3. Комплексные соединения (к.С.) -

1) - сложные соединения высшего порядка, образованные при взаимодействии соединений низшего порядка любого класса;

2) - сложные соединения, имеющие в своей структуре относительно устойчивые в водных растворах комплексные частицы - “комплексы”, заключающиеся в квадратные скобки при записи молекулярной формулы и состоящие из комплексообразователя – центрального атома (иона), ядра комплекса, и координирующихся вокруг него лигандов – других атомов, ионов или молекул;

3) - сложные соединения (основания, кислоты, соли), состоящие из более устойчивой в водных растворах внутренней сферы [комплекса] и внешней сферы, образованной ионами с зарядом, противоположным заряду внутренней сферы: ионами водорода, анионами кислот, гидроксид-анионами или комплексными,- определяющими принадлежность комплексного соединения к тому или иному классу и диссоциирующими в водных растворах.

Примеры: Н[AuCl₄], H₂[SiF₆] - кислоты; [Cu(NH₃)₄](OH)₂ - основание;

[Fe(H₂O)₆]SO₄, K[Ag(CN)₂] [N(CH₃)₄][I(I₂)₂], [BrF₂][AsF₆], [ICl₂][SbCl₆] – соли.

При этом следует знать, что к.с. могут состоять только из внутренней сферы комплекса), т.е. не имеют внешней сферы – это нейтральные комплексы.

4) – х.с., кристаллическая решетка которых состоит из комплексных ионов (комп- лексов), способных к самостоятельному существованию в растворах и твердых телах;

5) комплексы – это сложные молекулы или ионы, обладающие высокой симметрией,

в центре симметрии которых находится атом или ион – комплексообразователь (ядро комплекса), вокруг которого располагаются (координируются) атомы, молекулы или ионы, называемые лигандами;

6) к.с. – это наиболее устойчивые соединения высшего порядка, которые в водном растворе либо вообще не распадаются на составные части (соединения 1-го поряд-ка, в которых элементы проявляют свою обычную максимальную валентность), либо распадаются в очень незначительной степени.

7) - это сложные соединения, у которых имеется хотя бы одна ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму.

Табл.1. Координационные числа некоторых комплексообразователей

Степень окисления Координационное Пример

_{комплексообразователя} число (кч) комплексного соединения (к.с.)

0 4 [Ni(CO)₄],

+1 2 K[Ag(CN)₂], [Ag(NH₃)₂]Cl,

+2 (+3) 4 K₂[HgI₄],[_Zn(NH₃)₄]Cl₂,[Pt(NH₃)₂Cl₂]

K[Al(OH)₄],

+3 (+2) 6 K₄[Fe(CN)₆], [Cr(NH₃)₆]Cl₃

+4 6 H₂[SiF₆], K₂[Pt(Cl)₆], Na₂[Sn(OH)₆]

+5 7 K₂[TaF₇]

3.1. Супер- и супрамолекулярные соединения -

- объекты исследования супрамолекулярной химии, одной из самых молодых и бурно развивающихся областей химии, - наиболее сложной, связывающей воедино неорганическую, органическую и биологическую химии.

Создателями супрамолекулярной химии (СупрХ) считают Ж.-М. Лена, Ч.Дж. Педерсена и Д.Дж. Крама (1962-1978 г.г.). В 1987 г. ученые получили Нобелевскую премию по химии за определяющий вклад в развитие химии макрогетероциклических соединений, способных избирательно образовывать молекулярные комплексы типа «хозяин-гость».

Термин “супрамолекулярная химия”и ее основные идеи и понятия введены

Ж.-М. Леном (1978 г.), но до н.вр. не являются общеизвестными и общепринятыми.

Ж.-М. Лен: Супрамолекулярная химия – это 1) «химия за пределами молекулы», изучающая структуру и функции ассоциаций двух или более химических частиц, удерживаемых вместе невалентными межмолекулярными силами;

2) химия молекулярных ансамблей и межмолекулярных связей.

