun yüküne bağımlılığını tatmin edici bir şekilde aktarır. Merkezi iyonun yükünün artmasıyla kompleks bileşiklerin kuvveti artar, yarıçapındaki artış kompleksin kuvvetinin azalmasına neden olur, ancak koordinasyon sayısının artmasına neden olur. Ligandların boyutunun ve yükünün artmasıyla, kompleksin koordinasyon sayısı ve kararlılığı azalır. Birincil ayrışma, güçlü elektrolitlerin ayrışması gibi neredeyse tamamen gerçekleşir. İç kürede bulunan ligandlar, merkez atoma çok daha güçlü bir şekilde bağlıdır ve sadece küçük bir ölçüde ayrılır. Karmaşık bir bileşiğin iç küresinin tersine çevrilebilir parçalanmasına ikincil ayrışma denir. Örneğin, Cl kompleksinin ayrışması aşağıdaki gibi yazılabilir:

Cl→++Cl - birincil ayrışma

+↔Ag++2NH3 ikincil ayrışma

Bununla birlikte, basit bir elektrostatik teori, merkezi atomun ve ligandların doğasını, elektron kabuklarının yapısal özelliklerini hesaba katmadığı için kompleks oluşumun seçiciliğini (özgüllüğünü) açıklayamaz. Bu faktörleri hesaba katmak için, elektrostatik teori desteklenmiştir. kutuplaşma Güçlü bir polarize edici etkiye sahip merkezi atomlar olarak ve büyük, kolayca polarize olabilen iyonlar veya moleküller tarafından ligandlar olarak d-elementlerin küçük, çok yüklü katyonlarının katılımıyla karmaşık oluşumun tercih edildiği fikirler. Bu durumda, merkez atomun ve ligandların elektron kabuklarının deformasyonu meydana gelir ve bu da bağların güçlenmesine neden olan iç içe geçmelerine yol açar.

b) Değerlik bağları yöntemi.

Değerlik bağları yönteminde, kompleks oluşturucu maddenin merkez atomunun, sayıları kompleks oluşturucu maddenin etkinliğinin maksimum değerini belirleyen ligandlarla kovalent bağların oluşumu için serbest orbitallere sahip olması gerektiği varsayılır. Bu durumda, bir kovalent σ-bağı, kompleks oluşturucu atomun serbest yörüngesi, ortaklanmamış elektron çiftleri içeren dolu donör yörüngelerle örtüştüğünde ortaya çıkar. Bu bağlantı denir koordinasyon bağlantısı.

Örnek 1. Karmaşık iyon 2+, dört yüzlü bir yapıya sahiptir. NH3 molekülleri ile bağlar oluşturmak için kompleks yapıcı ajanın hangi orbitalleri kullanılır?

Çözüm. Moleküllerin tetrahedral yapısı, sp3 hibrit orbitallerinin oluşumunun karakteristiğidir.

Örnek 2. Karmaşık iyon + neden doğrusal bir yapıya sahiptir?

Çözüm. Bu iyonun doğrusal yapısı, NH3 elektron çiftlerini alan Cu+ iyonu tarafından iki hibrit sp-orbital oluşumunun bir sonucudur.

Örnek3. İyon neden 2-paramanyetik ve 2-diamanyetiktir?

Çözüm. Cl - iyonları, Ni2+ iyonları ile zayıf bir şekilde etkileşime girer. Klor elektron çiftleri bir sonraki boş katmanın orbitallerine n=4 ile girer. Bu durumda, nikelin 3 boyutlu elektronları eşleşmemiş kalır ve bu da 2-paramanyetizmaya neden olur.

2-'de dsp2 hibridizasyonu nedeniyle elektron eşleşmesi meydana gelir ve iyon diyamanyetiktir

c) Kristal alan teorisi.

Kristal alan teorisi, pozitif yüklü kompleks oluşturan metal iyonları ile ligandların yalnız elektron çiftleri arasındaki elektrostatik etkileşimi dikkate alır. Ligand alanının etkisi altında, geçiş metali iyonunun d-seviyeleri bölünür. Genellikle karmaşık iyonların iki konfigürasyonu vardır - oktahedral ve tetrahedral. Bölünme enerjisinin değeri ligandların doğasına ve komplekslerin konfigürasyonuna bağlıdır. Elektronlarla bölünmüş d-orbitlerin popülasyonu Hund kuralına göre gerçekleştirilir ve OH-, F-, Cl - iyonları ve H2O, NO molekülleri zayıf alan ligandlarıdır ve CN-, NO2- iyonları ve CO molekülü, kompleks oluşturucu maddenin d seviyelerini önemli ölçüde bölen güçlü alan ligandlarıdır. Ligandların oktahedral ve tetrahedral alanlarındaki d seviyelerinin ayrılma şemaları verilmiştir.

Örnek 1. Oktahedral 3+ kompleks iyonda titanyum elektronlarının dağılımını çizin.

Çözüm. İyon, Ti3+ iyonu üzerinde lokalize bir eşleşmemiş elektron olduğu gerçeğine göre paramanyetiktir. Bu elektron, üç dejenere dε orbitalinden birini işgal eder.

Işık emildiğinde, bir elektronun dε- seviyesinden dy seviyesine geçişi mümkündür. Nitekim dε orbitalinde tek elektron bulunan 3+ iyonu, λ=4930Å dalga boyuna sahip ışığı soğurur. Bu, Ti3+ tuzlarının seyreltik çözeltilerinin emilene ek olarak mor olmasına neden olur. Bu elektronik geçişin enerjisi, ilişkiden hesaplanabilir.

https://pandia.ru/text/78/151/images/image002_7.png" width="50" height="32 src=">; E=40 kcal/g iyon = 1,74 eV = 2, 78∙10 -12 erg/iyon Dalga boyunu hesaplamak için formülde yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

DIV_ADBLOCK332">

Bu durumda denge sabiti, karmaşık iyonun kararsızlık sabiti olarak adlandırılır https://pandia.ru/text/78/151/images/image005_2.png" width="200" height="36 src="> 2.52∙ 10-3 g∙ion/l ve dolayısıyla =10.1∙10-3 mol/l.

Örnek2. 0,1 molar SO4 çözeltisindeki 2+ kompleks iyonunun ayrışma derecesini belirleyin.

Çözüm. Karmaşık iyonun x aracılığıyla ayrışması sırasında oluşan konsantrasyonunu gösterelim. Sonra \u003d 4x ve 2 + \u003d (0.1- x) mol / l. Bileşenlerin denge konsantrasyonlarını denklemde yerine koyalım çünkü x<<0,1, то 0,1–х ≈ 0,1. Тогда 2,6∙10-11=256х5, х=2,52∙10-3 моль/л и степень диссоциации комплексного иона

α=2,52∙10-3/0,1=0,025=%2,5.

