A só neve az anion nevéből, amelyet a kation neve követ(4.17. táblázat). A savas sók nevében az anionhoz a hidro- előtag kapcsolódik. A numerikus előtagok csak egyes savsók nevében használatosak. A kettős sók nevében a kationok ábécé sorrendben szerepelnek. A bázikus sók nevében az anionok ábécé sorrendben szerepelnek.
A hidratált sók elnevezése kétféleképpen jön létre. Ha egy vagy több vízmolekuláról ismert, hogy egy komplex ion központi atomjához koordinálódik, akkor a fent leírt komplex ion-elnevezési rendszer használható. A gyakoribb hidratált sóknál a hidratáltság mértékét a „hidrát” szó numerikus előtagja jelzi. Például a CuSO4 5H2O-t réz(II)-szulfát-pentahidrátnak nevezik.
Összetett ionok
Egy komplex ion egy központi atomból áll, amely több ligandumhoz kapcsolódik - más atomokhoz, ionokhoz vagy atomcsoportokhoz.
A komplex ion képlet szögletes zárójelben van. Egy ilyen ion töltése a jobb zárójel mögött van feltüntetve. A zárójelben először a központi atom szimbóluma látható. Ezt követik az anionos ligandumok, majd a semleges ligandumok képletei, donoratomjuk ábécé sorrendjében (lásd a 14. fejezetet). A többatomos ligandumok zárójelben vannak.
A komplex ionok nevében először a ligandumok szerepelnek. A numerikus előtagok nélkül ABC sorrendben vannak felsorolva. A komplex ion neve a fém nevével végződik, amelyet a megfelelő oxidációs állapot követ (zárójelben). A komplex kationok elnevezésében a fémek orosz elnevezése szerepel (4.14. táblázat) *. Az összetett anionok nevei a fémek latin neveit használják -am utótaggal.
táblázatban. A 4.15. ábra néhány leggyakoribb ligandum nevét és képletét mutatja, valamint táblázatban. 4.16 - egyes fémek komplex anionjainak neve.
Komplex vegyületek
Előadás összefoglalója
Gólok. Elképzeléseket alkotni a komplex vegyületek összetételéről, szerkezetéről, tulajdonságairól és nómenklatúrájáról; a komplexképző szer oxidációs fokának meghatározásában, a komplex vegyületek disszociációs egyenleteinek összeállításában készség fejlesztése.
Új fogalmak: komplex vegyület, komplexképző szer, ligandum, koordinációs szám, a komplex külső és belső szférája.
Berendezések és reagensek.Állítson fel kémcsövekkel, tömény ammóniaoldattal, réz(II)-szulfát-, ezüst-nitrát-, nátrium-hidroxid-oldatokkal.
AZ ÓRÁK ALATT
Laboratóriumi tapasztalat. Adjunk ammóniaoldatot a réz(II)-szulfát oldathoz. A folyadék intenzív kék színűvé válik.
Mi történt? Kémiai reakció? Eddig nem tudtuk, hogy az ammónia reakcióba léphet a sóval. Milyen anyag keletkezett? Mi a képlete, szerkezete, neve? Melyik vegyületcsoportba tartozik? Reagálhat-e az ammónia más sókkal? Vannak ehhez hasonló összefüggések? Ezekre a kérdésekre kell ma választ adnunk.
A vas, réz, ezüst, alumínium egyes vegyületeinek tulajdonságainak jobb tanulmányozásához összetett vegyületek ismeretére van szükség.
Folytassuk tapasztalatainkat. A kapott oldatot két részre osztjuk. Adjunk lúgot az egyik részhez. A réz(II)-hidroxid Cu (OH) 2 kiválása nem figyelhető meg, ezért az oldatban nincsenek duplán töltött rézionok, vagy túl kevés van belőlük. Ebből arra következtethetünk, hogy a rézionok kölcsönhatásba lépnek a hozzáadott ammóniával és néhány új iont képeznek, amelyek nem adnak oldhatatlan vegyületet az OH - ionokkal.
Ugyanakkor az ionok változatlanok maradnak. Ez látható, ha az ammóniaoldathoz bárium-klorid-oldatot adunk. Fehér BaSO 4 csapadék azonnal kihullik.
