Luku 17
17.1. Perusmääritelmät
Tässä luvussa tutustutaan erityiseen monimutkaisten aineiden ryhmään nimeltä kattava(tai koordinoimalla) yhdisteet.
Tällä hetkellä käsitteen tiukka määritelmä " monimutkainen hiukkanen" ei. Yleensä käytetään seuraavaa määritelmää.
Esimerkiksi hydratoitu kupari-ioni 2 on monimutkainen hiukkanen, koska sitä todella esiintyy liuoksissa ja joissakin kiteisissä hydraateissa, se muodostuu Cu 2 -ioneista ja H 2 O -molekyyleistä, vesimolekyylit ovat todellisia molekyylejä ja Cu 2 -ioneja on kiteissä. monista kupariyhdisteistä. Päinvastoin, SO 4 2 -ioni ei ole monimutkainen hiukkanen, koska vaikka O 2 -ioneja esiintyy kiteissä, S 6 -ionia ei ole kemiallisissa systeemeissä.
Esimerkkejä muista kompleksisista hiukkasista: 2 , 3 , , 2 .
Samanaikaisesti NH4- ja H3O-ionit luokitellaan monimutkaisiksi hiukkasiksi, vaikka H-ioneja ei ole kemiallisissa systeemeissä.
Joskus kompleksisia hiukkasia kutsutaan monimutkaisiksi kemiallisiksi hiukkasiksi, joissa kaikki tai osa sidoksista muodostuu luovuttaja-akseptorimekanismin mukaisesti. Tämä pätee useimmissa monimutkaisissa hiukkasissa, mutta esimerkiksi kaliumalunassa SO 4 kompleksihiukkasessa 3 sidos Al- ja O-atomien välille muodostuu todellakin luovuttaja-akseptorimekanismin mukaisesti, kun taas kompleksihiukkasessa on vain sähköstaattista (ioni-dipoli) vuorovaikutus. Tämän vahvistaa se, että rautaammoniumalunassa on rakenteeltaan samanlainen monimutkainen hiukkanen, jossa vain ioni-dipoli-vuorovaikutus on mahdollinen vesimolekyylien ja NH4-ionin välillä.
Varauksen mukaan kompleksiset hiukkaset voivat olla kationeja, anioneja ja myös neutraaleja molekyylejä. Tällaisia hiukkasia sisältävät monimutkaiset yhdisteet voivat kuulua eri kemikaaliluokkiin (hapot, emäkset, suolat). Esimerkit: (H30) - happo, OH - emäs, NH4Cl ja K3 - suolat.
Tyypillisesti kompleksinmuodostaja on metallin muodostavan alkuaineen atomi, mutta se voi olla myös hapen, typen, rikin, jodin ja muiden ei-metalleja muodostavien alkuaineiden atomi. Kompleksoivan aineen hapetusaste voi olla positiivinen, negatiivinen tai nolla; kun monimutkainen yhdiste muodostuu yksinkertaisemmista aineista, se ei muutu.
Ligandit voivat olla hiukkasia, jotka olivat ennen monimutkaisen yhdisteen muodostumista molekyylejä (H 2 O, CO, NH 3 jne.), anioneja (OH, Cl, PO 4 3 jne.) sekä vetykationeja . Erottaa tuntematon tai yksihampaiset ligandit (kytkettyinä keskusatomiin sen yhden atomin kautta, toisin sanoen yhdellä sidoksella), kaksihampainen(yhdistetty keskusatomiin kahden atominsa kautta, eli kahdella -sidoksella), kolmihampainen jne.
Jos ligandit ovat tunnistamattomia, koordinaatioluku on yhtä suuri kuin tällaisten ligandien lukumäärä.
cn riippuu keskusatomin elektronirakenteesta, sen hapetusasteesta, keskusatomin ja ligandien koosta, kompleksiyhdisteen muodostumisolosuhteista, lämpötilasta ja muista tekijöistä. CN voi ottaa arvot välillä 2 - 12. Useimmiten se on yhtä kuin kuusi, hieman harvemmin - neljä.
On myös monimutkaisia hiukkasia, joissa on useita keskusatomeja.
Käytetään kahden tyyppisiä kompleksihiukkasten rakennekaavoja: osoittavat keskusatomin ja ligandien muodollisen varauksen tai osoittavat koko kompleksihiukkasen muodollisen varauksen. Esimerkkejä:
Monimutkaisen hiukkasen muodon kuvaamiseksi käytetään ideaa koordinaatiopolyhedronista (polyhedron).
Koordinaatiopolyhedrat sisältävät myös neliön (KN = 4), kolmion (KN = 3) ja käsipainon (KN = 2), vaikka nämä luvut eivät ole monitahoisia. Esimerkkejä koordinaatiopolyhedristä ja vastaavasti muotoilluista kompleksihiukkasista yleisimmille CN-arvoille on esitetty kuvissa 1 ja 2. yksi.
17.2. Monimutkaisten yhdisteiden luokitus
Kuinka kemikaalit monimutkaiset yhdisteet jaetaan ionisiin (niitä kutsutaan joskus ionogeeninen) ja molekulaarinen ( ei-ioninen) liitännät. Ioniset kompleksiyhdisteet sisältävät varautuneita kompleksihiukkasia - ioneja - ja ovat happoja, emäksiä tai suoloja (katso § 1). Molekyylikompleksiyhdisteet koostuvat varautumattomista kompleksihiukkasista (molekyylistä), esimerkiksi: tai - niitä on vaikea luokitella mihinkään kemikaalien pääluokkaan.
