Комплексные соединения: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 4: "Комплексные соединения"

Здравствуйте, уважаемые слушатели! Сегодня мы поговорим про комплексные соединения.

Итак, что же представляют собой комплексные соединения? На первый взгляд, дать исчерпывающее определение может показаться непростой задачей. Как правило, мы опираемся на представления координационной химии, где комплексные соединения, также известные как координационные, рассматриваются как структуры, состоящие из центрального атома и окружающих его лигандов.

Однако, при более общем рассмотрении, четкое определение может быть затруднительным. Тем не менее, будем исходить из того, что это соединения, в которых присутствует центральный атом и лиганды, образующие координационное окружение и связанные с центральным атомом посредством координационных связей.

Комплексная частица может нести положительный, отрицательный или нейтральный заряд. При записи химических формул комплексных соединений мы, как правило, используем квадратные скобки, чтобы выделить комплексную частицу в составе соединения. Хотя в некоторых случаях эти скобки опускаются, чаще всего их использование является общепринятой практикой.

Важнейшими понятиями в химии комплексных соединений являются центральный атом, или комплексообразователь, и лиганды. В роли центрального атома может выступать атом практически любого металла, хотя, строго говоря, это не является обязательным условием. На сегодняшний день известно, что почти любой элемент из периодической таблицы, включая, например, ксенон, способен образовывать комплексные соединения. Однако наиболее распространенными комплексообразователями являются d-металлы, то есть переходные металлы. В школьных программах часто встречается пример алюминия, который, не являясь d-металлом, также образует комплексные соединения.

Лигандами могут быть молекулы, такие как вода ( H_2O ), аммиак ( NH_3 ), монооксид углерода ( CO ) и другие. Кроме того, лигандами могут быть ионы, как правило, отрицательно заряженные, такие как хлорид-ионы ( Cl^{-} ), фторид-ионы ( F^{-} ), тиосульфат-ионы ( S_2O_3^{2-} ), нитрит-ионы ( NO_2^{-} ) и другие. Лиганды окружают центральный атом, формируя координационное окружение. Еще одно важное понятие – координационное число.

Координационное число (КЧ) – это общее количество химических связей между лигандами и центральным атомом. Если каждый лиганд образует только одну связь с центральным атомом, то есть лиганд является монодентатным, то координационное число будет совпадать с количеством лигандов. Однако, если лиганды образуют несколько связей (являются полидентатными), то координационное число будет больше количества лигандов.

Рассмотрим соединение K_4[Fe(CN)_6] в качестве примера. Здесь, центральный атом – атом железа ( Fe ). Заряд комплексного иона [Fe(CN)_6] равен -4 . Следовательно, степень окисления железа составляет +2 .

Лигандами в данном соединении являются цианидные ионы ( CN^{-} ), их шесть. Каждый цианидный ион образует одну связь с железом. Таким образом, координационное число (КЧ) равно 6 .

Номенклатура комплексных соединений

При названии комплексных соединений начинают с правой части формулы (аниона) и двигаясь влево (к катиону), по аналогии с солями, например, сульфатом натрия.

При наименовании комплексного аниона используется латинское название центрального атома, к которому добавляется суффикс <<-ат>>. Например, для железа (Ferrum) – феррат, для меди (Cuprum) – купрат, для олова (Stannum) – станнат, для алюминия – алюминат и т.д. Важно знать латинские названия элементов.

Перед названием центрального атома указывается число лигандов и название самого лиганда. Число лигандов обозначается соответствующей греческой приставкой: ди-, три-, тетра-, пента-, гекса- и т.д. Если лиганд является анионом, к его названию добавляется окончание <<-о>>.

Для K_4[Fe(CN)_6] название будет: гексацианоферрат(II) калия.

Рассмотрим [Cu(NH_3)_4]Cl_2 .

Центральный атом – медь ( Cu ). Аммиак ( NH_3 ) является нейтральным лигандом. Заряд комплексного иона [Cu(NH_3)_4] равен +2 , что соответствует заряду двух хлорид-ионов ( Cl^{-} ). Следовательно, степень окисления меди равна +2 .

Лиганд – аммиак ( NH_3 ). Координационное число равно 4 .

Название соединения: хлорид тетраамминмеди(II).

Рассмотрим [Pt(NH_3)_2Cl_2] .

Центральный атом – платина ( Pt ). Заряд комплексного иона равен 0 . Два хлорид-иона ( Cl^{-} ) имеют суммарный заряд -2 . Следовательно, степень окисления платины равна +2 .

Лиганды – аммиак ( NH_3 ) и хлорид-ионы ( Cl^{-} ). Координационное число равно 4 .

Название соединения: дихлородиамминплатина(II).

Какие уравнения реакций мы можем записать, рассматривая комплексные соединения, и где они находят применение?

Рассмотрим, например, реакцию раствора соли меди, а именно сульфата меди(II) ( CuSO_4 ), с раствором аммиака ( NH_3 ).

При добавлении небольшого избытка аммиака происходит выпадение осадка гидроксида меди(II) ( Cu(OH)_2 ) голубого цвета: CuSO_4 + 2NH_3 + 2H_2O = Cu(OH)_2\downarrow + 2(NH_4)_2SO_4.

Однако, при добавлении избытка аммиака, гидроксид меди(II) Cu(OH)_2 начинает растворяться, образуя комплексное соединение – гидроксид тетраамминмеди(II) [Cu(NH_3)_4](OH)_2 , обладающего насыщенным васильковым цветом: Cu(OH)_2 + 4NH_3 = [Cu(NH_3)_4](OH)_2.

В случае, если мы возьмем соль алюминия, например, хлорид алюминия AlCl_3 , и добавим к ней аммиак, то выпадет осадок гидроксида алюминия Al(OH)_3 : AlCl_3 + 3NH_3 + 3H_2O = Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4Cl.

При добавлении избытка аммиака к гидроксиду алюминия осадок не растворяется, так как аммиачный комплекс алюминия не устойчив.

Таким образом, образование комплексных частиц наблюдается не всегда.

Рассмотрим теперь реакцию соли серебра, например, нитрата серебра AgNO_3 , с хлоридом натрия NaCl с образованием осадка хлорида серебра AgCl : AgNO_3 + NaCl = AgCl\downarrow + NaNO_3.

При добавлении аммиака к осадку AgCl происходит его растворение с образованием комплексной соли – хлорида диамминсеребра(I): AgCl + 2NH_3 = [Ag(NH_3)_2]Cl.

Аммиачные комплексы, как правило, хорошо образуются медью в степени окисления +2 и серебром в степени окисления +1 , а также медью в степени окисления +1 . Медь(I) и серебро проявляют близкие химические свойства.

Алюминий, в отличие от них, не образует аммиачного комплекса. Это позволяет эффективно и полно осаждать гидроксид алюминия Al(OH)_3 с помощью аммиака, не опасаясь его растворения в избытке реагента.

Использование гидроксида натрия NaOH для осаждения и получения Al(OH)_3 не всегда удобно: недостаток щелочи приведет к неполному осаждению, а избыток – к растворению части гидроксида алюминия с образованием гидроксоалюминатов.