Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ко 2 сессии / Malashonok_Teoreticheskie_osnovy_khimii.pdf
Скачиваний:
114
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
2.16 Mб
Скачать

Тема17.ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ

Растворение твердых электролитов прекращается, когда образуется насыщенный раствор, в котором устанавливается гетерогенное равновесие между твердой фазой и перешедшими в раствор ионами. Например:

[CaSO4] {Ca2+} + {SO 42}.

(17.1)

В выражение константы этого гетерогенного равновесия не входит концентрация твердой фазы

KС = С(Са2+ ) · С(SO24) .

В насыщенном растворе твердого электролита произведение концентраций его ионов есть величина постоянная при данной темпера-

туре. Она называется произведением растворимости.

ПР(CaSO4) = С(Са2+ ) · С(SO24) .

Если молекула электролита содержит несколько одинаковых ионов, то концентрации этих ионов согласно закону действующих масс должны быть возведены в соответствующие степени. Например:

[PbI2] {Pb2+} + 2{I}; ПР(PbI2) = С(Pb2+ ) C2 (I) .

Зная величины произведения растворимости, можно решать вопросы, связанные с образованием или растворением осадков при химических реакциях. Например, пусть диссоциация соли АВ происходит с образованием двух ионов:

АВ А+ + В.

Обозначив растворимость (моль/л) через С0 (в литературе часто встречается обозначение S), получим C(A+) = C(B) = С0 , ПР = С02 . На

практике чаще возникает обратная задача определения растворимости. Для соли, диссоциирующей на два иона,

С0 = ПР .

Значения ПР можно найти в химических справочниках, справоч-

ные величины табулируются обычно при 298 К. Например,

ПР(AgCl) = 1,56 · 10–10, ПР(AgBr) = 4,4 · 10–13, ПР(BaSO4) = 1,1 · 10–10,

139

ПР(HgS) = 4 · 10–53. Если соль имеет общую формулу AB2, то она диссоциирует по уравнению

AB2 A2+ + 2B.

В этом случае C(A2+) = C0, C(B) = 2C0,

ПР = C0 (2C0)2 = 4C 30 , C0 = 3 ПР4 .

Если фактическое произведение концентраций (ПС) ионов в некотором растворе превышает значение произведения растворимости, т. е. ПС > ПР, то раствор является пересыщенным, и из него выпадает осадок. Условие растворения осадка (ненасыщенности раствора): ПС < ПР. В состоянии равновесия ПС = ПР (насыщенный раствор).

Пример 1. Вычислить массу хромата серебра, находящуюся в его насыщенном растворе объемом 1 л. ПР(Ag2CrO4) = 4,05 · 10–12.

Решение. Равновесие растворимости в насыщенном растворе

Ag2CrO4:

[Ag2CrO4] + aq 2{Ag+}aq + {CrО24}aq.

ПР = C2 (Ag+ ) C(CrO24) = 4,05 · 10–12.

Пусть С0 – концентрация соли Ag2CrO4 в насыщенном растворе. Ag2CrO4 – сильныйэлектролит, α≈1.

С(Ag+) = С0 · α · n = 2С0; С(CrO24) = С0, так как α = 1, n = 1.

Получаем ПР

= 4С30 , откуда С0 =

3

ПР

=

3

4,05 1012

=

= 1,004 · 10–4 моль/л.

 

 

4

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку С0 =

m

,

 

 

 

 

 

 

M V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m(Ag2CrO4) = С0 · М · V = 1,004 · 10–4 332 · 1 = 3,3 · 10–2 г.

Полученные данные позволяют вычислить объем воды, необходимый для растворения определенной навески соли.

Пример 2. Вычислить объем воды, необходимый для растворения 50 мг хромата серебра.

Решение. Воспользуемся результатами, полученными в примере 1, согласно которым в 1 л насыщенного раствора Ag2CrO4 содержится 3,3 · 10–2 г Ag2CrO4. При такой низкой концентрации соли объем насыщенного раствора практически равен объему воды. Таким образом,

в1 л воды растворяется 3,3 · 10–2 г Ag2CrO4,

вх л воды растворяется 0,05 г Ag2CrO4.