Monimutkaiset hiukkaset, jotka muodostavat monimutkaisia yhdisteitä, ovat melko erilaisia. Siksi niiden luokittelussa käytetään useita luokitteluominaisuuksia: keskusatomien lukumäärä, ligandin tyyppi, koordinaationumero ja muut.
Keskusatomien lukumäärän mukaan monimutkaiset hiukkaset jaetaan yksiytiminen ja moniytiminen. Moninukleaaristen kompleksihiukkasten keskusatomit voivat liittyä toisiinsa joko suoraan tai ligandien kautta. Molemmissa tapauksissa keskusatomit ligandien kanssa muodostavat yhden kompleksisen yhdisteen sisäpallon:
Ligandien tyypin mukaan kompleksihiukkaset jaetaan
1) Vesikompleksit eli kompleksisia hiukkasia, joissa vesimolekyylejä on läsnä ligandeina. Kationiset vesikompleksit m ovat enemmän tai vähemmän stabiileja, anioniset vesikompleksit ovat epästabiileja. Kaikki kiteiset hydraatit ovat yhdisteitä, jotka sisältävät vesikomplekseja, esimerkiksi:
Mg(ClO 4) 2. 6H20 on itse asiassa (ClO 4) 2;
BeSO4. 4H20 on itse asiassa S04;
Zn(Br03)2. 6H20 on itse asiassa (Br03)2;
CuSO4. 5H 2O on itse asiassa SO 4. H2O.
2) Hydroksokompleksit, eli kompleksisia hiukkasia, joissa hydroksyyliryhmiä esiintyy ligandeina, jotka olivat hydroksidi-ioneja ennen kompleksihiukkaseen pääsyä, esimerkiksi: 2 , 3 , .
Hydroksokompleksit muodostuvat vesikomplekseista, joilla on kationisten happojen ominaisuuksia:
2 + 4OH = 2 + 4H 2O
3) Ammoniakki eli kompleksisia hiukkasia, joissa NH3-ryhmiä esiintyy ligandeina (ennen kompleksisen hiukkasen muodostumista - ammoniakkimolekyylit), esimerkiksi: 2 , , 3 .
Ammoniakkia voidaan saada myös vesikomplekseista, esimerkiksi:
2 + 4NH3 \u003d 2 + 4 H2O
Liuoksen väri muuttuu tässä tapauksessa sinisestä ultramariiniin.
4) acidokompleksit eli kompleksisia hiukkasia, joissa ligandeina on sekä hapettomien että happea sisältävien happojen happamia tähteitä (ennen kompleksipartikkelin muodostumista - anionit, esim.: Cl, Br, I, CN, S 2, NO 2, S 2O 3 2, CO 3 2, C 2O 4 2 jne.).
Esimerkkejä happokompleksien muodostumisesta:
Hg 2 + 4I = 2
AgBr + 2S 2O 3 2 = 3 + Br
Jälkimmäistä reaktiota käytetään valokuvauksessa poistamaan reagoimaton hopeabromidi valokuvausmateriaaleista.
(Kun kehitetään valokuvafilmiä ja valokuvapaperia, kehite ei palauta valokuvaemulsiossa olevan hopeabromidin valottamatonta osaa. Sen poistamiseen käytetään tätä reaktiota (prosessia kutsutaan "kiinnittämiseksi", koska poistamaton hopeabromidi) hajoaa vähitellen valossa tuhoten kuvan)
5) Kompleksit, joissa vetyatomit ovat ligandeja, jaetaan kahteen täysin eri ryhmään: hydridi koostumukseen sisältyvät kompleksit ja kompleksit onium liitännät.
Hydridikompleksien muodostumisessa - , , - keskusatomi on elektronin vastaanottaja ja hydridi-ioni luovuttaja. Vetyatomien hapetusaste näissä komplekseissa on –1.
Oniumkomplekseissa keskusatomi on elektronin luovuttaja ja akseptori vetyatomi hapetustilassa +1. Esimerkkejä: H30 tai - oksoniumioni, NH4 tai - ammoniumioni. Lisäksi on olemassa tällaisten ionien substituoituja johdannaisia: - tetrametyyliammoniumioni, - tetrafenyylilarsoniumioni, - dietyylioksoniumioni jne.
6) karbonyyli kompleksit - kompleksit, joissa CO-ryhmät ovat läsnä ligandeina (ennen kompleksin muodostusta - hiilimonoksidimolekyylit), esimerkiksi:, jne.
7) Anionihalogenidi kompleksit ovat tyyppisiä komplekseja.
Muut kompleksihiukkasten luokat erotetaan myös ligandien tyypin mukaan. Lisäksi on olemassa monimutkaisia hiukkasia, joissa on erityyppisiä ligandeja; yksinkertaisin esimerkki on vesihydroksokompleksi.
17.3. Monimutkaisten yhdisteiden nimikkeistön perusteet
Monimutkaisen yhdisteen kaava kootaan samalla tavalla kuin minkä tahansa ionisen aineen kaava: kationin kaava kirjoitetaan ensin ja anioni toiseksi.