1., Yakovlev tam zamanlı eğitimin tüm uzmanlık alanlarından öğrenciler için kimyada laboratuvar çalışması yapma talimatları. - Samara: SamGUPS, 2009. - 46 s.

2., Kimya: öğrenciler için kontrol görevleri - tüm uzmanlık alanlarındaki öğrencilerin yazışmaları. - Samara: SamGUPS, 2008. - 100 s.

3., M Her türlü eğitim türünden demiryolu uzmanlıklarının 1. sınıf öğrencileri için kimya dersleri. Samara: SamGUPS, 2005. - 63 s.

4., Reznitsky ve genel kimyada alıştırmalar: Ders Kitabı - 2. baskı. - M.: Moskova Yayınevi. un-ta, 1985. S.60-68.

5. Glinka kimyası: Üniversiteler için ders kitabı / Ed. . - ed. 29., revize edilmiş - M: Integral-Press, 2002. S. 354-378.

6. L Genel kimyada görevler ve alıştırmalar: Üniversiteler için ders kitabı / Alt. ed. Ve – M.: Knorus, 2011.- S.174-187.

7. Korovin kimyası: Teknik ders kitabı. yol tarifi ve özel üniversiteler-6. basım, Rev.-M.: Daha yüksek. okul, 2006. S.71-82

Kimyasal bağ türleri göz önüne alındığında, çekici kuvvetlerin yalnızca atomlar arasında değil, aynı zamanda moleküller ve iyonlar arasında da ortaya çıktığı kaydedildi. Böyle bir etkileşim, yeni, daha karmaşık kompleks (veya koordinasyon) bileşiklerin oluşumuna yol açabilir.

Kapsayıcı kristal kafesin düğümlerinde atom kümelerine (komplekslere) sahip, çözeltide bağımsız olarak var olabilen ve onları oluşturan parçacıkların (atomlar, iyonlar veya moleküller) özelliklerinden farklı özelliklere sahip olan bileşiklerdir.

Karmaşık bir bileşiğin molekülünde (örneğin, K4 ), aşağıdaki yapısal elementler ayırt edilir: iyon- kompleks yapıcı (belirli bir Fe kompleksi için), çevresinde koordine edilen ekli parçacıklar ligandlar veya kompleks oluşturucu ile birlikte ekler (CN -) iç koordinasyon küresi (4-) ve diğer parçacıklar dahil dış koordinasyon küresi (K+). Kompleks bileşikler çözüldüğünde, ligandlar, neredeyse ayrışmayan bir kompleks iyon oluşturarak, kompleks oluşturucu iyonla güçlü bir bağ halinde kalırlar. ligandların sayısı denir koordinasyon numarası (K 4 durumunda koordinasyon numarası 6'dır). Koordinasyon sayısı, merkezi atomun ve ligandların doğası tarafından belirlenir ve ayrıca en simetrik geometrik konfigürasyona karşılık gelir: 2 (doğrusal), 4 (tetrahedral veya kare) ve 6 (oktahedral konfigürasyon).

Tipik kompleks oluşturucu maddeler katyonlardır: Fe 2+, Fe 3+, Co 3+, Co 2+, Cu 2+, Ag +, Cr 3+, Ni 2+. atomlar. Karmaşık iyonlar oluşturması özellikle kolay olan d-ailesinin elementleridir, örneğin: Ag +, Au +, Cu 2+, Hg 2+, Zn 2+, Fe 2+, Cd 2+, Fe 3+, Co 3+ , Ni 2+, Pt 2+, Pt 4+, vb. Kompleks oluşturucu maddeler Al 3+ ve bazı ametaller, örneğin Si ve B olabilir.

Ligandlar yüklü iyonlar olarak hizmet edebilir: F -, OH -, NO 3 -, NO 2 -, Cl -, Br -, I -, CO 3 2-, CrO 4 2-, S 2 O 3 2-, CN -, PO 4 3- ve diğerleri ve elektriksel olarak nötr polar moleküller: NH 3, H 2 O, PH 3, CO, vb. Kompleks yapıcı maddenin tüm ligandları aynıysa, o zaman kompleks homojen bağlantı, örneğin Cl2; ligandlar farklıysa, o zaman bileşik heterojen, örn. Koordinasyon (verici-alıcı) bağları genellikle kompleks oluşturan ajan ve ligandlar arasında kurulur. Elektronlarla dolu ligand orbitallerinin merkez atomun boş orbitalleri tarafından üst üste binmesi sonucu oluşurlar. Kompleks bileşiklerde verici, kompleks oluşturucu, alıcı ise liganddır.

Kompleks oluşturucu madde ile ligandlar arasındaki kimyasal bağların sayısı, kompleks oluşturucu maddenin koordinasyon sayısını belirler. Karakteristik koordinasyon numaraları: Cu +, Ag +, Au + = 2; Cu 2+, Hg 2+, Pb 2+, Pt 2+, Pd 2+ =4; Ni 2+, Ni 3+, Co 3+, A1 3+ = 4 veya 6; Fe 2+ , Fe 3+ , Pt 4+ , ​​​​Pd 4+ , ​​​​Ti 4+ , ​​​​Pb 4+ , ​​​​Si 4+ =6.

Kompleks yapıcı maddenin yükü, onu oluşturan iyonların yüklerinin cebirsel toplamına eşittir, örneğin: 4-, x + 6(-1) = 4-; x=2.

Karmaşık iyonu oluşturan nötr moleküller yükü etkilemez. Tüm iç küre yalnızca nötr moleküllerle doluysa, iyonun yükü kompleks yapıcı maddenin yüküne eşittir. Yani, 2+ iyonu x = 2+ bakır yüküne sahiptir. Karmaşık iyonun yükü, dış küredeki iyonların yüklerine eşittir. K 4'te yük -4'tür, çünkü dış kürede 4 K + katyon vardır ve molekül bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür.

İç küredeki ligandlar, aynı koordinasyon sayısını korurken birbirlerinin yerine geçebilirler.

Karmaşık bileşiklerin sınıflandırılması ve adlandırılması. İLE bakış açısı karmaşık bir parçacığın yükü Tüm karmaşık bileşikler katyonik, anyonik ve nötr olarak ayrılabilir.

katyon kompleksleri nötr veya anyonik ligandları kendi etraflarında koordine eden metal katyonları oluştururlar ve ligandların toplam yükü, örneğin Cl3 gibi kompleks oluşturucu maddenin oksidasyon durumundan mutlak değer olarak daha azdır. Katyonik kompleks bileşikler, hidrokso kompleksleri ve tuzlara ek olarak asitler, örneğin H - hekzafloroantimon asidi olabilir.