140

х = 0,0330,05 = 1,52 л.

Если в равновесную систему между твердой фазой и перешедшими в раствор ионами ввести электролит, имеющий в составе либо одноименные катионы, либо одноименные анионы, то это, в соответствии с принципом Ле Шателье, приведет к образованию дополнительного количества осадка. Следовательно, присутствие одноименного иона понижает растворимость малорастворимого электролита. Величина ПР, как всякая константа равновесия, зависит только от природы электролита и температуры и не изменяется с изменением концентраций ионов в насыщенном растворе.

Пример 3. Определить растворимость хлорида серебра в чистой воде и в 0,1 М растворе хлорида натрия. ПР(AgCl) = 1,56 · 10–10.

Решение. ВнасыщенномраствореAgCl устанавливаетсяравновесие:

[AgCl] + aq {Ag+}aq + {Cl}aq; α = 1.

(17.2)

ПР = С(Ag+ ) · С(Cl) = 1,56 · 10–10.

 

При отсутствии других электролитов в системе концентрации ионов

Ag+ и Clодинаковы: С(Ag+ ) = С(Cl) = С0 ПР= С(Ag+ ) · С(Cl) = С02 .

Растворимость AgCl в чистой воде

С0 = ПР = 1,56 1010 = 1,25 · 10–5 моль/л.

Увеличение концентрации ионов Clза счет введения в раствор NaCl приведет к смещению равновесия (17.2) влево и уменьшению концентрации ионов Ag+ за счет образования дополнительного количества осадка. Равновесная концентрация ионов Clбудет слагаться из концентрации ионов Clза счет диссоциации растворенной части AgCl и ионов Cl, образующихся за счет диссоциации NaCl:

С(Cl)= С(Cl) (из AgCl) + С(Cl) (из NaCl).

Хлорид натрия хорошо растворим и является сильным электролитом: NaCl Na+ = Cl; α = 1. Концентрацией ионов Cl, образующихся за счет равновесия (17.2), можно пренебречь, так как она незначительна в сравнении с концентрацией ионов Cl, образующихся при диссоциации NaCl:

С(Cl) (из AgCl) << С(Cl) (из NaCl).

При растворении AgCl в 0,1 М растворе NaCl произведение растворимости AgCl не изменится.

141

Обозначим растворимость AgCl в 0,1 М растворе NaCl через С1

(моль/л). Тогда С(Ag+ ) = С1 · α = С1.

ПР = С1 · 0,1 = 1,56 · 10–10.

С1 = 1,56 1010 = 1,56 · 10–9 моль/л. 0,1

Значение С1 значительно меньше С0.

Значения ПР используются также для определения условий образования осадков. Рассмотрим возможность образования осадка МхАy:

x{My+}aq + y{Ax}aq хАy].

Обозначим произведение произвольно выбранных концентраций ионов, входящих в выражение константы равновесия, как ПС:

ПС =Сху+ ) Сy (Ax) .

Условием образования в системе осадка является неравенство ПС(MxAy ) > ПP(MxAy ), т. е. осадок выпадает в том случае, когда

произведение концентраций ионов, образующих малорастворимый электролит, в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, будет больше произведения растворимости.

При ПС(MxAy ) < ПP(MxAy ) осадок в системе не образуется.

Пример 4. Будет ли выпадать осадок при смешивании 100 мл 0,02 М растворанитратасвинцас200 мл0,2 н. растворасолянойкислоты?

Решение. В осадок может выпасть малорастворимый PbCl2. В исходных растворах концентрация ионов Pb2+ = 0,02 моль/л, С(Cl) =

= 0,2 моль/л. При смешивании растворов концентрация ионов Pb2+ уменьшится в 3 раза и составит 0,02 / 3 = 0,0067 моль/л, С(Cl) = 0,2 · 2/3 = 0,133 моль/л, поскольку раствор, содержащий ио-

ны Cl, разбавили от 200 до 300 мл.

ПС(PbCl2) = С(Pb2+ ) С2 (Cl) = 0,0067 · (0,133)2 = 1,19 · 10–4. ПР (PbCl2) = 2,12 · 10–5.