Kompleksihiukkasen kaava kirjoitetaan hakasulkeisiin seuraavassa järjestyksessä: ensin kompleksinmuodostavan alkuaineen symboli, sitten niiden ligandien kaavat, jotka olivat kationeja ennen kompleksin muodostumista, sitten niiden ligandien kaavat, jotka olivat muodostuneet. neutraalit molekyylit ennen kompleksin muodostumista ja niiden jälkeen ligandien kaavat, jotka muodostuivat ennen kompleksin muodostumista anionien vaikutuksesta.
Monimutkaisen yhdisteen nimi rakennetaan samalla tavalla kuin minkä tahansa suolan tai emäksen nimi (monimutkaisia happoja kutsutaan vety- tai oksoniumsuoloiksi). Yhdisteen nimi sisältää kationin nimen ja anionin nimen.
Kompleksipartikkelin nimi sisältää kompleksinmuodostajan nimen ja ligandien nimet (nimi kirjoitetaan kaavan mukaan, mutta oikealta vasemmalle. Kationien kompleksinmuodostajilla käytetään venäläisiä elementtinimiä, ja anionit, latinalaiset.
Yleisimpien ligandien nimet:
| H20 - vesi | Cl - kloori | SO 4 2 - sulfaatti | OH - hydrokso |
| CO - karbonyyli | Br - bromi | CO 3 2 - karbonaatti | H - hydrido |
| NH3 - amiini | NO 2 - nitro | CN - syano | EI - nitroso |
| NO - nitrosyyli | O2 - okso | NCS - tiosyanaatti | H + I - vesi |
Esimerkkejä monimutkaisten kationien nimistä:
Esimerkkejä monimutkaisten anionien nimistä:
2 - tetrahydroksosinkaatti-ioni
3 – di(tiosulfato)argentaatti(I)-ioni
3 – heksasyanokromaatti(III)-ioni
– tetrahydroksodikvaaluminaatti-ioni
– tetranitrodiamiinikobaltaatti(III)-ioni
3 – pentasyaaniakvaferraatti(II)-ioni
Esimerkkejä neutraalien kompleksihiukkasten nimistä:
Tarkemmat nimikkeistön säännöt on annettu hakuteoksissa ja erikoisoppaissa.
17.4. Kemiallinen sidos monimutkaisissa yhdisteissä ja niiden rakenne
Kiteisissä kompleksiyhdisteissä, joissa on varautuneita komplekseja, kompleksin ja ulkopallon ionien välinen sidos on ioninen, kun taas ulkopallon jäljellä olevien hiukkasten väliset sidokset ovat molekyylien välisiä (mukaan lukien vetysidokset). Molekyylikompleksiyhdisteissä sidos kompleksien välillä on molekyylien välinen.
Useimmissa monimutkaisissa hiukkasissa keskusatomin ja ligandien väliset sidokset ovat kovalenttisia. Kaikki tai osa niistä muodostetaan luovuttaja-akseptorimekanismin mukaisesti (seurauksena muodollisten maksujen muutoksella). Vähiten stabiileissa komplekseissa (esimerkiksi alkali- ja maa-alkalielementtien vesikomplekseissa sekä ammoniumissa) ligandeja pitää sähköstaattinen vetovoima. Kompleksisten hiukkasten sidosta kutsutaan usein luovuttaja-akseptorisidokseksi tai koordinaatiosidokseksi.
Tarkastellaanpa sen muodostumista rauta(II)-akvakaatiolla esimerkkinä. Tämä ioni muodostuu reaktiossa:
FeCl 2cr + 6H20 = 2 + 2Cl
Rautaatomin elektroninen kaava on 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6. Tehdään kaavio tämän atomin valenssialitasoista:
Kun muodostuu kaksinkertaisesti varautunut ioni, rautaatomi menettää kaksi 4 s-elektroni:
Rautaioni hyväksyy kuusi elektroniparia happiatomeja kuudesta vesimolekyylistä vapaille valenssikiertoradalle:
Muodostuu monimutkainen kationi, jonka kemiallinen rakenne voidaan ilmaista jollakin seuraavista kaavoista:
Tämän hiukkasen spatiaalinen rakenne ilmaistaan jollakin tilakaavoista:
Koordinaatiopolyedrin muoto on oktaedri. Kaikki Fe-O-sidokset ovat samoja. Oletettavasti sp 3 d 2 - rautaatomin AO hybridisaatio. Kompleksin magneettiset ominaisuudet osoittavat parittomia elektroneja.
Jos FeCl2 liuotetaan syanidi-ioneja sisältävään liuokseen, reaktio etenee
FeCl 2cr + 6CN = 4 + 2Cl.
Sama kompleksi saadaan myös lisäämällä kaliumsyanidi-KCN-liuosta FeCl2-liuokseen:
2 + 6CN \u003d 4 + 6H 2O.
Tämä viittaa siihen, että syanidikompleksi on vahvempi kuin vesikompleksi. Lisäksi syanidikompleksin magneettiset ominaisuudet osoittavat, ettei rautaatomissa ole parittomia elektroneja. Kaikki tämä johtuu tämän kompleksin hieman erilaisesta elektronisesta rakenteesta:
"Vahvemmat" CN-ligandit muodostavat vahvemmat sidokset rautaatomiin, energianlisäys riittää "rikkomaan" Hundin säännön ja vapauttamaan 3:n. d-orbitaalit yksinäisille ligandipareille. Syanidikompleksin avaruudellinen rakenne on sama kuin vesikompleksin, mutta hybridisaatiotyyppi on erilainen - d 2 sp 3 .
