double arrow

Комплексные соединения

Строение и номенклатура комплексных соединений

В XIX веке был накоплен экспериментальный материал, показывающий, что многие молекулы с уже реализованными химическими свойствами способны вступать в дальнейшие взаимодействия с образованием более сложных соединении второго порядка. К таким соединениям относятся комплексные соединения.

В 1893 г. швейцарским химиком-неоргаником Альфредом Вернером (1866–1919) была сформулирована теория, позволившая понять строение и некоторые свойства комплексных соединений и названная координационной теорией. Поэтому комплексные соединения часто называют координационными соединениями.

Соединения, в состав которых входят сложные ионы, существующие как в кристалле, так и в растворе, называются комплексными, или координационными.

Основные положения теории Вернера:

1. В составе комплексных соединений выделяют внутреннюю сферу, включающую центральный атом или ион комплексообразователя, вокруг которого находятся связанные с ним лиганды.

Внешнюю сферу комплексных соединений образуют ионы, непосредственно не связанные с комплексообразователем. Эти ионы удерживаются около внутренней сферы за счет сил электростатического взаимодействия.

3. Типичными комплексообразователями являются: атомы или ионы d-элементов, имеющие свободные орбитали (Сu+, Сu2+,Zn2+, Ni2+,Со3+, Fе2+, Fе3+, Mn2+, Pt2+ и др.). Комплексообразователи являются акцепторами электронов.

4. Лиганды - атомы, ионы, молекулы, имеющие избыток электронов или неподелённые электронные пары. Ими могут быть кислотные остатки (SO42-, CI-, NO3-), гидроксогруппы (ОН-) и нейтральные молекулы (Н2O, NН3, СО, органические вещества). Лиганды являются донорами электронов.

5. Механизмы комплексообразования связаны с возникновением межионного и межмолекулярного взаимодействий комплексообразователя с лигандами, но основной вклад в формирование внутренней сферы вносят донорно-акцепторные (координационные) взаимодействия.

Координация цианид-ионов вокруг иона железа

6. Количество лигандов, связанных с комплексообразователем, определяется его координационным числом. Величина координационного числа зависит от природы комплексообразователя, лигандов и условий комплексообразования (концентрации, рН, температуры и др.)

Координационные числа наиболее распространенных комплексообразователей:

Kоординационное число Комплексообразователь
  Cu+, Ag+, Au+
  Cu2+, Hg2+, Sn2+, Pt2+, Pb2+, Ni2+, Co2+, Zn2+, Au3+, Al3+
  Fe2+, Fe3+, Co2+, Co3+, Ni2+, Cr3+, Sn4+, Pt4+

Разберите состав комплексных соединений с помощью следующих примеров:

1) K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(II) калия,

2) H[AuCl4] – тетрахлорозолотая кислота

3) [Ag(NH3)2]OH – диамминсеребро(I) гидроксид

4) Na[Al(OH)4] – тетрагидроксоалюминат (III)натрия

Классификация комплексных соединений

Большое многообразие комплексных соединений и их свойств не позволяет создать единую классификацию. Однако можно группировать вещества по некоторым отдельным признакам.

1) По составу.

2) По типу координируемых лигандов.

а) Аквакомплексы – это комплексные катионы, в которых лигандами являются молекулы H2O. Их образуют катионы металлов со степенью окисления +2 и больше, причем способность к образованию аквакомплексов у металлов одной группы периодической системы уменьшается сверху вниз.

Например: [Al(H2O)6]Cl3, [Cr(H2O)6](NO3)3.

б) Гидроксокомплексы – это комплексные анионы, в которых лигандами являются гидроксид-ионы OH. Комплексообразователями являются металлы, склонные к проявлению амфотерных свойств – Be, Zn, Al, Cr.

Например: Na[Al(OH)4], Ba[Zn(OH)4].

в) Аммиакаты – это комплексные катионы, в которых лигандами являются молекулы NH3. Комплексообразователями являются d -элементы.

Например: [Cu(NH3)4]SO4, [Ag(NH3)2]Cl.

г) Ацидокомплексы – это комплексные анионы, в которых лигандами являются анионы неорганических и органических кислот.

