Komplexa anslutningar
Anteckningar från föreläsningar
Mål. Att bilda idéer om sammansättning, struktur, egenskaper och nomenklatur för komplexa föreningar; utveckla färdigheter i att bestämma ett komplexbildande medels oxidationstillstånd och att upprätta dissociationsekvationer för komplexa föreningar.
Nya koncept: komplex förening, komplexbildare, ligand, koordinationsnummer, yttre och inre sfärer av komplexet.
Utrustning och reagens. Ett ställ med provrör, koncentrerad ammoniaklösning, lösningar av koppar(II)sulfat, silvernitrat, natriumhydroxid.
UNDER KLASSERNA
Laboratorieerfarenhet. Tillsätt ammoniaklösning till koppar(II)sulfatlösningen. Vätskan kommer att få en intensiv blå färg.
Vad hände? Kemisk reaktion? Fram till nu visste vi inte att ammoniak kunde reagera med salt. Vilket ämne bildades? Vad är dess formel, struktur, namn? Vilken klass av föreningar tillhör den? Kan ammoniak reagera med andra salter? Finns det liknande samband? Vi måste svara på dessa frågor idag.
För att bättre studera egenskaperna hos vissa föreningar av järn, koppar, silver, aluminium behöver vi kunskap om komplexa föreningar.
Låt oss fortsätta vår erfarenhet. Dela den resulterande lösningen i två delar. Tillsätt lut till en del. Utfällning av koppar(II)hydroxid Cu(OH) 2 observeras inte, därför finns det inga dubbelladdade kopparjoner i lösningen eller så finns det för få av dem. Av detta kan vi dra slutsatsen att kopparjoner interagerar med den tillsatta ammoniaken och bildar några nya joner som inte bildar en olöslig förening med OH – joner.
Samtidigt förblir jonerna oförändrade. Detta kan verifieras genom att tillsätta en lösning av bariumklorid till ammoniaklösningen. En vit fällning av BaS04 kommer omedelbart att bildas.
Forskning har fastställt att den mörkblå färgen på en ammoniaklösning beror på närvaron i den av komplexa 2+ joner, bildade genom tillsats av fyra ammoniakmolekyler till kopparjonen. När vatten avdunstar binder 2+ joner till joner och mörkblå kristaller frigörs från lösningen, vars sammansättning uttrycks med formeln SO 4 H 2 O.
Komplexa föreningar är de som innehåller komplexa joner och molekyler som kan existera både i kristallin form och i lösningar.
Formlerna för molekyler eller joner av komplexa föreningar är vanligtvis omgivna av hakparenteser. Komplexa föreningar erhålls från vanliga (icke-komplexa) föreningar.
Exempel på att erhålla komplexa föreningar
Strukturen av komplexa föreningar övervägs på grundval av den koordinationsteori som föreslogs 1893 av den schweiziska kemisten Alfred Werner, Nobelpristagaren. Hans vetenskapliga verksamhet ägde rum vid universitetet i Zürich. Forskaren syntetiserade många nya komplexa föreningar, systematiserade tidigare kända och nyligen erhållna komplexa föreningar och utvecklade experimentella metoder för att bevisa deras struktur.
 |
A. Werner
|
I enlighet med denna teori särskiljs komplexa föreningar komplexbildande medel, extern Och inre sfär. Det komplexbildande medlet är vanligtvis en katjon eller neutral atom. Den inre sfären består av ett visst antal joner eller neutrala molekyler som är tätt bundna till komplexbildaren. De kallas ligander. Antalet ligander bestämmer samordningsnummer(CN) komplexbildare.
Exempel på en komplex förening
Föreningen S04H2O eller CuSO45H2O som betraktas i exemplet är ett kristallint hydrat av koppar(II)sulfat.
Låt oss bestämma komponenterna i andra komplexa föreningar, till exempel K 4.
(Referens. Ett ämne med formeln HCN är blåvätesyra. Salter av cyanvätesyra kallas cyanider.)
Det komplexbildande medlet är järnjonen Fe 2+, liganderna är cyanidjoner CN –, koordinationstalet är sex. Allt som står inom hakparenteser är den inre sfären. Kaliumjoner bildar den yttre sfären av den komplexa föreningen.
Naturen för bindningen mellan den centrala jonen (atomen) och liganderna kan vara tvåfaldig. Å ena sidan beror kopplingen på krafterna från elektrostatisk attraktion. Å andra sidan, mellan den centrala atomen och liganderna en bindning kan bildas av en donator-acceptormekanism, liknande ammoniumjonen. I många komplexa föreningar beror bindningen mellan den centrala jonen (atomen) och liganderna på både krafterna av elektrostatisk attraktion och bindningen som bildas på grund av de ensamma elektronparen av komplexbildaren och ligandernas fria orbitaler.
Komplexa föreningar med en yttre sfär är starka elektrolyter och dissocierar i vattenlösningar nästan fullständigt till den komplexa jonen och jonerna yttre sfär. Till exempel:
SO 4 2+ + .
Under utbytesreaktioner flyttar komplexa joner från en förening till en annan utan att ändra deras sammansättning:
SO4 + BaCl2 = Cl2 + BaSO4.
Den inre sfären kan ha en positiv, negativ eller noll laddning.
Om laddningen av liganderna kompenserar för laddningen av det komplexbildande medlet, kallas sådana komplexa föreningar neutrala eller icke-elektrolytkomplex: de består endast av det komplexbildande medlet och ligander i den inre sfären.
Ett sådant neutralt komplex är till exempel .
De mest typiska komplexbildande medlen är katjoner d-element.
Ligander kan vara:
a) polära molekyler - NH3, H2O, CO, NO;
b) enkla joner – F – , Cl – , Br – , I – , H – , H + ;
c) komplexa joner – CN –, SCN –, NO 2 –, OH –.
Låt oss betrakta en tabell som visar koordinationsnumren för vissa komplexbildande medel.
