Винокурова_химические_системы_2011

93

ЗАДАНИЕ 6

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Цель и задачи

Изучив тему, студент должен:

1)знать структуру комплексных соединений, уметь определять заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя;

2)уметь назвать комплексное соединение;

3)уметь объяснить образование комплексных соединений с позиций метода валентных связей;

4)уметь охарактеризовать поведение комплексных соединений в растворах, записать уравнения процесса диссоциации, оценить устойчивость комплексных ионов с помощью константы нестойкости.

Литература

1.Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2003. – Гл. 3, §§ 3.3, 3.4.

2.Лучинский Г.П. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1985. – Гл. 9.

3.Харин А.Н. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1983. – Гл. 3, § 11.

4.Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-Пресс, 2005. – Гл. 13.

План изучения темы

1.Используя указанную литературу, ознакомиться со следующими вопросами и составить краткий конспект:

структура комплексных соединений (комплексный ион, внешняя сфера, комплексообразователь, лиганды, координационное число); номенклатура комплексных соединений; природа химической связи в комплексных соединениях, донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи между комплексообразователем и лигандами; устойчивость комплексных соединений, диссоциация комплексных соединений в растворах, константа нестойкости.

2.Разобрать приведенный ниже пример решения нулевого варианта.

3.Выполнить задание согласно номеру своего варианта.

Решение нулевого варианта

Задание 1. Для комплексного соединения Na3[Fe(NH3)(CN)5]:

1) указать комплексный ион и ионы внешней сферы, определить заряд комплексного иона;

94

Решение. Внутреннюю координационную сферу (комплексный ион) составляет группа атомов, заключенная в квадратные скобки: [FeNH3(CN)5]3-. Внешняя сфера – три иона Na+.

Заряд комплексного иона равен по величине и противоположен по знаку заряду ионов внешней сферы. Суммарный заряд ионов натрия внешней сферы составляет +3, следовательно, заряд комплексного иона – -3.

2) указать комплексообразователь, лиганды.

Решение. Комплексообразователь – центральный атом или ион, имеющий свободные орбитали, чаще всего – переходный металл. В данном случае комплексообразователем является ион Fe2+.

Лиганды – нейтральные молекулы или ионы противоположного знака, координированные вокруг комплексообразователя. В данном случае лигандами являются одна молекула NH3 и пять ионов CN-.

3) определить степень окисления и координационное число комплексообразователя.

Решение. Заряд комплексного иона равен сумме зарядов комплексообразователя и лигандов. Заряд молекулы аммиака равен 0, заряд цианид-иона – -1 (заряд 5 CN- равен –5) , заряд комплексного иона -3. Следовательно, заряд комплексообразователя равен -3-(-5) = +2.

Координационное число комплексообразователя равно общему количеству лигандов. В данном случае к.ч. = 6 (одна молекула NH3 и пять ионов CN-).

4) назвать комплексное соединение.

Решение. Названия комплексных солей образуют по общему правилу. Сначала называют анион, затем – катион в родительном падеже.

Название комплексного катиона записывается одним словом, начинающимся с перечисления лигандов. Сначала указывают отрицательные ионы с прибавлением окончания «о» (Cl -- хлоро, SO42- - сульфато, ОН- - гидроксо и т.п.), затем – нейтральные молекулы, причем Н2О называется «аква», NH3 – «аммин», СО – «карбонил».Число лигандов обозначают, используя греческие числительные (ди-, три-, тетра-, пента-, гекса). Последним называют комплексообразователь, используя русское название, с указанием степени его окисления (в скобках, римскими цифрами).

Комплексный анион называют аналогично, только в названии комплексообразователя используют корень его латинского названия с добавлением окончания –ат.

95

Названия нейтральных комплексов образуют так же, как катионов, но комплексообразователь называют в именительном падеже, а степень его окисления не указывают.

Соль Na3[FeNH3(CN)5] содержит комплексный анион. Исходя из вышеизложенного ее название – пентацианоамминферрат (II) натрия.

5) записать уравнения процессов электролитической диссоциации. Решение. Ионы внешней сферы связаны с комплексным ионом

преимущественно ионными связями, поэтому внешнесферная (первичная) диссоциация комплексных солей в водных растворах происходит практически полностью, по типу диссоциации сильного электролита:

I Na3[FeNH3(CN)5] → 3Na+ + [FeNH3(CN)5]3-

Лиганды, входящие в состав комплексного иона, связаны с комплексообразователем более прочной ковалентной связью (образованной по донорно-акцепторному механизму), поэтому внутрисферная (вторичная) диссоциация протекает обратимо, по типу диссоциации слабого

электролита:

II [FeNH3(CN)5]3- ↔ Fe2+ + NH3 + 5 CN-

В результате в растворе устанавливается равновесие между комплексными ионами и продуктами их диссоциации.

Задание 2. Для комплексного соединения состава PtCl4*4 NH3 (к.ч.=6):

1) записать координационную формулу.

Решение. Внутренняя координационная сфера образована комплексообразователем и лигандами. Комплексообразователем является металл, имеющий свободные орбитали, в данном случае – ион Pt4+.

Поскольку координационное число равно шести, вокруг комплексообразователя координируются шесть лигандов, из них четыре частицы – молекулы аммиака. Следовательно, из четырех хлорид-ионов, входящих в состав комплексного соединения, два входят в состав внутренней, а оставшиеся два – в состав внешней координационной сферы. Таким образом, координационная формула комплексного соединения име-

ет вид: [Pt (NH3)4 Cl2]Cl2.