Согласно Лену, супрамолекулярную химию (СупрХимию) можно разбить на две большие, частично налагающиеся друг на друга области:

I- химию супермолекул – олигомолекулярных частиц, четко обозначенных и возникающих в результате межмолекулярной ассоциации нескольких компонентов – рецептора и его субстрата (субстратов) по принципу молекулярного распознавания.

II – химию молекулярных ансамблей (супрамолекул) – полимолекулярных систем, образующихся в результате спонтанной ассоциации неопределенного числа компонентов с переходом в специфическую фазу, имеющую более или менее четко обозначенную микроскопическую структуру и зависящие от ее природы характеристики.

Так. обр., супрамолекулярная химия охватывает и позволяет рассмотреть с единых позиций все виды молекулярных ассоциатов, от min-но возможных (димеров) до наиболее крупных (организованных фаз).

Схема перехода от молекулярной к супрамолекулярной химии (Ж.-М. Лен):

1) Молекулярная химия Супрамолекулярная химия

↓ ↓

(Синтез)

Исходные соед-я → Рецептор (Комплексообразование)

(Ковалентные { + } → Супермолекула

связи) Субстрат (супрамолекула)

По мнению Лена, супрамолекулярная химия в том виде, в каком она существует в н.вр., началась с изучения селективного (избирательного) связывания катионов щелочных металлов природными и синтетическими макроциклическими и макрополициклическими лигандами, краун-эфирами и криптандами (см. рис.)

К таким природным соединениям относятся, например, хлорофилл и гемоглобин, антибиотик валиномицин и др.

В н.вр. известны супрамолекулярные соединения и их более сложные ассоциаты, материалы - нанообъекты), имеющие экзотические названия: кавитанды, сферанды, клатраты (например, клатратный комплекс тиомочевины с адамантаном),

углеродные фуллерены, Ме-кластеры, кластеры кластеров, кеплераты, спирали, геликоиды, кентавры, коацерваты, тактоиды, фазоиды, аллофены, нанотрубки и др.

2)

Полимолекулярная химия

↓ Организованные

ансамбли

Супермолекула → Распознавание

(супрамолекула) → Преобразование } → Молекулярные и

супрамолекулярные

→ Перемещение устройства

Супрамолекулярные ансамбли имеют вполне определенные пространственные расположения компонентов и свойства: структурные, физико-химические и пр.

Самые 1-ые исследования, предшествующие супрамолекулярной химии (СупрХ), провел амер. биохимик Э.Фишер (1894 г.). Он сформулировал свой знаменитый принцип “ключ – замок”: в основе молекулярного распознавания

лежит геометрическая комплементарность: геометрическое (стерическое, т.е. пространственное) соответствие рецептора и субстрата.

Селективное связывание требует химического сродства и взаимодействия между компонентами-партнерами, и корни этой идеи – в трудах Альфреда Вернера

по химии комплексных (координационных) соединений, что делает супрамолекулярную химию обобщением и развитием координационной химии.

Комплементарность – это полное соответствие (геометрическое, химическое, энергетическое) взаимодействующих компонентов.

4. Современные химические номенклатуры

простых и сложных неорганических веществ, ионов.

Химическая номенклатура – важнейшая информационная область химии: это система правил, позволяющая определить для любого химического соединения его однозначные молекулярную формулу и название, указывающие на его состав.

По требованиям международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) каждое вещество должно иметь только одно правильное название, однозначно указывающее на его качественный и количественный состав.

Первая хим. номенклатура предложена в книге Лавуазье А.Л., Гитона де Морво Л.Б., Бертолле К.Л., Фуркруа А.Ф. “Метод химической номенклатуры.“ (1787 г.): впервые все вещества были разделены на элементы и соединения.

В н.вр. существует несколько химических номенклатур:

1. Систематическая (международная, ИЮПАК);

2. Традиционная (или классическая);

3. Тривиальная (простейшая) – не дает указаний о составе вещества, исторически сложившаяся;

4. Минералогическая – названия минералов (Используется в основном в геологии).