Nomenklatur av komplexa föreningar. Anjonen i en förening kallas först och sedan katjonen. När man anger sammansättningen av den inre sfären, kallas anjonerna först och lägger till suffixet - till det latinska namnet. O-, till exempel: Cl – – klor, CN – – cyano, OH – – hydroxo, etc. Hädanefter kallade neutrala ligander och främst ammoniak och dess derivat. I detta fall används följande termer: för samordnad ammoniak - ammin, för vatten – aqua. Antalet ligander anges med grekiska ord: 1 - mono, 2 - di, 3 - tre, 4 - tetra, 5 - penta, 6 - hexa. Sedan går de vidare till namnet på den centrala atomen. Om den centrala atomen är en del av katjonerna, använd då ryskt namn av motsvarande grundämne och ange dess oxidationstillstånd inom parentes (i romerska siffror). Om den centrala atomen finns i anjonen, då använda sig av latinskt namn element, och i slutet lägger de till slutet - på. I fallet med icke-elektrolyter anges inte centralatomens oxidationstillstånd, eftersom det är unikt bestämt från tillståndet av elektrisk neutralitet av komplexet.
Exempel. För att namnge ett komplex Cl 2, bestäm oxidationstillståndet
(SÅ.)
X komplexbildare - Cu-jon X+ :
1 x + 2 (–1) = 0,x = +2, C.O.(Cu) = +2.
Oxidationstillståndet för koboltjonen bestäms på liknande sätt:
y + 2 (–1) + (–1) = 0,y = +3, S.O.(Co) = +3.
Vad är koordinationsnumret för kobolt i denna förening? Hur många molekyler och joner omger den centrala jonen? Koboltens koordinationsnummer är sex.
Namnet på en komplex jon är skrivet i ett ord. Oxidationstillståndet för den centrala atomen anges med en romersk siffra inom parentes. Till exempel:
Cl 2 – tetraammin koppar(II)klorid,
NR 3 –
diklorakvatriaminkobolt(III)nitrat,
K 3 – hexacyanoferrat(III)
kalium,
K 2 – tetraklorplatinat(II)
kalium,
– diklorotetraamminzink,
H 2 – hexaklorotansyra.
Med hjälp av exemplet med flera komplexa föreningar kommer vi att bestämma strukturen för molekyler (komplexbildande jon, dess SO, koordinationsnummer, ligander, inre och yttre sfärer), ge komplexet ett namn och skriva ner ekvationerna för elektrolytisk dissociation.
K 4 – kaliumhexacyanoferrat(II),
K 4 4K + + 4– .
H – tetraklorsyra (bildas när guld löses i aqua regia),
H H++ –.
OH – diamminsilver(I)hydroxid (detta ämne deltar i "silverspegelreaktionen")
OH + + OH – .
Na – tetrahydroxoaluminat natrium,
Na Na ++ – .
Komplexa föreningar inkluderar också många organiska ämnen, i synnerhet de kända produkterna av interaktionen av aminer med vatten och syror. Till exempel metylammoniumkloridsalter och fenylammoniumklorid är komplexa föreningar. Enligt koordinationsteorin har de följande struktur:
Här är kväveatomen ett komplexbildande medel, väteatomerna vid kväve, metyl- och fenylradikalerna är ligander. Tillsammans bildar de den inre sfären. Den yttre sfären innehåller kloridjoner.
Många organiska ämnen som har stor betydelse för organismers liv är komplexa föreningar. Dessa inkluderar hemoglobin, klorofyll, enzymer och etc.
Komplexa föreningar används ofta:
1) i analytisk kemi för bestämning av många joner;
2) för separering av vissa metaller och erhållande av metaller med hög renhet;
3) som färgämnen;
4) att eliminera vattnets hårdhet;
5) som katalysatorer för viktiga biokemiska processer.
II.1. Koncept och definition.
Komplexa föreningar är den mest talrika klassen av oorganiska föreningar. Det är svårt att ge en kort och heltäckande definition av dessa föreningar. Komplexa föreningar kallas också koordinationsföreningar. Koordinationsföreningarnas kemi flätar samman organisk och oorganisk kemi.
Fram till slutet av 1800-talet var studiet av komplexa föreningar rent beskrivande. 1893 skapade den schweiziske kemisten Alfred Werner koordinationsteorin. Dess väsen är som följer: i komplexa föreningar finns det ett regelbundet geometriskt arrangemang av atomer eller grupper av atomer, kallade ligander eller addender, runt en central atom - det komplexbildande medlet.
Således studerar komplex kemi joner och molekyler som består av en central partikel och ligander koordinerade runt den. Den centrala partikeln, ett komplexbildande medel och ligander som är direkt associerade med den bildar komplexets inre sfär. För oorganiska ligander sammanfaller oftast deras antal med koordinationsnumret för den centrala partikeln. Således är koordinationsnumret det totala antalet neutrala molekyler eller joner (ligander) associerade med den centrala atomen i komplexet
Joner som ligger utanför den inre sfären bildar den yttre sfären av den komplexa föreningen. I formler är den inre sfären omgiven av hakparenteser.
K 4 4- - inre sfär eller komplex jon
komplexbildande jonkoordination
De komplexbildande medlen är:
1) positiva metalljoner (vanligtvis d-element): Ag+, Fe 2+, Fe 3+, Cu 2+, Al 3+, Co 3+; etc. (komplexbildande joner).
2) mindre ofta - neutrala metallatomer relaterade till d-element: (Co, Fe, Mn, etc.)
3) några icke-metallatomer med olika positiva oxidationstillstånd - B +3, Si +4, P +5, etc.
Ligander kan vara:
1) negativt laddade joner (OH - , Hal - , CN - cyanogrupp, SCN - tiocyanogrupp, NH 2 - aminogrupp, etc.)
2) polära molekyler: H 2 O (ligandnamnet är "aqua"), NH 3 ("ammin"),
CO ("karbonyl").
Sålunda är komplexa föreningar (koordinationsföreningar) komplexa kemiska föreningar som innehåller komplexa joner bildade av en central atom i ett visst oxidationstillstånd (eller med en viss valens) och associerade ligander.
II.2. Klassificering
I. Genom ligandernas natur:
1. Vattenkomplex (H 2 O)
2. Hydroxokomplex (OH)
3. Aminkomplex (NH3) - ammoniak
4. Syrakomplex (med sura rester - Cl -, SCN -, S 2 O 3 2- och andra)
5. Karbonylkomplex (CO)
6. Komplex med organiska ligander (NH2-CH2-CH2-NH2, etc.)
7. Anjonhalider (Na)
8. Aminokomplex (NH 2)
II. Enligt laddningen av den komplexa jonen:
1. Katjonisk typ - laddningen av den komplexa jonen är positiv
2. Anjontyp - laddningen av den komplexa jonen är negativ.
För att korrekt skriva en komplex förening är det nödvändigt att känna till centralatomens oxidationstillstånd, dess koordinationsnummer, ligandernas natur och komplexjonens laddning.
II.3. Koordinationstalet kan definieras som antalet σ-bindningar mellan neutrala molekyler eller joner (ligander) och den centrala atomen i komplexet.
Värdet på koordinationsnumret bestäms huvudsakligen av storleken, laddningen och strukturen hos det komplexbildande medlets elektronskal. Det vanligaste koordinationstalet är 6. Det är typiskt för följande joner: Fe 2+, Fe 3+, Co 3+, Ni 3+, Pt 4+, Al 3+, Cr 3+, Mn 2+, Sn 4 +.
K3, Na3, Cl3
hexacyanoferrat (III) hexanitrokoboltat (III) hexaaquachrome (III) klorid
kaliumnatrium
Koordinationsnummer 4 finns i 2-laddade joner och i aluminium eller guld: Hg 2+, Cu 2+, Pb 2+, Pt 2+, Au 3+, Al 3+.
(OH)2-tetraamminkoppar(II)hydroxid;
Na 2 – natriumtetrahydroxokuprat (II)
K 2 – kaliumtetrajodomerkurat (II);
H – vätetrakloraurat(III).
Ofta definieras koordinationstalet som två gånger oxidationstillståndet för den komplexbildande jonen: för Hg 2+, Cu 2+, Pb 2+ - koordinationstalet är 4; Ag +, Cu + - har ett koordinationstal på 2.
För att avgöra om objekten är belägna i den inre eller yttre sfären är det nödvändigt att utföra kvalitativa reaktioner. Till exempel kalium K3-hexacyanoferrat(III). Det är känt att järnjonen (+3) bildar mörkrött järntiocyanat (+3) med tiocyanatanjonen.
Fe 3+ +3 NH 4 SCN à Fe (SCN) 3 + 3NH 4 +
När en lösning av ammonium eller kaliumtiocyanat tillsätts till en lösning av kaliumhexacyanoferrat(III), observeras ingen färg. Detta indikerar frånvaron av järnjoner Fe 3+ i lösningen i tillräckliga mängder. Den centrala atomen är ansluten till liganderna genom en kovalent polär bindning (donator-acceptormekanism för bindningsbildning), så jonbytesreaktionen inträffar inte. Tvärtom är de yttre och inre sfärerna förbundna med en jonbindning.
II.4. Strukturen av en komplex jon utifrån den elektroniska strukturen hos det komplexbildande medlet.
Låt oss analysera strukturen av tetraamminkoppar(II)katjonen:
a) elektronisk formel för kopparatomen:
2 8 18 1 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
b) elektronisk formel för Cu 2+ katjonen:
Cu 2+)))) ↓ ↓ ↓ ↓ 4p 0
4s o:NH 3:NH 3: NH 3: NH 3
CuSO4 + 4: NH3 - à SO4
SO 4 à 2+ + SO 4 2-
jonbindning
cov. förbindelse
enligt donator-acceptor-mekanismen.
Övning för oberoende lösning:
Rita strukturen för komplex jon 3- med hjälp av algoritmen:
a) skriv den elektroniska formeln för järnatomen;
b) skriv den elektroniska formeln för järnjonen Fe 3+, ta bort elektroner från 4s undernivå och 1 elektron från 3d undernivå;
c) skriv om den elektroniska formeln för jonen igen, överför elektronerna i 3d-undernivån till ett exciterat tillstånd genom att para ihop dem i cellerna i denna undernivå
d) räkna antalet fria celler på 3d, 4s, 4p - undernivåer
e) placera cyanidanjonerna CN - under dem och rita pilar från jonerna till de tomma cellerna.
II.5. Bestämning av laddningen av komplexbildaren och komplexjonen:
1. Laddningen av den komplexa jonen är lika med laddningen av den yttre sfären med motsatt tecken; han också lika med summan laddning av det komplexbildande medlet och alla ligander.
K2+2+ (-1)4 =x x = -2
2. Laddningen av det komplexbildande medlet är lika med den algebraiska summan av laddningarna av liganderna och den yttre sfären (med motsatt tecken).
Cl x +0·2 +(–1)·2 = 0; x=2-1= +1
SO4x+40-2 = 0x = +2
3. Ju högre laddning av den centrala atomen och ju lägre laddning av liganden, desto högre koordinationstal.
II.6. Nomenklatur.
Det finns flera sätt att namnge komplexa föreningar. Låt oss välja en enklare med valensen (eller oxidationstillståndet) för den centrala atomen
II.6.1. Namn på komplexa föreningar av katjonisk typ:
Komplexa föreningar är av katjonisk typ om laddningen av komplexjonen är positiv.
När du namnger komplexa föreningar:
1) först anropas koordinationsnumret med grekiska prefix (hexa, penta, tre);
2) sedan laddade ligander med tillägg av ändelsen "o";
3) sedan neutrala ligander (utan slutet "o");
4) komplexbildare på ryska i genitiv, dess valens eller oxidationstillstånd indikeras och kallas då en anjon. Ammoniak - liganden kallas "amin" utan "o", vatten - "aqua"
SO4-tetraamminkoppar(II)sulfat;
Cl-diaminsilver(I)klorid;
Cl 3 – hexaiodocobalt (III) klorid;
Cl – oxalatopentaaqua-aluminium(III)klorid
(okalat är en dubbelladdad anjon av oxalsyra);
Cl 3 – hexaakvatisk järn(III)klorid.
II.6.2. Nomenklatur för komplexa föreningar av anjonisk typ.
Katjonen, koordinationsnumret, liganderna och sedan det komplexbildande medlet - den centrala atomen - namnges. Det komplexbildande medlet kallas på latin i nominativfallet med ändelsen "at".
K 3 – kaliumhexafluorferrat(III);
Na 3 – natriumhexanitrokoboltat (III);
NH 4 – ammoniu(I)
Neutralt komplex: – järnpentakarbonyl.
EXEMPEL OCH UPPGIFTER FÖR OBEROENDE LÖSNING
Exempel 1. Klassificera, karakterisera fullständigt och ge namn åt följande komplexa föreningar: a) K 3 –; b) Cl; V).
Lösning och svar:
1) K 3 - 3 joner K + - yttre sfären, dess totala laddning är +3, 3- - inre sfär, dess totala laddning är lika med laddningen av den yttre sfären, taget med motsatt tecken - (3-)
2) En komplex förening av anjonisk typ, eftersom laddningen av den inre sfären är negativ;
3) Den centrala atomen är ett komplexbildande medel - silverjon Ag+
4) Ligander - två dubbelladdade tiosvavelsyrarester H 2 S 2 O 3, tillhör acidokomplex
5) Koordinationsnumret för det komplexbildande medlet i detta fall, som ett undantag, är 4 (två syrarester har 4 valens σ-bindningar utan 4 vätekatjoner);
6) Laddningen av det komplexbildande medlet är +1:
K3: +13 + X + (-2)2 = 0 à X= +1
7) Namn: – kaliumditiosulfatargentat (I).
1) Cl - 1 jon - Cl - - yttre sfär, dess totala laddning är -1, - - inre sfär, dess totala laddning är lika med laddningen av den yttre sfären, taget med motsatt tecken - (3+)
2) En komplex förening av katjonisk typ, eftersom laddningen av den inre sfären är positiv.
3) Den centrala atomen är ett komplexbildande medel - koboltjon Co, beräkna dess laddning:
: X + 0 4 + (-1) 2 = +1 à X = 0 +2 +1 = +3
4) En komplex förening av blandad typ, eftersom den innehåller olika ligander; syrakomplex (Cl - saltsyrarest) och amminkomplex - ammoniak (NH 3 - ammoniakneutral förening)
6) Namn – diklorotetraamminkobolt(III)klorid.
1) - det finns ingen yttre sfär
2) En komplex förening av neutral typ, eftersom laddningen av den inre sfären = 0.
3) Den centrala atomen är ett komplexbildande medel - en volframatom,
dess laddning =0
4) Karbonylkomplex, eftersom liganden är en neutral partikel - karbonyl - CO;
5) Koordinationsnumret för det komplexbildande medlet är 6;
6) Namn: – hexakarbonylvolfram
Uppgift 1. Karakterisera komplexa föreningar:
a) Li3Cr (OH)6]
b) Jag 2
c) [Pt Cl 2 (NH 3) 2 ] och ge dem namn.
Uppgift 2. Namnge de komplexa föreningarna: NO 3,
K3, Na3, H, Fe3 [Cr (CN)6] 2
Kemitest - komplexa föreningar - Brådskande! och fick det bästa svaret
Svar från Nick[guru]
Vissa frågor ställdes felaktigt, till exempel 7,12,27. Därför innehåller svaren varningar.
1. Vilket är koordinationsnumret för det komplexbildande medlet i +2-komplexjonen?
VID 6
2. Vilket är koordinationsnumret för komplexbildaren i komplexjonen 2+?
B) 6
3. Vad är koordinationsnumret för det komplexbildande medlet i den komplexa jonen 2+
B) 4
4. Vad är koordinationstalet för Cu²+ i den komplexa jonen +?
B) 4
5. Vad är koordinationsnumret för det komplexbildande medlet i den komplexa jonen: +4?
B) 6
6. Bestäm laddningen av den centrala jonen i den komplexa föreningen K4
B) +2
7. Vilken laddning har en komplex jon?
B) +2 – om vi antar att det komplexbildande medlet är Cu (II)
8. Bland järnsalterna, identifiera det komplexa saltet:
A) K3
9. Vad är koordinationstalet för Pt4+ i den komplexa 2+-jonen?
A) 4
10. Bestäm laddningen av komplexjonen K2?
B) +2
11. Vilken molekyl motsvarar namnet tetraaminkoppar(II)diklorid?
B) Cl2
12. Vilken laddning har en komplex jon?
D) +3 – om vi antar att det komplexbildande medlet är Cr (III)
13. Bestäm komplexsaltet bland koppar(II)salter:
B) K2
14. Vad är koordinationstalet för Co3+ i den komplexa jonen +?
B) 6
15. Bestäm laddningen av komplexbildaren i komplex förening K3?
D) +3
16. Vilken molekyl motsvarar namnet kaliumtetrajodhydrat (II)?
A) K2
17. Vilken laddning har en komplex jon?
AT 2
18. Bland nickel(II)-salter, identifiera komplexsaltet:
B) SO4
19. Vad är koordinationstalet för Fe3+ i den komplexa jonen -3?
VID 6
20. Bestäm laddningen av komplexbildaren i komplex förening K3?
B) +3
21. Vilken molekyl motsvarar namnet silverdiaminklorid (I)?
B) Cl
22. Vilken laddning har K4-komplexjonen?
B) -4
23. Bland zinksalterna, identifiera komplexsaltet
B) Na2
24. Vad är koordinationstalet för Pd4+ i 4+ komplexjonen?
D) 6
25. Bestäm laddningen av komplexbildaren i komplexföreningen H2?
B) +2
26. Vilken molekyl motsvarar namnet kaliumhexacyanoferrat (II)?
D) K4
27. Vad är laddningen av en komplex jon?
D) -2 – om vi antar att det komplexbildande medlet är Co (II)
27. Identifiera komplexföreningen bland krom(III)föreningar
B) [Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3
28. Vad är koordinationstalet för kobolt (III) i NO3-komplexjonen?
B) 6
29. Bestäm laddningen av komplexbildaren i komplexföreningen Cl2
A) +3
30. Vilken molekyl motsvarar namnet natriumtetrajodopalladat (II)?
D) Na2
Svar från James Bond[nybörjare]
Herregud
Svar från Kattunge...[guru]
Nr 30 sist
Idag har jag arbetat med denna upplysta recension. Om det är användbart för någon, blir jag glad. Om någon inte förstår är det okej.
Ammoniak är komplexa föreningar där ligandernas funktioner utförs av ammoniakmolekylerna NH 3 . Ett mer exakt namn för komplex som innehåller ammoniak i den inre sfären är aminer; emellertid kan NH3-molekyler inte bara vara lokaliserade i ammoniakföreningens inre, utan även i den yttre sfären.