Ligandin "voimakkuus" riippuu ensisijaisesti yksinäisen elektroniparin pilven elektronitiheydestä, eli se kasvaa atomin koon pienentyessä, kun pääkvanttiluku pienenee, riippuu EO-hybridisaation tyyppi ja eräät muut tekijät. Tärkeimmät ligandit voidaan laittaa riviin niiden "voimakkuuden" lisäämisen järjestyksessä (eräänlainen ligandien "aktiivisuussarja", tämä sarja on ns. ligandien spektrikemiallinen sarja:
| I; Br; : SCN, Cl, F, OH, H20; : NCS, NH3; SO 3 S : 2 ; : CN, CO |
Komplekseille 3 ja 3 muodostuskaaviot näyttävät seuraavalta:
|
|
Komplekseille, joiden CN = 4, kaksi rakennetta on mahdollista: tetraedri (tapauksessa sp 3-hybridisaatio), esimerkiksi 2 , ja tasainen neliö (jos kyseessä on dsp 2 hybridisaatio), esimerkiksi 2 .
17.5. Monimutkaisten yhdisteiden kemialliset ominaisuudet
Monimutkaisille yhdisteille ovat ensinnäkin tunnusomaiset samat ominaisuudet kuin tavallisille samojen luokkien yhdisteille (suolat, hapot, emäkset).
Jos yhdiste on happo, se on vahva happo; jos se on emäs, niin emäs on vahva. Nämä kompleksisten yhdisteiden ominaisuudet määräytyvät vain H30- tai OH-ionien läsnäolon perusteella. Lisäksi monimutkaiset hapot, emäkset ja suolat osallistuvat tavallisiin vaihtoreaktioihin, esimerkiksi:
SO 4 + BaCl 2 \u003d BaSO 4 + Cl 2
FeCl3 + K4 = Fe43 + 3KCl
Viimeistä näistä reaktioista käytetään Fe3-ionien kvalitatiivisena reaktiona. Tuloksena olevaa ultramariiniin liukenematonta ainetta kutsutaan "Preussin siniseksi" [systeeminen nimi on rauta(III)-kaliumheksasyanoferraatti(II)].
Lisäksi kompleksihiukkanen itse voi päästä reaktioon, ja mitä aktiivisemmin, sitä vähemmän stabiili se on. Yleensä nämä ovat liuoksessa tapahtuvia ligandisubstituutioreaktioita, esimerkiksi:
2 + 4NH 3 \u003d 2 + 4H 2 O,
sekä happo-emäsreaktiot, kuten
2 + 2H 3O = + 2H 2O
2 + 2OH = + 2H 2O
Näissä reaktioissa muodostuu eristyksen ja kuivauksen jälkeen se muuttuu sinkkihydroksidiksi:
Zn(OH)2 + 2H20
Viimeinen reaktio on yksinkertaisin esimerkki monimutkaisen yhdisteen hajoamisesta. Tässä tapauksessa se toimii huoneenlämmössä. Muut monimutkaiset yhdisteet hajoavat kuumennettaessa, esim.
SO4. H 2 O \u003d CuSO 4 + 4NH 3 + H 2 O (yli 300 o C)
4K 3 \u003d 12KNO 2 + 4CoO + 4NO + 8NO 2 (yli 200 o C)
K 2 \u003d K 2 ZnO 2 + 2H 2 O (yli 100 o C)
Ligandin substituutioreaktion mahdollisuuden arvioimiseksi voidaan käyttää spektrikemiallista sarjaa, jota ohjaa se tosiasia, että vahvemmat ligandit syrjäyttävät heikommat sisäpallosta.
17.6. Monimutkaisten yhdisteiden isomerismi
Monimutkaisten yhdisteiden isomerismi liittyy toisiinsa
1) ligandien ja ulkopallon hiukkasten mahdollisella erilaisella järjestelyllä,
2) joilla on monimutkaisimman hiukkasen erilainen rakenne.
Ensimmäinen ryhmä sisältää hydratoitunut(yleisesti solvaatti) ja ionisaatio isomerismi, toiseen - tila ja optinen.
Hydraatti-isomeria liittyy mahdollisuuteen vesimolekyylien erilaiseen jakautumiseen kompleksisen yhdisteen ulko- ja sisäpalloilla, esimerkiksi: (punaruskea väri) ja Br2 (sininen väri).
Ionisaatioisomeria liittyy mahdollisuuteen ionien erilaiseen jakautumiseen ulko- ja sisäpalloilla, esimerkiksi: SO 4 (violetti) ja Br (punainen). Ensimmäinen näistä yhdisteistä muodostaa sakan, joka reagoi bariumkloridiliuoksen kanssa ja toinen - hopeanitraattiliuoksen kanssa.
Spatiaalinen (geometrinen) isomeria, jota muuten kutsutaan cis-trans-isomeriaksi, on ominaista neliö- ja oktaedrikomplekseille (se on mahdotonta tetraedrisille). Esimerkki: cis-trans-neliökompleksi-isomeria
Optinen (peili)isomeria ei pohjimmiltaan eroa orgaanisen kemian optisesta isomeriasta ja on ominaista tetraedrisille ja oktaedrisille komplekseille (mahdotonta neliöille).