İÇİNDE anyon kompleksleri , aksine, anyon ligandlarının sayısı, örneğin, kompleks anyonun toplam yükü negatif olacak şekildedir. İÇİNDE anyon kompleksleri hidroksit anyonları ligand görevi görür hidroksokompleksler (örneğin, Na2 - potasyum tetrahidroksozinkat) veya asit kalıntılarının anyonları asidokompleksler(örneğin, K3 - potasyum hekzasiyanoferrat (III)) .

nötr kompleksler birkaç türden olabilir: nötr ligandlara sahip bir nötr metal atomu kompleksi (örneğin, Ni (CO) 4 - nikel tetrakarbonil, [Cr (C6H6) 2] - dibenzenkromyum). Başka türdeki nötr komplekslerde, kompleks oluşturucu maddenin ve ligandların yükleri birbirini dengeler (örneğin, heksaamminplatin (IV) klorür, trinitrotriamminkobalt).

Karmaşık bileşikler sınıflandırılabilir ligandın doğası. Nötr ligandlara sahip bileşikler arasında su kompleksleri, amonyaklar ve metal karboniller ayırt edilir. Ligand olarak su moleküllerini içeren kompleks bileşiklere denir. su kompleksleri . Bir madde bir çözeltiden kristalleştiğinde, katyon tuzun kristal kafesine giren su moleküllerinin bir kısmını yakalar. Bu tür maddelere denir kristal hidratlar,örneğin A1C1 3 · 6H 2 O. Kristalin hidratların çoğu su kompleksleridir, bu nedenle kompleks bir tuz ([A1(H 2 O) 6] C1 3 - heksaaqua alüminyum klorür) olarak daha doğru bir şekilde tasvir edilirler. Ligand olarak amonyak molekülleri içeren kompleks bileşiklere denir. amonyak , örneğin C14 - heksaaminplatin (IV) klorür. metal karboniller karbon monoksit (II) moleküllerinin ligand görevi gördüğü, örneğin demir pentakarbonil, nikel tetrakarbonil gibi karmaşık bileşikler olarak adlandırılır.

Molekülde iki kompleks iyon içeren kompleks bileşikler bilinmektedir; bunlar için, kompleks oluşturucu maddeler arasında farklı ligand dağılımı ile ilişkili bir koordinasyon izomerizmi olgusu vardır, örneğin: - hekzanitrokobaltat (III) heksaamin nikel (III).

derlerken karmaşık bileşik isimleri aşağıdaki kurallar geçerlidir:

1) bileşik karmaşık bir tuz ise, o zaman önce aday durumdaki anyon ve ardından genetik durumdaki katyon çağrılır;

2) bir kompleks iyonu adlandırırken, önce ligandlar, ardından kompleks oluşturucu ajan belirtilir;

3) moleküler ligandlar, molekül adlarına karşılık gelir (su ve amonyak hariç, terimler "su" Ve "amin");

4) anyonik ligandlara - o bitişi eklenir, örneğin: F - - floro, C1 - - kloro, O2 - - okso, CNS - - rhodan, NO 3 - - nitro, CN - - siyano, SO 4 2- - sülfat ,S203 2- - tiyosülfat, C03 2- - karbonat, RO4 3- - fosfat, OH - - hidrokso;

5) Ligand sayısını belirtmek için Yunan rakamları kullanılır: 2 - di-, 3 –üç-, 4 –tetra-, 5 –penta-, 6 –altılı-;

6) kompleks iyon bir katyon ise, kompleks oluşturucunun adı için elementin Rusça adı kullanılır, eğer anyon Latince adıysa;

7) kompleks oluşturucu maddenin adından sonra, parantez içindeki bir Romen rakamı onun oksidasyon derecesini gösterir;

8) nötr komplekslerde, aday durumda merkez atomun adı verilir ve oksidasyon durumu gösterilmez.

Karmaşık bileşiklerin özellikleri. Karmaşık bileşikleri içeren kimyasal reaksiyonlar iki türe ayrılır:

1) dış küre - akışları sırasında, karmaşık parçacık değişmeden kalır (değişim reaksiyonları);

2) intrasfer - seyri sırasında, merkezi atomun oksidasyon durumunda, ligandların yapısında veya koordinasyon alanında değişiklikler meydana gelir (koordinasyon sayısında azalma veya artış).

Karmaşık bileşiklerin en önemli özelliklerinden biri, sulu çözeltilerde ayrışmasıdır. Suda çözünen iyonik komplekslerin çoğu güçlü elektrolitler, dış ve iç kürelere ayrılırlar: K 4 ↔ 4K + + 4 - .

Karmaşık iyonlar oldukça kararlıdır, onlar zayıf elektrolitler, ligandları kademeli olarak sulu bir çözeltiye ayırma:

4 - ↔ 3- +CN - (adım sayısı ligand sayısına eşittir).

Karmaşık bir bileşiğin bir parçacığının toplam yükü sıfırsa, o zaman bir molekülümüz var demektir. elektrolit olmayan,Örneğin .

Değişim reaksiyonlarında, karmaşık iyonlar, bileşimlerini değiştirmeden bir bileşikten diğerine geçer. Karmaşık iyonların elektrolitik ayrışması, kütle eylemi yasasına uyar ve kantitatif olarak bir ayrışma sabiti ile karakterize edilir. istikrarsızlık sabitleri kn. Kompleksin kararsızlık sabiti ne kadar düşükse, iyonlara o kadar az ayrışır, bu bileşik o kadar kararlıdır. Yüksek Kn ile karakterize edilen bileşiklerde, kompleks iyonlar kararsızdır, yani çözeltide pratikte yoktur, bu tür bileşikler çift ​​​​tuzlar . Karmaşık ve çift tuzların tipik temsilcileri arasındaki fark, ikincisinin bu tuzu oluşturan tüm iyonların oluşumuyla ayrışmasıdır, örneğin: KA1 (S04) 2 ↔ K + + A1 3+ + 2SO 4 2- ( çift ​​tuz);

K ↔ 4K + + 4- (kompleks tuz).

Karmaşık bileşikler

Ders-anlatım 11. Sınıf

“Derse gidiyorum” yarışması için sunulan dersi, kimya çalışmak için haftada 4 saat ayrılan 11. biyolojik ve kimya dersinde geçiriyorum.

İlk olarak “Kompleks bileşikler” konusunu ele aldım, çünkü bu madde grubu doğada son derece büyük önem taşıyor; ikinci olarak, birçok KULLANIM görevi karmaşık bileşikler kavramını içerir; üçüncüsü, bu sınıfın öğrencileri kimya ile ilgili meslekleri seçerler ve gelecekte bir grup karmaşık bileşik ile tanışırlar.

Hedef. Karmaşık bileşiklerin bileşimi, sınıflandırılması, yapısı ve temel isimlendirmesi kavramını oluşturmak; kimyasal özelliklerini göz önünde bulundurun ve anlamını gösterin; öğrencilerin maddelerin çeşitliliği konusundaki anlayışlarını genişletmek.