Ammoniumsalter och ammoniakföreningar betraktas vanligtvis som två typer av komplexa föreningar liknande sammansättning och många egenskaper, den första - ammoniak med syror, den andra - ammoniak med salter huvudsakligen tungmetaller.
Ammoniakkomplex erhålls vanligtvis genom att omsätta metallsalter eller hydroxider med ammoniak i vattenhaltiga eller icke-vattenhaltiga lösningar eller genom att behandla samma salter i ett kristallint tillstånd ammoniakgas: Till exempel bildas ammoniakkomplexet av koppar som ett resultat av reaktionen:
Cu 2+ + 4NH3 → 2+
Den kemiska bindningen mellan ammoniakmolekyler och komplexbildaren etableras genom en kväveatom, som fungerar som donator ensamma elektronpar.
Bildandet av aminokomplex i vattenlösningar sker genom sekventiell ersättning av vattenmolekyler i den inre sfären av vattenkomplex till ammoniakmolekyler:
2+ + NH3. H2O2+ + 2 H2O;
2+ + NH3. H2O2+ + 2H2O
Vi bör inte glömma interaktionen mellan ammoniak och saltanjonen. Reaktionen för bildandet av koppartetraammonium från kopparsulfat och en vattenlösning av ammoniak är som följer:
CuSO4 + 2NH3 + 2H2O = Cu(OH)2+ (NH4)2SO4
Cu(OH)2 + 4NH3 = (OH) 2
Ett annat namn för den resulterande föreningen är Schweitzers reagens; i sin rena form är det en explosiv förening, ofta använd som cellulosalösningsmedel och vid framställning av koppar-ammoniumfibrer.
Den mest stabila bland ammoniakkomplex:
3+ (b 6 = 1,6 . 10 35),
-[Cu(NH3)4]2+ (b4 = 7,9 . 10 12),
2+ (b 4 = 4,2. 10 9) och några andra.
Ammoniak förstörs av varje påverkan som tar bort (genom uppvärmning) eller förstör (genom inverkan av ett oxidationsmedel) molekylen ammoniak, omvandla ammoniak i en sur miljö till en ammoniumkatjon (ammoniumkatjonen innehåller inte ensamma elektronpar och kan därför inte fungera som en ligand), eller binder den centrala atomen komplex, till exempel i form av en lätt löslig fällning:
Cl2 = NiCl2 + 6 NH3 ( G)
SO 4 + 6 Br 2 = CuSO 4 + 12 HBr + 2 N 2 ( G)
SO 4 + 3 H 2 SO 4 = NiSO 4 + 3 (NH 4) 2 SO 4
(OH)2 + Na2S + 4H2O = CuS¯ + 2 NaOH + 4 NH3. H2O (4)
Ammoniak skiljer sig både i sammansättning + , 2+ och i stabilitet i vattenlösningar; de används i analytisk kemi för detektion och separering av metalljoner.
Vid uppvärmning (beroende på tryck - från 80 till 140 ºС) och reducerat tryck kan kopparammoniak förlora ammoniak och passera från formen av tetraammonium till diammonium, vilket visas av exemplet med kopparnitratammoniak i experimentellt arbete (2).
Med mer intensiv kemisk nedbrytning kan kopparnitrat sönderdelas till vatten, kväve och koppar. Tabell 1 visar de jämförande egenskaperna för tetraamikatkopparnitrat och ammoniumnitrat.
Bord 1: Jämförande egenskaper tetraammoniumnitrat koppar och ammoniumnitrat (3)
Ämne | Formel | Densitet (g/cm e) | Bildningsvärme (cal/mol) | Nedbrytningsreaktionsekvation | Värme av sönderdelningsreaktion | Gasvolym (l/kg) |
|
kcal/mol | kcal/kg |
||||||
Ammoniumnitrat | NH4NO3 | 1,73 | 87.3 | 2H2O ånga +N2 +1/2O2 | |||
Kopparnitrat tetraammoniumoxid | [Cu(NH3)4] (N03) 2 | 6H2O+3N2+Cul | |||||
Den betydligt större (1,6-1,7 gånger per viktenhet) värmen av termisk nedbrytning av kopparnitrattetraammoniaat jämfört med NH 4 N0 3 antyder att förbrännings- eller explosionsreaktioner kan initieras i dem relativt lätt. Preller (4) studerade 1964 känsligheten och vissa explosiva egenskaper hos koppar (II, kobolt (III) och nickel (II) ammoniak.Det visade sig att dessa föreningar har betydande explosiva egenskaper och deras detonationshastighet är 2400 —3500 m/ sek.
Forskarna studerade även förbränning kopparnitrat tetraammoniumnitrat. Flampunkten för denna förening var 288ºС vid en uppvärmningshastighet av 20 grader/min. Kopparammoniakens förmåga att brinna vid högt blodtryck(inte mindre än 60 atm.). Detta faktum bekräftar återigen den ståndpunkt som lagts fram, enligt vilken varje kemiskt system där en exoterm reaktion kan inträffa kemisk reaktion När lämpliga betingelser väljs, bör den kunna sprida en förbränningsreaktion i den.
Koppar (II) som finns i tetrammin kan reduceras till (I) för att producera monovalent koppardiammonat. Ett exempel på en sådan reaktion är interaktionen av blått koppartetraammonat med kopparspån vid rumstemperatur, lätt omrörning och ingen interaktion med luft. Under reaktionen försvinner den blå färgen.
(OH)2 + Cu = 2(OH)
Kuprodiammonat oxiderar lätt till tetrammin när det interagerar med atmosfäriskt syre.
4(OH) + 2H2O + O2 + 8NH3 = 4(OH)2
Slutsats: Den här typen av arbete borde ha gjorts för länge sedan. Ett enormt lager av kunskap om ammoniakföreningar av tungmetaller, i synnerhet koppar, har berörts, vilket kan vara värt att studera vidare utöver vår utveckling och forskning.
Ett slående exempel på detta är SERGEEVAALEXANDRA ALEXANDROVNAs avhandling om ämnet: « AMMONIATERS PÅVERKAN PÅ FOTOSYNTES, PRODUKTIVITET HOS JORDBRUKSGRÖDOR OCH EFFEKTIVITET AV GÖDSELMEDEL” där fördelarna med att använda tungmetallammoniak som gödningsmedel för att förbättra växternas produktivitet och fotosyntes är grundligt bevisade.
