7. Комплексные соединения

Комплексными соединениями называются определенные химические соединения, образованные сочетанием отдельных компонентов и представляющие собой сложные ионы или молекулы, способные к существованию как в кристаллическом, так и в растворенном состоянии.

В молекуле комплексного соединения различают комплексообразователь (центральный атом) – обычно положительно заряженный ион металла (реже неметалла), вокруг которого расположены (координированы) отрицательно заряженные ионы или нейтральные молекулы, называемые лигандами. Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сфе­ру комплексного соединения. Общее число -связей, образуемых комплексообразователем с лигандами, называется координационным числом. Координационное число показывает число мест вокруг комплексообразователя, на которых могут размещаться лиганды.

Теория метода валентных связей рассматривает образование комплексных ионов при донорно-акцепторном взаимодействии неподеленных электронных пар лигандов и свободных орбиталей комплексообразователя.

Различают моно-, ди- и более дентатные лиганды (полидентатные). Монодентатными называются лиганды, занимающие одно координационное место. К ним относятся одноатомные ионы O^–2, S^2–, Cl^–, Br^–, I^– и более сложные: CN^–, SCN^–, NO₂^–, а также нейтральные лиганды H₂O, NH₃ и многие другие. Примерами дидентных лигандов могут служить оксалат ион C₂O₄^2–, сульфат ион SO₄^2– и некоторые другие.

За пределами внутренней сферы комплексного соединения находится его внешняя сфера. Ионы внешней сферы связаны с комплексным ионом в основном электростатическими силами и в растворах легко отщепляются подобно ионам сильных электролитов (первичная диссоциация комплексного соединения). Диссоциация внутренней сферы осуществляется в незна­чительной степени, ступенчато и характеризуется константой нестойкости К_н (вторичная диссоциация).

При составлении названий комплексных соединений надо пользо­ваться следующими правилами.

1. Первым в именительном падеже называют анион, а потом в родительном - катион, независимо от того, который из них комплексный.

2. Перечисляют в порядке увеличения их сложности: лиганды-анионы, лиганды-молекулы, лиганды-катионы, а затем указывают центральный атом (ц.а.). Если ц.а. входит в состав комплексного катиона, то используют русское название элемента, в скобках римской цифрой указывают степень его окисления. Если ц.а. входит в состав комплексного аниона, используют латинское название элемента с суффиксом - ат, после него римской цифрой в скобках обозначают степень окисления.

3. К названиям лигандов-анионов прибавляют суффикс "о" (С1^– - хлоро, CSN^– - тиоциано). Нейтральные лиганды суффикса "о" не имеют (H₂O -аква, NН₃^–аммин, СО - карбонил).

Примеры составления задач и их решение

Задача 915

Определить степень окисления и координационное число комплексо­бразователя в комплексном соединении [CrBr(NH₃)₄(H₂O)]Cl₂. Напи­сать уравнение первичной диссоциации комплексного соеди­нения. Определить гибридные орбитали и пространственную структуру комплексного иона. Назвать комплекс.

Решение:

Комплексообразователем является хром. По внешней сфере определяем заряд комплексного иона [CrBr(NH₃)₄(H₂O)]²⁺. Зная заряд комплексного иона, определяем степень окисления комп­лексообразователя [CrBr(NH₃)₄(H₂O)]²⁺:

X + (-1) = +2,

X = 3.

Следовательно, степень окисления хрома равна трем (III).

Лигандами являются ион Вг^– и нейтральные молекулы NН₃, Н₂O . Все лиганды монодентантные. Координационное число равно количеству лигандов, т.е. шести.

В растворах комплексные соединения подвергаются диссоциации с отщеплением внешней сферы по типу диссоциаций сильных электролитов (первичная диссоциация):

[CrBr(NH₃)₄(H₂O)]Cl₂ = [СrВг(NН₃)₄(Н₂O)]²⁺ + 2Сl^-.

Изобразим электронно-графическую формулу иона Сr³⁺:

3d³ 4s⁰ 4р⁰

Cr³⁺ ….3d³4s⁰4p⁰ .

В образовании связей с лигандами участвуют свободные орбитали 3d, 4s и 4р: происходит d²sp³ – гибридизация:

d²sp³ - гибридизация

Cr³⁺ + Br^- +4NH₃ + H₂O

Br^– NH₃ NH₃ NH₃ NH₃ H₂O

[CrBr(NH₃)₄(H₂O)]²⁺

Пространственная структура иона [CrBr(NH₃)₄(H₂O)]²⁺ – октаэдр.

Комплексное соединение [CrBr(NH₃)₄(H₂O)]Cl₂ называется хлорид акватетраам­минбромохрома (III).

При выполнении заданий рекомендуется использовать методические указания [10].

В задачах 907–921 указать для перечисленных ниже комплексных соединений комплексообразователь, координационное число, степень окисления комплексообразователя. Написать уравнения первичной дис­социации комплексных соединений. Определить гибридные орбитали и пространственную структуру комплексных ионов. Назвать комплексы

№ задачи	Комплексное соединение	№ задачи	Комплексное соединение
907 908 910 911 912 913 914	К3[Со(NО2)6] [PdCl(NH3)2H2O]Cl Ba[Cu(CN)2(SCN)2] [PdCl2(CO3)(NH3)2] [Co(CN)(H2O) NH3)2]Cl2 K4[Mo(CN)8(H2O)2] K3[Ag(S2O3)2]	915 916 917 918 919 920 921	[СrВr(NН3)4Н2O]Сl2 H[Co(CN)4(H2O)2] [CoSO4(NH3)4]NO3 (NH4)2[PtCl4(OH)2] [Co(NO2)2(NO3)(NH3)3] Na2[PtCI2(CN)4] [Сu(NН3)4]SO4

В задачах 922–937 написать формулы комплексных соединений, указать комплексообразователь, координационное число, степень окисления комплексообразователя. Составить уравнения первичной диссоциации комплексных соединений. Определить гибридные орбитали и пространственную структуру комплексных ионов

№ задачи

Комплексное соединение

922 923 924 925 926 927 928 929 930 931 932 933 934 935 936 937

Бромид цианоакватетрааммин кобальта (III) Нитрат гидроксоаквадиамминплатины (II) Хлорид нитрохлоротетраплатины (IV) Дицианоаргентат (I) калия Гексацианоферрат (II) калия Тринитротриамминкобальт Тетрагидроксоцинкат калия Нитрат тиоцианопентаамминкобальта (Ш) Тетрацианоплатинат (II) калия Бромид аквахлородиамминпалладия (II) Дигидроксотетрахлорплатинат (IV) аммония Хлорид гексаамминникеля (II) Гексанитрокобальтат (III) натрия Тетрахлороаурат (I) калия Пентакарбонилжелезо Гидроксид тетрацианоникеля (II)