Основные типы комплексных соединений
Комплексные соединения могут быть самими разнообразными, в состав внутренней сферы могут входить ионы, нейтральные молекулы, а также те и другие вместе. К важнейшим группам комплексных соединений относят аквакомплексы, аммиакаты, ацидокомплексы, гидроксокомплексы и соединения смешанного типа.
Аквакомплексы - комплексные соединения, в которых лигандами являются только молекулы воды. В воде ионы металлов существуют в гидратированном состоянии. Это подтверждается изменением окраски при растворении веществ. Например, безводный сульфат меди CuSO4 в кристаллическом состоянии - белое вещество, а его раствор за счет образования аквакомплекса [Cu(H2O)4]2+ окрашен в синий цвет. Аквакомплексы бывают настолько прочны, что при кристаллизации из водных растворов образуют кристаллогидраты. Так, сульфат меди и хлорид кобальта кристаллизуются в виде соединений: [Cu(H2O)4]SO4 ∙H2O; [Co(H2O)6]Cl2. Однако не всегда имеются точные данные о расположении молекул воды в кристаллогидратах, поэтому в формулах кристаллогидратов молекулы воды принято записывать через точку: CuSO4 ∙5H2O; Na2SO4 ∙10H2O.
Аммиакаты - комплексные соединения, в которых лигандами являются только молекулы аммиака. К наиболее устойчивым аммиакатам относятся гексаммины, образованные d -элементами со степенью окисления 4+ и 3+. Менее устойчивые гексаммины образуют d -элементы со степенью окисления 2+ : Zn(II), Cd(II), Со(II), Ni(II) и др. Они образуют устойчивые тетраммины. Комплексных ионов диамминового типа немного. Наиболее изучены из них [Ag(NH3)2]+ и [Cu(NH3)2]+. Аммиакаты железа, алюминия и некоторых других металлов неустойчивы и в водных растворах разрушаются, превращаясь в аквакомплексы.
Ацидокомплексы – комплексные соединения, в которых лигандами являются только кислотные остатки. Ацидокомплексы с координационным числом 6 образуют главным образом металлы со степенью окисления 3+ и 4+, а также металлы и неметаллы со степенью окисления 5+, например: [Co(NO2)6]3–; [PtCl6]2–; [PF6]–.
Гидроксокомплексы – комплексные соединения, в которых лигандами являются только гидроксид-ионы. Такие комплексы образуются при взаимодействии амфотерных гидроксидов со щелочами. Гидроксокомплексы с координационным числом 6 образуют главным образом амфотерные металлы со степенью окисления 3+ и 4+, например: [Cr(OH)6]3–; [Sn(OH)6]2–.
Амфотерные металлы со степенью окисления 2+ (реже 3+) образуют преимущественно комплексы с координационным числом 4. Примером таких соединений могут служить следующие комплексы: [Be(OH)4]2–; [Zn(OH)4]2–.
Соединения смешанного типа имеют во внутренней сфере лиганды различных видов. Эти соединения получают путем последовательного замещения одних лигандов другими, например: [PtCl(NH3)3]Cl; [PtCl2(NH3)2].
Получение комплексных соединений
Для получения комплексных соединений чаще всего используют три основных типа реакций.
1. Реакции присоединения лигандов
;
.
2. Реакции замещения лигандов
;
.
3. Окислительно-восстановительные реакции
;
.
Лабораторная работа
Опыт 1. Получение соединения с комплексным анионом
В пробирку прилить по 1 мл концентрированных растворов хлорида кобальта(II)и роданида аммония. Образуется комплексный анион кобальта, окрашивающий раствор в сине-фиолетовый цвет. Написать молекулярное и ионное уравнения реакций образования комплексного соединения кобальта (координационное число кобальта равно 4, лигандами являются роданид-ионы). Назвать комплексное соединение.
Опыт 2. Получение соединения с комплексным катионом
В пробирку налить 1 мл 2н. раствора сульфата меди (II). Добавить по каплям при перемешивании концентрированный раствор аммиака. Выпадает зеленовато-голубой осадок гидроксосульфата меди(II). К полученному осадку добавить раствор аммиака до полного растворения основной соли. Образуется комплексное основание меди (II) синего цвета. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций образования гидроксосульфата меди (II) и комплексного соединения меди (координационное число меди равно 4). Назвать комплексное соединение.
Опыт 3. Получение соединения, содержащего комплексный катион и комплексный анион
В пробирку с 1 мл 0,5н. раствора гексациано- (II) феррата калия прилить 1 мл 0,5н. раствора сульфата никеля (II). Образуется осадок гексациано-(II) феррата никеля (II). К полученному осадку добавить концентрированный раствор аммиака. Осадок растворяется, а затем начинают выпадать кристаллы соединения [Ni(NH3)6]2[Fe(CN)6]. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций получения гексациано-(II) феррата никеля и взаимодействия его с аммиаком. Назвать полученное соединение.
Опыт 4. Диссоциация двойных солей
В три пробирки прилить по 1 мл 0,5 н. раствора железоаммонийных квасцов NH4Fe(SO4)2. В первую пробирку добавить несколько капель 0,5 н. раствора роданида аммония, во вторую - несколько капель концентрированного раствора гидроксида натрия и слегка подогреть (по запаху определить выделяющийся газ), в третью - 1 мл 0,5 н. раствора хлорида бария. Составить молекулярные и ионные уравнения происходящих реакций. Какие ионы обнаружены в растворе? Сделать вывод об устойчивости двойных солей в растворе.
Опыт 5. Прочность комплексных ионов
В две пробирки прилить по 1 мл 0,5 н. раствора гексациано - (III) феррата калия. В одну пробирку добавить равный объём 0,,5 н. раствора роданида аммония, в другую – раствора гидроксида натрия. Объяснить, почему гексациано- (III) феррата калия, являясь производным железа (III), не дает характерных для иона Fе3+ реакций. Составить уравнение первичной диссоциации гексациано- (III) феррата калия в водном растворе. Есть ли различие в диссоциации двойных солей и комплексных соединений?
Опыт 6. Сравнение прочности комплексных ионов серебра.
В пробирку прилить 2 мл 0,1 н. раствора нитрата серебра, добавить 2мл 0,1 н. раствора хлорида натрия. Содержимое пробирки взболтать и разделить на две части. В одну пробирку добавить концентрированный раствор аммиака, а в другую - 0,5 н. раствор тиосульфата натрия Na2S2O3 до растворения осадков вследствие образования комплексных ионов серебра. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций получения хлорида серебра и его взаимодействия с аммиаком и тиосульфатом натрия. Добавить в обе пробирки по 1 мл 0,5 н. раствора бромида калия. В какой пробирке выпадает осадок бромида серебра? Написать молекулярные и ионные уравнения реакций разрушения комплексного соединения серебра бромидом калия. Сделать вывод о сравнительной прочности аммиачного и тиосульфатного комплексных ионов серебра.
Опыт 7. Окисление гексациано - (II) феррата калия
В пробирку налить 1 мл 0,1 н. раствора перманганата калия, 3-4 капли 2 н. раствора серной кислоты и по капле добавить 0,5 н. раствор гексациано - (II) феррата калия. Наблюдать обесцвечивание раствора перманганата калия за счет окисления иона [Fe(CN)6]4- до [Fe(CN)6]3- и восстановление перманганат – иона. Написать уравнение окислительно-восстановительной реакции, составить электронные или электронно-ионные уравнения полуреакций и подобрать коэффициенты.
Опыт 8. Восстановление гексациано - (III) феррата калия
В пробирку прилить 1 мл 0,1 н. раствора иодида калия, 3-4 капли 2 н. раствора серной кислоты и по каплям добавить 0,5 н. раствор гексациано-(III) феррата калия. Наблюдать окрашивание раствора за счет выделения свободного иода. Доказать образование свободного иода добавлением в раствор нескольких капель крахмального клейстера. Написать уравнение окислительно-восстановительной реакции, составить электронные или электронно-ионные уравнения полуреакций и подобрать коэффициенты.
Федеральное агенство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»