- •Лекция 14.Комплексные соединения
- •1.Понятие о комплексном соединении
- •2.Структура комплексных соединений
- •3.Номенклатура комплексных соединений
- •4.Классификация комплексных соединений
- •4.1.Комплексные соединения, содержащие
- •4.2.Комплексные соединения, содержащие ионные лиганды
- •4.3. Циклические комплексные соединения
- •4.4. Многоядерные комплексные соединения
- •5.Изомерия комплексных соединений
- •6.Равновесия в растворах комплексных соединений
- •7.Квантово-механические методы трактовки химической связи в комплексных соединениях
- •7.1. Метод валентных связей
- •7.2. Теория кристаллического поля
- •8.Способность элементов периодической системы к комплексообразованию
- •9. Применение комплексных соединений
Лекция 14.Комплексные соединения
К классу комплексных соединений (комплексов) относится огромное число веществ. Их известно значительно больше, чем всех других неорганических веществ. Они играют важную роль в живой природе и различных технологических процессах.
В качестве примера можно привести гемоглобин (комплексное соединение железа), благодаря которому осуществляется перенос кислорода из легких к клеткам тканей; хлорофилл (комплексное соединение магния) - обеспечивающий фотосинтез в растениях.
В промышленности комплексные соединения широко применяются как катализаторы при производстве кислот и химической переработке нефти, для извлечения металлов из руд, получения лаков, красок, фотоматериалов, консервирования пищи.
Сейчас химия комплексных соединений является одной из наиболее быстро развивающихся областей химии. Ежегодно в лабораториях синтезируются и исследуются тысячи новых комплексных соединений. Уже сегодня химики могут осуществлять направленный синтез комплексных соединений с заданными свойствами.
1.Понятие о комплексном соединении
История развития химии комплексных («complex» - сложный) соединений насчитывает более 150 лет. Давно было доказано, что молекулы многих веществ, способных к самостоятельному существованию, могут взаимодействовать и образовывать новые более сложные молекулы. Например, сульфат меди (II) и аммиак могут существовать раздельно. Однако при пропускании через водный раствор сульфата меди (II) газообразного аммиака они взаимодействуют и образуется новое комплексное соединение :
.
В растворе этого соединения не обнаруживается исходный гидратированный ион . Полученное комплексное соединение характеризуется собственными физическими и химическими свойствами, отличными от свойств исходных веществ.
Исходные соединения в этом взаимодействии называют соединениями первого порядка. К ним относятся, главным образом, бинарные и некоторые другие достаточно простые по своей структуре соединения ( и т.д.). В этих соединениях абсолютные значения степеней окисления элементов совпадают с проявляемыми ими валентностями.
Соединения, получающиеся в результате взаимодействия соединений первого порядка, называются соединениями высшего порядка. К их числу относятся и комплексные соединения. В комплексных соединениях элементы проявляют дополнительные валентности.
Поскольку комплексные соединения весьма многочисленны и разнообразны, дать общее исчерпывающее определение невозможно. Однако, учитывая выше сказанное, можно считать, что комплексные соединения - это сложные вещества, в которых валентность (число химических связей) центрального атома больше абсолютного значения его степени окисления. Например, - комплексное соединение, так как валентность атома меди в нем равно 4, а степень окисления +2.
2.Структура комплексных соединений
Первой теорией, позволившей объяснить образование комплексных соединений, была координационная теория, предложенная в 1893 году швейцарским ученым Альфредом Вернером. Эта теория дала возможность установить строение комплексных соединений задолго до разработки физических методов определения структуры веществ.
Согласно теории Вернера, в молекуле комплексного соединения центральное место занимает комплексообразователь (заряженный или нейтральный атом). Типичными комплексообразователями являются ионы и атомы переходных металлов, в частности, хорошие комплексообразователи - ионы , атомы элементов VIII В группы периодической системы.
Вокруг комплексообразователя расположены ( координированы ) лиганды (от лат. ligar - связывать) - атомы, молекулы или ионы противоположного знака. Молекулы и ионы могут быть простыми или сложными.
Число химических связей, устанавливаемых комплексообразователем с лигандами, называется координационным числом (к.ч.) комплексообразователя. Оно может принимать различные значения. Например, у меди в комплексе к.ч.=4, у алюминия в к.ч.=6. Координационные числа имеют значения от 2 до 12, но чаще всего они равны 4 или 6. Величина к.ч., как правило (но не всегда!), в два раза больше степени окисления комплексообразователя. Некоторые лиганды содержат несколько функциональных групп, которые могут образовывать химические связи с комплексообразователем. Подобные лиганды занимают в комплексе координационные места нескольких обычных лигандов. Число химических связей, образуемых лигандом с комплексообразователем, определяет координационную емкость (дентатность) лиганда. Так, имеют координационную емкость (дентатность) равную единице, а NH2CH2CH2NH2 (этилендиамин) - двум. Известны лиганды с координационной емкостью, равной трем, четырем и более единицам.
Комплексообразователь и лиганды вместе образуют внутреннюю координационную сферу комплексного соединения - комплексную частицу (ион или молекулу).
Если внутренняя сфера заряжена, то комплекс имеет еще и внешнюю сферу, поскольку к внутренней сфере будут притягиваться противоположно заряженные ионы. Принято в формулах комплексных соединений внутреннюю сферу отделять от внешней квадратными скобками. Так, в комплексном соединении ион - комплексообразователь, ионы - лиганды, координационное число равно 6, - внутренняя сфера, ионы - внешняя сфера.