Р-Элементы VIII группы

Данные элементы: гелий (Не), неон (Nе), аргон (Аr), криптон (Кr), ксенон

(Хе) и радон (Rn) называют инертными газами, так как они обладают очень низкой химической активностью. На внеш­нем энергетическом уровне гелия находится два электрона, а у остальных элементов по восемь электронов, что соответствует энергетически выгодной электронной конфигурации.

Неоном и аргоном заполняют лампы накаливания. Сварка в среде аргона нержавеющих сталей, титана, алюминия и алюминиевых сплавов обеспечивает исключительно чистый и прочный сварной шов.

Криптон, ксенон и радон способны вступать в соединение с другими элементами и прежде всего с фтором. Данные соединения (ХеF₂, ХеF₆, ХеО₃ и др.) обладают сильными окислительными свойствами. Радон является радиоактивным элементом с периодом полураспада 3,8 суток. Однако в природе он постоянно образуется. По мольной массе он в 7,65 раза тяжелее воздуха, поэтому скапливается в подвальных, непроветриваемых помещениях. За сутки концентрация радона в непроветриваемом помещении возрастает в 6 раз, а при пользовании душем в ванной комнате в 40 раз. Большую часть облучения человек получает от радиоактивного распада радона.

18 Комплексные соединения

Комплексные соединения – это соединения, содержащие сложный (комплексный) ион, способный к самостоятельному существованию в растворе. Большое количество возможных комплексообразователей и лигандов, а также такое явление, как изомерия, приводят к многообразию данных соединений.

18.1 Состав комплексных соединений

Для ответа на данный вопрос проведем сравнительный анализ диссоциации обычной соли, двойной соли и комплексного соединения:

1) диссоциация средних солей – сульфатов калия и алюминия

K₂SO₄ → 2K⁺ + SO₄^2–,

Al₂(SO₄)₃) → 2Al³⁺ + 3SO₄^2–;

2) дисоциация двойной соли – алюмокалиевых квасцов

KAl(SO₄)₂ → K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2–;

3) диссоциация комплексного соединения – гексацианоферрата (III) калия

K₃[Fe(СN)₆] → 3K⁺ + [Fe(СN)₆] ^3–.

Из приведенных уравнений электролитической диссоциации видно, что продукты диссоциация двойной соли полностью совпадают с продуктами диссоциации сульфатов калия и алюминия. В случае комплексной соли в продуктах диссоциации присутствует сложная частица (комплексный ион), заключенная в квадратные скобки, и нейтрализующие её заряд простые ионы.

Комплексный ион в свою очередь диссоциирует по типу слабого электролита, то есть обратимо и ступенчато:

[Fe(CN)₆]^3– ↔ Fe³⁺ + 6CN^–.

Для комплексных ионов допускается запись в одном уравнении продуктов диссоциации по всем ступеням.

Продукты диссоциации комплексного иона:

1) Fe³⁺ – комплексообразователь,

2) 6СN^– – лиганды.

Таким образом, в состав комплексного соединения входят:

1) комплексообразователь – центральный атом,

2) лиганды – частицы координированные вокруг комплексообразователя,

3) частицы нейтрализующие заряд комплексного иона. Если заряд комплексного иона равен нулю, то он соответственно состоит только из комплексообразователя и лигандов.

Типичные комплексообразователи – катионы металлов побочных подгрупп: Ag⁺, Cu²⁺, Fe³⁺ и другие.

Типичные лиганды: NH₃, H₂O, CN^–, NO₂^–, галогенид-ионы и другие.

Комплексообразователь посредством ковалентных связей и (или) электростатического взаимодействия образует прочную связь с лигандами.

Координационное число – это количество монодентантных лигандов, координированных вокруг комплексообразователя. Кординационное число, как правило, равно удвоенному заряду комплексообразователя.

Число связей, образуемых каждым лигандом с центральным атомом, называют дентантностью лиганда. Например:

1) монодентантные лиганды: F^–, Br^–, I^–, CN^–, OH^–, NH₃, H₂O и др.;

2) бидентантные лиганды: H₂N–CH₂–CH₂–NH₂ – этилендиамин, оксалат-ион, карбонат-ион и др.;

3) полидентантные лиганды – примером может служить этилендиаминтетраацетат-ион (ЭДТА). Комплексы с полидентантными лигандами называются хелатными. Они широко распространены в природе и играют важную роль в биологических процессах, например, гемоглобин крови (комплексообразователь Fe²⁺), хлорофилл (комплексообразователь Mg²⁺).

Название комплексного соединения состоит из названий аниона и катиона. Название соединения читается справа налево, при этом анион называют в именительном падеже, а катион – в родительном.

Число лигандов указывают греческими числительными: 1 – моно, 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса, 7 – гепта, 8 – окта. Названия наиболее распространённых лигандов: F^– – фторо, Cl^– – хлоро, Br^– – бромо, I^– – йодо, OH^– – гидроксо, SO₃^2– – сульфито, NO₂^– – нитро, CN^– – циано,

CNS^– – родано, NH₃ – аммин, en – этилендиамин, H₂O – аква.