Tanulmányok kimutatták, hogy az ammóniaoldat sötétkék színe a benne lévő komplex 2+ ionok jelenlétének köszönhető, amelyek négy ammónia molekula rézionhoz kapcsolódásával jönnek létre. A víz elpárolgása során a 2+ ionok ionokhoz kötődnek, és az oldatból sötétkék kristályok emelkednek ki, amelyek összetételét az SO 4 H 2 O képlet fejezi ki.
A komplex vegyületek olyan összetett ionokat és molekulákat tartalmazó vegyületek, amelyek kristályos formában és oldatban is létezhetnek.
A komplex vegyületek molekuláinak vagy ionjainak képleteit általában szögletes zárójelek közé teszik. A komplex vegyületeket hagyományos (nem komplex) vegyületekből állítják elő.
Példák komplex vegyületek előállítására
Az összetett vegyületek szerkezetét a Nobel-díjas Alfred Werner svájci kémikus által 1893-ban javasolt koordinációs elmélet alapján vizsgáljuk. Tudományos tevékenységét a zürichi egyetemen folytatta. A tudós számos új komplex vegyületet szintetizált, korábban ismert és újonnan előállított komplex vegyületeket rendszerezett, és kísérleti módszereket dolgozott ki szerkezetük bizonyítására.
 |
A. Werner
|
Ennek az elméletnek megfelelően összetett vegyületeket különböztetnek meg komplexképző szer, külsőés belső szféra. A komplexképző szer általában kation vagy semleges atom. A belső gömb bizonyos számú ionból vagy semleges molekulából áll, amelyek szilárdan kötődnek a komplexképző szerhez. Hívták őket ligandumok. A ligandumok száma határozza meg koordinációs szám(KN) komplexképző szer.
Példa egy összetett vegyületre
A példában figyelembe vett SO 4 H 2 O vagy CuSO 4 5H 2 O vegyület a réz(II)-szulfát kristályos hidrátja.
Határozzuk meg más komplex vegyületek alkotórészeit, például K 4 .
(Referencia. A HCN képletű anyag hidrogén-cianid. A hidrogén-cianid sókat cianidoknak nevezzük.)
A komplexképző egy vasion Fe 2+, a ligandumok cianidionok CN - , a koordinációs szám hat. Minden, ami szögletes zárójelben van, a belső szféra. A káliumionok alkotják a komplex vegyület külső szféráját.
A központi ion (atom) és a ligandumok közötti kötés természete kettős lehet. Egyrészt a kapcsolat az elektrosztatikus vonzás erőinek köszönhető. Másrészt a központi atom és a ligandumok között a donor-akceptor mechanizmussal kötés jöhet létre, az ammóniumion analógiájával. Számos komplex vegyületben a központi ion (atom) és a ligandumok közötti kötés mind az elektrosztatikus vonzási erőknek, mind a komplexképző szer nem megosztott elektronpárjainak és a ligandumok szabad pályáinak köszönhetően létrejött kötésnek köszönhető.
A külső gömbbel rendelkező összetett vegyületek erős elektrolitok vizes oldatokban pedig szinte teljesen komplex ionná és ionokká disszociálnak külső szféra. Például:
SO 4 2+ + .
A cserereakciók során a komplex ionok egyik vegyületről a másikra jutnak át anélkül, hogy összetételük megváltozna:
SO 4 + BaCl 2 \u003d Cl 2 + BaSO 4.
A belső gömb töltése lehet pozitív, negatív vagy nulla.
Ha a ligandumok töltése kompenzálja a komplexképző ágens töltését, akkor az ilyen komplex vegyületeket semleges vagy nemelektrolit komplexeknek nevezzük: csak a komplexképző szerből és a belső gömb ligandumaiból állnak.
Ilyen semleges komplex például a .
A legjellemzőbb komplexképző szerek a kationok d-elemek.
A ligandumok lehetnek:
a) poláris molekulák - NH 3, H 2 O, CO, NO;
b) egyszerű ionok - F - , Cl - , Br - , I - , H - , H + ;
c) komplex ionok - CN -, SCN -, NO 2 -, OH -.
Tekintsünk egy táblázatot, amely néhány komplexképző ágens koordinációs számát mutatja.