Lista över använd litteratur:
- Material från webbplatsen http://ru.wikipedia.org
- Koppar(II)nitratammoniak Cu(NH3)4(NO3)2 och Cu(NH3)2(NO3)2. Termolys under reducerat tryck. S.S. Dyukarev, I.V. Morozov, L.N. Reshetova, O.V. Guz, I.V. Archangelsky, Yu.M. Korenev, F.M. Spiridonov. Journal of Inorg.Chem. 1999
- Zh 9, 1968 UDC 542.4: 541.49 STUDIE AV FÖRBRÄNNINGSFÖRMÅGA HOS KOPPAR- OCH KOBALTNITRATAMMONIAKAT A. A. Shidlovsky och V. V. Gorbunov
- N. R g e 11 e g, Explosivsto "f., 12, 8, 173 (1964)
- Material från webbplatsen http://www.alhimik.ru. Verktygslåda för studenter (MITHT)
- Masterials från webbplatsen http://chemistry-chemists.com
Kapitel 17. Komplexa anslutningar
17.1. Grundläggande definitioner
I det här kapitlet kommer du att bli bekant med en speciell grupp av komplexa ämnen som kallas omfattande(eller samordning) anslutningar.
För närvarande finns en strikt definition av begreppet " komplex partikel" Nej. Följande definition används vanligtvis.
Till exempel är en hydratiserad kopparjon 2 en komplex partikel, eftersom den faktiskt finns i lösningar och vissa kristallina hydrater, den bildas av Cu 2 -joner och H 2 O-molekyler, vattenmolekyler är verkliga molekyler och Cu 2-joner finns i kristaller av många kopparföreningar. Tvärtom är SO 4 2-jonen inte en komplex partikel, eftersom även om O 2-joner förekommer i kristaller, existerar inte S 6-jonen i kemiska system.
Exempel på andra komplexa partiklar: 2, 3, , 2.
Samtidigt klassificeras NH 4 och H 3 O-joner som komplexa partiklar, även om H-joner inte finns i kemiska system.
Ibland kallas komplexa kemiska partiklar för komplexa partiklar, där alla eller delar av bindningarna bildas enligt donator-acceptor-mekanismen. I de flesta komplexa partiklar är detta fallet, men till exempel i kaliumalun SO 4 i komplex partikel 3 bildas faktiskt bindningen mellan Al- och O-atomerna enligt donator-acceptor-mekanismen, och i den komplexa partikeln finns endast en elektrostatisk (jon-dipol) interaktion. Detta bekräftas av förekomsten i järn-ammoniumalun av en komplex partikel liknande struktur, där endast jon-dipol-interaktion är möjlig mellan vattenmolekyler och NH 4-jonen.
Baserat på deras laddning kan komplexa partiklar vara katjoner, anjoner eller neutrala molekyler. Komplexa föreningar som innehåller sådana partiklar kan tillhöra olika klasser av kemiska ämnen (syror, baser, salter). Exempel: (H 3 O) är en syra, OH är en bas, NH 4 Cl och K 3 är salter.
Typiskt är det komplexbildande medlet en atom av det element som bildar metallen, men det kan också vara en atom av syre, kväve, svavel, jod och andra element som bildar icke-metaller. Oxidationstillståndet för det komplexbildande medlet kan vara positivt, negativt eller noll; när en komplex förening bildas av enklare ämnen förändras den inte.
Ligander kan vara partiklar som före bildandet av en komplex förening var molekyler (H 2 O, CO, NH 3, etc.), anjoner (OH, Cl, PO 4 3, etc.), såväl som en vätekatjon . Skilja på oidentifierad eller monodentate ligander (anslutna till den centrala atomen genom en av deras atomer, det vill säga genom en -bindning), tvåtandad(ansluten till den centrala atomen genom två av deras atomer, det vill säga genom två -bindningar), tretand etc.
Om liganderna är oidenta så är koordinationsnumret lika med antalet sådana ligander.
CN beror på den centrala atomens elektroniska struktur, dess oxidationstillstånd, storleken på den centrala atomen och ligander, förutsättningarna för bildandet av den komplexa föreningen, temperatur och andra faktorer. CN kan ta värden från 2 till 12. Oftast är det sex, något mindre ofta - fyra.
Det finns komplexa partiklar med flera centrala atomer.
Två typer av strukturformler för komplexa partiklar används: indikerar den formella laddningen av den centrala atomen och liganderna, eller indikerar den formella laddningen för hela den komplexa partikeln. Exempel:
För att karakterisera formen på en komplex partikel används begreppet en koordinationspolyeder (polyhedron).
Koordinationspolyedrar inkluderar också en kvadrat (CN = 4), en triangel (CN = 3) och en hantel (CN = 2), även om dessa figurer inte är polyedrar. Exempel på koordinationspolyedrar och komplexa partiklar med motsvarande former för de vanligaste CN-värdena visas i fig. 1.
17.2. Klassificering av komplexa föreningar
Hur kemiska substanser komplexa föreningar delas in i joniska föreningar (de kallas ibland jonisk) och molekylär ( nonjoniska) anslutningar. Jonkomplexföreningar innehåller laddade komplexa partiklar - joner - och är syror, baser eller salter (se § 1). Molekylära komplexa föreningar består av oladdade komplexa partiklar (molekyler), till exempel: eller - att klassificera dem i någon huvudklass av kemiska ämnen är svårt.
De komplexa partiklarna som ingår i komplexa föreningar är ganska olika. Därför används flera klassificeringsfunktioner för att klassificera dem: antalet centrala atomer, typen av ligand, koordinationsnumret och andra.