Название комплексообразователя зависит от заряда иона, в который он входит. В случае комплексного катиона или комплексной частицы без внешней сферы применяется русское название комплексообразователя, а в случае комплексного аниона – после названия лигандов добавляется корень латинского названия элемента-комплексообразователя и окончание «ат».

Если в состав внутренней сферы комплекса входят в качестве лигандов молекулы и анионы, то в первую очередь называют анионы (с окончанием на «о»), а затем молекулы. Если для комплексообразователя возможно несколько степеней окисления, то ее указывают в круглых скобках римской цифрой.

Примеры названий комплексных соединений:

1) анионного типа:

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

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

2) катионного типа:

[CuNH₃)₄]SO_{4 —} сульфат тетраамминмеди(II),

[Pt(NH₃)₄Cl₂]Cl₂ – хлорид дихлоротетраамминплатины(IV);

3) электронейтральных комплексов:

[Cr(H₂O)₃F₃] – трифторотриаквахром,

[Fe(СО)₅] – пентакорбонил железа.

Диссоциация комплексных соединений протекает по типу сильного электролита на комплексный ион и ионы внешней сферы. В свою очередь комплексный ион или электронейтральный комплекс диссоциируют по типу слабого электролита на коплексообразаватель и лиганды.

Количественно состояние равновесия характеризуется соответствующим значением Кр_. Применительно к диссоциации комплексного иона константу равновесия (Кр) называют константа нестойкости (Кн). Чем меньше Кн, тем более устойчив комплекс. Например:

1) Диссоциации анионного комплекса

K₃[Fe(CN)₆] → 3K⁺ + [Fe(CN)₆]^3–,

[Fe(CN)₆] ^3- ↔ Fe³⁺ + 6CN^–,

2) Диссоциации катионного комплекса

[Cu(NH₃)₄]SO₄ → [Cu(NH₃)₄] ²⁺ + SO₄^2–,

[Cu(NH₃)₄] ²⁺ ↔ Cu²⁺ + 4NH₃,

.

Более устойчив цианидный комплекс трехвалентного железа.

18.2 Реакции с участием комплексных соединений

Примеры реакций образования комплексных соединений с комплексным катионом (1), комплексным анионом (2) и нейтральным комплексом (3):

1) Ni(NO₃)₂ + 6NH₃ → [Ni(NH₃)₆](NO₃)₂,

Ni²⁺ + 6NH₃ → [Ni(NH₃)₆]²⁺;

2) Cr(OH)₃ + 3KOH_конц. ↔ K₃[Cr(OH)₆],

Cr(OH)₃ + 3OH^– ↔ [Cr(OH)₆]^3–;

3) Fе + 5СО = [Fe(СО)₅].

Вывод: комплексные соединения образуются, если в растворе присутствуют ионы комплексообразователя и лиганды.

В качестве примера перехода от одного комплексного соединения к

другому разберем реакцию превращения аммиачного комплекса меди в цианидный комплекс:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4КСN ↔ К₂[Cu(СN)₄] + К₂SO₄ + 4NH₃,

[Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2– + 4К⁺ + 4СN^– ↔ [Cu(СN)₄]^2– + 4К⁺ + 4NH₃ + SO₄^2–,

Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4СN^– ↔ [Cu(СN)₄]^2– + 4NH₃.

Равновесие данной реакции смещено вправо, так как

Кн([Cu(NH₃)₄]²⁺) = 5,0·10^–4, а Кн([Cu(СN)₄]^2–) = 5,0·10^–28,

то есть образуется более прочный комплексный ион.

Разрушение комплексного соединения разберем на примере аммиачного комплекса серебра:

[Ag(NH₃)₂]NO₃ + KI ↔ AgI¯ + 2NH₃ + KNO₃,

[Ag(NH₃)₂]⁺ + NO₃^– + K⁺ + I^– ↔ AgI¯ + 2NH₃ + NO₃^– + K⁺,

[Ag(NH₃)₂]⁺ + I^– ↔ AgI¯ + 2NH₃.

Равновесие данной реакции смещено вправо, так как

Кн([Ag(NH₃)₂]⁺) = 6,8·10^–8, а ПР(AgI) = 1,5·10^–16,

то есть образуется плохо растворимое в воде соединение – йодид серебра.

Приведенные реакции характеризуют участие комплексных соединений в ионно-обменных реакциях.

В качестве примера окислительно-восстановительной реакции разберем реакцию превращения цианидного комплекса двухвалентного железа в цианидный комплекс трехвалентнного железа:

K₄[Fe(СN)₆] + О₂ + Н₂О → K₃[Fe(СN)₆] + KОН,

Fe⁺² – 1е = Fe⁺³ | × 4,

О₂ + 4е = 2О^–2 | × 1.

4K₄[Fe(СN)₆] + О₂ + 2Н₂О → 4K₃[Fe(СN)₆] + 4KОН.