A komplex vegyületek nómenklatúrája. Egy vegyületben először az aniont, majd a kationt nevezik meg. A belső gömb összetételének megadásakor mindenekelőtt anionokat nevezünk, hozzáadva a latin névhez a utótagot - O-, például: Cl - - klór, CN - - ciano, OH - - hidroxo stb. A továbbiakban semleges ligandumokként és elsősorban az ammónia és származékai. Ebben az esetben a következő kifejezéseket használjuk: koordinált ammónia esetén - amin, vízhez - aqua. A ligandumok számát görög szavakkal jelölik: 1 - mono, 2 - di, 3 - három, 4 - tetra, 5 - penta, 6 - hexa. Aztán áttérnek a központi atom nevére. Ha a központi atom a kationok része, akkor a megfelelő elem orosz nevét használjuk, és zárójelben (római számmal) jelöljük az oxidációs állapotát. Ha a központi atomot az anion tartalmazza, akkor használat Latin név elemet, és a végére add hozzá a végződést - nál nél. A nem elektrolitok esetében a központi atom oxidációs állapota nincs megadva, mert a komplexum elektrosemlegességének feltétele alapján egyedileg meghatározható.
Példák. A Cl 2 komplex megnevezéséhez meg kell határozni az oxidációs állapotot
(ÍGY.)
x komplexképző szer - Cu-ion x+ :
1 x + 2 (–1) = 0,x = +2, C.O.(Cu) = +2.
Hasonló módon a kobalt ion oxidációs állapota is megtalálható:
y + 2 (–1) + (–1) = 0,y = +3, S.O.(Co) = +3.
Mekkora a kobalt koordinációs száma ebben a vegyületben? Hány molekula és ion veszi körül a központi iont? A kobalt koordinációs száma hat.
A komplex ion nevét egy szóval írjuk le. A központi atom oxidációs állapotát zárójelben lévő római szám jelzi. Például:
Cl 2 - tetraamin réz(II)-klorid,
NEM 3 –
diklór-akvatriamin-kobalt(III)-nitrát,
K3 – hexaciano-ferrát(III)
kálium,
K 2 - tetraklórplatinát (II)
kálium,
- diklór-tetraamincink,
H 2 - hexaklorotinsav.
Több komplex vegyület példáján meghatározzuk a molekulák szerkezetét (ion-komplexképző szer, S.O., koordinációs szám, ligandumok, belső és külső szférák), adjuk meg a komplex nevét, írjuk fel az elektrolitikus disszociáció egyenleteit.
K 4 - kálium-hexaciano-ferrát (II),
K 4 4K + + 4– .
H - tetraklór-aurinsav (az arany vízben való feloldásával keletkezik),
H H + + –.
OH - diamin ezüst (I) hidroxid (ez az anyag részt vesz az "ezüsttükör" reakcióban),
OH + + OH - .
Na - tetrahidroxoaluminát nátrium,
Na Na + + - .
Sok szerves anyag is összetett vegyületekhez tartozik, különösen az aminok vízzel és savakkal való kölcsönhatásának termékei, amelyeket Ön ismer. Például metil-ammónium-klorid sói és a fenil-ammónium-klorid összetett vegyületek. A koordinációs elmélet szerint a következő szerkezettel rendelkeznek:
Itt a nitrogénatom komplexképző, a hidrogénatomok a nitrogénnél, a metil- és fenilgyökök pedig ligandumok. Együtt alkotják a belső szférát. A külső szférában kloridionok találhatók.
Számos olyan szerves anyag, amely nagy jelentőséggel bír az élőlények életében, összetett vegyület. Ezek közé tartozik a hemoglobin, a klorofill, enzimek és mások
A komplex vegyületeket széles körben használják:
1) az analitikai kémiában sok ion meghatározására;
2) egyes fémek elválasztására és nagy tisztaságú fémek előállítására;
3) színezékként;
4) a víz keménységének megszüntetése;
5) fontos biokémiai folyamatok katalizátoraként.
A modern kor alapjai koordinációs elmélet a múlt század végén vázolta fel Alfred svájci kémikus Werner, aki egyetlen rendszerbe általánosította az addig komplex vegyületeken felhalmozott összes kísérleti anyagot. Bevezették a fogalmát központi atom (komplexképző szer) és az ő koordinációs szám, belsőés külső szféraösszetett kapcsolat, izoméria komplex vegyületek, kísérletek történtek a komplexekben lévő kémiai kötések természetének magyarázatára.
Az összes főbb rendelkezés koordinációs elmélet A Werner még ma is használatban van. Kivételt képez a kémiai kötés természetéről szóló tana, amely ma már csak történelmi jelentőségű.