ПС(PbCl2) > ПР(PbCl2).

Осадок PbCl2 выпадает.

142

Тема18. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.

СТРОЕНИЕ, НОМЕНКЛАТУРА

Комплексные соединения – устойчивые соединения высшего порядка, которые в водном растворе либо вообще не распадаются на составные части, либо распадаются в самой незначительной степени.

Комплексное соединение состоит из центрального атома (иона) – комплексообразователя, связанного с ионами или нейтральными мо-

лекулами – лигандами (L).

Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения, которую при записи формул заключают в квадратные скобки. Ионы, компенсирующие заряд внутренней сферы,

составляют внешнюю координационную сферу. Например:

внешняя сфера

 

лиганды

K4

[Fe(CN)6 ]

координацион-

 

 

 

 

ное число

центральный атом (ион) –

 

внутренняя координа-

 

ционная сфера

комплексообразователь

 

 

 

комплексное соединение K4[Fe(CN)6] включает в себя: K+ – ион внешней сферы;

[Fe(CN)6]4– – внутренняя сфера; Fe2+ – ион-комплексообразователь; CN– лиганд (L);

6 – координационное число (КЧ).

Комплексообразователями могут быть как нейтральные атомы, так и ионы. Чаще всего это катионы металлов, иногда р-элементы. Комплексообразователи являются акцепторами электронных пар лигандов.

Роль лигандов в комплексных соединениях выполняют как ней-

тральные молекулы, так и анионы, например H2O, NH3, CO, CN, OH, F, Clи др.

Между комплексообразователем и лигандами, как правило, осуществляется связь по донорно-акцепторному механизму (координационная связь).

Рассмотримобразованиекомплексногоионанапримере[Ве(OH)4]2−. Электронное строение иона Ве2+ следующее:

143

Ве2+

…2s0

2p0

В комплексе ион Ве2+ образует четыре σ-связи с ионами OH(L) по донорно-акцепторному механизму, в которых участвуют одна 2s- и три 2p-орбитали:

[Ве(OH)4]2−

…2s

 

2p

 

L

L L L

Для характеристики комплексных соединений используют понятия донорные атомы, дентатность, координационное число.

Многоатомные лиганды образуют связи с центральным атомом (ионом), используя атомы, которые донируют электронную пару и на-

зываются донорными атомами.

Дентатность число донорных атомов, при помощи которых один лиганд связывается с центральным атомом.

Например, в комплексном соединении [Ni(NH3)6]2+ монодентатным лигандом является NH3, так как в образовании связи участвует один атом азота, входящий в состав аммиака и связанный с центральным атомом. В комплексном соединении [Ni(NH2CH2CH2NH2)3]2+ лиганд NH2CH2CH2NH2 связан с центральным атомом с помощью двух донорных атомов азота, поэтому он относится к дидентатным (бидентатным).

Координационное число – число донорных атомов, через которые лиганды непосредственно связаны с центральным атомом (координационные числа обычно варьируются от 2 до 12).

Координационное число зависит:

от природы центрального атома и лигандов;

заряда комплексообразователя;

условий образования комплексов.

Номенклатура комплексных соединений

Теория комплексных соединений (координационная теория) была предложена в А. Вернером (1893 г.). В настоящее время для построения названия комплексного соединения используется международная номенклатура, предложенная ИЮПАК.

Для составления названия комплексного соединения используют следующие правила.

1.Называя комплексное соединение, сначала называют анион, а затем катион.

2.В названии комплексного аниона сначала указывают лиганды, а затем центральный атом.

3.Если в состав внутренней координационной сферы входят разные по типу заряда лиганды – положительно заряженные L+, нейтраль-

144

ные L0 и отрицательно заряженные L, то их располагают в следующем порядке: [M(L+)(L0)(L)]. Сначала называют отрицательно заряженные, затем нейтральные, а потом положительно заряженные лиганды.

