9.9.Значення та застосування комплексних сполук

Комплексні сполуки відіграють важливу роль в науці та промисловості, в живій природі. Їх широко використовують в аналітичній хімії для дослідження якісного та кількісного складу речовини, в електрохімії, при відокремленні та добуванні металів, при виділені та очищенні речовин, у якості каталізаторів процесу синтезу речовин, як ефективні відновлювачі і таке інше. Комплексні сполуки відіграють важливу роль в фотосинтезі рослин, в засвоюванні азоту мікроорганізмами, в окислювально-відновних процесах в живій клітині.

9.10.Запитання та задачі для самоконтролю

1.Опишіть зовнішні ознаки комплексоутворення.

2.Які сполуки називаються комплексними? Їх класифікація.

3.Будова комплексних сполук. Поясніть основні положення координаційної теорії А. Вернера. Що таке координаційна ємність ліганда?

4. Механізм виникнення зв’язку між центральним атомом та лігандами.

5. Дисоціація комплексних сполук, константа нестійкості комплексів.

6. Напишіть вирази констант нестійкості таких комплексних сполук: K₄[Fe(CN)₆] та [Cu(NH₃)₄]SO₄.

7. Визначення заряду (ступеня окиснення) комплексоутворювача.

8. Номенклатура комплексних сполук.

9. Напишіть хімічні формули таких комплексних сполук: тетраміндихлорокобальт(ІІІ) хлорид, триакватрифторохром(ІІІ), натрій гексаціанокобальтат(Ш), калій гексафтороферат(ІІІ).

10. Комбінацією необхідних частинок із заданого їх набору: Co³⁺, NH₃, CN^-, К⁺ і відповідно до принципів будови можна скласти сім формул комплексних сполук Кобальту(III), одна з яких є такою: [Co(NH₃)₆](CN)₃. Складіть формули шести інших сполук, назвіть їх, напишіть рівняння дисоціації у водних розчинах, вказавши найсильніший і найслабкіший електроліти.

11.Складіть координаційні формули комплексних сполук, які мають такий набір необхідних сполук: a) 3NaNO₂·Co(NO₃)₂; б) CrCl₃·3NH₃· ·2H₂O; в)2KNO₂·NH₃·Fe(NO₂)₃. Назвіть їх і складіть рівняння дисоціації у водних розчинах.

12.Під час доливання розчину KCN до розчину [Zn(NH₃)₄]SO₄ утворюється нова розчинна комплексна сполука (яка?). Складіть молекулярне і йонно-молекулярне рівняння такої йонообмінної реакції. Назвіть вихідну й отриману комплексні сполуки, порівняйте силу електролітичних властивостей обох комплексних йонів.

13.Визначте концентрацію йонів Кадмію в розчині K₂[Cd(CN)₄], концентрація якого 0,1 моль/л. Крім того, він містить 6,5 г/л KCN. Назвіть сполуки.

14.Чи випаде осад відповідного галогеніду аргентуму під час доливання до 1 л розчину [Ag(NH₃)₂]NO₃ концентрацією 0,1 моль/л, що містить 1 моль/л аміаку NH₃: a) 1·10^-5 моль КВг?(ДР_AgBr = 6·10^-13); б)1·10^-5 моль КІ? (ДР_AgI = 1,1·10^-16).

15.Складіть координаційні формули відповідних комплексних сполук, якщо для цього маємо набір таких сполук: a) CoCl₃·6NH₃; б) СоС1₃ ·5NН₃; в) CoCl₃·4NH₃ (к.ч.Со³⁺= 6). Назвіть сполуки, складіть рівняння їх дисоціації та напишіть формулу для розрахунку величини, що характеризує силу електролітичних властивостей їх роз­чинів.

10. Окисно-відновні реакції

10.1.Загальна характеристика процесів окислення та відновлення

Реакції, що відбуваються зі зміною ступенів окислення атомів, які входять до складу реагуючих речовин, називають окисно-відновними (або редокс-реакціями).

Наприклад, для реакції ступінь окислення вуглецю змінюється від 0 до +4, кисню – від 0 до -2. Атоми вуглецю віддають електрони молекулам кисню. У свою чергу, молекули кисню приєднують електрони від атомів вуглецю.

Речовина, що містить елемент, який віддає електрони, називається відновником. Речовина, що має елемент, який приєднує електрони, називається окислювачем. У нашому випадку вуглець – відновник, кисень – окислювач.

