§ 7.1. Будова комплексних сполук

Комплексні чи координаційні сполуки (КС) становлять найбільш різноманітний клас неорганічних речовин, що має велике значення в природі і техніці. За своєю будовою КС більш складні, ніж оксиди, гідроксиди, кислоти та солі. Реакції комплексоутворення лежать в основі отримання рідких та коштовних металів, чистих і надчистих речовин, аналітичних визначень, гальванотехнічних процесів, одержання лік, антидетонаторів, антиоксидантів тощо.

Неоціненна роль КС у біологічних процесах. Такі життєво важливі природні сполуки, як гемоглобін, хлорофіл, інсулін, деякі вітаміни, відносяться також до координаційних сполук.

Будову і механізм утворення хімічних зв'язків у КС найбільш вдало пояснює координаційна теорія, запропонована у 1893 р. А.Вернером. Причиною комплексоутворення може бути як електростатична, так і донорно-акцепторна взаємодія. Розглянемо механізм утворення молекули [Ag(NH₃)₂]Cl: AgCl + 2NH₄OH  [Ag (NH₃) ₂] Cl + 2H₂O.

У молекулі [Ag(NH₃)₂]Cl йон Аргентуму (Ag⁺) має таку будову:

Ag⁰(4d¹⁰5s¹)Ag⁺(4d¹⁰5s⁰),йон Хлору (Cl^-) – відповідно:

Cl⁰ (3s²3p⁵) Cl^- (3s²3p⁶).

Взаємодія катіона Agз аніономCl¯носить електростатичний характер:Ag⁺ + Cl^- AgCl йонний зв'язок. При утворенні комплексного йона[Ag(NH₃)₂]катіонAgвиступає як акцептор готової електронної пари, надаючи вільні орбіталі (5s і 5p) для координації. Молекули аміаку виступають як донори електронної пари. Хімічний зв'язок такого виду називаєтьсядонорно-акцепторнийчи координаційний. За своєю природою – це полярний ковалентний зв'язок, відмінність полягає лише в способі його утворення. Координаційні сполуки складаються із зовнішньої і внутрішньої сфер.

[H₃N: Ag: NH₃]Cl‾

Внутрішня сфера зовнішня сфера

Розрізнюють внутрішні сфери

1. Катіонного характеру: [Ag(NH)₂];[Cu(NH₃)₄].

2. Аніонного характеру: [Co(CN)₄]; [Fe(CN)₆].

3. Нейтрального характеру: [Fe (CO) ₅].

Комплексні сполуки утворюються центральним йоном (атомом), який має електроноакцепторні властивості, і оточуючими його електронодонорними частинками (йонами чи молекулами), які називають лігандами.

Комплексну частку, наприклад, Cr³⁺(H₂O)⁰ ₆ ³⁺, утворюють:

- центральний атом (ЦА) або, його так само називають комплексоутворювачем (К) – це катіон Хрому Cr³⁺;

- ліганди (L) – у нашому прикладі це молекули води, що координуються навколо ЦА, їх кількість (6) відповідає значенню координаційного числа (КЧ = 6).

Заряд комплексного йона дорівнює алгебраїчній сумі зарядів ЦА і L: К₂⁺ Pt⁺²Cl₄ ; Cr⁺³(H₂O)⁰ ₆ ³⁺Cl₃ .

У якості комплексоутворювачів може бути будь-який елемент періодичної системи, але найбільшу схильність до комплексоутворення мають d- і f- метали, деякі р-елементи.

Координаційне число (КЧ) визначає кількість зв'язків, утворених центральним атомом з лігандами (табл. 16)

Координаційне число залежить від багатьох факторів: R_ЦА, заряду ЦА, розмірів і валентності лігандів, середовища, у якому відбувається реакція комплексоутворення.

Таблиця 16

Залежність кч від заряду ца

Заряд ЦА	КЧ	Приклад
+1	2,3,4, але найчастіше 2	Ag+, Cu+, Au+ ; [Ag (NH3) 2] Cl
+2	3,4,5,6,7,8, але найчастіше 4	Cu+2, Fe+2, Zn+2, Hg+2, Au+2, Pt+2, Pb+2; [Cu(H2O) 4]SO4, Na2[Zn(OH)4], K4 [Fe(CN)6]
+3	4,5,6,8,9,10,12, але найчастіше 6	Fe+3, Cr+3, Co+3, Al+3; K3 [Fe (CN) 6]
+4	6,8	Pt+4,Pb+4; K2[PtCl6] , K4 [PtCl8]

Лігандами можуть бути нейтральні молекули чи аніони, прості чи складні молекули органічних речовин, у яких є неподілені електронні пари.

За числом хімічних зв'язків, утворених лігандами з центральним атомом, ліганди можна розділити на:

- монодентатні : F‾; Cl‾; I‾; ;і т.д.,

- бідентатні - :SO₄²‾ ;:NH₂-(CH₂)₂ -Н₂N:- етилендиамін (ЕДА) ,

- полідентатні:

:OOCH₂C CH₂COО:

-(CH₂)₂-

:OOCH₂С CH₂COO:

Аніон етилендіамінтетраоцтової кислоти (ЕДТО).

За наявністю заряду виділяють ліганди:

- аніонного типу: CN‾; Cl‾ ; OH‾ ; CNS‾;

- нейтрального типу: NH₃; H₂О ; CO ; NO ; ЕДТО.

Комплексні сполукиза хімічною природою лігандів поділяються на чотири класи.