4. Число лигандов указывается греческими цифрами: моно- , ди-, три-, тетра-, пента-, гекса- и т. д. Соотношение между степенью окисления комплексообразователя и координационным числом может быть следующее (подчеркнуто более характерное):

Степень окисления

+1

+2

+3

+4

комплексообразователя

 

4 или 6

6 или 4

6 или 8

КЧ

2

5. К названию отрицательно заряженного лиганда добавляется окончание -о: циано- (CN), тиосульфато- (S2O32), гидроксо- (OH), нитрито-

(NO2 ), оксалато- (C2O24), родано- (NCS). Нейтральные лиганды имеют такиеназвания: аква- (H2O), аммин- (NH3), карбонил- (CO) (таблица).

 

 

 

 

 

Таблица

Рекомендованные названия анионных и нейтральных лигандов

 

 

 

 

 

 

 

Формула

Анион

Лиганд

Формула

Анион

Лиганд

F

фторид

фторо

NO 2

нитрат

нитрито

 

Cl

хлорид

хлоро

NO 2

нитрит

нитро

 

Br

бромид

бромо

SO 42

сульфат

сульфато

 

I

иодид

иодо

S2O 32

тиосульфат

тиосульфато

 

CN

цианид

циано

C2O 42

оксалат

оксалато

 

SCN

тиоцианат

тиоциано

CO 32

карбонат

карбонато

 

OH

гидроксид

гидроксо

CO

карбонил

 

H2O

аква

NH3

аммин

 

Если центральный атом входит в состав комплексного аниона, то к латинскому названию комплексообразователя добавляется суффикс -ат: феррат (железо), купрат (медь), аргентат (серебро), аурат (золото), плюмбат (свинец), никколат (никель), станнат (олово), манганат (марганец), меркурат или гидраргират (ртуть).

Комплексные катионы и нейтральные комплексные молекулы не имеют отличительных суффиксов. Для указания комплексообразователя используются русские названия соответствующих элементов.

Степень окисления центрального атома указывается в скобках римской цифрой после названия комплексообразователя. Лиганды,

145

одинаковые по заряду, но разные по составу, записываются слева направо в соответствии с рядом неметаллов: H2O левее NH3, читаются, как правило, в алфавитном порядке.

Названиянейтральныхкомплексовпишутводнослово, например: [Pt(NH3)2Cl2] – дихлородиамминплатина(II) (степень окисления платины можно не указывать, так как она определяется алгебраиче-

ски, исходя из электронейтральности комплексного соединения); [Ni(CO)4] – тетракарбонилникель;

[Co(NH3)5(SO4)]Cl – хлорид сульфатопентаамминкобальта(III); [Pt(NH3)3Cl]Cl – хлорид хлоротриамминплатины(II); (NH4)2[Pt(OH)2Cl4] – дигидроксотетрахлороплатинат(IV) аммония; [Ag(NH3)2]ClO4 – перхлорат диамминсеребра(I); [Pt(H2O)(NH3)2OH]NO3 – нитратгидроксодиамминакваплатины(II); [Pd(NH3)4][PdCl6] – гексахлоропалладат(IV) тетраамминпалладия(II). Комплексными могут быть кислоты и основания. В этом случае в

названия кислот вводится слово «кислота», а в название оснований – слово «гидроксид», например:

H3[Fe(CN)6] – гексацианоферратнаяилигексацианожелезнаякислота; [Cu(NH3)4](OH)2 – гидроксид тетраамминмеди(II). Многоэлементные лиганды могут быть координированы к комплек-

сообразователю различными атомами. При наличии соответствующей информации о координации лиганда ее можно отразить в названии, указав курсивом в конце названия химический символ координируемого атома или атомов (через дефис), например для лиганда NCSвозможна координация через азот (тиоцианато-N) и через серу (тиоцианато-S). Нит- рит-ион NO2 при координации через атом N называют нитро, а при ко-

ординациичерез атомО– нитрито.

Классификация комплексных соединений

Комплексные соединения можно классифицировать по природе лигандов.

Аммиакаты комплексы, содержащие во внутренней сфере в качестве лигандов молекулы аммиака: [Ag(NH3)2]Cl, [Cu(NH3)4]SО4.