Teçhizat. Karmaşık bileşiklerin örnekleri.

Ders planı

I. Organizasyon anı.

II. Yeni materyal öğrenmek (ders).

III. Ödevi özetlemek ve ayarlamak.

ders planı

1. Çeşitli maddeler.

2. A. Werner'in koordinasyon teorisi.

3. Karmaşık bileşiklerin yapısı.

4. Karmaşık bileşiklerin sınıflandırılması.

5. Karmaşık bileşiklerdeki kimyasal bağın doğası.

6. Karmaşık bileşiklerin isimlendirilmesi.

7. Karmaşık bileşiklerin kimyasal özellikleri.

8. Karmaşık bileşiklerin değeri.

DERSLERDE

I. Organizasyon anı

II. Yeni materyal öğrenmek

çeşitli maddeler

Maddeler dünyası çeşitlidir ve karmaşık bileşiklere ait olan madde grubuna zaten aşinayız. Bu maddeler 19. yüzyıldan beri çalışılmaktadır, ancak yapılarını değerlik hakkındaki mevcut fikirler açısından anlamak zordu.

A. Werner'in koordinasyon teorisi

1893'te İsviçreli inorganik kimyager Alfred Werner (1866-1919), karmaşık bileşiklerin yapısını ve bazı özelliklerini anlamayı mümkün kılan bir teori formüle etti ve bu teoriye adını verdi. koordinasyon teorisi*. Bu nedenle, karmaşık bileşiklere genellikle koordinasyon bileşikleri denir.

Hem kristalde hem de çözeltide bulunan karmaşık iyonları içeren bileşiklere kompleks veya koordinasyon denir.

Karmaşık bileşiklerin yapısı

Werner'in teorisine göre, karmaşık bileşiklerdeki merkezi konum genellikle merkezi iyon veya kompleks oluşturucu olarak adlandırılan bir metal iyonu tarafından işgal edilir.

Kompleks ajanı - diğer iyonları veya molekülleri kendi etrafında koordine eden (yerleştiren) bir parçacık (atom, iyon veya molekül).

Kompleks ajanı genellikle pozitif bir yüke sahiptir, D-element, amfoterik özellikler sergiler, koordinasyon sayısı 4 veya 6'dır. Moleküller veya asit kalıntıları - ligandlar (katkı maddeleri), kompleks oluşturucu maddenin etrafında bulunur (koordinat halinde).

Ligandlar - kompleks oluşturucu madde tarafından koordine edilen ve onunla doğrudan kimyasal bağlara sahip olan parçacıklar (moleküller ve iyonlar) (örneğin, iyonlar: Cl - , I - , NO3 - , OH - ; nötr moleküller: NH3 , H20, CO ).

Ligandlar, aralarında itici kuvvetler hareket ettiğinden birbirine bağlı değildir. Moleküller ligand olduklarında, aralarında moleküler etkileşim mümkündür. Ligandların kompleks oluşturucu madde etrafındaki koordinasyonu, kompleks bileşiklerin karakteristik bir özelliğidir (Şekil 1).

Koordinasyon numarası - kompleks oluşturucu maddenin ligandlarla oluşturduğu kimyasal bağların sayısıdır.

Pirinç. 2. İyonun dört yüzlü yapısı -

Kompleks oluşturucu maddenin koordinasyon sayısının değeri, onun doğasına, oksidasyon derecesine, ligandların doğasına ve kompleks oluşturma reaksiyonunun ilerlediği koşullara (sıcaklık, konsantrasyon) bağlıdır. Koordinasyon numarası 2'den 12'ye kadar değerlere sahip olabilir. En yaygın olanları 4 ve 6 numaralı koordinasyonlardır. 4 numaralı koordinasyon için, karmaşık parçacıkların yapısı dört yüzlü olabilir (Şekil 2) ve düz şeklinde olabilir. kare (Şek. 3). Koordinasyon sayısı 6 olan karmaşık bileşikler, 3- oktahedral yapıya sahiptir (Şekil 4).

Pirinç. 4. İyon 3 - oktahedral yapı

Kompleks oluşturucu ajan ve onu çevreleyen ligandlar, kompleksin içi. Bir kompleks oluşturucu madde ve çevreleyen ligandlardan oluşan bir partiküle kompleks iyon denir. Karmaşık bileşikler tasvir edilirken, iç küre (kompleks iyon) köşeli parantezlerle sınırlandırılır. Karmaşık bileşiğin geri kalan bileşenleri, dış küre(Şek. 5).

Dış kürenin iyonlarının toplam yükü, değer olarak eşit ve kompleks iyonun yüküne zıt işarette olmalıdır:

Karmaşık bileşiklerin sınıflandırılması

Çok çeşitli karmaşık bileşikler ve bunların özellikleri, birleşik bir sınıflandırma oluşturmaya izin vermez. Bununla birlikte, maddeler bazı bireysel özelliklere göre gruplandırılabilir.

1) Kompozisyona göre.

2) Koordineli ligandların türüne göre.

A) su kompleksleri- bunlar, H 2 O moleküllerinin ligand olduğu karmaşık katyonlardır, oksidasyon durumu +2 veya daha fazla olan metal katyonlarından oluşurlar ve periyodik sistemin bir grubunun metallerinde su kompleksleri oluşturma yeteneği yukarıdan aşağıya azalır. alt.

Su komplekslerine örnekler:

Cl3 , (NO3)3 .

B) Hidroksokompleksler ligandların OH - hidroksit iyonları olduğu karmaşık anyonlardır. Kompleks oluşturucu maddeler, amfoterik özelliklerin tezahürüne eğilimli metallerdir - Be, Zn, Al, Cr.

Örneğin: Na, Ba.

v) Amonyak NH3 moleküllerinin ligand olduğu kompleks katyonlardır. Kompleks ajanlar D-elementler.

Örneğin: S04 , Cl.

G) asidokompleksler ligandların inorganik ve organik asitlerin anyonları olduğu kompleks anyonlardır.

Örneğin: K3 , Na2 , K4 .

3) İç kürenin yüküyle.

Karmaşık bileşiklerde kimyasal bağın doğası

İç kürede, yine verici-alıcı mekanizması tarafından oluşturulan kompleks oluşturucu madde ile ligandlar arasında kovalent bağlar vardır. Bu tür bağların oluşumu için, bazı parçacıklarda (kompleksleyici ajanda bulunan) serbest yörüngelerin ve diğer parçacıklarda (ligandlar) ortaklanmamış elektron çiftlerinin varlığı gereklidir. Vericinin (elektron tedarikçisi) rolünü ligand oynar ve elektronları kabul eden alıcı, kompleks oluşturucu ajandır. Donör-alıcı bağı, kompleks oluşturucu maddenin serbest değerlik orbitallerinin dolu donör orbitalleri ile örtüşmesi sonucu ortaya çıkar.