1. Систематическая (международная, ИЮПАК)

1.1. Простые вещества: металлы и неметаллы – имеют формулы и названия такие же, как у соответствующих им хим. элементов: Хе – ксенон, К – калий, С – углерод. В названиях аллотропных форм простых веществ указывают число атомов (греческими числительными) в молекуле: Р₄ – тетрафосфор, О₃ – трикислород (озон – тривиальное название), S₈ – октасера.

1.2. Ионы: а) у одноатомных катионов, имеющих несколько валентностей (с.о.) указывают валентность (с.о., по ИЮПАК) римской цифрой в скобках после названия катиона: Cu²⁺ - катион меди (II), Fe³⁺- катион железа (III).

б) у многоатомных катионов указывают заряд: Hg₂²⁺- катион диртути (2+),

I₂⁺ - катион дииода (1+).

в) у одноэлементных анионов – окончание –ид: Н^- - гидрид-ион, S^2- – сульфид-ион.

Некоторые анионы сохраняют традиционные названия: N^3- - нитрид-ион , N₃^- - азид-ион, O₃^- - озонид-ион, O₂^-- пероксид-ион, CN^- - цианид-ион, HS^- - гидросульфид-ион,

OH^- - гидроксид-ион.

1.3. Сложные соединения:

а) При написании формул вначале помещают элементы-металлы или катионы, а затем элементы-неметаллы (более ЭО-ные элементы) или анионы: КI, CaC_2, CuSO₄.

Если соединение состоит из одних металлов (интерметаллиды) или неметаллов, то на 1-ом месте ставят всегда менее ЭО-ный элемент, стоящий левее в известном ряду активности металлов или в условном ряду НеМе, построенном по возрастанию их ЭО-ти: Хе, В, Si, C, As, P, H, Te, Se, S, I, Br, Cl, N, O, F.

Названия начинают с конца формулы, справа налево.

Примеры: Cl₃N – нитрид трихлора (традиционное – нитрид хлора (I)), Вi(ClO)₃ – оксид-хлорид висмута (III) или оксохлорат висмута (III) (традиционное – гипохлорит висмута (III)).

б) Кислоты и их соли: для распространенных кислот и их анионов сохраняются традиционные названия (серная и сульфаты, азотная и нитраты и т.п.). Для кислот необычных, менее распространенных, содержащих кислотообразующие элементы с переменной валентностью, рекомендуются только систематические названия:

H₃AsO₃ – триоксоарсенат (III) водорода или триоксоарсенат триводорода (традиционное – ортомышьяковистая);

Н₂S₂O₇ – гептаоксодисульфат (VI) водорода или гептаоксодисульфат диводорода (традиционное – дисерная кислота).

Лекции №№ 4, 5

Тема: Строение вещества.

I. Строение атома.

Вопросы:

1. Доквантовые модели атома (Томсона, Резерфорда, Бора).

2. Современные теории строения атома:

- протонно-нейтронная,

- квантово-механическая.

3. Радиоактивность: понятие, виды, характеристики.

4. Закономерности заполнения электронных орбиталей атомов.

Электронные схема, формулы.

Самостятельная работа:

1. Первые (до Томсона) модели атома.

2. Спектры испусканния электронов в полупроводниках, светодиоды.

3. Радиоактивность: понятие, виды, характеристики.

Строение атома и Периодическая Система элементов

1. Протонно-нейтронная теория строения атома.

N(⁺¹₁p) =

N(⁺¹₁p) + N(⁰₁n) = A_r(атома) = N_{порядковый}(хим. элемента)

Таблица 1. Характеристики основных элементарных частиц атома

Элементарная ч-ца Абс.масса, кг Отн. масса, а.е.м. Электр.заряд, Кл Отн.заряд

Протон (⁺¹₁Р) 1,673^. 10^-27 1,0073 + 1,602^.10^-19 +1

Нейтрон ( ⁰₁n) 1,675^.10^-27 1,0087 0 0

Электрон (е^-) 9,109^.10^-31 0,00055 - 1,602^.10^-19 -1