му по химии / Дергачевакомплекс. соед

И.Н. Дергачёва

Химия комплексных соединений

Омск 2010

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта

Омский институт водного транспорта (филиал) федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Новосибирская государственная академия водного транспорта» Кафедра естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин

И.Н. Дергачева

Химия комплексных соединений

Учебно-методическое пособие для студентов очной и заочной форм обучения всех специальностей

Омск 2010

УДК 541

ББК 24.5 Д 56

Рецензент:

кандидат биологических наук, доцент Денисова Е.С. ОИВТ (филиал) ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Работа одобрена учебно-методическим советом филиала в качестве учебно-методического пособия по дисциплине «Химия», для всех специальностей очной и заочной форм обучения (Протокол №4

от 26. 01.2010 г.).

Дергачёва, И.Н. Химия комплексных соединений. [Текст]: учебнометодическое пособие по химии для студентов очной и заочной форм обучения всех специальностей / И.Н. Дергачёва – Омск: ОИВТ (филиал) ФГОУ ВПО «НГАВТ», 2010. – 37 с.

Настоящее учебно-методическое пособие содержит сведения по основным свойствам комплексных соединений, а также методические указания к лабораторной работе, задания для самостоятельной работы студентов и задания для двух контрольных работ.

Предназначено для студентов всех специальностей очной и заочной форм обучения.

© И.Н. Дергачёва, 2010 © ОИВТ (филиал) ФГОУ ВПО

«НГАВТ», 2010

2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….….4

1.Теоретическая часть……………………………………………………...…5

1.1.Основные определения химии комплексных соединений. Номенклатура комплексных соединений…………………………………5

1.2.Химические свойства комплексных соединений…………………...12

2.Экспериментальная часть…………………………………………………13

2.1Окраска комплексных соединений…………………………………...13

2.2Устойчивость комплексных соединений…………………………….15

2.3Реакция обмена комплексообразователя в комплексных ионах…...15

2.4Техника безопасности при проведении опытов …………………….15

3.Задания для самостоятельной работы……………………………………16

4.Контрольная работа № 1. «Номенклатура комплексных соединений»……………………………………………………………….28

5.Контрольная работа № 2. «Свойства комплексных соединений»……..30

Список литературы…………………………………………………………..32

Приложение…………………………………………………………………..33

3

ВВЕДЕНИЕ.

Данное учебно-методическое пособие посвящено одному из важнейших разделов химии, изучаемой в высшей школе: «Комплексные соединения». В пособии большое внимание уделено номенклатуре и свойствам комплексных соединений, детальной проработке химических задач по данной тематике. Рассмотрены лабораторные опыты и варианты контрольных вопросов и задач, что подчёркивает универсальный характер данного пособия, охватывающего и теоретические и практические вопросы комплексных соединений.

Особое место отводится самостоятельной подготовке студентов по данной теме, а именно: выполнению домашних заданий.

Для успешной подготовки по химии студентам следует внимательно рассматривать задачи, приводимые в самом тексте, также самостоятельно их решать, так как именно в процессе решения задач закрепляются основные теоретические положения по теме: «Комплексные соединения».

Данное пособие предназначено для студентов очного и заочного обучения всех специальностей вуза.

4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

1.1Основные определения химии комплексных соединений. Номенклатура комплексных соединений.

Комплексное соединение – химическое вещество, в состав которого входят комплексные частицы. В настоящее время строгого определения понятия «комплексная частица» нет. Обычно используется следующее определение.

Комплексная частица – сложная частица, способная к самостоятельному существованию в кристалле или растворе, образованная из других, более простых частиц, также способных к самостоятельному существованию.

По заряду комплексные частицы могут быть катионами, анионами, а также нейтральными молекулами. Комплексные соединения, включающие такие частицы, могут относиться к различным классам химических веществ (кислотам, основаниям, солям).

В комплексном соединении различают внешнюю и внутреннюю сферы. Внутренняя сфера заключается в квадратные скобки и, в свою очередь, включает следующие составные части: комплексообразователь, лиганды, координационное число. Внутренняя сфера может иметь также нулевой заряд, и тогда внешняя сфера отсутствует. Если внутренняя сфера имеет заряд, т.е. является катионом или анионом, то она называется комплексным ионом.

