13. Химическая связь в комплексных соединениях. Пространственное строение комплексных ионов.

Химическая связь в комплексных соединениях по методу валентных связей

Согласно методу валентных связей (ВС) между комплексообразователем и лигандами возникает ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму.

Рассмотрим образование комплексного соединения из   и аммиака NH₃:

  

Электронная формула иона цинка

:  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s⁰4p⁰

Ион цинка имеет свободные атомные орбитали 4s и 4p и является акцептором. Атомные орбитали неравноценны и подвергаются гибридизации, с образованием четырех равноценных гибридных орбиталей.

У атома азота в молекуле аммиака имеется неподеленная пара электронов, и он служит донором:

:N-H.

При их взаимодействии Zn²⁺ и 4NH₃ образуется комплексный ион [Zn(NH₃)₄]²⁺. Так как, атомные орбитали цинка подвергались sp³-гибридизации, то комплексный ион будет иметь тетраэдрическое строение.

При образовании донорно-акцепторной связи в комплексах могут использоваться: s-, p-, d- орбитали. Если гибридизации подвергаются s- и p- орбитали, то наблюдается sp-гибридизация, которая приводит к образованию линейной структуры комплекса с координационным числом комплексообразователя равным 2. - [Ag(NH₃)₂]⁺. Если у комплексообразователя участвуют в гибридизации s и 2р атомные орбитали (sp²-гибридизация), то образуется плоская треугольная структура комплекса. При sp²d – гибридизации структура образующегося комплекса – квадратная, координационное число равно 4. При sp³d² – гибридизации структура комплекса октаэдрическая, координационное число равно 6 и т.п.

Метод ВС позволяет предсказать состав, структуру комплекса, магнитные и оптические свойства.

Если в комплексе все электроны спарены, то свойства комплекса - диамагнитные (выталкивается из магнитного поля), если имеются неспаренные электроны, то свойства комплекса парамагнитные (втягивается в магнитное поле).

Окраска комплексных соединений зависит от типа лигандов и комплексообразователя. Из-за расщепления энергии d- орбиталей в октаэдрическом поле лигандов появляется возможность перехода электронов с низкоэнергетических d – подуровней на уровни с более высокой энергией. При этом комплексы поглощают кванты света определенных диапазонов длин волн и имеют соответствующую окраску.

Таким образом, метод ВС позволяет объяснить механизм образования химических связей и свойства комплексных соединений.

Пространственное строение комплексных соединений.

Ионы-комплексообразователи (акцепторы) предоставляют свои свободные орбитали, а лиганды (доноры) оба электрона. Пространственное строение комплексного иона определяется типом гибридизации орбиталей.

Впервые правильные представления о пространственном строении комплексных соединений были сформулированы А. Вернером. 

Тип гибридизации	Число гибридных орбиталей	Геометрия	Структура	Примеры	Угол
sp	2	Линейная		BeF2, CO2, NO2+	180°
sp2	3	Треугольная		BF3, NO3-, CO32-	120°
sp3	4	Тетраэдрическая		CH4, ClO4-, SO42-, NH4+	109°28
dsp2	4	Плоскоквадратная		Ni(CO)4, [PdCl4]2-	90°
sp3d	5	Гексаэдрическая		PCl5, AsF5	90°, 120°
sp3d2, d2sp3	6	Октаэдрическая		SF6, Fe(CN)63-, CoF63	90°