Например: K3[Al(C2O4)3], Na2[Zn(CN)4], K4[Fe(CN)6].

3) По характеру заряда внутренней сферы различают катионные, анионные и нейтральные комплексы.

Например:

1) [Cu+(NН3)4]+ - катионный комплекс

2) [Zn2+(SCN)4]2– - анионный комплекс

3) [ Pt2+(CI)2 2 О)2]0 - нейтральный комплекс

При составлении названия комплексного соединения учитывают знак заряда внутренней сферы комплекса.

Греческим числительным указывают число лигандов и называют нейтральные лиганды:

Лиганды-анионы называют с окончанием «-о»

Комплексообразователь в катионных и нейтральных комплексах называют русским наименованием, а в анионных комлексах-латинским наименованием с окончанием «-ат».

Степень окисления комплексообразователя указывают римской цифрой в круглых скобках, за исключением нейтральных комплексов.

Например:

1) катионные комплексы:

[Cu2+(NH3)4]SO4 – сульфат тетраамминмедь(II);

[Al3+(H2O)6]Cl3 – хлорид гексаакваалюминий (III).

2) анионные комплексы:

[Fe3+(CN)6]3– – гексацианоферрат(III)-ион;

K2[Hg2+(I)4] – тетраиодомеркурат(II) калия;

3) нейтральные комплексы:

[Zn2+(Cl)2(H2O)2] – диаквадихлороцинк

[Pt4+(OH)2(NO2)2(NH3)2] – диамминдинитродигидроксоплатина

Значение комплексных соединений

Координационные соединения имеют исключительно большое значение в природе. Достаточно сказать, что почти все ферменты, многие гормоны, лекарства, биологически активные вещества представляют собой комплексные соединения.

Комплексы белков с катионами металлов играют роль металлоферментов, катализирующих большинство химических превращений. В качестве центрального иона металлофермента выступают катионы Mn2+,Cr2+,Fe3+, Zn2+ и др. К комплексным соединениям относятся гормон инсулин – комплекс ионов цинка с белками; витамин В12 - комплекс кобальта с порфирином.

Гемоглобин крови, благодаря которому осуществляется перенос кислорода от легких к клеткам ткани, является комплексным соединением, содержащим железо Fе2+ с порфирином, а хлорофилл, ответственный за фотосинтез в растениях, – комплексным соединением магния с тем же лигандом.

Гем-группа в молекуле гемоглобина

Значительную часть природных минералов, в том числе полиметаллических руд и силикатов, также составляют координационные соединения. Более того, химические методы извлечения металлов из руд, в частности меди, вольфрама, серебра, алюминия, платины, железа, золота и других, также связаны с образованием легкорастворимых, легкоплавких или летучих комплексов. Например: Na3[AlF6] – криолит, KNa3[AlSiO4]4 – нефелин.

Комплексные соединения находят широкое применение:

- для выведения из организма камней, которые образуются в почках, мочевом пузыре, желчных протоках;

- для маскировки нежелательных примесных элементов в составе лекарственных препаратов;

- для очистки организма от ядов, радиоактивных элементов, тяжелых металлов;

- в аналитической химии для определения ионов, т.к. яркая окраска многих внутрикомплексных соединений позволяет использовать реакции их образования для обнаружения катионов металлов в анализируемом растворе;

- для разделения некоторых металлов и получения металлов высокой степени чистоты;
- для устранения жесткости воды;

- в качестве катализаторов важных биохимических процессов.

Контрольные вопрросы

  1. Комплексные соединения. Строение комплексных соединений согласно теории А. Вернера (комплексообразователи, лиганды, координационные числа, внутренняя и внешняя сфера).
  2. Классификация комплексных соединений по различным признакам.
  3. Заряд комплексного иона. Катионные, анионные, нейтральные комплексные соединения, их номенклатура. Примеры.
  4. Устойчивость комплексных соединений. Константа нестойкости, уравнение изотермы.
  5. Моно- и полидентатные лиганды. Хелаты. Комплексоны. Трилон Б. Краун–эфиры.
  6. Значение комплексных соединений в биологии и медицине.