Egy komplex ion vagy egy semleges komplex képződése egy általános típusú reverzibilis reakciónak tekinthető:
M+ n L
ahol M semleges atom, pozitív vagy negatív töltésű feltételes ion, amely egyesít (koordinál) maga körül más L atomokat, ionokat vagy molekulákat. Az M atom ún. komplexképző szer vagy központi atom.
Komplex ionokban 2+ , 2
- , 4 - , - komplexképző szerek a réz(II), szilícium(IV), vas(II), bór(III).A komplexképző szer leggyakrabban az elem atomja pozitív oxidációs állapotban.
Negatív feltételes ionok (azaz atomok benne negatív oxidációs állapotok) viszonylag ritkán játszanak komplexképző szerepet. Ez például egy nitrogénatom (-III) egy + ammóniumkationban stb.
A komplexképző atomnak lehet nulla oxidációs foka. Így a és összetételű nikkel-vas karbonil komplexek nikkel(0) és vas(0) atomokat tartalmaznak.
komplexképző szer
(kiemelve kék szín) részt vehet a komplexek keletkezési reakcióiban, mint egyatomos ion, például:Ag+ + 2 NH 3 [ Ag(NH 3) 2] +;
Ag+ +2 CN -
[Ag(CN) 2 ]
és a molekula része:
Si F 4 + 2 F
- [Si F 6 ] 2- ;én 2+I
- [én(I) 2 ] - ;P H 3 + H + [ P H4]+; B F 3 + NH 3 [ B(NH3)F3] Egy komplex részecske tartalmazhat két vagy több komplexképző atomot. Ebben az esetben arról beszélünk. Összetett kapcsolat tartalmazhat több összetett ion, amelyek mindegyike tartalmazza a sajátját komplexképző szer.
Egy komplex ionban vagy semleges komplexben az ionok, atomok vagy egyszerű molekulák (L) a komplexképző szer körül koordinálódnak. Mindezeket a részecskéket, amelyek kémiai kötésben vannak a komplexképző szerrel, nevezzük ligandumok(latinból " ligare"- megköt). Komplex ionokban 2 A ligandumok általában nincsenek egymáshoz kötve, és taszító erők hatnak közöttük. Egyes esetekben a ligandumok intermolekuláris kölcsönhatása figyelhető meg a képződéssel hidrogénkötések. A ligandumok különféle szervetlenek és szervesek lehetnek ionokés molekulák. A legfontosabb ligandumok a CN-ionok Leggyakrabban a ligandum az egyik atomján keresztül kötődik a komplexképző szerhez. egy kétközpontú kémiai kötés. Az ilyen ligandumokat ún egyfogú. Az egyfogú ligandumok közé tartozik az összes halogenidion, cianidion, ammónia, víz és mások. Néhány gyakori ligandum, például a vízmolekulák H2 Számos ligandum létezik, amelyek komplexekben szinte mindig vannak kétfogú. Ezek az etilén-diamin, karbonát ion, oxalát ion stb. A kétfogú ligandum minden molekulája vagy ionja szerkezetének sajátosságai szerint két kémiai kötést hoz létre a komplexképző szerrel: Például a NO 3 komplex vegyületben A hexadentát ligandum például az etilén-diamin-tetraecetsav anionja: A polidentát ligandumok úgy működhetnek, mint A komplexképző szer legfontosabb jellemzője a ligandumokkal kialakított kémiai kötések száma, ill. koordinációs szám (KCH). A komplexképző szernek ezt a jellemzőjét elsősorban az elektronhéj szerkezete határozza meg, és a vegyérték lehetőségek központi atom vagy feltételes komplexképző ion (). Amikor a komplexképző ágens koordinálja egyfogú ligandumok, akkor a koordinációs szám megegyezik a kapcsolódó ligandumok számával. És a komplexképző szerhez kapcsolódó vegyületek száma sokfogú ligandum értéke mindig kisebb, mint a koordinációs szám értéke. A koordinációs szám értéke A komplexképző szer jellegétől, az oxidáció mértékétől, a ligandumok természetétől és a komplexképző reakció végbemenetelének körülményeitől (hőmérséklet, az oldószer jellege, a komplexképző szer és a ligandumok koncentrációja stb.) függ. A CN-érték különböző összetett vegyületekben 2-től 8-ig és még magasabb is lehet. A leggyakoribb koordinációs számok a 4 és a 6. A koordinációs szám értéke és a komplexképző elem oxidációs foka között van bizonyos függőség. Igen, azért komplexképző elemek, oxidációs állapota + I (Ag I, Cu I, Au I, I I Oxidációs állapot +II (Zn V vízi komplexek a komplexképző ágens koordinációs száma +II oxidációs állapotban leggyakrabban 6: 2+ , 2+ , 2+ . Ismert komplexképzők, amelyek gyakorlatilag állandó koordinációs szám komplexekben különböző típusok. Ezek a kobalt(III), króm(III) vagy platina(IV) 6 cn-vel és bór(III), platina(II), palládium(II), arany(III) 4 cn-vel. Ennek ellenére a legtöbb A komplexképző szerek változó koordinációs számmal rendelkeznek. Például az alumínium(III) esetében a CN 4 és CN 6 lehetséges a komplexekben A 3-as, 5-ös, 7-es, 8-as és 9-es koordinációs számok viszonylag ritkák. Csak néhány olyan vegyület van, amelyben a CN értéke 12-, ilyen például a K 9 . Ha egy komplex ion vagy semleges komplex két vagy több komplexképzőt tartalmaz, akkor ezt a komplexet ún többmagos. A többmagvú komplexek között vannak áthidaló,
Például egy (SO 4) összetételű mononukleáris komplex vegyületben 2 komplexképző ágens a K I és Al III, valamint a - Cu II és Pt IV.
Például 3+ , 3-
, 2
-
, 3
-
, 3
- .
A komplexképző ágens atomjai ezen keresztül kapcsolódhatnak egymáshoz áthidaló ligandumok, melynek funkcióit az OH -, Cl -, NH 2 -, O 2 2-, SO 4 2- ionok látják el és néhány másik. Öntvény áthidaló ligandum több donoratomot tartalmazó polifogú ligandum tud működni (például NCS - N- és S-atomokkal, amelyek a donor-akceptor mechanizmus révén képesek részt venni a kötések kialakításában), vagy egy ligandum több elektronpárral ugyanazon az atomon (például Cl - vagy OH -). Abban az esetben, ha a komplexképző ágens atomjai közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz, a többmagvú komplexet ún klaszter típus. amelyben a Re-Re négyszeres kötés megvalósul: egy σ-kötés, két π-kötés és egy δ-kötés. A származékok között különösen sok klaszterkomplex található d-elemek. Többnukleáris komplexek vegyes típusú hivatkozásként tartalmazza komplexképző szer – komplexképző szer, és áthidaló ligandumok. Itt van egy egyszeres kötés Co – Co és két kétfogú karbonil ligandum CO, amelyek áthidalják a komplexképző atomokat. ________________________ Ismétlés: _________________________
Tehát az (NH 4) 2 komplex vegyületben híd szolgál kétfogú hidroxid ligandumok
:
Így a klaszter a komplex anion 2
A vegyes típusú komplexekre példa a kobalt-karbonil-komplex a következő összetétellel: 
Annak érdekében, hogy többé-kevésbé pontos definíciót adjon az összetett vegyületekről, a modern kémiának a koordinációs elmélet főbb rendelkezéseire kell támaszkodnia, amelyet A. Werner javasolt még 1893-ban. A probléma összetettsége a sokféleségben rejlik. és a komplex definíciója alá tartozó legkülönfélébb kémiai vegyületek sokasága.
V általánosságban komplex vegyületek azok, amelyek számos komplex részecskét tartalmaznak. Ez idáig a tudomány nem rendelkezik szigorú definícióval az „összetett részecske” fogalmára. Gyakran használják a következő definíciót: komplex részecskén olyan komplex részecskét értünk, amely képes önállóan létezni mind kristályban, mind oldatban. Más egyszerű részecskékből áll, amelyek viszont képesek önállóan létezni. Szintén gyakran a komplex részecskék definíciója alá tartoznak azok az összetett kémiai részecskék, amelyekben minden kötés vagy azok egy része a donor-akceptor elv szerint jön létre.
