Координационная химия и что она изучает

Координационная химия сегодня – это самостоятельный раздел химии, имеющий множество научных направлений. Она рассматривает проблемы, традиционно относившейся как к неорганической, так и к органической химии. Общим в этих направлениях является исследование свойств и образования коронационных соединений - соединений, состав которых не обусловлен непосредственно валентностью образующих атомов, а так же синтез многих функциональных материалов: сорбентов, элементов молекулярной электроники и нелинейной оптики, лекарств (и других биологически активных веществ) – задачи, решаемые современной координационной химией.

Несмотря на большое разнообразие состава, строения и свойств координационных соединений, координационная химия изучает их, используя единую систему понятий и закономерностей.

Однако приходится с сожалением констатировать, что до сих пор не сформулировано четкого определения «координационное соединение», «комплекс» (хотя попытки такого рода и неоднократно предпринимались в разное время).

Сам Вернер дал такое определение: Комплекс – это соединения, в которых хотя бы один элемент проявляет наряду с «главной» ещё и «побочную» валентность (1905). Однако учёный по поводу природы «главной» и «побочной» валентности предпочитал не высказываться особо…

В одной из своих работ Ст. Андреев в качестве одного из ключевых признаков комплекса выделил асимметрическую координацию лигандов. Он определил координационное соединение как соединения с центрами асимметрической координации и с донорно-акцепторной или двухфазной связью между центральным атомом и асимметрически координированными по отношению к нему ионами, атомами или атомными группами. Подобное определение, в частности, позволяет исключить из числа координационных соединений такое вещество, как хлорид натрия NaCl в кристаллическом

состоянии, где Cl- -анионы одинаковым образом координированы одновременно к 6 ионам натрия.

Константин Борисович Яцимирский в 1976 году дал такое определение, что комплекс – это соединение, образующие изолированные группы атомов (ионов или молекулы), характеризующиеся наличием координации, неполной диссоциацией по гетеролитическому типу в растворе или вакууме и сложностью состава. В таком определении заложено понятие «Сложность состава», которое вряд ли может быть признано корректным. Кроме того, хоть у координационных соединений координационное число не совпадает со степенью окисления элемента, этот же признак может присутствовать и в тех соединениях, которые к координационным не относятся (например, гидроксил-амин (NH₂OH)).

В пособии Ю. Н. Кукушкина (1985) предлагается следующее определение: «координационными называются соединения, существующие как в кристаллическом состоянии, так и в растворе, особенностью которых является наличие центрального атома (акцептора электронов), окруженного лигандами (донорами электронов). Лиганды способны ступенчато и обратимо отщепляться от центрального иона по гетеролитическому типу. В большинстве случаев в молекулярном виде координационные соединения могут рассматриваться как состоящие из простых, способных к самостоятельному существованию молекул». Практически безупречное определение. Недостатком его, пожалуй, следует считать лишь вот что: во- первых, в данном определении подчёркнут акцепторный характер центрального атома и донорный у лигандов (хотя, комплексообразователь может проявлять как донорные так и акцепторные свойства, это касается и лигандов, в частности, в карбонильных и фосфиновых комплексах d-элементов), а во вторых, из не вполне понятно, следует ли относить к координационным те соединения, формальными составляющими которых являются не молекулы, а ионы и свободные радикалы, а так же те, которые содержат не один, а два или больше число комплексообразователей.

Также в 1988 году было сформировано такое мнение, что чисто формально как координационные соединения можно рассматривать все или почти все химические соединения. Безусловно, дать определение координационным соединениям очень непросто, но всё же, вряд ли можно согласиться с этим мнением даже не смотря на то, что как число, так и ассортимент таких соединений год от года нарастает весьма высокими темпами.

Наиболее точное определение комплексному соединению дал профессор Казанского государственного технического университета - Михайлов Олег Васильевич: координационное соединение или комплекс - это соединение особенностью которого является наличие центрального атома (комплексообразователя), окружённого определённым образом какими-либо способными к самостоятельному существованию и гетероциклическому отщеплению от него химическими структурными образованиями (лигандами), часть связей которых с комплексообразователем осуществляется по донорно-акцепторному механизму.

Общий вид можно описать с помощью формулы [ML_n]X_m или [ML_n], где M – центральный атом; L – координационная группа (лиганд); X – внешнесферная частица; n – количество лигандов; m – количество внешнесферных молекул или ионов. Группа лигандов L_n образует внутреннюю сферу, а группа частиц X_m образует внешнюю сферу.

Подводя итоги вышесказанного можно констатировать, что координационным соединением является такое химическое соединение, которое:

1) содержит не меньше трех видов атомов металлов и неметаллов (как правило, кроме водорода), его составляющих;

2) содержит хотя бы один многоатомный структурный фрагмент (или ион), в котором присутствует не меньше двух сортов атомов, причем хотя бы в одном структурном фрагменте соединения (или иона) по крайней мере, один из атомов является «центральным» и, переходя в раствор, расплав или газовую фазу, должен сохранить тот же центральный ион.

В отличие от координационного соединения, комплекс в качестве центрального атома содержит атом металла.

Из общего курса химии известно, что химические элементы способны к образованию так называемых «простых» (точнее «бинарных») соединений. К ним относятся, например, оксиды (Na₂O, CuO), галогениды (NaCl, CuCl₂) и т.п. В ряде случаев они могут сочетаться между собой, образуя ионные или нейтральные соединения «высшего порядка».

Например, два «простых» соединения PCl₅ и P₂O₅ при взаимодействии дают соединение, состоящее из атомов более чем двух сортов — POCl₃ (выполняется признак 1), и с центрально расположенным атомом фосфора (выполняется признак 2). Можно ли признать оксохлорид фосфора комплексным соединением? Безусловно — нет, так как к комплексным соединениям относятся соединения металлов.

Так же координационные соединения характеризуются явлением координации (упорядоченности), т.е. чётко фиксируемым геометрическим расположением частиц (атомов, молекул, ионов) одного вида вокруг других – атомов, ионов, выступающих в роли комплексообразователей.

Координационные соединения отличаются специфичностью состава проявляющегося в несовпадении формальной степени окисления атома металла - комплексообразователя и координационного числа и заключающейся в фиксируемой перестройке электронных оболочек взаимодействующих частиц с образованием ковалентной связи.

Химические связи в координационных соединениях называют координационными или донорно-акцепторными. Координационные связи могут различаться химической природой (ионная, ковалентная, полярная; по происхождению - донорно-акцепторная, дативная или иной природы). Кроме того, координационная связь может быть одинарной, двойной и тройной.

И последнее, координационные соединения отличаются временем жизни, превышающим время контакта несвязанных частиц в принципе являющейся постоянной величиной как термодинамических, так и кинетических характеристик диссоциации комплексных частиц.