Типовые задачи

Задача 1. Определите заряд комплексного иона [ Cr+3Cl3(H2O)]x.

x = 1 ·(+3) + 3·(-1) + 1·(0) = -2

Ответ: x = -2.

Задача 2. Назовите комплексное соединение Ca[ Pt+4(NO2)4(Cl)2].

Ответ:дихлоротетранитроплатинат (IV) кальция

Задача 3. Напишите формулу комплексного иона акватригидроксокупрат (II).

Ответ: [Cu+2(OH)3(H2O)]

Задача 4. На осаждение ионов брома из раствора комплексной соли [Cr+3 (NH3)6 ] Br3 израсходовано 0,5 дм3 раствора AgNO3 с молярной концентрацией вещества в растворе С(AgNO3) = 0,2 мольдм3. Сколько граммов комплексной соли содержалось в растворе?

Дано: Решение:

 
 

Vр-ра = 0,5 дм3 По закону эквивалентов:

С(AgNO3) = 0,2 мольдм3 n(AgNO3) = n(⅓[Cr+3(NH3)6] Br3)

m([Cr+3(NH3)6] Br3) -? M(AgNO3) = 170 гмоль

М(⅓[Cr+3(NH3)6]Br3) = 397 / 3 = 132,3 гмоль

m(AgNO3) = C(AgNO3) · M(AgNO3) · Vр-ра

 
 

m(AgNO3) = 0,2 · 170 · 0,5 = 17 г

Ответ:m([Cr+3(NH3)6]Br3) = 13,23 г.

Задача 5. Вычислить G0 процесса:

[Co(SCN)4]2-  Co2+ + 4 SCN-,

если Кнест = 5,5 · 10-3 при 250С.

Дано: Решение:

Кнест = 5,5 · 10-3 По уравнению изотермы:

Т = 298 К G0 = - R · T · ln Kнест

R = 8,314 Дж·моль-1·К-1 G0 = -8,314 · 298 · ln 5,5·10-3 = 12890,8 Джмоль

 12,89 кДжмоль

G0 -?

Ответ: G0 = 12,89 кДжмоль.

Тестовые задания

Выберите правильный вариант ответа

01. ОПРЕДЕЛИТЕ ЗАРЯД И НАЗОВИТЕ КОМПЛЕКСНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

[Ni2+(CI)3 (NH3)3]x

1) –1; триамминотрихлороникелат (II)

2) –1; триамминтрихлороникелат (II)

3) +1; триамминтрихлороникелат (II)

4) +1; триамминотрихлорникелат (II)

02. ОПРЕДЕЛИТЬ ЗАРЯД КОМПЛЕКСА – АММИНДИНИТРОТРИХЛОРОХРОМАТ(III)

1) –2

2) –3

3) –1

4) +2

03. КАК НАЗЫВАЕТСЯ ПРОЦЕСС

[Cu(NH3)4]SO4 CuSO4 + 4NH3

1) первичная диссоциация комплекса

2) вторичная диссоциация комплекса

3) разложение комплекса

4) образование комплекса

04. КАК НАЗЫВАЕТСЯ ПРОЦЕСС

K2[PtCl4] = 2K+ + [PtCl4]2–

1) первичная диссоциация комплекса

2) вторичная диссоциация комплекса

3) разложение комплекса

4) образование комплекса

05. ОПРЕДЕЛИТЕ ЗАРЯД И НАЗОВИТЕ КОМПЛЕКСНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

[Тi4+(NO2)3(Cl)2(H2O)]х

1) –1; аквадихлоротринитратотитанат (IV)

2) +1; аквадихлоротринитротитан(IV)

3) –1; аквадихлоротринитротитанат (IV)

4) +1; аквадихлоротринитратотитан (IV)

06. ВЫЧИСЛИТЕ ∆G0 ПРОЦЕССА [Сu (NО2)4]2 – ↔ Cu2+ + 4NО2, ЕСЛИ ДЛЯ ДАННОГО КОМПЛЕКСА ПРИ 250С, К нест. = 2,5·10– 5

1) –13,9 кДж·моль–1

2) 26,25 кДж·моль–1

3) 13,9 кДж·моль–1

4) – 26,25 кДж·моль–1


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: