Комплексные соединения. Строение и номенклатура комплексных соединенийСтроение 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.
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:
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(Н 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.
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; - в качестве катализаторов важных биохимических процессов.
|
