Комплексные соединения
Комплексные соединения (КС) составляют наиболее обширный и разнообразный класс неорганических веществ. К ним также относятся многие металлоорганические соединения, связывающие ранее разобщённые неорганическую и органическую химию. Многие комплексные соединения – витамин В12, гемоглобин, хлорофилл и другие играют большую роль в физиологических и биохимических процессах. Наиболее удачно свойства и строение комплексных соединений объясняет координационная теория, предложенная в 1893 г. швейцарским химиком, лауреатом Нобелевской премии Альфредом Вернером.
Основные положения координационной теории
В молекуле любого комплексного соединения один из ионов, обычно положительно заряженный занимает центральное положение и называется комплексообразователем или центральным ионом. Нельзя сказать, что комплексные соединения построены всегда из ионов; в деиствительности эффективные заряды атомов и молекул, входящих в состав комплекса, обычно невелики. Более правильно, поэтому, пользоваться термином центральный атом. Вокруг него в непосредственной близости расположено, или, как говорят, координировано некоторое число противоположно заряженных ионов или электронейтральных молекул, называемых лигандами (или аддендами) и образующих внутреннюю координационную сферу. Число лигандов, окружающих центральный ион, называется координационным числом (кч.)
Внутренняя сфера комплекса в значительной степени сохраняет стабильность при растворении. Её границы обозначают квадратными скобками [ ]. Ионы, находящиеся во внешней сфере, в растворах легко отщепляются. Поэтому говорят, что во внутренней сфере ионы связаны неионогенно, а во внешней − ионогенно. Например:
КС Формула Комплексный ион Формула Центр.атом (ион) Лиганды Кч |
Хлорид гексамминкобальта (III) CoCl3•6NH3 г ексамминкобальт(III) [Co(NH3)6]3+ кобальт 6 молекул NH3 6 |
|
Стрелки на схеме символически изображают координационные или донорно-акцепторные связи.
Простые лиганды, например H2O, NH3, CN-, и Сl- называются монодентантными, поскольку каждый из них способен образовывать только одну координационную связь (занимают во внутренней координационной сфере одно место). Существуют лиганды, образующие с центральным атомом 2 и более координационные связи. Такие лиганды называются би- и полидентантными. Примером бидентантных лигандов могут служить
оксалатный ион С2О42- и молекула этилендиамина C2N2H8
Способностью образовывать комплексные ионы обладают, как правило, d − элементы, но и не только; Al и B также образуют комплексные ионы. Комплексные ионы, образуемые d−элементами, могут быть электронейтральными, положительно или отрицательно заряженными:
нейтральный комплекс |
[Ni(CO)4] |
тетракарбонилникель (0) |
анионный комплекс |
[Fe(CN)6]4- |
гексацианоферрат (II) |
катионный комплекс |
[Fe(H2O)6]3+ |
гексаакважелезо (III) |
В анионных комплексах для обозначения центрального атома металла используется его латинское название, а в катионных − русское.
Названия лигандов в комплексном соединении
|
Названия комплексных анионов некоторых элементов |
|||||
Нейтральные лиганды
|
H2O NH3 CO NO |
Аква Аммин Карбонил Нитрозил |
B Al Si Ti V Cr Mn Fe Co Ni |
Борат Алюминат Силикат Титанат Ванадат Хромат Манганат Феррат Кобальтат Никелат (никколат) |
Cu Zn Ge Ag Sn Au Hg Pb Bi
|
Купрат Цинкат Германат аргентат Станнат Аурат Меркурат Плюмбат Висмутат |
Анионные лиганды |
F-,Cl- Br-, I- S2- OH- CN- NO2- S2O32-
|
Фторо-, хлоро- Бромо-, иодо- Сульфидо- Гидроксидо- Циано- Нитро- Тиосульфато-
|
Заряды, имеющиеся на комплексном ионе, делокализованы по всему иону. Для описания
химической связи в подобных ионах используется резонансная структура, представляющая собой гибрид из всевозможных распределений электронов. Различные распределения называются каноническими структурами.
Например, нитрат-ион имеет следующие канонические и резонансные структуры: