blank

Строение и свойства комплексных соединений

Мы с вами в предыдущей статье рассматривали соли, а сегодня мы приступим к рассмотрению комплексных соединений в рамках подготовки к ЕГЭ по химии. Давайте посмотрим на две соли: KAl(SO4)2, K3[Fe(CN)6] в водном растворе. В первой соли будут представлены катионы калия, алюминия и сульфат-ионы в концентрации, соответствующей количеству введенной соли. А вот в растворе второй соли концентрация катионов калия соответствует количеству соли, а вот концентрация катионов железа и CN- будет ничтожно мало, зато в растворе будут присутствовать другие ионы – [Fe(CN)6]3-  в концентрации, соответствующей количеству исходной соли.  Первая соль- двойная соль, а вот вторая – комплексное соединение.

blank

Характеристика комплексных соединений и их строение

Комплексное соединение содержит центральный атом или комплексообразователь – зачастую катион металла. Вокруг него координированы анионы или нейтральные молекулы, именуемые лигандами. В роли центрального атома обычно выступают атомы переходных элементов, у которых есть d-орбитали. Центральный атом вместе с окружающими его лигандами называют внутренней координационной сферой. Она может быть окружена еще определенным числом частиц, составляющих внешнюю координационную сферу.  Зачастую, это ионы, компенсирующие суммарный заряд центрального атома и лигандов, в результате чего комплекс в целом электронейтрален. Число лигандов, координированных данным атомом называют координационным числом атома в комплексном соединении. Координационное число в основном зависит от:

— от размеров центрального атома;

-от размеров лигандов.

Наиболее часто мы видим координационные числа 2, 4, 6, 8, что соответствует симметричному расположению лигандов вокруг центрального атома. Симметричное размещение лигандов соответствует максимально компактной структуре координационной сферы, а значит достигается минимум энергии системы центральный атом- лиганды. Внутренняя координационная сфера с центральным атомом-комплексообразователем при записи заключается в квадратные скобки.

Классический пример комплексного соединения. Рассмотренный нами выше в примере – гексацианоферрат калия (3), он же «красная кровяная соль». Мы видим, что у нас есть тут шесть цанид-ионов-лигандов, которые размещаются вокруг центрального атома –трехвалентного катиона железа. Значит координационное число равно шести. Отрицательный заряд минус три этого комплексного иона компенсируется положительными зарядами трех ионов калия из внешней координационной сферы соединения.

blank

Образование комплексных соединений

Давайте рассмотрим с вами способы образования комплексных соединений. Основным видом образования комплекса является присоединение одних электронейтральных веществ к другим аналогично электронейтральным. Например, в реакции присоединения солей или присоединения нейтральных молекул к солям.  Либо еще один способ – это получение кристаллогидратов в результате гидратации иона, то есть у нас тут лигандами будут молекулы воды. Такие гидраты носят название аквакомплексов. В кристаллогидратах вода может выступать в качестве лигандов, а может и входить во внешнюю сферу. К примеру медный купорос имеет формулу: [Cu(H2O)4]SO4*H2O. В роли лигандов могут быть и молекулы аммиака. К примеру, при действии концентрированного раствора аммиака на гидроксид меди получаем комплекс [Cu(NH3)4]2- темно-синего цвета, именуемый аммиакатом. Также в качестве лигандов могут выступать анионы кислотных остатков –ацидокомплексы, например K3[Fe(CN)6], Na2[SiF6].

Ионы имеющие противоположный заряд центральному атому также могут выступать в качестве лиганда. В этом случае число лигандов может превышать число необходимого минимума лигандов необходимых для компенсации заряда центрального атома, в результате заряд координационной сферы становится противоположным заряду центрального иона.

Это наглядно видно на примере гидроксокомплексов амфотерных гидроксидов.