Аквакомплексы комплексные соединения, в которых лигандами являются молекулы воды: [Сr(H2O)6]Cl3, [Cо(H2O)6]Сl2. При кристаллизации аквакомплексов образуются кристаллогидраты, например

Na2CO3 10Н2О.

Карбонилы – во внутренней сфере которых содержатся лиганды СО, например [Cr(CO)6].

146

Ацидокомплексы комплексные соединения, в которых лиганда-

ми являются кислотные остатки: K2[HgI4], K3[Co(NO2)6], K4[Fe(CN)6]. Гидроксокомплексы – в этих комплексах лигандами являются

гидроксид-ионы, например K3[Al(OH)6], Na2[Zn(OH)4].

Кластеры – соединения со связями металл – металл в координационной сфере. Большая часть карбонилов существует в виде кластеров, например [Mn2(CO)10].

Равновесия в растворах комплексных соединений

В водных растворах комплексные соединения диссоциируют как сильные электролиты на ионы внешней и внутренней сферы, диссоциация протекает в разбавленных растворах практически до конца, например:

K2[AgI3] 2K+ + [AgI3]2−;

[Cu(NH3)4]SO4 [Cu(NH3)4]2+ + SO 24.

Комплексные ионы (и некоторые комплексные неэлектролиты) диссоциируют в растворах как слабые электролиты, т. е. ступенчато и обратимо. Например, для комплексного иона [HgI4]2– можно выделить четыре ступени диссоциации (в состав комплексного иона входят четыре лиганда I). Равновесные процессы диссоциации количественно характеризуются константами равновесия, которые называются сту-

пенчатыми константами нестойкости комплекса:

2–

 

 

 

=

С([HgI ]) С(I)

= 5,90 10

–3

[HgI4]

[HgI3] + I , Kн. 1

2

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С([HgI4 ] )

 

 

 

 

 

 

 

 

С([HgI2]) С(I)

 

–4

 

[HgI3]

[HgI2] + I , Kн. 2

=

 

 

 

= 1,66 10

 

;

2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С([HgI3]

 

 

 

 

[HgI2][HgI]+ + I, Kн. 3

=

С([HgI]+ ) C(I)

 

= 1,12 10–11;

 

 

 

 

 

 

 

C([HgI2 ])

 

 

 

 

 

 

+

Hg

2+

 

=

С(Hg2+ ) C(I)

 

–13

 

[HgI]

 

+ I , Kн.

4

+

 

= 1,35 10 .

 

 

 

 

 

 

 

 

C([HgI] )

 

 

 

 

 

Общая константа нестойкости суммарного процесса диссоциации комплекса (Kн.) равна произведению констант всех ступеней диссоциации:

[HgI4]2– Hg2+ + 4I;

147

 

С(Hg2+ ) C4 (I)

–30

Kн. =

 

 

 

= Kн.1 · Kн. 2 · Kн. 3 · Kн. 4 = 1,5 10 .

C([HgI4

2

)

 

]

 

Процессы образования комплексов в растворах можно рассматривать как обратные процессам ступенчатой диссоциации. Суммарный процесс образования комплекса количественно характеризуется константой устойчивости Kуст, которая по величине равна:

Kуст =

1

.

 

 

Kн.

Константа нестойкости связана с изменением энергии Гиббса уравнением

GT° = R · T · lnKн..

Чем меньше константа нестойкости комплекса, тем прочнее комплекс, и наоборот, чем меньше константа устойчивости, тем менее прочным является комплексное соединение.

148

Тема19. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

И РАЗРУШЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Комплексные соединения можно получить в результате некоторых реакций.

1. Непосредственным взаимодействием реагентов, например синтез карбонилов металлов:

Mе + nCO Mе(CO)n.

2. Обменом лигандов – эти реакции получения комплексов наиболее распространены. Сольватированные ионы металлов, образующиеся при растворении солей, взаимодействуют с сольватированными лигандами. Например, синтез [Ni(NH3)6]Cl2 в водном растворе:

[Ni(H2O)6]Cl2 + 6NH3 [Ni(NH3)6]Cl2 + 6H2O; [Ni(H2O)6]2+ + 6NH3 [Ni(NH3)6]2+ + 6H2O.

