6.3 Комплексные соединения

6.3.1 Донорно-акцепторное взаимодействие молекул

Если одна из двух молекул имеет атом со свободными орбиталями, а другая - атом с парой неподеленных электронов, то между ними происходит донорно-акцепторное взаимодействие, которое приводит к образованию ковалентной связи, например:

N+ B= N

У атома азота в молекуле аммиака имеется неподеленная пара электронов, а у атома бора в молекуле трифторида бора - вакантная орбиталь.

При взаимодействии по донорно-акцепторному механизму атом азота отдает на связь пару электронов, а атом бора- вакантную орбиталь, в результате чего возникает ковалентная связь

.

В полученном соединении суммарные валентности бора и азота равны четырем.

6.3.2 Комплексы

Аналогичным образом образуется соединение КРF₆ при взаимодействии КF и РF₅ ,которое можно записать в виде К[РF₆] . При взаимодействии сульфата меди и аммиака образуется сложное соединение

CuSO + 4NH =CuSO ∙ 4NH ,

которое выражается формулой [Cu(NH)] SO.

Сложные соединения, у которых имеются ковалентные связи, образованные по донорно-акцепторному механизму, получили название комплексных или координационных соединений.

Согласно координационной теории швейцарского ученого А.Вернера комплексные соединения состоят из двух сфер: внешней и внутренней.

В приведенных выше примерах внешними сферами являются К и SO. Внутренняя сфера, называемая также комплексом, включает центральный ион или атом, вокруг которого координируются отрицательно заряженные ионы или нейтральные молекулы. При записи комплексного соединения внутреннюю сферу или комплекс заключают в скобки, например[Zn(CN)], [Zn(NH)] .

Центральный ион или атом называется комплексообразователем, а координируемые им ионы или молекулы- лиганидами. В приведенных выше примерах комплексообразователями являются ион фосфора в [PF]^- и ион меди Cu в [Cu(NH)].Число монодентантных лиганидов, координируемых комплексообразовате- лем, называют координационным числом. В приведенных примерах координационное число равно соответственно 6 и 4.

В зависимости от заряда различают анионные комплексы, например [PF]^-, , [Zn(CN)], [Al(OH)]^-, катионные комплексы, например [Cu(NH)]²⁺ ,[Ni(HO)], и нейтральные комплексы, например [Ni( CO)] и [Pt(NH)Cl]. Нейтральные комплексы не имеют внешней сферы. Заряд комплекса численно равен алгебраической сумме заряда центрального иона и зарядов лигандов.

6.3.3 Комплексообразователи

Комплексообразователями служат атомы или ионы, имеющие вакантные орбитали. Способность к комплексообразованию возрастает с увеличением заряда иона и уменьшением его размера. К наиболее распространенным комплексообразователям относятся ионы d- элементов VII, VIII, I, II групп периодической таблицы элементов.

6.3.4 Лиганды

К числу лигандов относятся простые анионы, такие как F,Cl,Br,I,S^2-, сложные анионы, например CN, NCS, NO, молекулы, например HO, NH, CO, HNCHCHNH(En). Ионы или отдельные атомы ионов и молекул лигандов имеют неподеленные пары электронов. В зависимости от того , какое число вакантных орбиталей у комплексообразователя занимают лиганды, они подразделяются на монодентантные(одна орбиталь), например NH, Cl, бидентантные, например En, полидентантные, например этилендиаминтетрауксусная кислота (ЕДТА), являющаяся шестидентантным лигандов.

.

Динатриевая соль ЕДТА и сама кислота относятся к классу соединений, называемых комплексонами. Би- и полидентантные лиганды при взаимодействии с комплексообразователями образуют замкнутые циклы, называемые хелатными, поэтому и комплексы с би- и полидентантными лигандами называют хелатными (или клешневидными), например

.