Dış ve iç küreler arasında iyonik bir bağ vardır. Bir örnek alalım.

Berilyum atomunun elektronik yapısı:

Uyarılmış durumda berilyum atomunun elektronik yapısı:

2- kompleks iyondaki berilyum atomunun elektronik yapısı:

Noktalı oklar flor elektronlarını gösterir; dört bağdan ikisi verici-alıcı mekanizması tarafından oluşturulur. Bu durumda, Be atomu bir alıcıdır ve flor iyonları donördür, serbest elektron çiftleri hibritlenmiş orbitalleri doldurur ( sp 3 - hibridizasyon).

Karmaşık bileşiklerin adlandırılması

En yaygın olanı, IUPAC tarafından önerilen terminolojidir. İsim karmaşık anyon iç kürenin bileşiminin belirtilmesiyle başlar: ligandların sayısı Yunan rakamlarıyla gösterilir: 2-di, 3-üç, 4-tetra, 5-penta, 6-hekza, vb. "o" bağlantı sesli harfinin eklendiği ligandlar »: Cl - - kloro-, CN - - siyano-, OH - - hidrokso-, vb. Kompleks oluşturucunun değişken bir oksidasyon durumu varsa, oksidasyon durumu parantez içinde Romen rakamlarıyla ve adı -at: Zn - çinko sonekiyle belirtilir. de, Fe – demir de(III), Au - aur de(III). Soyadı, tamlama durumunda dış kürenin katyonudur.

K3 - potasyum hekzasiyanoferrat (III),

K4 - potasyum hekzasiyanoferrat (II),

K2 - potasyum tetrahidroksozinkat.

içeren bileşiklerin adları karmaşık katyon, dış ortamın anyonlarının adlarından oluşturulur, ardından ligandların sayısı belirtilir, ligandın Latince adı verilir (amonyak molekülü NH3 - amin, su molekülü H20 - aqua Latince adından su) ve kompleks oluşturan elementin Rusça adı; parantez içindeki Romen rakamı, değişken ise, kompleks oluşturucu elementin oksidasyon derecesini gösterir. Örneğin:

S04 - tetraammin bakır (II) sülfat,

Cl3 - hexaaqua alüminyum klorür.

Karmaşık bileşiklerin kimyasal özellikleri

1. Çözeltide, karmaşık bileşikler güçlü elektrolitler gibi davranır; katyonlara ve anyonlara tamamen ayrışır:

Cl2 \u003d Pt (NH3)4] 2+ + 2Cl -,

K 2 \u003d 2K + + 2–.

Bu tür ayrışmaya birincil denir.

İkincil ayrışma, ligandların kompleks iyonun iç küresinden çıkarılmasıyla ilişkilidir:

2– PtCl 3 – + Cl – .

İkincil ayrışma adım adım gerçekleşir: karmaşık iyonlar ( 2–) zayıf elektrolitlerdir.

2. Güçlü asitlerin etkisi altında, hidrokso kompleksleri yok edilir, örneğin:

a) asit eksikliği ile

Na3 + 3HCl \u003d 3NaCl + Al (OH) 3 + 3H20;

b) aşırı asit ile

Na3 + 6HCl \u003d 3NaCl + AlCl3 + 6H20.

3. Tüm amonyakların ısıtılması (termoliz) ayrışmalarına yol açar, örneğin:

SO4CuSO4 + 4NH3.

Karmaşık bileşiklerin değeri

Koordinasyon bileşikleri doğada son derece önemlidir. Hemen hemen tüm enzimlerin, birçok hormonun, ilaçların, biyolojik olarak aktif maddelerin karmaşık bileşikler olduğunu söylemek yeterlidir. Örneğin, oksijenin akciğerlerden doku hücrelerine aktarılmasına neden olan kan hemoglobini, demir içeren karmaşık bir bileşiktir (Şekil 6) ve bitkilerde fotosentezden sorumlu klorofil, karmaşık bir magnezyum bileşiğidir (Şekil 7). .

Polimetalik cevherler ve silikatlar dahil olmak üzere doğal minerallerin önemli bir kısmı da koordinasyon bileşiklerinden oluşur. Ayrıca, maden cevherlerinden, özellikle bakır, tungsten, gümüş, alüminyum, platin, demir, altın ve diğerlerinden metallerin çıkarılması için kimyasal yöntemler de kolayca çözünür, düşük erime noktalı veya uçucu komplekslerin oluşumu ile ilişkilidir. Örneğin: Na3 - kriyolit, KNa3 4 - nefelin (mineraller, alüminyum içeren kompleks bileşikler).

Modern kimya endüstrisi, makromoleküler bileşiklerin sentezinde, yağın kimyasal işlenmesinde ve asitlerin üretiminde katalizör olarak koordinasyon bileşiklerini yaygın olarak kullanır.

III. Ödevi özetleme ve ayarlama

Ev ödevi.

1) Konuyla ilgili pratik bir ders için bir derse hazırlanın: "Karmaşık bileşikler".

2) Aşağıdaki kompleks bileşikleri yapılarına göre yazılı olarak tanımlayınız ve özelliklerine göre sınıflandırınız:

K3, (NO3)3, Na2, OH.

3) Dönüşümleri gerçekleştirebileceğiniz reaksiyon denklemlerini yazın:

* A. Werner, bu yeni bilim alanının keşfi için 1913'te Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Elementin olağan maksimum değerini sergilediği BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2 vb. tipindeki bileşiklere, değerlik doymuş bileşikler veya birinci dereceden bileşikler. Birinci mertebeden bileşikler birbirleriyle etkileştiğinde, daha yüksek mertebeden bileşikler oluşur. İLE yüksek dereceli bileşikler hidratları, amonyakları, asitlerin ek ürünlerini, organik molekülleri, çift tuzları ve diğerlerini içerir.Karmaşık bileşiklerin oluşum örnekleri:

PtCl 4 + 2KCl \u003d PtCl4 ∙ 2KCl veya K2

CoCl3 + 6NH3 \u003d CoCl3 ∙ 6NH3 veya Cl3.

A. Werner, kimyaya daha yüksek düzeydeki bileşikler hakkında fikirler getirdi ve karmaşık bir bileşik kavramının ilk tanımını verdi. Sıradan değerlerin doygunluğundan sonra elementler ek değerlik gösterebilirler - koordinasyon. Yüksek dereceli bileşiklerin oluşması koordinasyon değerliliğinden kaynaklanmaktadır.

Karmaşık bileşikler – izole edilebilen karmaşık maddeler merkez atom(kompleksleyici ajan) ve ilgili moleküller ve iyonlar - ligandlar.

Merkez atom ve ligandlar oluşur karmaşık (iç küre), karmaşık bir bileşiğin formülünü yazarken köşeli parantez içine alınır. İç küredeki ligandların sayısına denir. koordinasyon numarası Karmaşık formu çevreleyen moleküller ve iyonlar dış küre. Potasyum hekzasiyanoferrat (III) K3'ün karmaşık bir tuzunun bir örneği (sözde kırmızı kan tuzu).