Упрощенно такие реакции можно записать: NiCl2 + 6NH3 [Ni(NH3)6]Cl2,

Ni2+ + 6NH3 [Ni(NH3)6]2+;

Al2(SO4)3 + 12NaOH 2Na3[Al(OH)6] + 3Na2SO4, Al3+ + 6OH[Al(OH)6]3−;

CuSO4 + 4NH3 [Cu(NH3)4]SO4,

Cu2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+;

FeCl2 + 6KCN K4[Fe(CN)6] + 2KCl,

Fe2+ + 6CN[Fe(CN)6]4−.

Обменные реакции используются для обмена не только внутрисферных лигандов, но и внешнесферных ионов:

[Co(NH3)6]Cl3 + 3KI [Co(NH3)6]I3 + 3KCl.

Реакции комплексообразования можно рассматривать как процесс образования устойчивой молекулярной частицы, связь в которой осуществляется по донорно-акцепторному механизму.

Равновесия, существующие в растворах комплексных электролитов, могут быть нарушены введением нейтральных молекул, если они являются лигандами, или электролита, содержащего одноименные ли-

149

гандам ионы. Увеличение концентрации лиганда в растворе, содержащем комплексный ион и продукты его ступенчатой диссоциации, вызывает смещение равновесия в сторону исходных веществ. В результате концентрация непродиссоциировавших комплексных ионов увеличивается, а концентрация продуктов его распада, в том числе и ионов комплексообразователя, уменьшается (принцип Ле Шателье). Еще одним из условий смещения равновесий является присутствие в растворе других ионов, которые могут замещать лиганды, входящие в состав исходных соединений, образуя другой, более устойчивый комплекс. В этом случае сопоставление констант нестойкости разных комплексов позволяет определить направление смещения равновесия.

Например:

K2[HgCl4] + 4KI K2[HgI4] + 4KCl; [HgCl4]2− + 4I[HgI4]2− + 4Cl.

В приведенной реакции равновесие полностью смещается в сто-

рону образования комплекса K2[HgI4], так как этот комплекс более ус-

тойчив (Kн. = 1,48 · 10−30), чем хлоридный (Kн. = 6,03 · 10−16).

Та же закономерность лежит в основе смещения равновесий: [Ag(NO2)2]+ 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + 2NO 2 .

Kн. = 1,48 · 10−3

Kн. = 1,0 · 10−7

[HgBr4]2− + 4CN[Hg(CN)4]2− + 4Br.

Kн. = 1,0 · 10−21

Kн. = 1,0 · 10−41

В приведенных примерах образующийся комплекс прочнее исходного.

Смещение равновесий может происходить также при образовании малорастворимых соединений.

Например, зная константу устойчивости или нестойкости комплекса [Ag(NO2)2](Kн.= 1,48 · 10−3), а также значения ПР малорастворимых галогенидов серебра, можно прийти к выводу, что в растворе, содержащем даже незначительное количество ионов [Ag(NO2)2], концентрация ионов Ag+ будет достаточной для достижения произведения растворимости хлорида серебра (ПР(AgCl) = 1,8 · 10−10). Таким образом, при добавлении хлорид-ионов в раствор происходит разрушение комплекса и образование малорастворимого хлорида серебра:

[Ag(NO2)2]+ ClAgCl + 2NO2 .

150

Аммиачный комплекс [Ag(NH3)2]+ при достаточном избытке аммиака устойчив по отношению к хлорид-ионам, но разрушается при

действии бромид-ионов (ПР(AgBr) = 5,3 · 10−13) и иодид-ионов

(ПР(AgI) = 8,5 · 10−17).

Разрушение и образование комплексных соединений происходит также в результате протекания окислительно-восстановительных реакций, например:

а) 4Ag + 8KCN + O2 + 2H2O 4K[Ag(CN)2] + 4KOH, 4Ag + 8CN+ O2 + 2H2O 4[Ag(CN)2]+ 4OH;

б) 2K[Ag(CN)2] + Zn K2[Zn(CN)4] + 2Ag, 2[Ag(CN)2]+ Zn [Zn(CN)4]2− + 2Ag;

в) Au + HNO3 + 4HCl H[AuCl4] + NO + 2H2O, Au + 4H+ + NO3+ 4Cl[AuCl4]+ NO + 2H2O;

г) 2K4[Fe(CN)6] + Cl2 2K3[Fe(CN)6] + 2KCl, 2[Fe(CN)6]4− + Cl2 2[Fe(CN)6]3− + 2Cl.