Valamennyi komplex vegyület közös jellemzője, hogy szerkezetében egy központi atom jelen van, amely a „komplexképző szer” nevet kapta. Tekintettel ezeknek a vegyületeknek a sokféleségére, nem szükséges ennek az elemnek a közös jellemzőiről beszélni. A komplexképző szer gyakran egy fémet alkotó atom. De ez nem szigorú jel: ismertek olyan összetett vegyületek, amelyekben a központi atom oxigén-, kén-, nitrogén-, jódatom és más olyan elemek, amelyek fényes nemfémek. A komplexképző töltéséről elmondható, hogy az többnyire pozitív, és a szakirodalomban fémcentrumnak nevezték, de vannak példák arra is, amikor a központi atom negatív töltésű volt, sőt nulla.
Ennek megfelelően a komplexképző szer körül elhelyezkedő izolált atomcsoportokat vagy egyes atomokat ligandumoknak nevezzük. Ezek lehetnek olyan részecskék is, amelyek a komplex vegyület összetételébe kerülés előtt molekulák voltak, például víz (H2O), (CO), nitrogén (NH3) és még sokan mások, lehetnek OH–, PO43– anionok is, Cl– vagy a H+ hidrogénkation.
A komplex vegyületeknek a töltés típusa szerint történő osztályozására tett kísérlet ezeket a kémiai vegyületeket kationos komplexekre osztja, amelyek semleges molekulák pozitív töltésű ionja körül képződnek. Léteznek olyan anionos komplexek is, amelyekben a komplexképző ágens egy pozitív atom, Az egyszerű és összetett anionok ligandumok. Külön csoportként különíthetők el a semleges komplexek. Kialakulásuk a molekulák semleges atomja körüli koordinációval történik. Az összetett anyagok ebbe a kategóriájába tartoznak a pozitív töltésű ionok és molekulák körüli egyidejű koordináció során keletkező vegyületek, valamint a negatív töltésű ionok is.
Ha figyelembe vesszük a ligandumok által elfoglalt helyek számát az úgynevezett koordinációs szférában, akkor egyfogú, kétfogú és többfogú ligandumokat határozunk meg.
A komplex vegyületek különféle módszerekkel történő előállítása lehetővé teszi a ligandum jellege szerinti osztályozást. Közülük megkülönböztetik az ammóniátokat, amelyekben a ligandumokat ammónia molekulák, aqua komplexek képviselik, ahol a ligandumok víz, karbonilok - a szén-monoxid ligandum szerepét tölti be. Ezenkívül léteznek olyan savkomplexek, amelyekben a központi atomot savmaradékok veszik körül. Ha hidroxidionok veszik körül, akkor a vegyületeket hidroxo-komplexek közé soroljuk.
Komplex vegyületek játszanak fontos szerep a természetben. Nélkülük az élő szervezetek élete lehetetlen. Ezenkívül az összetett vegyületek emberi tevékenységben történő felhasználása lehetővé teszi összetett technológiai műveletek végrehajtását.
Analitikai kémia, fémek kinyerése ércekből, elektroformázás, lakkok és festékek gyártása – ez csak egy rövid lista azon iparágakról, amelyekben összetett vegyszereket alkalmaztak.
A BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2 stb. típusú vegyületeket, amelyekben az elem a szokásos maximális vegyértéket mutatja, vegyértéktel telített vegyületeknek, ill. elsőrendű vegyületek. Amikor az elsőrendű vegyületek kölcsönhatásba lépnek egymással, magasabb rendű vegyületek keletkeznek. NAK NEK magasabb rendű vegyületek ide tartoznak a hidrátok, ammóniátok, savak addíciós termékei, szerves molekulák, kettős sók és sok más. Példák komplex vegyületek képződésére:
PtCl 4 + 2KCl \u003d PtCl 4 ∙ 2KCl vagy K 2
CoCl 3 + 6NH 3 \u003d CoCl 3 ∙ 6NH 3 vagy Cl 3.
A. Werner bevezette a kémiába a magasabb rendű vegyületekre vonatkozó elképzeléseket, és megadta a komplex vegyület fogalmának első meghatározását. A közönséges vegyértékek telítettsége után az elemek további vegyértéket mutathatnak - koordinációs. A koordinációs vegyértéknek köszönhető, hogy magasabb rendű vegyületek keletkeznek.
Komplex vegyületek – izolálható összetett anyagok központi atom(komplexképző szer) és rokon molekulák és ionok - ligandumok.
Kialakul a központi atom és a ligandumok komplex (belső szféra), amelyet egy összetett vegyület képletének felírásakor szögletes zárójelek közé teszünk. A belső szférában lévő ligandumok számát ún koordinációs szám. A komplexet körülvevő molekulák és ionok formálódnak külső szféra. Példa a kálium-hexaciano-ferrát (III) K 3 komplex sójára (az ún. vörös vérsó).
A központi atomok átmeneti fémionok vagy egyes nemfémek (P, Si) atomjai lehetnek. A ligandumok lehetnek halogén anionok (F -, Cl -, Br -, I -), OH -, CN -, CNS -, NO 2 - és mások, semleges molekulák H 2 O, NH 3, CO, NO, F 2, Cl 2, Br 2, I 2, hidrazin N 2 H 4, etilén-diamin NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 stb.
Koordinációs vegyérték(CV) vagy koordinációs szám - a komplex belső szférájában a ligandumok által elfoglalható helyek száma. A koordinációs szám általában nagyobb, mint a komplexképző szer oxidációs állapota, a komplexképző szer és a ligandumok természetétől függően. A 4, 6 és 2 koordinációs vegyértékkel rendelkező összetett vegyületek gyakoribbak.
Ligandum koordinációs képesség – az egyes ligandumok által elfoglalt helyek száma a komplex belső szférájában. A legtöbb ligandum esetében a koordinációs kapacitás egy, ritkábban 2 (hidrazin, etilén-diamin) és több (EDTA - etilén-diamin-tetraacetát).
Komplex töltés számszerűen egyenlőnek kell lennie a külső gömb teljes töltésével és ellentétes előjellel, de vannak semleges komplexek is. A komplexképző szer oxidációs állapota egyenlő és ellentétes előjelű az összes többi ion töltéseinek algebrai összegével.
Összetett vegyületek szisztematikus nevei a következőképpen képződnek: először az aniont nevezzük névelőben, majd külön a genitivusban - a kationt. A komplex ligandumait a következő sorrendben soroljuk fel: a) anionos; b) semleges; c) kationos. Az anionok H - , O 2- , OH - , egyszerű anionok, többatomos anionok, szerves anionok - ábécé sorrendben vannak felsorolva. A semleges ligandumok neve megegyezik a molekulákkal, kivéve a H 2 O (aqua) és az NH 3 (ammin); a negatív töltésű ionok hozzáadják az összekötő magánhangzót" O". A ligandumok számát előtagok jelzik: di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- stb. Az anionos komplexek végződése "- nál nél" vagy "- új", ha a savat nevezzük; a kationos és semleges komplexeknek nincsenek tipikus végződései.
H - hidrogén-tetraklór-aurát (III)
(OH) 2 - tetraamin-réz(II)-hidroxid
Cl 4 - hexaamin-platina (IV)-klorid
– tetrakarbonil-nikkel
– a hexaamin-kobalt (III) hexaciano-ferrátja (III)
A komplex vegyületek osztályozása különböző elvek alapján:
Azáltal, hogy egy bizonyos vegyületcsoporthoz tartozik:
- komplex savak– H2, H2;
- összetett alapok-(OH)2;
- komplex sók- Li 3, Cl 2.
A ligandumok természete szerint:
- akvakomplexumok(víz a ligandum) - SO 4 ∙ H 2 O, [Co (H 2 O) 6] Cl 2;
- ammónia(komplexek, amelyekben ammónia molekulák szolgálnak ligandumként) - [Сu(NH 3) 4 ]SO 4, Cl;
- acidokomplexek(oxalát, karbonát, cianid, halogenid komplexek, amelyek ligandumként különböző savak anionjait tartalmazzák) - K 2, K 4;
- hidroxokomplexek(ligandum formájában OH-csoportokat tartalmazó vegyületek) - K 3 [Al (OH) 6];
- kelát vagy ciklikus komplexek(két- vagy többfogú ligandum és a központi atom ciklust alkot) - komplexek amino-ecetsavval, EDTA; a kelátok közé tartozik a klorofill (komplexképző anyag - magnézium) és a hemoglobin (komplexképző szer - vas).
A komplexum töltésének jelével: kationos, anionos, semleges komplexek.