Beroende på antalet centrala atomer komplexa partiklar delas in i enkärna Och flerkärniga. De centrala atomerna i multinukleära komplexpartiklar kan kopplas till varandra antingen direkt eller genom ligander. I båda fallen bildar de centrala atomerna med ligander en enda inre sfär av den komplexa föreningen:
Baserat på typen av ligander delas komplexa partiklar in i
1) Vattenkomplex det vill säga komplexa partiklar i vilka vattenmolekyler är närvarande som ligander. Katjoniska vattenkomplex m är mer eller mindre stabila, anjoniska vattenkomplex är instabila. Alla kristallhydrater tillhör föreningar som innehåller vattenkomplex, till exempel:
Mg(ClO4) 2. 6H2O är faktiskt (ClO4)2;
BeSO 4. 4H2O är faktiskt SO4;
Zn(BrO3) 2. 6H2O är faktiskt (BrO3)2;
CuSO4. 5H 2 O är faktiskt SO 4. H2O.
2) Hydroxokomplex det vill säga komplexa partiklar i vilka hydroxylgrupper är närvarande som ligander, som var hydroxidjoner innan de kom in i sammansättningen av den komplexa partikeln, till exempel: 2, 3, .
Hydroxokomplex bildas från vattenkomplex som uppvisar egenskaperna hos katjonsyror:
2 + 4OH = 2 + 4H2O
3) Ammoniak, det vill säga komplexa partiklar i vilka NH3-grupper är närvarande som ligander (innan en komplex partikel bildas - ammoniakmolekyler), till exempel: 2, , 3.
Ammoniak kan också erhållas från akvatiska komplex, till exempel:
2 + 4NH3 = 2 + 4 H2O
Färgen på lösningen ändras i detta fall från blå till ultramarin.
4) Syrakomplex det vill säga komplexa partiklar i vilka syrarester av både syrefria och syrehaltiga syror är närvarande som ligander (innan en komplex partikel bildas - anjoner, till exempel: Cl, Br, I, CN, S 2, NO 2, S2O32, CO32, C2O42, etc.).
Exempel på bildandet av syrakomplex:
Hg 2 + 4I = 2
AgBr + 2S2O32 = 3 + Br
Den senare reaktionen används vid fotografering för att avlägsna oreagerad silverbromid från fotografiska material.
(Vid framkallning av fotografisk film och fotografiskt papper reduceras inte den oexponerade delen av silverbromiden som finns i den fotografiska emulsionen av framkallaren. För att ta bort den används denna reaktion (processen kallas "fixering", eftersom den oretagna silverbromiden sönderfaller gradvis i ljuset och förstör bilden)
5) Komplex där väteatomer är liganderna är uppdelade i två helt olika grupper: hydrid komplex och komplex som ingår i kompositionen onium anslutningar.
Under bildandet av hydridkomplex – , , – är centralatomen en elektronacceptor och donatorn är hydridjonen. Oxidationstillståndet för väteatomer i dessa komplex är –1.
I oniumkomplex är den centrala atomen en elektrondonator och acceptorn är en väteatom i +1-oxidationstillståndet. Exempel: H 3 O eller – oxoniumjon, NH 4 eller – ammoniumjon. Dessutom finns det substituerade derivat av sådana joner: – tetrametylammoniumjon, – tetrafenylarsoniumjon, – dietyloxoniumjon, etc.
6) Karbonyl komplex - komplex i vilka CO-grupper finns som ligander (innan komplexet bildas - molekyler av kolmonoxid), till exempel: , , etc.
7) Anjonhalogenater komplex – komplex av typ .
Baserat på typen av ligander särskiljs också andra klasser av komplexa partiklar. Dessutom finns det komplexa partiklar med olika typer av ligander; Det enklaste exemplet är aqua-hydroxo-komplex.
17.3. Grunderna i komplex sammansatt nomenklatur
Formeln för en komplex förening är sammanställd på samma sätt som formeln för vilken jonisk substans som helst: katjonens formel skrivs i första hand och anjonen i andra hand.
Formeln för en komplex partikel skrivs inom hakparenteser i följande ordning: symbolen för det komplexbildande elementet placeras först, sedan formlerna för liganderna som var katjoner före bildandet av komplexet, sedan formlerna för liganderna som var neutrala molekyler före bildningen av komplexet, och efter dem formlerna för liganderna, som var anjoner före bildningen av komplexet.
Namnet på en komplex förening är konstruerad på samma sätt som namnet på valfritt salt eller bas (komplexa syror kallas väte- eller oxoniumsalter). Namnet på föreningen inkluderar namnet på katjonen och namnet på anjonen.
Namnet på den komplexa partikeln inkluderar namnet på det komplexbildande medlet och namnen på liganderna (namnet skrivs i enlighet med formeln, men från höger till vänster. För komplexbildare används de ryska namnen på elementen i katjoner , och latinska i anjoner.
Namn på de vanligaste liganderna:
| H 2 O – aqua | Cl – klor | SO 4 2 – sulfato | OH – hydroxo |
| CO – karbonyl | Br – bromo | CO 3 2 – karbonat | H – hydrido |
| NH 3 – amin | NO 2 – nitro | CN – cyano | NEJ – nitroso |
| NO – nitrosyl | O 2 – oxo | NCS – tiocyanato | H+I – hydro |
Exempel på namn på komplexa katjoner:
Exempel på namn på komplexa anjoner:
2 – tetrahydroxozinkatjon
3 – di(tiosulfat)argentat(I)jon
3 – hexacyanokromat(III)jon
– tetrahydroxodiaquaaluminatjon
– tetranitrodiamminkoboltat(III)jon
3 – pentacyanoakvaferrat(II)jon
Exempel på namn på neutrala komplexa partiklar:
Mer detaljerade nomenklaturregler finns i uppslagsböcker och specialhandböcker.
17.4. Kemiska bindningar i komplexa föreningar och deras struktur
I kristallina komplexföreningar med laddade komplex är bindningen mellan komplexet och jonerna i den yttre sfären jonisk, bindningarna mellan de återstående partiklarna i den yttre sfären är intermolekylära (inklusive väte). I molekylära komplexföreningar är kopplingen mellan komplexen intermolekylär.
I de flesta komplexa partiklar är bindningarna mellan den centrala atomen och liganderna kovalenta. Alla eller delar av dem bildas enligt donator-acceptor-mekanismen (som en konsekvens - med en förändring i formella avgifter). I de minst stabila komplexen (till exempel i vattenkomplex av alkaliska och alkaliska jordartsmetaller, såväl som ammonium), hålls liganderna av elektrostatisk attraktion. Bindning i komplexa partiklar kallas ofta donator-acceptor- eller koordinationsbindning.