За счет образования комплексов может происходить растворение малорастворимых веществ:

а) HgI2+ 2KI K2[HgI4],

HgI2+ 2I[HgI4]2−;

б) Cr(OH)3 + 3KOH K3[Cr(OH)6],

Cr(OH)3+ 3OH[Cr(OH)6]3−.

Если в раствор, содержащий осадок малорастворимого электролита, ввести достаточное количество ионов или молекул, способных стать лигандами в устойчивом комплексе, происходит растворение осадка. Например:

AgCl + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + Cl; ПР(AgCl) = 1,8 · 10−10, Kн. = 1,0 · 10−7.

Равновесие процесса смещено вправо, так как избыток аммиака приводит к связыванию ионов серебра в комплексный ион, т. е. происходит растворение осадка. Так, AgBr хорошо растворяется в 25%-ном растворе аммиака, а AgI – в растворе тиосульфата натрия.

AgI + 2S2O32[Ag(S2O3)2]3− + I;

151

ПР(AgI) = 8,5 · 10−17, Kн. = 3,5 · 10−14.

Пример 1. Вычислить концентрацию ионов серебра в 0,2 М рас-

творе K[Ag(CN)2], содержащем кроме того 0,1 моль KCN в литре рас-

твора (Kн.[Ag(CN)2]= 1,0 · 10−21).

Решение. Записываем уравнение первичной диссоциации и находим концентрацию комплексного иона, считая степень электролитической диссоциации (α) равной единице:

K[Ag(CN)2] K+ + [Ag(CN)2]; C([Ag(CN)2]) = α · C(K[Ag(CN)2]) = 1 · 0,2 = 0,2 моль/л.

Записываем суммарный процесс диссоциации комплексного иона и выражение константы нестойкости комплекса:

[Ag(CN)2]Ag+ + 2CN;

Kн. =

С(Ag+ ) C2 (CN)

 

−21

C([Ag(CN)2 ])

= 1,0 · 10

.

Принимаем C(Ag+) = x моль/л, тогда C(CN) = 2x моль/л, а

C([Ag(CN)2]) = (0,2 – x) моль/л; так как ион [Ag(CN)2]– слабый элек-

тролит, x << 0,2 моль/л, то C([Ag(CN)2]) считаем равной 0,2 моль/л. Однако в растворе присутствует сильный электролит KCN, концентрация которогоравна0,1 моль/л(n / V = 0,1 / 1). Врезультатедиссоциации

KCN K+ + CN

в растворе создается концентрация цианид-ионов C(CN) = α · C(KCN) = = 1 · 0,1 = 0,1 моль/л.

Общая концентрация цианид-ионов C(CN) = (2x + 0,1) моль/л; так как 2x << 0,1 моль/л, считаем что C(CN) = 0,1 моль/л.

Подставляем значения всех концентраций в выражение константы

нестойкости и считаем концентрацию ионов серебра:

 

Kн. =

С(Ag+ ) C2 (CN)

 

х 0,12

 

 

 

−21

C([Ag(CN)2 ])

 

=

 

= 1,0 · 10

;

 

0,2

 

+

) = x =

1,0 1021

0,2

= 2 · 10

−20

моль/л.

C(Ag

0,12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: C(Ag+) = 2 · 10−20 моль/л.

Пример 2. Можно ли разрушить в растворе комплексный ион дитиосульфатосеребра(I), если создать избыточную концентрацию циа- нид-иона?

152

Решение. Для того чтобы дать ответ на поставленный вопрос, нужно рассмотреть возможность протекания процесса

[Ag(S2O3)2]3− + 2CN[Ag(CN)2]+ 2S2O32.