Monimutkaisten yhdisteiden rakenne
Houkuttelevat voimat eivät vaikuta vain atomien, vaan myös molekyylien välillä. Molekyylien vuorovaikutus johtaa usein muiden, monimutkaisempien molekyylien muodostumiseen. Esimerkiksi kaasumaiset aineet siirtyvät sopivissa olosuhteissa aggregoituneena nestemäiseen ja kiinteään tilaan, mikä tahansa aine liukenee jossain määrin toiseen aineeseen. Kaikissa näissä tapauksissa havaitaan vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten keskinäistä koordinaatiota, joka voidaan määritellä seuraavasti kompleksoituminen. Syynä kompleksin muodostumiseen voi olla sekä sähköstaattinen että luovuttaja-akseptori vuorovaikutus ionien ja molekyylien välillä, molekyylien välillä.
Sveitsiläinen kemisti Alfred Werner loi perustan nykyaikaisille ideoille monimutkaisten yhdisteiden rakenteesta vuonna 1893.
Monimutkaiset yhdisteet - nämä ovat yhdisteitä, joille on tunnusomaista vähintään yksi kovalenttinen sidos, joka on syntynyt luovuttaja-akseptorimekanismin mukaisesti.
Jokaisen kompleksin keskustassa on atomi, jota kutsutaan keskus- tai kompleksoiva aine. Keskusatomiin suoraan sitoutuneita atomeja tai ioneja kutsutaan ligandit. Kutsutaan lukua, joka osoittaa kuinka monta ligandia kompleksinmuodostajalla on koordinointinumero. Muodostuu kompleksinmuodostaja ja ligandit sisäinen pallo . Sisäpallo on erotettu ulommasta hakasulkeilla. Kompleksin ulkopuolella on ioneja, joiden etumerkissä on vastakkainen varaus verrattuna kompleksin varaukseen - nämä ionit muodostavat ulkoinen pallo.
Esimerkiksi: K3
ulkoinen sisäinen
pallo
Fe 3+ - kompleksinmuodostaja; CN - ligandi; 6 - koordinointinumero;
3- - kompleksinen ioni.
Monimutkaisten yhdisteiden nimikkeistö
Monimutkaisten yhdisteiden nimeämiseen käytetään monimutkaista nimistösääntöjen järjestelmää.
1. Monimutkaisten yhdisteiden nimet koostuvat kahdesta sanasta, jotka merkitsevät sisä- ja ulkopalloa.
2. Merkitse sisäpallolle:
ligandien lukumäärä;
ligandin nimi;
Keskusatomi valenssilla.
3. Kansainvälisen nimikkeistön mukaan ensin kutsutaan kationiksi, sitten anioniksi.
4. Jos liitäntä sisältää monimutkainen kationi, sitten annettu Kompleksinmuodostajaelementin venäläinen nimi.
5. Jos liitäntä sisältää monimutkainen anioni, sitten kompleksinmuodostaja elementin latinankielinen nimi annetaan päätteellä "-at".
6. Neutraaleissa komplekseissa keskusatomin hapetusastetta ei ole ilmoitettu.
7. Ligandien nimet ovat useimmissa tapauksissa yhteneväiset aineiden tavallisten nimien kanssa. Anionisiin ligandeihin lisätään jälkiliite "-o".
Esimerkiksi: CN - - syaani, NO2 - - nitro, CI - - kloori, OH - - hydrokso, H + -hydro, O 2- - okso, S 2 - - tio, CNS - - rodano tai ticyanato, C2O4 2- - oksalaatti jne.
8. Ligandit - neutraaleilla molekyyleillä on erityiset nimet:
Vesi - vesi, ammoniakki - amiini, hiilimonoksidi (II) - karbonyyli.
9. Ligandien lukumäärä ilmoitetaan latinalaisilla tai kreikkalaisilla numeroilla:
| Mono | |
| Di | |
| Kolme | |
| Tetra | |
| penta | |
| Hexa | |
| Hepta | |
| Octa |
10. Sekaligandikomplekseissa Anioniset ligandit luetellaan ensin ja sen jälkeen molekyyliset. Jos anionisia tai molekyyliligandeja on useita, ne luetellaan aakkosjärjestyksessä.
Esimerkkejä
CI - diamiinihopea(I)kloridi
K - kaliumdisyanoargenaatti (I)
CI3 - klooripentaamiiniplatina(IV)kloridi taidi
K - ka(IV)
SO4 - kloorinitrotriamiiniplatina(II)sulfaatti.
K3 - heksasyanoferraatti (III) kalium,
- trinitrotriamiinikoboltti.
3. Kompleksien luokittelu.
Sähkövarauksen luonteen mukaan erotetaan kationiset, anioniset ja neutraalit kompleksit. Kompleksin varaus on sen muodostavien hiukkasten varausten algebrallinen summa.
kationinen kompleksi muodostuu neutraalien molekyylien (Н2О, NH3 jne.) positiivisen ionin ympärillä tapahtuvan koordinaation tuloksena.
Aminokomplekseja (NH3) sisältäviä yhdisteitä kutsutaan ammoniakki, sisältää vesikomplekseja (H2O) - kosteuttaa.
kompleksinmuodostajana anioninen kompleksi on atomi, jolla on positiivinen hapetusaste (positiivinen ioni), ja ligandit ovat atomeja, joilla on negatiivinen hapetusaste (anionit). Esimerkiksi: K2 - kaliumtetrafluoroberylaatti (II).
Neutraali komplekseja muodostuu koordinoimalla molekyyliatomin ympärillä sekä samanaikaisesti koordinoimalla negatiivisten ionien ja molekyylien positiivisen ionikompleksoivan aineen ympärillä. Esimerkiksi: - diklooridiamiiniplatina (II). Sähköisesti neutraalit kompleksit ovat monimutkaisia yhdisteitä, joilla ei ole ulkopalloa.
