Примеры реакций комплексообразования
1. Если к голубому раствору сульфата меди(II), полученному растворением в воде медного купороса, прилить избыток концентрированного водного раствора аммиака, то жидкость окрасится в интенсивный синий цвет, обусловленный образованием комплексного катиона [Сu(NН3)4]2+:
СuSО4 + 4NН3 = [Сu(NН3)4]SО4.
сульфат
тетраамминмеди(II)
При испарении воды это соединение выделяется в виде кристаллогидрата синего цвета, состав которого выражается формулой [Сu(NН3)4]SО4·Н2О.
2. При действии на гидроксид меди(II) концентрированным раствором гидроксида натрия или калия осадок исчезает и раствор окрашивается в сине-фиолетовый цвет, обусловленный образованием комплексного аниона [Сu(ОН)4]2–:
Сu(ОН)2 + 2NaОН = Nа2[Сu(ОН)4].
тетрагидроксокуприт
натрия
3. При взаимодействии метиламина СН3NН2 и фениламина (анилина) с хлороводородной (соляной) кислотой образуются соли: хлорид метиламмония СН3NН2·НСl и хлорид фениламмония С6Н5NН2·НС1. В этих соединениях атом азота – комплексообразователь, а лиганды – три атома водорода и радикал метил или фенил (образуют внутреннюю сферу комплексного соединения). Во внешней сфере находятся лиганды – хлорид-ионы.
Практическое применение комплексных соединений
1. В аналитической химии для избирательного определения ионов одних химических элементов в присутствии большого числа других ионов.
2. Для разделения ионов некоторых металлов (например, лантанидов) и получения металлов высокой степени чистоты (например, золота и серебра).
3. В качестве красителей.
4. Для устранения жёсткости воды.
5. В биохимических процессах – хлорофилл, гемоглобин, витамин В12 являются комплексными соединениями магния, железа(III) и кобальта(II).
6. Комплексы c участием атомов d-элементов катализируют различные реакции: окисления олефинов, получения уксусной кислоты из метанола оксосинтезом, гидрирование этилена, полимеризации, образования простых эфиров:
СН3ОН + СО → СН3СООН
СН2=СН2
СН3–СН3
HC ≡ CH + C2H5OH → CH2 = CH−O−C2H5
9. Химическая кинетика и химическое равновесие
9.1. Скорость химических реакций
Химическая кинетика1 – учение о скоростях и механизмах химических реакций, т. е. зависимости скорости химических реакций от различных факторов.
Одни химические реакции протекают практически мгновенно (например, реакции разложения взрывчатых веществ); другие продолжаются минутами, часами, сутками, а некоторые реакции, происходящие в земной коре, протекают десятки, сотни и тысячи лет.
Изучение кинетики даёт возможность выяснить многие важные детали химического взаимодействия и глубже понять механизм этого процесса.
Скорость химической реакции – это количественная характеристика её быстроты. Для реакции
А + В = D + F
– это скорость взаимодействия исходных веществ (реагентов) А и В или скорость появления конечных веществ (продуктов реакции) D и F.
В гомогенных (однородных) системах исследуется скорость реакции между реагентами, не имеющими поверхности раздела (реакции в газовой фазе и в растворах); в гетерогенных системах изучается скорость реакции на поверхности раздела между реагирующими веществами (например, А – твёрдое вещество, В – газ или А – твёрдое вещество, В – вещество в растворе).
Скорость гомогенной химической реакции – это изменение концентрации исходных или конечных веществ в единицу времени:
где с1 и с2 – концентрации исходного или конечного вещества в момент времени τ1 и τ2.
Скорость реакции не может быть величиной отрицательной. Если с обозначает концентрацию одного из исходных веществ, то она убывает со временем. Поэтому, чтобы скорость реакции была положительной, надо правую часть равенства брать со знаком «минус». Если же с – концентрация одного из конечных веществ, то её величина возрастает во времени, и чтобы значение скорости реакции получилось при расчёте положительным, надо правую часть равенства брать со знаком «плюс».