Merkez atomlar geçiş metali iyonları veya bazı ametallerin (P, Si) atomları olabilir. Ligandlar halojen anyonları olabilir (F -, Cl -, Br -, I -), OH -, CN -, CNS -, NO 2 - ve diğerleri, nötr moleküller H20, NH3, CO, NO, F2 , Cl2, Br2, I2, hidrazin N2H4, etilendiamin NH2-CH2-CH2-NH2, vb.

Koordinasyon değeri(CV) veya koordinasyon numarası - kompleksin iç küresinde ligandlar tarafından işgal edilebilecek yerlerin sayısı. Koordinasyon sayısı, kompleks oluşturucu maddenin ve ligandların doğasına bağlı olarak genellikle kompleks oluşturucu maddenin oksidasyon durumundan daha büyüktür. Koordinasyon değerleri 4, 6 ve 2 olan karmaşık bileşikler daha yaygındır.

Ligand koordinasyon kapasitesi – her bir ligand tarafından işgal edilen kompleksin iç küresindeki yerlerin sayısı.Çoğu ligand için koordinasyon kapasitesi bir, daha az sıklıkla 2 (hidrazin, etilendiamin) ve daha fazladır (EDTA - etilendiamintetraasetat).

Karmaşık yük dış kürenin toplam yüküne sayısal olarak eşit ve zıt işaretli olmalıdır, ancak nötr kompleksler de vardır. Kompleks yapıcı maddenin oksidasyon durumu diğer tüm iyonların yüklerinin cebirsel toplamına eşit ve zıt işaretlidir.

Karmaşık bileşiklerin sistematik isimlerişu şekilde oluşturulur: ilk olarak, aday durumda anyon, daha sonra genel durumda ayrı ayrı - katyon olarak adlandırılır. Kompleksteki ligandlar aşağıdaki sırayla birlikte listelenmiştir: a) anyonik; b) nötr; c) katyonik. Anyonlar H - , O 2- , OH - , basit anyonlar, çok atomlu anyonlar, organik anyonlar - alfabetik sırayla listelenir. Nötr ligandlar, H20 (aqua) ve NH3 (ammin) dışında moleküllerle aynı şekilde adlandırılır; negatif yüklü iyonlar bağlantı sesli harfini ekler " Ö". Ligandların sayısı öneklerle gösterilir: di-, tri, tetra-, penta-, hexa- vesaire. Anyonik kompleksler için son "- de" veya "- yeni", asit denirse; katyonik ve nötr kompleksler için tipik sonlar yoktur.

H - hidrojen tetrakloroaurat (III)

(OH) 2 - tetraamminecopper (II) hidroksit

Cl 4 - heksaamin platin (IV) klorür

– tetrakarbonil nikel

– heksamminokobaltın (III) hekzasiyanoferrat (III)

Karmaşık bileşiklerin sınıflandırılmasıçeşitli ilkelere dayalı:

Belirli bir bileşik sınıfına ait olarak:

- karmaşık asitler– H2 , H2 ;

- karmaşık bazlar-(OH)2;

- karmaşık tuzlar- Li 3, Cl 2.

Ligandların doğası gereği:

- su kompleksleri(su liganddır) - S04 ∙ H20, [Co (H20)6] Cl2;

- amonyak(amonyak moleküllerinin ligand görevi gördüğü kompleksler) - [Сu(NH3)4 ]S04, Cl;

- asidokompleksler(ligand olarak çeşitli asitlerin anyonlarını içeren oksalat, karbonat, siyanür, halojenür kompleksleri) - K2, K4;

- hidroksokompleksler(ligandlar formunda OH gruplarına sahip bileşikler) - K3 [Al (OH) 6];

- şelatlı veya döngüsel kompleksler(iki veya çok dişli ligand ve merkezi atom bir döngü oluşturur) - aminoasetik asit, EDTA ile kompleksler; şelatlar arasında klorofil (kompleks ajan - magnezyum) ve hemoglobin (kompleks ajan - demir) bulunur.

Kompleksin ücretinin işareti ile: katyonik, anyonik, nötr kompleksler.

Özel bir grup hiperkompleks bileşiklerden oluşur. Bunlarda ligandların sayısı, kompleks oluşturucu ajanın koordinasyon değerini aşar. Böylece, CuSO 4 ∙ 5H 2 O bileşiğinde, bakır, dört koordinasyon değerine sahiptir ve iç kürede dört su molekülü koordine edilir, beşinci molekül, hidrojen bağlarını kullanarak komplekse katılır: SO 4 ∙ H 2 O.

Ligandlar merkez atoma bağlıdır verici-alıcı bağı. Sulu bir çözeltide, karmaşık bileşikler, karmaşık iyonlar oluşturmak için ayrışabilir:

Cl ↔ + + Cl –

Küçük bir ölçüde, kompleksin iç alanında bir ayrışma vardır:

+ ↔ Ag + + 2NH3

Kompleksin gücünün ölçüsü karmaşık kararsızlık sabiti:

K yuva + \u003d C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag (NH 3) 2] +

Kararsızlık sabiti yerine, bazen kararlılık sabiti olarak adlandırılan karşılıklı değeri kullanırlar:

K ağız \u003d 1 / K yuva

Birçok karmaşık tuzun orta derecede seyreltik çözeltilerinde, hem karmaşık hem de basit iyonlar bulunur. Daha fazla seyreltme, karmaşık iyonların tamamen ayrışmasına yol açabilir.

W. Kossel ve A. Magnus'un basit bir elektrostatik modeline göre, bir kompleks oluşturucu ajan ile iyonik (veya polar) ligandlar arasındaki etkileşim Coulomb yasasına uyar. Kararlı bir kompleks, kompleksin çekirdeğindeki çekim kuvvetleri ligandlar arasındaki itici kuvvetleri dengelediğinde elde edilir. Kompleksin gücü, çekirdek yükündeki artış ve kompleks oluşturucu madde ve ligandların yarıçapındaki azalma ile artar. Elektrostatik model çok açıklayıcıdır, ancak polar olmayan ligandlarla komplekslerin ve sıfır oksidasyon durumunda bir kompleks oluşturucu maddenin varlığını açıklayamaz; Bileşiklerin manyetik ve optik özelliklerini belirleyen şey.

Karmaşık bileşikleri tanımlamanın açık bir yolu, Pauling tarafından önerilen değerlik bağları yöntemidir (MBS). Yöntem bir takım hükümlere dayanmaktadır:

Kompleks oluşturan ajan ve ligandlar arasındaki ilişki verici-alıcıdır. Ligandlar elektron çiftleri sağlar ve kompleksin çekirdeği serbest yörüngeler sağlar. Bağ kuvvetinin bir ölçüsü, yörünge örtüşmesinin derecesidir.