Egy speciális csoportot a hiperkomplex vegyületek alkotnak. Ezekben a ligandumok száma meghaladja a komplexképző ágens koordinációs vegyértékét. Tehát a CuSO 4 ∙ 5H 2 O vegyületben a réz koordinációs vegyértéke négy, és négy vízmolekula koordinálódik a belső szférában, az ötödik molekula hidrogénkötésekkel csatlakozik a komplexhez: SO 4 ∙ H 2 O.
A ligandumok a központi atomhoz kötődnek donor-elfogadó kötés. Vizes oldatban a komplex vegyületek disszociálhatnak komplex ionokat képezve:
Cl ↔ + + Cl –
Kis mértékben a komplexum belső szférájának disszociációja van:
+ ↔ Ag + + 2NH 3
A komplex erősségének mértéke az komplex instabilitási állandó:
K fészek + \u003d C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag (NH 3) 2] +
Az instabilitási állandó helyett néha a reciprok értéket használják, amelyet stabilitási állandónak neveznek:
K száj \u003d 1 / K fészek
Számos összetett só mérsékelten híg oldatában összetett és egyszerű ionok egyaránt előfordulnak. A további hígítás a komplex ionok teljes lebomlásához vezethet.
W. Kossel és A. Magnus egyszerű elektrosztatikus modellje szerint a komplexképző szer és az ionos (vagy poláris) ligandumok közötti kölcsönhatás megfelel a Coulomb-törvénynek. Stabil komplexet akkor kapunk, ha a komplex magjához ható vonzóerő egyensúlyba hozza a ligandumok közötti taszító erőket. A komplex erőssége nő a magtöltés növekedésével és a komplexképző szer és a ligandumok sugarának csökkenésével. Az elektrosztatikus modell nagyon szemléletes, de nem képes megmagyarázni a nempoláris ligandumokkal és egy komplexképző szerrel alkotott komplexek létezését nulla oxidációs állapotban; mi határozza meg a vegyületek mágneses és optikai tulajdonságait.
A komplex vegyületek leírásának egyértelmű módja a valence bonds (MBS) módszere, amelyet Pauling javasolt. A módszer számos feltételen alapul:
A komplexképző szer és a ligandumok közötti kapcsolat donor-akceptor. A ligandumok elektronpárokat, a komplex magja pedig szabad pályákat biztosít. A kötésszilárdság mértéke az orbitális átfedés mértéke.
A kötések kialakításában részt vevő központi atom pályái hibridizáción mennek keresztül. A hibridizáció típusát a ligandumok száma, jellege és elektronszerkezete határozza meg. A komplexképző ágens elektronpályáinak hibridizációja határozza meg a komplex geometriáját.
A komplex további erősödése annak köszönhető, hogy a σ-kötések mellett π-kötések is létrejöhetnek.
A komplexum mágneses tulajdonságait a pályák foglaltsága alapján magyarázzuk. Páratlan elektronok jelenlétében a komplex paramágneses. Az elektronok párosítása határozza meg a komplex vegyület diamágnesességét.
Az MVS csak korlátozott számú anyagok leírására alkalmas, és nem magyarázza meg a komplex vegyületek optikai tulajdonságait, mivel nem veszi figyelembe a gerjesztett állapotokat.
További fejlődés Az elektrosztatikus elmélet kvantummechanikai alapon a kristálytérelmélet (TCP). A TCP szerint a komplex magja és a ligandumok közötti kötés ionos vagy ion-dipólus. A TCP fő figyelmet fordít a komplexképzőben a ligandumtér hatására bekövetkező változások (energiaszint-hasadás) figyelembevételére. A komplexképző ágens energiahasításának gondolata felhasználható a komplex vegyületek mágneses tulajdonságainak és színének magyarázatára.
A TCP csak olyan komplex vegyületekre alkalmazható, amelyekben a komplexképző szer ( d-elem) szabad elektronokkal rendelkezik, és nem veszi figyelembe a komplexképző szer-ligandum kötés részlegesen kovalens természetét.
A molekuláris orbitális módszer (MMO) nemcsak a komplexképző szer, hanem a ligandumok részletes elektronszerkezetét is figyelembe veszi. A komplexumot egyetlen kvantummechanikai rendszernek tekintik. A rendszer vegyértékelektronjai többközpontú molekulapályákon helyezkednek el, amelyek lefedik a komplexképző ágens magjait és az összes ligandumot. Az MMO szerint a hasítási energia növekedése a kovalens kötés további erősödésének köszönhető a π-kötés miatt.