Kompleksin muodostavana aineena voi olla mikä tahansa jaksollisen järjestelmän elementti. Ei-metalliset elementit muodostavat yleensä anionisia komplekseja. Metalliset elementit muodostavat kationisen tyyppisiä komplekseja.
Ligandit. Erilaiset kompleksinmuodostajat voivat koordinoida kolmen tyyppisiä ligandeja ympärillään:
1. Anionityyppiset ligandit - alkuaine- ja kompleksiset negatiivisesti varautuneet ionit, esimerkiksi hylidi-, oksidi-, hydroksidi-, nitraatti-, karbonaatti-ionit jne.
2. Neutraalit ligandit voivat olla polaarisia vesi-, ammoniakki- jne. molekyylejä.
3. Kationisen tyypin ligandit ovat harvinaisia ja koordinoituvat vain negatiivisesti polarisoituneiden atomien ympärillä. Esimerkki: positiivisesti polarisoitunut vetyatomi.
Ligandeja, jotka muodostavat yhden sidoksen keskusatomin kanssa, kutsutaan kaksihampainen. Kutsutaan ligandeja, jotka pystyvät muodostamaan kolme tai useampia sidoksia keskusatomin kanssa monihampainen. Monimutkaisia yhdisteitä, joissa on kaksi- ja monihampaisia ligandeja, kutsutaan kelaattikompleksit.
Tavallisia ligandeja, jotka muodostavat yhden sidoksen metallin kanssa, kutsutaan yksihampainen.
4. Monimutkaisten yhdisteiden dissosiaatio. Epävakaus vakio.
Monimutkaiset yhdisteet - elektrolyytit, kun ne hajoavat vesiliuoksissa, muodostavat monimutkaisia ioneja, esimerkiksi:
CI = + + CI -
Tämä dissosiaatio on täydellinen. Monimutkaiset ionit puolestaan käyvät läpi sekundaarisen dissosioitumisen.
Monimutkaiset yhdisteet
Oppitunti-luento luokka 11
"Menen tunnille" -kilpailuun lähetetty oppitunti vietän 11. biologian ja kemian luokassa, jossa kemian opiskeluun on varattu 4 tuntia viikossa.
Otin aiheen "Monimutkaiset yhdisteet" ensinnäkin siksi, että tällä aineryhmällä on poikkeuksellisen suuri merkitys luonnossa; toiseksi monet USE-tehtävät sisältävät monimutkaisten yhdisteiden käsitteen; kolmanneksi tämän luokan opiskelijat valitsevat kemiaan liittyviä ammatteja ja tapaavat tulevaisuudessa ryhmän monimutkaisia yhdisteitä.
Kohde. Muodostaa käsite monimutkaisten yhdisteiden koostumuksesta, luokittelusta, rakenteesta ja perusnimikkeistöstä; harkitse niiden kemiallisia ominaisuuksia ja näytä niiden merkitys; laajentaa opiskelijoiden ymmärrystä aineiden monimuotoisuudesta.
Laitteet. Näytteitä monimutkaisista yhdisteistä.
Tuntisuunnitelma
I. Organisatorinen hetki.
II. Uuden materiaalin oppiminen (luento).
III. Yhteenveto ja läksyjen asettaminen.
Luentosuunnitelma
1. Erilaisia aineita.
2. A. Wernerin koordinaatioteoria.
3. Kompleksisten yhdisteiden rakenne.
4. Monimutkaisten yhdisteiden luokittelu.
5. Monimutkaisten yhdisteiden kemiallisen sidoksen luonne.
6. Monimutkaisten yhdisteiden nimikkeistö.
7. Monimutkaisten yhdisteiden kemialliset ominaisuudet.
8. Monimutkaisten yhdisteiden arvo.
TUTKIEN AIKANA
I. Organisatorinen hetki
II. Uuden materiaalin oppiminen
Erilaisia aineita
Ainemaailma on monipuolinen, ja monimutkaisiin yhdisteisiin kuuluvat aineryhmät ovat jo tuttuja. Näitä aineita on tutkittu 1800-luvulta lähtien, mutta niiden rakennetta oli vaikea ymmärtää olemassa olevien valenssikäsitysten näkökulmasta.
A. Wernerin koordinaatioteoria
Vuonna 1893 sveitsiläinen epäorgaaninen kemisti Alfred Werner (1866–1919) muotoili teorian, joka mahdollisti monimutkaisten yhdisteiden rakenteen ja joidenkin ominaisuuksien ymmärtämisen ja ns. koordinaatioteoria*. Siksi kompleksisia yhdisteitä kutsutaan usein koordinaatioyhdisteiksi.
Yhdisteitä, jotka sisältävät kompleksisia ioneja, joita esiintyy sekä kiteessä että liuoksessa, kutsutaan kompleksiksi tai koordinaatioksi.
Monimutkaisten yhdisteiden rakenne
Wernerin teorian mukaan monimutkaisissa yhdisteissä keskeinen asema on yleensä metalli-ionilla, jota kutsutaan keskus-ioniksi tai kompleksinmuodostajaksi.
Kompleksoiva aine - hiukkanen (atomi, ioni tai molekyyli), joka koordinoi (sijoittaa) ympärilleen muita ioneja tai molekyylejä.