Bağ oluşumunda yer alan merkez atomun yörüngeleri hibridizasyona uğrar. Hibridizasyonun türü ligandların sayısı, doğası ve elektronik yapısı ile belirlenir. Kompleks yapıcı ajanın elektron orbitallerinin hibridizasyonu, kompleksin geometrisini belirler.

Kompleksin ek olarak güçlendirilmesi, σ-bağları ile birlikte π-bağlarının da ortaya çıkabilmesinden kaynaklanmaktadır.

Kompleksin sergilediği manyetik özellikler, orbitallerin doluluk esasına göre açıklanır. Eşlenmemiş elektronların varlığında, kompleks paramanyetiktir. Elektronların eşleşmesi, karmaşık bileşiğin diyamanyetizmasını belirler.

MVS, yalnızca sınırlı bir madde yelpazesini tanımlamak için uygundur ve karmaşık bileşiklerin optik özelliklerini açıklamaz, çünkü uyarılmış durumları hesaba katmaz.

Kuantum mekaniği temelinde elektrostatik teorinin bir başka gelişimi kristal alan teorisidir (TCF). TCP'ye göre, kompleksin çekirdeği ile ligandlar arasındaki bağ iyonik veya iyon-dipoldür. TCP, ligand alanının etkisi altında (enerji seviyelerinin bölünmesi) kompleks oluşturucu ajanda meydana gelen değişikliklerin dikkate alınmasına ana dikkati verir. Bir kompleks yapıcı ajanın enerji ayrıştırması kavramı, kompleks bileşiklerin manyetik özelliklerini ve rengini açıklamak için kullanılabilir.

TCP, yalnızca kompleks yapıcı ajanın ( D-element) serbest elektronlara sahiptir ve kompleks oluşturucu madde-ligand bağının kısmen kovalent doğasını hesaba katmaz.

Moleküler yörünge yöntemi (MMO), sadece kompleks oluşturucu maddenin değil, aynı zamanda ligandların da ayrıntılı elektronik yapısını dikkate alır. Kompleks, tek bir kuantum-mekanik sistem olarak kabul edilir. Sistemin değerlik elektronları, kompleks oluşturucu maddenin ve tüm ligandların çekirdeklerini kapsayan çok merkezli moleküler orbitallerde bulunur. MMO'ya göre, bölme enerjisindeki artış, π-bağı nedeniyle kovalent bağın ek olarak güçlendirilmesinden kaynaklanmaktadır.

Karmaşık bileşikler

Ders özeti

Hedefler. Karmaşık bileşiklerin bileşimi, yapısı, özellikleri ve adlandırılması hakkında fikir oluşturmak; kompleks bileşiklerin ayrışması için denklemler derleyerek, bir kompleks oluşturucu maddenin oksidasyon derecesini belirleme becerilerini geliştirmek.
Yeni kavramlar: kompleks bileşik, kompleks oluşturucu ajan, ligand, koordinasyon sayısı, kompleksin dış ve iç küreleri.
Ekipman ve reaktifler. Test tüpleri, konsantre amonyak solüsyonu, bakır(II) sülfat solüsyonları, gümüş nitrat, sodyum hidroksit ile birlikte durun.

DERSLERDE

Laboratuvar deneyimi. Bakır(II) sülfat çözeltisine amonyak çözeltisi ekleyin. Sıvı yoğun bir mavi renge dönüşecektir.

Ne oldu? Kimyasal reaksiyon? Şimdiye kadar amonyağın tuzla reaksiyona girebileceğini bilmiyorduk. Hangi madde oluştu? Formülü, yapısı, adı nedir? Hangi bileşik sınıfına aittir? Amonyak diğer tuzlarla reaksiyona girebilir mi? Buna benzer bağlantılar var mı? Bugün bu soruları cevaplamalıyız.

Bazı demir, bakır, gümüş, alüminyum bileşiklerinin özelliklerini daha iyi incelemek için karmaşık bileşikler hakkında bilgiye ihtiyacımız var.

Deneyimimize devam edelim. Ortaya çıkan çözüm iki bölüme ayrılmıştır. Bir kısmına alkali ekleyelim. Bakır (II) hidroksit Cu (OH) 2 çökelmesi gözlenmez, bu nedenle çözeltide çift yüklü bakır iyonları yoktur veya çok az vardır. Bundan, bakır iyonlarının eklenen amonyakla etkileşime girdiği ve OH - iyonları ile çözünmeyen bir bileşik vermeyen bazı yeni iyonlar oluşturduğu sonucuna varabiliriz.

Aynı zamanda, iyonlar değişmeden kalır. Bu, amonyak çözeltisine bir baryum klorür çözeltisi eklenerek görülebilir. Hemen beyaz bir BaSO 4 çökeltisi düşecektir.

Çalışmalar, amonyak çözeltisinin koyu mavi renginin, içinde dört amonyak molekülünün bakır iyonuna bağlanmasıyla oluşan kompleks 2+ iyonlarının varlığından kaynaklandığını ortaya koymuştur. Su buharlaştığında, 2+ iyon iyonlara bağlanır ve bileşimi S04H20 formülü ile ifade edilen çözeltiden koyu mavi kristaller öne çıkar.

Kompleks bileşikler, hem kristal formda hem de çözeltilerde bulunabilen kompleks iyonları ve molekülleri içeren bileşiklerdir.

Karmaşık bileşiklerin moleküllerinin veya iyonlarının formülleri genellikle köşeli parantez içine alınır. Karmaşık bileşikler, geleneksel (kompleks olmayan) bileşiklerden elde edilir.

Karmaşık bileşikler elde etme örnekleri

Karmaşık bileşiklerin yapısı, 1893'te Nobel Ödülü sahibi İsviçreli kimyager Alfred Werner tarafından önerilen koordinasyon teorisi temelinde ele alınır. Bilimsel etkinliği Zürih Üniversitesi'nde gerçekleşti. Bilim adamı birçok yeni karmaşık bileşik sentezledi, önceden bilinen ve yeni elde edilen karmaşık bileşikleri sistematize etti ve yapılarını kanıtlamak için deneysel yöntemler geliştirdi.

A. Werner (1866–1919)

Bu teoriye göre, karmaşık bileşikler ayırt edilir. kompleks yapıcı, harici Ve iç küre. Kompleks oluşturan ajan genellikle bir katyon veya nötr bir atomdur. İç küre, kompleks oluşturucu maddeye sıkıca bağlı olan belirli sayıda iyon veya nötr molekülden oluşur. Arandılar ligandlar. Ligandların sayısı belirler koordinasyon numarası(KN) kompleks oluşturma maddesi.

Karmaşık bir bileşiğe bir örnek

Örnekte ele alındığında, S04H20 veya CuS045H20 bileşiği kristalin bir bakır (II) sülfat hidratıdır.