Разрушение комплексного иона возможно, если ионы серебра, образующиеся за счет его диссоциации, будут связаны в более прочный ион. Прочность комплексного иона определяется значением констан-

ты нестойкости. Сравним константы нестойкости ионов [Ag(S2O3)2]3−

и [Ag(CN)2]: Kн.[Ag(S2O3)2]3− = 2,5 · 10−14, Kн.[Ag(CN)2]= 8,0 · 10−22.

Равновесие будет смещено в сторону образования более устойчивого комплексного иона [Ag(CN)2], так как его константа нестойкости меньше.

Тиосульфатный комплекс будет разрушаться в присутствии циа- нид-ионов.

Пример 3. Произойдет ли образование осадка CdCO3, если к 1 литру 0,04 М раствора [Cd(NH3)4]SO4, содержащего в избытке

0,2 моль NH3, прибавить равный объем 0,06 М раствора K2CO3?

Kн.[Cd(NH3)4]2+ = 3 · 10−7, ПР(CdCO3) = 1,0 · 10−12.

Решение. Осадок малорастворимого электролита образуется в том случае, если произведение концентраций ионов (ПС) больше произведения растворимости (ПР). Для нахождения величины ПС необ-

ходимо определить концентрации ионов Cd2+ и CO32.

При сливании равных объемов растворов концентрация каждого из растворенных веществ уменьшается в два раза и становится равной:

С([Cd(NH3)4]SO4) = 0,02 моль/л, С(NH3) = 0,1 моль/л, С(K2CO3) = 0,03 моль/л.

Концентрацию ионов кадмия находим из условия равновесия: [Cd(NH3)4]2+ Cd2+ + 4NH3.

В присутствии избытка NH3 равновесие диссоциации сильно смещено влево, поэтому собственной концентрацией аммиака, полученной в результате диссоциации комплексного иона, можно пренебречь и считать С(NH3) = 0,1 моль/л, C(Cd2+) = x моль/л. Концен-

трация комплексного иона С([Cd(NH3)4]2+) = α · С([Cd(NH3)4]SO4) = = 0,02 моль/л, собственной диссоциацией комплексного иона можно пренебречь, так как она очень незначительна. Вычисляем концентрацию ионов Cd2+:

153

 

 

Kн. =

С(Сd2+ ) C4 (NH3 )

=

x 0,14

 

 

−7

 

 

 

 

C([Cd(NH3 )4 ]2+ )

 

 

 

= 3 · 10

;

 

 

 

 

0,02

 

 

 

 

C(Cd

2+

) = x =

Kн. C([Cd(NH3)4 ]2+ )

=

3 107

0,02

= 6 · 10

−5

моль/л.

 

 

C4 (NH3 )

 

0,14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитываем концентрацию CO32. Карбонат калия – сильный электролит – полностью распадается на ионы (α = 1).

K2CO3 → 2K+ + CO32;

С(CO32) = α · С(K2CO3) = 1 · 0,03 = 0,03 моль/л.

ПС(CdCO3) = C(Cd2+) · С(CO32) = 6 · 10−5 · 0,03 = 1,8 · 10−6

Условие выпадения осадка из данного раствора выражается неравенством

ПС(CdCO3) > ПР(CdCO3), значит, осадок образуется.

1,8 · 10−6

1,0 · 10−12

Применение комлексных соединений

Некоторые комплексные соединения имеют интенсивную окраску и могут применяться для качественного и количественного определения элементов в аналитической химии. Например, реактив на ионы железа(II) – K3[Fe(CN)6], реактив на ионы железа(III) – K4[Fe(CN)6].

При получении порошков металлов высокой степени чистоты (хром, молибден, вольфрам, рений, железо, никель и др.) используют их карбонильные комплексы, которые при нагревании разлагаются с образованием металлов:

[Mе(CO)n] → Mе + nCO.

При получении алюминия методом электролиза электролитом является расплав смеси Al2O3 и криолита Na3[AlF6].

Комплексообразование приводит к растворению многих малорастворимых в воде солей.

Комплексные гидриды Li[AlH4], Na[BH4] широко используются в органическом синтезе в качестве восстановителей.

154