Kompleksinmuodostajalla on yleensä positiivinen varaus d-alkuaine, omaa amfoteerisia ominaisuuksia, sen koordinaatioluku on 4 tai 6. Molekyylit tai happotähteet - ligandit (addendit) sijaitsevat (koordinaatit) kompleksinmuodostajan ympärillä.
Ligandit - hiukkaset (molekyylit ja ionit), joita kompleksinmuodostaja koordinoi ja joilla on suoria kemiallisia sidoksia sen kanssa (esim. Cl-, I-, NO3-, OH-; neutraalit molekyylit: NH3, H20, CO ).
Ligandit eivät ole sidottu toisiinsa, koska niiden välillä vaikuttavat hylkivät voimat. Kun molekyylit ovat ligandeja, niiden välillä on mahdollista molekyylien vuorovaikutusta. Ligandien koordinaatio kompleksin muodostavan aineen ympärillä on tyypillinen piirre kompleksisille yhdisteille (kuvio 1).
Koordinointinumero - on kemiallisten sidosten lukumäärä, jonka kompleksin muodostava aine muodostaa ligandien kanssa.
 |
Riisi. 2. Ionin tetraedrirakenne - |
Kompleksoivan aineen koordinaatioluvun arvo riippuu sen luonteesta, hapettumisasteesta, ligandien luonteesta ja olosuhteista (lämpötila, pitoisuus), joissa kompleksinmuodostusreaktio etenee. Koordinaatioluvun arvot voivat olla 2-12. Yleisimmät ovat koordinaatioluvut 4 ja 6. Koordinaatioluvulle 4 kompleksihiukkasten rakenne voi olla tetraedrinen (kuva 2) ja litteän muotoinen. neliö (kuva 3). Monimutkaisilla yhdisteillä, joiden koordinaatioluku on 6, on oktaedrirakenne 3– (kuva 4).
 |
Riisi. 4. Ioni 3 - oktaedrirakenne |
Kompleksoiva aine ja sitä ympäröivät ligandit muodostavat kompleksin sisätilat. Kompleksoivasta aineesta ja ympäröivistä ligandeista koostuvaa hiukkasta kutsutaan kompleksi-ioniksi. Monimutkaisia yhdisteitä kuvattaessa sisäpallo (kompleksi-ioni) on rajoitettu hakasulkeilla. Monimutkaisen yhdisteen muut komponentit sijaitsevat ulkoinen pallo(Kuva 5).
Ulkopallon ionien kokonaisvarauksen tulee olla samanarvoinen ja vastakkainen etumerkillä kompleksisen ionin varauksen kanssa:
Monimutkaisten yhdisteiden luokitus
Monimutkaisten yhdisteiden ja niiden ominaisuuksien laaja valikoima ei mahdollista yhtenäisen luokituksen luomista. Aineet voidaan kuitenkin ryhmitellä joidenkin yksittäisten ominaisuuksien mukaan.
1) Koostumuksen mukaan.
2) Koordinoitujen ligandien tyypin mukaan.
a) Vesikompleksit- nämä ovat monimutkaisia kationeja, joissa H 2 O -molekyylit ovat ligandeja. Ne muodostuvat metallikationeista, joiden hapetusaste on +2 tai enemmän, ja kyky muodostaa vesikomplekseja jaksollisen järjestelmän yhden ryhmän metalleissa vähenee ylhäältä alas. pohja.
Esimerkkejä vesikomplekseista:
Cl3, (NO3)3.
b) Hydroksokompleksit ovat monimutkaisia anioneja, joissa ligandit ovat hydroksidi-ioneja OH-. Kompleksointiaineet ovat metalleja, jotka ovat alttiita amfoteerisille ominaisuuksille - Be, Zn, Al, Cr.
Esimerkiksi: Na, Ba.
sisään) Ammoniakki ovat monimutkaisia kationeja, joissa NH3-molekyylit ovat ligandeja. Kompleksointiaineet ovat d-elementtejä.
Esimerkiksi: SO 4, Cl.
G) acidokompleksit ovat monimutkaisia anioneja, joissa ligandit ovat epäorgaanisten ja orgaanisten happojen anioneja.
Esimerkiksi: K 3 , Na 2 , K 4 .
3) Sisäpallon latauksella.
Kemiallisen sidoksen luonne monimutkaisissa yhdisteissä
Sisäpallolla on kovalenttisia sidoksia kompleksinmuodostavan aineen ja ligandien välillä, jotka myös muodostuvat luovuttaja-akseptorimekanismista. Tällaisten sidosten muodostamiseksi on välttämätöntä, että joissakin hiukkasissa on vapaita orbitaaleja (saatavilla kompleksinmuodostajassa) ja jakamattomia elektronipareja muissa hiukkasissa (ligandeissa). Luovuttajan (elektronien toimittajan) roolia hoitaa ligandi, ja elektroneja vastaanottava akseptori on kompleksin muodostava aine. Luovuttaja-akseptori-sidos syntyy kompleksinmuodostajan vapaiden valenssiorbitaalien limittymisen seurauksena täytettyjen luovuttajaorbitaalien kanssa.
Ulko- ja sisäpallon välillä on ionisidos. Otetaan esimerkki.