Al(OH)3+OH=[Al(OH)4] либо  Al(OH)3+3OH=[Al(OH)6]3-

При высоких концентрации гидроксид-ионов ( щелочная среда), равновесие смещается в сторону образования малодиссоциированных комплексных ионов [Al(OH)4]и [Al(OH)6]3-

Типы связи в комплексных соединениях

Связь между комплекообразователем и лигандами может носить электростатический характер (происходит притяжение противоположно заряженных ионов, либо притяжение отрицательного полюса полярной молекулы к положительному иону металла), либо ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму, когда у комплексообразователя есть неподеленные электронные пары, а у лигандов – свободные орбитали. В основном акцептором электронной пары становится центральный атом, но в качестве исключения центральный атом или ион может стать и донором электронной пары. Такое в основном возможно в ионах гидроксония или аммония (если мы рассматриваем их в качестве комплексов), где атом кислорода и азота соответственно выступают донором электронной пары.

В аквакомплексах и аммиакатах связь между центральным атомом и молекулами воды либо аммиака имеет ковалентный характер и происходит по донорно-акцепторному механизму за счет вакантных орбиталей центрального атома, играющего роль акцептора, и неподеленных электронных пар атомов кислорода либо азота, который выступают донорами электронных пар.

В гидроксокомплексах и ацидокомплексах металлов взаимодействие между центральным атомом и лигандом имеет ионный характер благодаря противоположности зарядов центральный атом- лиганд.

Если у нас имеют месть одноименно заряженные ионы, то между ними наблюдаем взаимное отталкивание. Да, оно будет отвечать минимуму энергии при строго определенном расположении лигандов вокруг центрального атома. Это и поясняет строгую симметрию в строении внутренней координационной сферы, которую мы рассматривали в начале этой статьи.

blank

Дентатность лиганд

Давайте теперь рассмотрим, что такое моно-,полидентантые лиганды

Дентатность – количество мест, которое занимают лиганды в координационной сфере.

Некоторые группы лигандов. Такие как хлорид-ионы, цианид-ионы, вода, аммиак занимают в координационной сфере одно место, то есть связаны с комплексообразователем через один атом лиганда. Такого типа лиганды именуются монодентантными.

Полидентантные лиганды – лиганды, занимающие в координационной сфере два и более мест, то есть соединённых с комплексообразователем через большое количество атомов.

В некоторых случаях в комплексах с полидентатными лигандами центральный атом и лиганд образует замкнутые циклы, подобного рода комплексы именуются хелатами. У них высокая прочность и более высокая устойчивость к диссоциации по сравнению с их нехелатными собратьями

А теперь давайте познакомимся с полиядерными комплексами

Это комплексы, которые содержат более одного атома комплексообразователя. Образование полиядерных комплексов идет в основном при гидролизе солей переходных элементов. К примеру, гидролиза солей двухвалентного никеля образуются гидроксокомплексы [Ni2OH]3+, [Ni3(OH)3]3+, [Ni4(OH)4]4+

Несмотря на то что один и тот же центральный атом может проявлять различное координационное число в разных комплексах, некоторые координационные числа являются наиболее характерными для определенных видов ионов.

Для одновалентных элементов чаще встречается координационное число два, для двухвалентных характерно число четыре, а для трехвалентных – шесть. Могут встречаться комплексы и с большим количеством координационных числе – семь, девять, двенадцать…

Реализации высоких координационных чисел способствует высокий положительный заряд и большой атомный радиус центрального атома, плюс высокая полярность молекул лигандов.

Отсюда становится понятным почему количество координационных чисел увеличивается от 3d-элементов к  5d-элементам благодаря увеличению ионного радиуса комплексообразователя. А вот если у нас комплексообразователь небольшого радиуса, а лиганд крупный, то координационное число будет небольшим, что объясняется взаимным отталкиванием лигандов.

Хочется также дать Вам информацию по номенклатуре комплексных соединений, чтобы у вас с этим в будущем не было затруднений.

Номенклатура комплексных соединений

Итак, название комплексного соединения складывается из названия комплексного иона и названия противоиона, образующего внешнюю сферу. Сначала мы записываем название катиона, а потом название аниона. Между ними ставится дефис. Название комплексного иона начинается с числительного, обозначающего количество лигандов, потом пишем название лиганда и потом название центрального иона с указанием его степени окисления в круглых скобках. Если комплексный ион у нас анион – то к названию центрального атома прибавляем суффикс –ат. Нейтральные лиганды именуются как и соответствующие им молекулы, а к лигандам-анионам добавляется окончание –о.

blank

Оставить Комментарий