Процес приєднання електронів називається відновленням. Процес віддачі електронів – окисленням. Процеси окислення і відновлення відбуваються одночасно: якщо одна речовина окислюється, то інша обов’язково відновлюється, тому що електрони, які віддає один елемент, приєднує інший.

Ступінь окислення – це умовний заряд, який мав би атом, коли б електрони всіх його зв’язків з іншими атомами були зміщені до більш електронегативного атома.

Ступінь окислення – умовне поняття. Воно не відображає дійсного розподілу електронної густини між атомами.

Позитивний ступінь окислення приписують елементам з меншим значенням електронегативності, негативний – елементам з більшим значенням електронегативності й позначають арабськими цифрами із знаком плюс або мінус перед цифрами, розміщеними над символом елементів. Приклад:

, , ,

Оскільки електронегативності атомів простої речовини однакові, то ступені їх окислення в цьому випадку дорівнюють нулю ( , , , ). Ступені окислення елементів в іонних сполуках дорівнюють їх зарядам. Наприклад іони Cu²⁺, Ba²⁺ мають ступінь окислення +2, а для іонів Cl^-, F^- ступінь окислення дорівнює -1.

Заряди іонів у сполуках на відміну від ступеня окислення позначають арабськими цифрами із знаком плюс або мінус після цифри, наприклад: Ca²⁺, Na⁺, .

Величину та знак ступеня окислення атомів у сполуках визначають виходячи з таких положень:

1) у нейтральних молекулах алгебраїчна сума ступенів окислення всіх атомів дорівнює нулю;

2)ступінь окислення водню у сполуках з неметалами дорівнює +1;

, , ;

у гідридах металів (сполуки металів з воднем) ступінь окислення водню дорівнює -1:

,

3)ступінь окислення кисню у всіх сполуках (за винятком пероксидних сполук та сполук кисню із фтором) дорівнює -2;

, , тощо;

у сполуці із фтором кисень має позитивний ступінь окислення

4) фтор у всіх сполуках має ступінь окислення -1;

5) ступінь окислення лужних металів у всіх сполуках дорівнює +1, а лужноземельних +2.

Приклади розрахунку ступенів окислення:

а) Сіль Na₂Cr₂O₇ – у атома натрію ступінь окислення +1, у атома оксигену –2. Для розрахунку ступеню окислення атома хрому складаємо алгебраїчне рівняння: (+1)×2 +2х + (-2) ×7 = 0 , х= +6, тобто ступінь окиснення атома хрому +6.

в) Сіль Al₂(SO₄)₃ . В цьому випадку необхідно згадати, що це сіль сульфатної кислоти і заряд її кислотного залишку дорівнює 2- (H₂SO₄=2H⁺ +SO₄^2- ). Тоді загальна сума зарядів в цьому іоні повинна дорівнювати заряду іона, тобто –2:

_{x -2}

( SO₄)^2- - розрахуємо ступінь окислення сульфуру: х + (-2) ×4 = -2 , х=+6

Знаючи заряд кислотного залишку та їх кількість можна розрахувати ступінь окиснення алюмінію: 2х + (-2) ×3 = 0 , х = +3.

Примітка. Поняття ступінь окислення не слід ототожнювати з валентністю атомів. Валентність визначається числом зв’язків, якими даний атом сполучений з іншими, і тому не може мати знак плюс або мінус чи дорівнювати нулю. Наприклад, ступінь окислення кисню в пероксидах дорівнює -1, у той час як валентність кисню в цих сполуках дорівнює двом: Na-O-O-Na.

Розрізняють такі типи окислювально-відновлювальних реакцій: міжмолекулярні, внутрішньомолекулярні та реакції самоокислення – самовідновлення (реакції диспропорціонування).

1) У міжмолекулярних окислювально-відновлювальних реакціях окислювачем і відновником є елементи різних молекул, наприклад:

обмін електронами в таких реакціях відбувається між молекулами різних речовин.

2) Реакції внутрішньомолекулярного окислення – відновлення характеризуються тим, що окислювач і відновник входять до складу однієї сполуки, наприклад: 2KClO₃ = 2KCl + 3O₂

окислювач відновник

Обмін електронами в таких реакціях відбувається між атомами однієї і тієї самої молекули.

3) У реакціях диспропорціонування (самоокислення – самовідновлення) окислювачем і відновником виступає один і той самий елемент, який має однаковий (обов’язково проміжний) ступінь окислення, наприклад: