Комплексные соединения

Содержание

1. Введение.................................................................. 3

2. Комплексные соединения...................................... 3

2.1 Общие принципы строения............................... 4

2.2 Кристаллогидраты и двойные соли.................... 6

3. Комплексообразование........................................... 7

4. Распространенные комплексные соединения...... 10

Список используемой литературы............................ 12

1. Введение

Комплексные соединения — самый большой и многочисленный класс неорганических соединений, но их изучение началось только в конце XIX – начале XX века.

Образование комплексных соединений не может быть объяснено с точки зрения обычного учения о валентности. Их состав совершенно не согласуется с теми числами валентности, которые используются при составлении формул более простых «бинарных» соединений, то есть соединений, состоящих только из двух элементов. Поэтому успешное изучение комплексных соединений стало возможным лишь после того, как в химию были введены некоторые новые представления о валент-ной связи. Эти представления легли в основу теории комплексных со-единений, предложенной в 1893 г. профессором Цюрихского универ-ситета Альфредом Вернером (1866-1919) и получившей название коор-динационной теории.

В своей теории Вернер разделил все неорганические вещества на так называемые соединения первого и высшего порядка. К соединени-ям первого порядка он отнес главным образом достаточно простые по своей структуре вещества, такие как H2O, NaCl, PCl3 и другие. Соеди-нениями высшего порядка ученый предложил считать продукты взаи-модействия между собой соединений первого порядка — кристалло-гидраты, аммиакаты, полисульфиды, двойные соли, а также комплекс-ные соединения.

2. Комплексные соединения

Комплексные соединения — молекулярные соединения опреде-ленного состава, образование которых из более простых молекул не связано с возникновением новых электронных пар. В большинстве случаев комплексные соединения образуются при взаимодействии ве-ществ в водных растворах. Но иногда образование комплексных со-единений может происходить и в других условиях. Например, безвод-ный хлорид кальция непосредственно соединяется с аммиаком, пре-вращаясь в комплексную соль [Ca (NH3)8] Cl2.

Чаще всего образование комплексных соединений происходит около свободных ионов. Например, при взаимодействии ионов с моле-кулами воды под действием создаваемого ионом электрического поля молекулы воды определенным образом ориентируются и затем притя-гиваются к иону противоположно заряженным концом диполя. За счет такого притяжения в растворе образуется гидратированный ион и рас-твор все более концентрируется. На определенной стадии из него ста-нут выделяться кристаллы растворенного вещества, заключающие в своем составе гидратированный ион. Если при этом молекулы воды, непосредственно окружающие его в растворе, связаны с ним непрочно, то вода не войдет в состав кристалла, а если связь иона с молекулами воды достаточно прочна, то в состав кристалла он войдет с некоторым числом молекул "кристаллизационной" воды. В результате получится кристаллогидрат данного вещества, представляющий собой комплекс-ное соединение.

2.1 Общие принципы строения

Согласно координационной теории, в молекуле любого ком-плексного соединения один из ионов, обычно положительно заряжен-ный, занимает центральное место и называется комплексообразовате-лем. Вокруг него в непосредственной близости расположено или, как говорят, координировано некоторое число противоположно заряжен-ных ионов или электронейтральных молекул, называемых аддендами и образующих внутреннюю координационную сферу соединения. Ос-тальные ионы, не разместившиеся во внутренней сфере, находятся на более далеком расстоянии от центрального иона, составляя внешнюю координационную сферу.

Например, в комплекс-ной соли K2[PtCl6], схемати-ческое строение которой по-казано на рис. 1, комплексо-образователем является ион четырехвалентной платины, аддендами – ионы хлора, а во внешней координационной сфере находятся ионы калия.

Чтобы отметить разли-чие между внутренней и внешней сферами в формулах комплексных соединений, адденды вместе с комплексообразователем заключают в квадратные скобки.

Комплексные соединения разделяют на две группы: однородные и неоднородные. К однородным относятся комплексные соединения, во внутренней сфере которых находятся только одинаковые лиганды, а к более многочисленной группе неоднородных — соединения, во внут-ренней сфере которых находится лиганды двух или более видов.

Образование неоднородных комплексов чаще всего происходит при замещении нескольких нейтральных молекул во внутренней сфере комплексного иона заряженными частицами. Например, при замеще-нии трех молекул аммиака в комплексном ионе [Pt(NH3)6]4+ ионами хлора образуется неоднородный комплексный ион [Pt(NH3)3Cl3]+.

Общее число нейтральных молекул и ионов, связанных с цен-тральным ионом в комплекс, называется координационным числом комплексообразователя. Например, в приведенной выше соли K2[PtCl6] координационное число комплексообразователя, то есть иона четырех-валентной платины, равно шести. Координационное число играет в химии комплексных соединений не менее важную роль, чем число единиц валентности атома, и является таким же основным его свойст-вом, как и валентность.

Величина координационного числа определяется главным обра-зом размеров, зарядом и строением электронной оболочки комплексо-образователя. Наиболее часто встречается координационное число шесть, например: у железа, хрома, цинка, никеля, кобальта, четырехва-лентной платины. Координационное число четыре свойственно двух-валентной меди, трехвалентному золоту, двухвалентной ртути, кад-мию. Иногда встречаются и другие координационные числа, но значи-тельно реже (например, два для серебра и одновалентной меди).

Подобно тому как валентность элемента далеко не всегда прояв-ляется полностью в его соединениях, так и координационное число комплексообразователя иногда может оказаться меньше обычного. Та-кие соединения, в которых характерное для данного иона максималь-ное координационное число не достигается, называются координаци-онно-ненасыщенными. Среди типичных комплексных соединений они встречаются сравнительно редко.

Заряд комплексного иона равняется алгебраической сумме заря-дов составляющих его простых ионов. Входящие в состав комплекса электронейтральные молекулы не оказывают никакого влияния на ве-личину заряда. Если вся внутренняя координационная сфера образова-на только нейтральными молекулами, то заряд комплексного иона ра-вен заряду комплексообразователя.

О заряде комплексного иона можно также судить по зарядам ио-нов, находящихся во внешней координационной сфере. Например, в соединении K4[Fe(CN)6] заряд комплексного иона [Fe(CN)6] равен ми-нус четырем, так как во внешней сфере находятся четыре положитель-ных однозначных иона калия, а молекула в целом электронейтральна. Отсюда в свою очередь легко определить заряд комплексообразовате-ля, зная заряды остальных содержащихся в комплексе ионов.

Согласно современной химической номенклатуре при названии комплексного иона сначала называется координационное число ком-плексообразователя, затем лиганды, затем комплексообразователь. На-пример, комплексное соединение K4[Fe(CN)6] называют гексоциано-феррат калия, а соединение [Cr(H2O)6]Cl3 — хлоридом гексогидрохро-ма.

При гидролизе комплексные соединения, как и большинство «бинарных» соединений, диссоциируют на катион и анион, но некото-рые комплексные соединения с малостойкой внутренней сферой, на-пример двойные соли, диссоциируют с образованием частиц всех вхо-дящих в их состав элементов. Большинство комплексных соединений диссоциирует на комплексный катион и анион или на комплексный анион и катион. Например, гексоцианоферрат калия K4[Fe(CN)6] дис-социирует с образованием четырех катионов калия и гексоцианофер-рат-аниона.

2.2 Кристаллогидраты и двойные соли

При определенных условиях нейтральные молекулы, входящие в состав комплекса, например молекулы аммиака, могут быть замещены молекулами воды. При этом образуются кристаллогидраты — кристал-лические образования, в построении которых молекулы воды участву-ют как самостоятельные единицы. Особенно легко образуются кри-сталлогидраты различных солей.

Состав кристаллогидратов принято изображать формулами, по-казывающими, какое количество кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат. Например, кристаллогидрат сульфата двухвалентной меди (медный купорос), содержит на одну молекулу CuSO4 пять моле-кул воды, изображается формулой CuSO4  5H2O; кристаллогидрат сульфата натрия (глауберова соль) — формулой Na2SO4  10H2O и т. д.

По своему строению кристаллогидраты — комплексные соеди-нения. Например, кристаллогидрат хлорида хрома CrCl3  6H2O являет-ся комплексным соединением [Cr(H2O)6]Cl3, отщепляющим в растворе ионы [Cr(H2O)6]3+.

Кристаллогидраты, содержащие шесть молекул воды, встречают-ся очень часто. К ним относятся, например, кристаллогидраты хлорида трехвалентного железа FeCl3, хлорида никеля NiCl2, хлорида алюминия AlCl3 и других. Согласно координационной теории, все они имеют строение, аналогичное строению кристаллогидрата хлорида хрома: [Fe(H2O)6]Cl3, [Ni(H2O)6]Cl2, [Al(H2O)6]Cl3.

Точно