Låt oss överväga dess bildande med hjälp av exemplet med järn(II)-akvacation. Denna jon bildas av reaktionen:
FeCl 2cr + 6H2O = 2 + 2Cl
Den elektroniska formeln för järnatomen är 1 s 2 2s 2 2sid 6 3s 2 3sid 6 4s 2 3d 6. Låt oss rita ett diagram över valensundernivåerna för denna atom:
När en dubbelladdad jon bildas förlorar järnatomen två 4 s-elektron:
Järnjonen accepterar sex elektronpar av syreatomer av sex vattenmolekyler till fria valensorbitaler:
En komplex katjon bildas, vars kemiska struktur kan uttryckas med en av följande formler:
Den rumsliga strukturen för denna partikel uttrycks av en av de rumsliga formlerna:
Formen på koordinationspolyedern är oktaeder. Alla Fe-O-bindningar är desamma. Förment sp 3 d 2 - AO-hybridisering av järnatomen. De magnetiska egenskaperna hos komplexet indikerar närvaron av oparade elektroner.
Om FeCl 2 löses i en lösning som innehåller cyanidjoner sker reaktionen
FeCl 2cr + 6CN = 4 + 2Cl.
Samma komplex erhålls genom att tillsätta en lösning av kaliumcyanid KCN till en lösning av FeCl 2:
2 + 6CN = 4 + 6H2O.
Detta tyder på att cyanidkomplexet är starkare än vattenkomplexet. Dessutom indikerar de magnetiska egenskaperna hos cyanidkomplexet frånvaron av oparade elektroner i järnatomen. Allt detta beror på den något annorlunda elektroniska strukturen i detta komplex:
"Starkare" CN-ligander bildar starkare bindningar med järnatomen, energivinsten är tillräcklig för att "bryta" Hunds regel och släppa 3 d-orbitaler för ensamma par av ligander. Den rumsliga strukturen för cyanidkomplexet är densamma som för vattenkomplexet, men typen av hybridisering är annorlunda - d 2 sp 3 .
Ligandens "styrka" beror i första hand på elektrontätheten i molnet av ensamma elektronpar, det vill säga den ökar med minskande atomstorlek, med minskande huvudkvantantal, beror på typen av EO-hybridisering och på några andra faktorer . De viktigaste liganderna kan ordnas i en serie med ökande "styrka" (en sorts "aktivitetsserie" av ligander), denna serie kallas spektrokemisk serie av ligander:
| jag ; Br ; : SCN, Cl, F, OH, H2O; : NCS, NH3; SO 3 S : 2 ; : CN, CO |
För komplex 3 och 3 är bildningsscheman som följer:
|
|
För komplex med CN = 4 är två strukturer möjliga: tetraeder (i fallet sp 3-hybridisering), till exempel, 2, och en platt kvadrat (i fallet dsp 2-hybridisering), till exempel 2.
17.5. Kemiska egenskaper hos komplexa föreningar
Komplexa föreningar kännetecknas i första hand av samma egenskaper som vanliga föreningar av samma klasser (salter, syror, baser).
Om den komplexa föreningen är en syra är det en stark syra, om det är en bas så är det en stark bas. Dessa egenskaper hos komplexa föreningar bestäms endast av närvaron av H 3 O eller OH-joner. Dessutom ingår komplexa syror, baser och salter i vanliga utbytesreaktioner, till exempel:
SO4 + BaCl2 = BaSO4 + Cl2
FeCl3 + K4 = Fe43 + 3KCl
Den sista av dessa reaktioner används som kvalitativ reaktion till Fe3-joner. Den resulterande ultramarinfärgade olösliga substansen kallas "preussisk blå" [systematiskt namn: järn(III)-kaliumhexacyanoferrat(II).
Dessutom kan den komplexa partikeln själv gå in i en reaktion, och ju mer aktiv den är desto mindre stabil är den. Vanligtvis är dessa ligandsubstitutionsreaktioner som förekommer i lösning, till exempel:
2 + 4NH3 = 2 + 4H2O,
samt syra-bas-reaktioner som t.ex
2 + 2H3O = +2H2O
2 + 2OH = + 2H2O
Produkten som bildas i dessa reaktioner, efter isolering och torkning, förvandlas till zinkhydroxid:
Zn(OH)2 + 2H2O
Den sista reaktionen är det enklaste exemplet på nedbrytning av en komplex förening. I detta fall sker det vid rumstemperatur. Andra komplexa föreningar sönderdelas vid upphettning, till exempel:
SO4. H 2 O = CuSO 4 + 4NH 3 + H 2 O (över 300 o C)
4K 3 = 12KNO 2 + 4CoO + 4NO + 8NO 2 (över 200 o C)
K 2 = K 2 ZnO 2 + 2H 2 O (över 100 o C)
För att bedöma möjligheten till en ligandsubstitutionsreaktion kan en spektrokemisk serie användas, styrd av det faktum att starkare ligander tränger undan mindre starka från den inre sfären.
17.6. Isomerism av komplexa föreningar
Isomerism av komplexa föreningar är associerad
1) med möjliga olika arrangemang av ligander och yttre sfärpartiklar,
2) med en annan struktur av den komplexa partikeln själv.
I den första gruppen ingår hydrat(i allmänhet solvat) Och jonisering isomerism, till den andra - rumslig Och optisk.
Hydrat-isomerism är förknippad med möjligheten till olika fördelning av vattenmolekyler i de yttre och inre sfärerna av en komplex förening, till exempel: (röd-brun färg) och Br 2 (blå färg).
Jonisering isomerism är förknippad med möjligheten av olika fördelningar av joner i de yttre och inre sfärerna, till exempel: SO 4 (lila) och Br (röd). Den första av dessa föreningar bildar en fällning genom att reagera med en lösning av bariumklorid, och den andra med en lösning av silvernitrat.
Rumslig (geometrisk) isomerism, annars kallad cis-trans-isomerism, är karakteristisk för kvadratiska och oktaedriska komplex (omöjligt för tetraedriska sådana). Exempel: cis-trans-isomerism av ett kvadratiskt komplex
Optisk (spegel)isomerism skiljer sig i huvudsak inte från optisk isomerism inom organisk kemi och är karakteristisk för tetraedriska och oktaedriska komplex (omöjligt för kvadratiska).