Комплексообразователь – центральный атом комплексной частицы. Обычно комплексообразователь – атом элемента, образующего металл, но это может быть и атом кислорода, азота, серы, йода и других элементов, образующих неметаллы. Степень окисления комплексообразователя может быть положительной, отрицательной или равной нулю; при образовании комплексного соединения из более простых веществ она не меняется.

Лиганды – атомы или изолированные группы атомов, располагающиеся вокруг комплексообразователя. Лигандами могут быть частицы, до образования комплексного соединения, представлявшие собой молекулы ( H 2 O , CO , NH 3 и др.), анионы ( OH− , Cl− , и др.), а также катион водорода.

Различают унидентатные или монодентатные лиганды (связанные с центральным атомом через один из своих атомов, то есть, одной сигма - связью), бидентатные (связанные с центральным атомом через два своих атома, то есть, двумя сигма - связями), тридентатные и т. д.

5

Координационное число (КЧ) – число сигма - связей, образуемых центральным атомом с лигандами. Если лиганды унидентатные, то координационное число равно числу таких лигандов. КЧ зависит от электронного строения центрального атома, от его степени окисления, размеров центрального атома и лигандов, условий образования комплексного соединения, температуры и других факторов. КЧ может принимать значения от 2 до 12. Чаще всего оно равно шести, несколько реже – четырем.

Внутренняя сфера комплексного соединения – центральный атом со связанными с ним лигандами, то есть, собственно комплексная частица.

Внешняя сфера комплексного соединения – остальные частицы, связанные с комплексной частицей ионной или межмолекулярными связями, включая водородные. Существуют комплексные частицы и с несколькими центральными атомами.

Используются два вида структурных формул комплексных частиц: с

указанием формального заряда центрального атома и лигандов, или с

указанием формального заряда всей комплексной частицы.

Примеры:

Для характеристики формы комплексной частицы используется представление о координационном полиэдре (многограннике).

6

Рис. 1. Общий вид (а) и (б) кристаллической структуры двухслойной модификации CdI2. Выделены координационные полиэдры – октаэдры – вокруг атомов Cd. Пунктиром показаны незаполненные октаэдрические пустоты.

Координационный полиэдр – воображаемый многогранник, в центре которого расположен атом-комплексообразователь, а в вершинах – атомы лигандов, непосредственно связанные с комплексообразователем. К координационным полиэдрам относят также квадрат (КЧ=4), треугольник (КЧ=3) и гантель (КЧ=2), хотя эти фигуры и не являются многогранниками. Пример координационного полиэдра в виде октаэдра для двухслойной модификации CdI2 приведен выше, на рисунке 1.

Задача 1. Указать составные части комплексных соединений:

комплексообразователя и комплексного иона.

Решение:

а) [Pt(NH 3 )4 ]2+ Cl2 :

[Pt(NH 3 )4 ]2+ – комплексный катион,

Pt 2+ – комплексообразователь, NH 3 – лиганд,

|4|– координационное число, Cl -– внешняя сфера;

б)[Co(H 2O)4 Cl2 ]0 – внутренняя сфера,

внешняя сфера отсутствует, Co2+ – комплексообразователь, H 2 O , Cl – лиганды,

|6|– координационное число.

7

При наличии внешней сферы растворимое комплексное соединение является сильным электролитом, так как в воде полностью диссоциирует на внутреннюю и внешнюю сферы. Диссоциация внутренней сферы протекает в незначительной степени. Процесс этот сильно обратим со сдвигом равновесия в сторону исходных веществ.

Задача 2. Написать уравнения диссоциации комплексных соединений:

[Pt(NH3)4]Cl2 , [Co(H2O)4Cl2].

Решение:

характеризуется константой химического равновесия, называемой константой нестойкости (Кн), или обратной ей величиной – константой устойчивости (b). Так, для приведенных в задаче 2 комплексных соединений константы нестойкости равны:

Вследствие большой устойчивости комплексных соединений, концентрация ионов комплексообразователя и лигандов при диссоциации внутренней сферы незначительна.

Задача 3. Рассчитать концентрацию ионов Zn2+ в 1 литре 0,1М раствора хлорида тетраамминцинка (II), содержащего, кроме того, дополнительно 0,1 моль NH3.

Решение:

комплексных ионов равно количеству ионов Zn2+ в раствор, а количество образовавшихся при этом молекул NH 3 будет в четыре раза больше. Следует также учесть, что в растворе дополнительно содержится еще 0,1 моль аммиака.

8