Diğer karmaşık bileşiklerin bileşen kısımlarını tanımlayalım, örneğin K4 .
(Referans. HCN formülüne sahip madde hidrokiyanik asittir. Hidrosiyanik asit tuzlarına siyanürler denir.)

Kompleks oluşturucu bir demir iyonu Fe2+'dır, ligandlar siyanür iyonları CN-'dir, koordinasyon sayısı altıdır. Köşeli parantez içinde yazılan her şey iç küredir. Potasyum iyonları, kompleks bileşiğin dış küresini oluşturur.

Merkezi iyon (atom) ve ligandlar arasındaki bağın doğası iki yönlü olabilir. Bir yandan, bağlantı elektrostatik çekim kuvvetlerinden kaynaklanmaktadır. Öte yandan, merkez atom ile ligandlar arasında verici-alıcı mekanizması tarafından amonyum iyonuna benzetilerek bir bağ oluşturulabilir. Birçok karmaşık bileşikte, merkezi iyon (atom) ve ligandlar arasındaki bağ, hem elektrostatik çekim kuvvetlerinden hem de kompleks oluşturucu maddenin ortaklanmamış elektron çiftleri ve ligandların serbest yörüngelerinden dolayı oluşan bağdan kaynaklanır.

Bir dış küreye sahip olan karmaşık bileşikler güçlü elektrolitlerdir ve sulu çözeltilerde neredeyse tamamen bir kompleks iyon ve iyonlara ayrışırlar. dış küre. Örneğin:

SO 4 2+ + .

Değişim reaksiyonlarında, karmaşık iyonlar, bileşimlerini değiştirmeden bir bileşikten diğerine geçer:

S04 + BaCl2 \u003d Cl2 + BaS04.

İç küre pozitif, negatif veya sıfır yüke sahip olabilir.

Ligandların yükü, kompleks oluşturucu maddenin yükünü telafi ediyorsa, bu tür karmaşık bileşiklere nötr veya elektrolit olmayan kompleksler denir: bunlar yalnızca kompleks oluşturucu maddeden ve iç kürenin ligandlarından oluşur.

Böyle bir nötr kompleks, örneğin, .

En tipik kompleks oluşturucu ajanlar katyonlardır. D-elementler.

Ligandlar şunlar olabilir:

a) polar moleküller - NH3, H20, CO, NO;
b) basit iyonlar - F - , Cl - , Br - , I - , H - , H + ;
c) kompleks iyonlar - CN -, SCN -, NO 2 -, OH -.

Bazı kompleks ajanların koordinasyon sayılarını gösteren bir tablo düşünelim.

Karmaşık bileşiklerin isimlendirilmesi. Bileşiklerde önce anyon, sonra katyon adı verilir. İç kürenin bileşimini belirtirken, her şeyden önce, Latince adına son eki ekleyerek anyonlar çağrılır. Ö-, örneğin: Cl - - kloro, CN - - siyano, OH - - hidrokso, vb. Bundan sonra nötr ligandlar olarak anılacaktır ve öncelikle amonyak ve türevleri. Bu durumda, aşağıdaki terimler kullanılır: koordineli amonyak için - ammin, su için - su. Ligandların sayısı Yunanca kelimelerle belirtilir: 1 - mono, 2 - di, 3 - üç, 4 - tetra, 5 - penta, 6 - heksa. Sonra merkez atomun adına geçerler. Merkez atom katyonların bir parçasıysa, karşılık gelen elementin Rusça adı kullanılır ve oksidasyon durumu parantez içinde (Roma rakamlarıyla) belirtilir. Merkez atom anyonda bulunuyorsa, o zaman öğenin Latince adını kullanın ve sonuna - sonunu ekleyin de. Elektrolit olmayanlarda, merkez atomun oksidasyon durumu verilmez, çünkü kompleksin elektronötralite durumundan benzersiz bir şekilde belirlenir.

Örnekler. Cl2 kompleksini adlandırmak için oksidasyon durumu belirlenir (BU YÜZDEN.)
X kompleks yapıcı - Cu iyonu X+ :

1 X + 2 (–1) = 0,X = +2, CO(Cu) = +2.

Benzer şekilde, kobalt iyonunun oksidasyon durumu bulunur:

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

Bu bileşikteki kobaltın koordinasyon sayısı nedir? Merkezi iyonu kaç molekül ve iyon çevreliyor? Kobaltın koordinasyon sayısı altıdır.

Kompleks iyonun adı tek kelime ile yazılır. Merkez atomun oksidasyon durumu, parantez içine alınmış bir Romen rakamı ile gösterilir. Örneğin:

Cl2 - tetraamin bakır (II) klorür,
NUMARA 3 – dikloroaquatriaminkobalt(III) nitrat,
K3 - hekzasiyanoferrat(III) potasyum,
K2 - tetrakloroplatinat (II) potasyum,
- diklorotetraamminçinko,
H2 - hekzaklorotinik asit.

Birkaç karmaşık bileşik örneğinde, moleküllerin yapısını (iyon kompleksleştirici madde, S.O., koordinasyon sayısı, ligandlar, iç ve dış küreler) belirleyeceğiz, kompleksin adını vereceğiz, elektrolitik ayrışma denklemlerini yazacağız.

K4 - potasyum hekzasiyanoferrat (II),

K 4 4K + + 4– .

H - tetrakloroaurik asit (altının kral suyunda çözülmesiyle oluşur),

H H + + –.

OH - diamin gümüş (I) hidroksit (bu madde "gümüş ayna" reaksiyonunda yer alır),

OH + + OH - .

Na - tetrahidroksoalüminat sodyum,

Na Na + + - .

Birçok organik madde aynı zamanda karmaşık bileşiklere, özellikle de aminlerin bildiğiniz su ve asitlerle etkileşiminin ürünlerine aittir. Örneğin, metil amonyum klorür tuzları ve fenilamonyum klorür karmaşık bileşiklerdir. Koordinasyon teorisine göre, aşağıdaki yapıya sahiptirler:

Burada nitrojen atomu bir kompleks yapıcı maddedir, nitrojendeki hidrojen atomları ve metil ve fenil radikalleri ligandlardır. Birlikte iç küreyi oluştururlar. Dış kürede klorür iyonları bulunur.

Organizmaların yaşamında büyük önem taşıyan birçok organik madde, karmaşık bileşiklerdir. Bunlar hemoglobin, klorofil, enzimler ve diğerleri

Karmaşık bileşikler yaygın olarak kullanılmaktadır:

1) birçok iyonun tayini için analitik kimyada;
2) belirli metallerin ayrılması ve yüksek saflıkta metallerin üretimi için;
3) boya olarak;
4) su sertliğini gidermek;
5) önemli biyokimyasal süreçler için katalizörler olarak.