Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Комплексные соединения.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
352.77 Кб
Скачать

Природа химической связи в комплексных соединениях

Координационная теория А. Вернера (1898-1903)

1. Внутренняя координационная сфера [ ]: центральный атом соединен с лигандами дативными связями.

Внешняя сфера имеет противоположный заряд по отношению к центральному атому и соединяется с внутренней сферой по ионному механизму.

2. Внутренняя сфера может быть:

- нейтральной частицей, например, [Cr(CO)6] или [B(NH3)F3], и тогда у комплекса нет внешней сферы;

- катионом, [Ni(NH3)6]2+ или [Cu(H2O)4]2+;

- анионом, [Mn(NO2)4]2-, [Fe (CN)6]4-, [PtCl6]2-.

3. Внешняя сфера может быть:

- простым ионом - катионом (К+, Н+, Na+) или анионом (Cl-, OH-, SO42-);

- полярной молекулой (Н2О, NH3);

- сложным ионом. Тогда две внутренние сферы связаны по ионному механизму: [Cu(NH3)4][PtCl6].

4. Во внутренней сфере главная частица - комплексообразователь, которая координирует вокруг себя другие ионы, атомы или молекулы - лиганды.

Комплексообразователь:

– чаще катион или нейтральный атом d-Me и f-Me: Fe, Сr, Mn, Mo, Zn, Cu, Os, Ru, Pt;

- реже - р-элемент – металл или неметалл в положительной степени окисления: Al3+, Sn2+, Sn3+, Pb2+, Pb4+, В (+3), Si (+4), P (+5), S (+6), I (+7);

- очень редко – атом неметалла в отрицательной степени окисления: Se (-2), I (-1);

- совсем редко - нейтральная молекула: I2, H2O, NH2.

5. Количество связей, образуемых комплексообразователем с лигандами, - координационное число комплексообразователя (к.ч.).

Координационное число (к.ч.) иона-комплексообразователя равно удвоенному значению заряда этого иона:

к.ч.(Ag+) = 2, к.ч. (Cu2+) = 4, к.ч. (Fe3+) = 6.

Наиболее распространены комплексы с к. ч. 4 и 6, реже – 2, совсем редко - 8 и 12.

6. Лигандами могут быть:

- ионы противоположного знака (анионы NO3, Cl, OH, CN, SCN или катионы Н+, NH4+);

- нейтральные молекулы (CO, NH3, H2O);

- иногда сложные органические молекулы (этилендиамин (NH2)2C2H4).

В одном комплексном соединении могут размещаться несколько одинаковых или различных лигандов.

7. Лиганд

- монодентатный - одна связь с комплексообразователем: ОН-; Cl-;

- полидентатный - несколько связей с комплексообразователем: би- (SO42-), три-(PO43-), очень редко тетра-. Соединения с полидентатными лигандами формируют замкнутые циклы, как правило, без внешней сферы – хелаты;

- амбидентатный - связи с комплексообразователем через разные атомы: NCSчерез атом азота – роданидные комплексы [Fe(NCS)6]3– , через атом серы – тиоцианатные комплексы [Cu(SCN)4]2–;

- мостиковый - связывает разные комплексообразователи. Комплекс - полиядерный или кластер: [(СО)5Mn–Mn(CO)5] или [(СО)4Со–Со(CO)4]:

СО

/ \

(СО)3Со – Со(СО)3 .

\ /

СО

Механизм образования связей в комплексных соединениях

1). Теория Лайнуса Полинга (1947г): донорно-акцепторное взаимодействие свободных орбиталей комплексообразователя и не поделенных пар электронов лигандов.

NH3 + BF3 = [B(NH3)F3]

Н F H F

/ | \ /

Н – N: + □B – F → [H–N–B–F].

\ | / \

Н F H F

или

Сu+ + 2NH3 → [Cu(NH3)2]+

Н H H H

| | | |

Н – N: + □Cu+  + :N – H → [H – N – Cu – N – H]+.

| | | |

Н H H H

2 ). Теория валентных связей: электронные пары связи лигандов занимают свободные гибридные орбитали комплексообразователя.

Zn2+ + 4:NH3 = [Zn(NH3)4]2+

ион Zn2+: …3d104s04p0. Эти вакансии и займут не поделённые электронные пары 4-х атомов азота молекул аммиака, образовав общую электронную систему:

3d10 | 4s2| 4p6

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

В системе с sp3-гибридизацией ЦА комплекс имеет тетраэдрическое строение и диамагнитен (отсутствуют не спаренные электроны):

NH3

º

NH3 •Zn

H3Nº ºNH3

В анионе гексафтороплюмбата (4) [PbF6]2- катион Pb4+ (5d66s06p06d0) и 6 анионов F (2s22p6).

Взаимодействуют 2рx электронные пары 6F с вакантными 6spd –орбиталями катиона Pb4+, образуются 6 ковалентных связей по донорно-акцепторному механизму:

5d6 | 6s2| 6p6 | 6d2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

При sp3d2 -гибридизации ЦА комплекс - октаэдрическая пространственная структура и парамагнитен (имеются не спаренные электроны):

F F F F

F F \ | /

F Pb F либо в схематичном виде [ Pb ]2–.

/ | \

F F F F

3). Теория молекулярных орбиталей: взаимодействуют АО ЦА с АО лигандов, образуются МО.

РПрямая соединительная линия 768 Прямая соединительная линия 816 P 3Н+Н+

σПрямая соединительная линия 767 *s

ЕПрямая соединительная линия 675 Прямая соединительная линия 766 Прямая соединительная линия 765 Е

σ Прямая соединительная линия 655 Прямая соединительная линия 631 Прямая соединительная линия 630 Прямая соединительная линия 632 Прямая соединительная линия 607 Прямая соединительная линия 608 *sp σ*sp

Прямая соединительная линия 531 Правая фигурная скобка 533 Прямая соединительная линия 555 σ*sp

3 Прямая соединительная линия 508 р ●

Прямая соединительная линия 421 Прямая соединительная линия 527

3Прямая соединительная линия 2110 Прямая соединительная линия 2111 s ●●

Прямая соединительная линия 2107 Прямая соединительная линия 2106 Левая фигурная скобка 2109 Прямая соединительная линия 2101

Прямая соединительная линия 2103 Прямая соединительная линия 2102 Прямая соединительная линия 2108 1s

Прямая соединительная линия 2098 Прямая соединительная линия 2105

Прямая соединительная линия 2099 Прямая соединительная линия 2100

Прямая соединительная линия 2097 ●σsp●● ●●σsp

Прямая соединительная линия 2094 ● σs

АО МО АО

Рис. 1. Энергетическая диаграмма иона фосфония [PH4]+.

EiH = 13,6 эВ; EiР = 10,49 эВ - смещение уровней Е;

ЭО(Р) = 2,1; ЭО(Н) = 2,1; ΔЭО = 0 - неполярные связи.

Всего МО – 13, в т.ч. МОсв – 4, МО* - 4, МО0 – 5.

Строение – правильный тетраэдр.

4). Теория кристаллического поля или теория поля лигандов (Г. Хунд, 1964):

Все лиганды располагаются вокруг комплексообразователя в вершинах правильных многогранников в виде точечных отрицательных зарядов и создают электростатическое поле. Оно взаимодействует с ЦА по механизму ионной связи.

Но d–подуровни комплексообразователя расщепляются под действием поля лигандов, что изменяет свойства комплекса.