2) дать название.

В соответствии с изложенными выше правилами названия комплексных солей название данного соединения – хлорид дихлоротетраамминплатины (IV).

96

3) записать уравнения процессов электролитической диссоциации. Первичная диссоциация происходит по границе внешней и внутрен-

ней координационных сфер по типу диссоциации сильного электролита

(необратимо):

I [Pt (NH3)4 Cl2]Cl2 → [Pt (NH3)4 Cl2]2+ + 2Cl-

Вторичная диссоциация протекает обратимо (по типу диссоциации

слабого электролита):

II [Pt (NH3)4 Cl2]2+ ↔ Pt4+ + 4 NH3 + 2Cl-

4) написать выражение для константы нестойкости. Устанавливающееся в растворе равновесие между комплексными

ионами и продуктами их диссоциации можно характеризовать константой равновесия, называемой константой нестойкости комплексного

иона Кнест..

Выражение для константы нестойкости рассматриваемого иона имеет вид:

Задания для самостоятельного выполнения

Задание 1. Для приведенного в таблице 4 (столбец 2) комплексного соединения:

1)указать комплексный ион и ионы внешней сферы, определить заряд комплексного иона;

2)указать комплексообразователь, лиганды;

3)определить степень окисления и координационное число комплексообразователя;

4)назвать комплексное соединение;

5)записать уравнения процессов электролитической диссоциации.

Задание 2. Для комплексного соединения, состав которого приведен в столбце 3 таблицы 4:

1)записать координационную формулу;

2)дать название;

3)записать уравнения процессов электролитической диссоциации;

4)написать выражение для константы нестойкости.

97

98

99

ЗАДАНИЕ 7

КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ

Цель и задачи

Изучив тему, студент должен:

1)знать классификацию дисперсных систем, способы получения коллоидных растворов;

2)уметь описать структуру коллоидной мицеллы, определить знак заряда коллоидной частицы в зависимости от условий получения золя;

3)уметь объяснить механизм устойчивости коллоидных систем;

4)иметь представление о процессах коагуляции и седиментации коллоидных растворов; уметь охарактеризовать возможные причины коагуляции;

5)иметь представление об оптических, кинетических, электрических свойствах коллоидных растворов.

Литература:

1.Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2003 – Гл. 8, § 8.7.

2.Лучинский Г.П. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1985. – Гл. 11,

§§ 1, 2; гл.15.

3.Харин А.Н. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1983. – Гл. 6, § 4.

4.Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-Пресс, 2005. – Гл. 10.

План изучения темы

1. Используя указанную литературу, ознакомиться со следующими вопросами и понятиями и составить краткий конспект:

классификация дисперсных систем, грубодисперсные системы, суспензии, эмульсии; коллоидные растворы, способы их получения; строение коллоидной мицеллы (ядро, потенциалопределяющий ион, противоионы, адсорбционный слой, диффузный слой, гранула), заряд коллоидной частицы; механизм агрегативной устойчивости коллоидных систем; процессы коагуляции и седиментации коллоидных растворов, их возможные причины; основные оптические, кинетические, электрокинетические свойства коллоидных растворов; гели.

2. Разобрать приведенный ниже пример решения нулевого варианта.

100

3. Выполнить задание согласно номеру своего варианта.

Решение нулевого варианта

1) Закончить уравнение реакции FeCl3(изб.) +3NaOH →

Записать формулу мицеллы золя, полученного при протекании этой реакции.

Указать ядро, адсорбционный слой, потенциалопределяющий ион, противоионы, диффузный слой, гранулу.

Определить заряд коллоидной частицы.

Решение: FeCl3 (изб.) +3NaOH → Fe(OH)3 + 3 NaCl

При получении коллоидных растворов методом конденсации ядром коллоидной мицеллы являются молекулы малорастворимого вещества, в рассматриваемом случае – гидроксида железа (Ш) –m Fe(OH)3 (m – число молекул в составе ядра).

Необходимым условием получения коллоидного раствора является проведение реакции при избытке одного из компонентов, выступающего в роли ионного стабилизатора коллоидной системы. В рассматриваемом случае золь стабилизирован хлоридом железа (Ш), который в рас-

творе диссоциирует по уравнению:

FeCl3 → Fe3+ + 3Cl–

На поверхности ядра избирательно адсорбируются из раствора ионы стабилизатора, родственные с ионами ядра (такие же, какие входят в состав ядра), в рассматриваемом случае – ионы железа (n Fe3+). Эти ионы определяют знак заряда коллоидной частицы, поэтому их назы-

вают потенциалопределяющими.

Ион стабилизатора противоположного знака (в рассматриваемом случае – Cl–) называется противоионом. На n ионов Fe3+ в растворе находятся 3n ионов Cl–.

Часть противоионов 3(n–х)Cl– (т.н. связанные противоионы) вследствие электростатического взаимодействия прочно связывается с потенциалопределяющими ионами, образуя вместе с ними адсорбционный слой коллоидной частицы: n Fe3+ 3(n–х) Cl–.

Ядро с адсорбционным слоем образуют коллоидную частицу или

гранулу: (m Fe(OH)3) n Fe3+ 3(n–х) Cl–

Поскольку заряд потенциалопределяющих ионов не компенсируется зарядом противоионов диффузного слоя, гранула имеет заряд, совпадающий по знаку с зарядом потенциалопределяющих ионов.

В данном случае заряд гранулы: n • (+3) + 3(n–х) • (–1) = +3х.