3.3 Химическая связь

Атомы подавляющего большинства химических элементов существуют не в изолированном состоянии, а в виде молекул, ионов, свободных радикалов или входят в состав кристаллических решеток, образуемых совокупностью атомов.

В образовании химической связи определяющую роль играют электроны внешнего энергетического уровня (валентные электроны). При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (октет) или двух электронную (дуплет) конфигурацию наружного слоя. Подобные структуры могут реализоваться различными способами, поэтому химическую связь разделяют на несколько типов.

Ковалентная связь между атомами описывается методами валентных связей (ВС) или молекулярных орбиталей (МО). Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Ионная связь – это электростатическое взаимодействие между ионами с зарядами противоположного знака. Этот тип связи возможен между атомами типичных металлов и типичных неметаллов.

Особый характер взаимодействия, характерен для металлической и водородной связи.

Следует также оценивать вид и величину энергии межмолекулярного взаимодействия, типы кристаллических решеток и химических связей, обуславливающих их существование.

Контрольные задания:

21. Используя метод валентных связей, опишите образование и пространственную форму молекулы CF_4.

22. Используя метод валентных связей, опишите образование и пространственную форму молекулы NH₃ и иона NH₄⁺.

23. Используя метод валентных связей, опишите образование и пространственную форму молекулы BF₃ и иона BF .

24. Какие валентности могут проявлять в соединениях: а) Be; б) F;

в) Cl? Почему?

25. Какие валентности могут проявлять в соединениях: а) Al; б) O; в) Sе? Почему?

26. На основе метода молекулярных орбиталей объясните парамагнетизм молекулы кислорода.

27. На основе метода валентных связей и молекулярных орбиталей объясните почему энергия диссоциации O₂ выше, чем F₂.

28. Какая из частиц NO⁺, NO, NO^- характеризуется наименьшей длиной связи?

29. Описать электронное строение молекулы CO с позиций методов ВС и МО.

30. Сравнить способы образования химической связи в молекуле NH₃, ионе NH _. Может ли существовать ион NH ?

3.4 Комплексные соединения

Комплексными называются соединения, содержащие комплексные ионы, способные самостоятельно существовать в растворах. В структуре комплексных соединений различают координационную (внутреннюю) сферу – группировку, состоящую из центральной частицы – комплексообразователя и окружающих его лигандов.

В формулах комплексных соединений координационная сфера обозначается квадратными скобками. Число лигандов, располагающихся вокруг комплексообразователя, называется координационным числом. Ионы, находящиеся за пределом внутренней сферы, образуют внешнюю сферу комплекса.

Комплексообразование особенно характерно для ионов переходных металлов, в частности, для ионов Cu²⁺, Ag⁺, Au³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ и др.

Лигандами в комплексных соединениях часто бывают ионы галогенов, CN^–, SCN^–, , OH^–, , , а также нейтральные молекулы, например, H₂O, NH₃.

Координационное число (К.Ч.) определяется зарядом и размерами комплексообразователя и лигандов.

Заряд комплексообразователя	Координационное число
А+	2
А2+	4 или 6
А3+	6
А4+	6

Строение комплексных соединений рассмотрим на примере Na[Cr(NH₃)₂Cl₄].

Комплексообразователь лиганды    Na[Cr(NH3)2Cl4]   внешняя сфера комплексный ион

Заряд комплексного иона равен сумме зарядов комплексообразователя и лигандов. В зависимости от знака заряда комплексного иона различают комплексы:

а) катионные - [Сu(NH₃)₄]Cl₂, [Cr(H₂O)₆](NO₃)₃ и т.п.;

б) анионные - Na[Cu(NH₃)Cl₃], К₄[Fe(CN)₆] и т.п.;

в) нейтральные - [Zn(NH₃)₂Cl₂], [Pt(NH₃)₂Cl₂].

Связь между комплексообразователем и лигандами – донорно-акцеп-торная, а между внутренней и внешней сферами – ионная, поэтому комплексные соединения в растворах диссоциируют на комплексные ионы и ионы внешней сферы. Нейтральные комплексы являются неэлектролитами.

Например: [ Cr(NH₃)₄Cl₂]Cl  [Cr(NH₃)₄Cl₂]⁺ +Cl^¯ .

Устойчивость комплексных ионов неодинакова и определяется величиной константы нестойкости (К_н):

Cr(NH₃)₄Cl₂]⁺ Cr³⁺ + 4 NH₃⁰ + 2Cl^¯,

.

Чем меньше значение К_нест., тем более устойчив комплексный ион.

От комплексных солей следует отличать двойные соли, которые в водном растворе диссоциируют на все виды ионов, входящих в их состав.

Примеры:

КАl(SO₄)₂·12H₂O ⇄ K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2- + 12H₂O,

(квасцы)

КMgCl₃ 6H₂O ⇄ K⁺ + Mg²⁺ + 3Cl^- + 6H₂O.

(карналлит)

Названия комплексных соединений образуются аналогично названиям обычных солей с той лишь разницей, что указываются лиганды и степень окисления комплексообразователя. Молекулы Н₂О и NH₃ называются соответственно «акво» и «аммин».

Примеры:

K₂[PtCl₆ - гексахлороплатинат (IV) калия;

Cr(H₂O)₆ Cl₃ - хлорид гексааквохрома (III);

[Pt(NH₃)₂Cl₂] – дихлордиамминплатина (II);

K₂[Zn(OH)₄] – тетрагидроксоцинкат калия.

Контрольные задания:

31. На какие ионы в водных растворах полностью диссоциируют комплексные соединения, состав которых выражается следующими молекулярными формулами: CoCl₃4NH₃H₂O; Cr(NO₂)₃5NH₃H₂O; CrBr₃2NH₃KBr.

32. Известно, что из раствора комплексной соли СоCl₃6NH₃ нитрат серебра осаждает весь хлор, а из раствора CoCl₃5NH₃ только 2/3 хлора. Написать координационные формулы этих солей и уравнения их диссоциации.

33. Какое основание является более сильным: [Cu(NH₃)₄](OH)₂ или Cu(OH)₂? Ответ мотивируйте.

34.Определить величину и знак заряда комплексных ионов. Составить формулы комплексных соединений с приведенными комплексными ионами:

[Cr³⁺(H₂O)₄Cl₂]^?; [Cr³⁺(NH₃)₅Cl]^?; [Bi³⁺I₄]^?; [Co³⁺(NH₃)₂(NO₂)₄]^?.

35. Из сочетания частиц Cu²⁺, NO₃^-, NH₃ составить формулы возможных комплексных ионов. Определить заряд комплексного иона.

36. Назовите следующие комплексные соединения: K₄[Fe(CN)₆], K₂[Co(NH₃)₂(NO₂)₄], [Pb(NH₃)₃Cl]Cl. Приведите уравнения их первичной диссоциации в растворе.

37. Приведите уравнения первичной диссоциации комплексных ионов следующих соединений: хлорид гексааминокобальта (III); трифторгидроксобериллат магния.

38. Приведите уравнения первичной диссоциации комплексных ионов следующих соединений: нитрат диакватетраамин никеля (II), тетрагидроксоцинкат натрия.

39. Составьте координационные формулы солей, отвечающих составу СoBrSO₄ · 5NH_3. Как диссоциируют эти соли в растворе? Координационное число равно шести.

40. Составьте координационные формулы солей, отвечающих составу СoСlSO₄·3NH₃ ·2H₂O_. Как диссоциируют эти соли в растворе? Координационное число равно шести.