Berylliumatomin elektroninen rakenne:
Berylliumatomin elektronirakenne viritetyssä tilassa:
Berylliumatomin elektronirakenne 2-kompleksi-ionissa:
Pistenuolet osoittavat fluorielektroneja; kaksi neljästä sidoksesta muodostuu luovuttaja-akseptorimekanismista. Tässä tapauksessa Be-atomi on akseptori ja fluori-ionit ovat luovuttajia, joiden vapaat elektroniparit täyttävät hybridisoituneet kiertoradat ( sp 3 - hybridisaatio).
Monimutkaisten yhdisteiden nimikkeistö
Yleisin on IUPACin suosittelema nimikkeistö. Nimi monimutkainen anioni alkaa sisäpallon koostumuksen merkinnällä: ligandien lukumäärä ilmoitetaan kreikkalaisilla numeroilla: 2-di, 3-kolme, 4-tetra, 5-penta, 6-heksa jne., joita seuraa nimillä ligandit, joihin on lisätty yhdistävä vokaali "o" »: Cl - - kloori-, CN - - syano-, OH - - hydrokso- jne. Jos kompleksinmuodostajalla on vaihteleva hapetusaste, sen hapetusaste ilmoitetaan suluissa roomalaisin numeroin ja sen nimi jälkiliitteellä -at: Zn - sinkki klo, Fe – ferr klo(III), Au - aur klo(III). Sukunimi on ulkopallon kationi genitiivissä.
K 3 - kaliumheksasyanoferraatti (III),
K 4 - kaliumheksasyanoferraatti (II),
K 2 - kaliumtetrahydroksosinkaatti.
Niiden yhdisteiden nimet, jotka sisältävät monimutkainen kationi, rakennetaan ulkoisen ympäristön anionien nimistä, minkä jälkeen ilmoitetaan ligandien lukumäärä, annetaan ligandin latinankielinen nimi (ammoniakkimolekyyli NH 3 - ammiini, vesimolekyyli H 2 O - aqua latinalaisesta nimestä vesi) ja kompleksoivan alkuaineen venäläinen nimi; suluissa oleva roomalainen numero ilmaisee kompleksoivan alkuaineen hapetusasteen, jos se on muuttuva. Esimerkiksi:
SO 4 - tetraamiinikupari(II)sulfaatti,
Cl 3 - heksaakvaalumiinikloridi.
Monimutkaisten yhdisteiden kemialliset ominaisuudet
1. Liuoksessa monimutkaiset yhdisteet käyttäytyvät kuin vahvoja elektrolyyttejä; hajoaa täysin kationeiksi ja anioneiksi:
Cl 2 \u003d Pt (NH 3) 4] 2+ + 2Cl -,
K 2 \u003d 2K + + 2–.
Tämän tyyppistä dissosiaatiota kutsutaan ensisijaiseksi.
Toissijainen dissosiaatio liittyy ligandien poistamiseen kompleksisen ionin sisäpallolta:
2– PtCl 3 – + Cl – .
Toissijainen dissosiaatio tapahtuu vaiheittain: kompleksiset ionit (2–) ovat heikkoja elektrolyyttejä.
2. Vahvojen happojen vaikutuksesta hydroksokompleksit tuhoutuvat, esimerkiksi:
a) hapon puutteella
Na3 + 3HCl \u003d 3NaCl + Al (OH) 3 + 3H 2O;
b) ylimäärällä happoa
Na3 + 6HCl \u003d 3NaCl + AlCl3 + 6H20.
3. Kaikkien ammoniaattien kuumennus (termolyysi) johtaa niiden hajoamiseen, esimerkiksi:
SO 4 CuSO 4 + 4NH 3.
Monimutkaisten yhdisteiden arvo
Koordinaatioyhdisteet ovat erittäin tärkeitä luonnossa. Riittää, kun sanotaan, että melkein kaikki entsyymit, monet hormonit, lääkkeet, biologisesti aktiiviset aineet ovat monimutkaisia yhdisteitä. Esimerkiksi veren hemoglobiini, jonka ansiosta happi siirtyy keuhkoista kudossoluihin, on rautaa sisältävä monimutkainen yhdiste (kuva 6), ja kasvien fotosynteesistä vastaava klorofylli on monimutkainen magnesiumyhdiste (Kuva 7). .
Merkittävä osa luonnonmineraaleja, mukaan lukien polymetallimalmit ja silikaatit, koostuu myös koordinaatioyhdisteistä. Lisäksi kemialliset menetelmät metallien uuttamiseksi malmeista, erityisesti kuparista, volframista, hopeasta, alumiinista, platinasta, raudasta, kullasta ja muista, liittyvät myös helposti liukenevien, matalassa lämpötilassa sulavien tai haihtuvien kompleksien muodostumiseen. Esimerkiksi: Na 3 - kryoliitti, KNa 3 4 - nefeliini (mineraalit, alumiinia sisältävät monimutkaiset yhdisteet).
Nykyaikainen kemianteollisuus käyttää laajalti koordinaatioyhdisteitä katalyytteinä makromolekyyliyhdisteiden synteesissä, öljyn kemiallisessa käsittelyssä ja happojen valmistuksessa.
III. Yhteenveto ja läksyjen asettaminen
Kotitehtävät.
1) Valmistaudu luennolle käytännön oppitunnille aiheesta: "Monimutkaiset yhdisteet".
2) Anna kirjallinen kuvaus seuraavista monimutkaisista yhdisteistä rakenteen mukaan ja luokittele niiden ominaisuuksien mukaan:
K3, (NO3)3, Na2, OH.
3) Kirjoita reaktioyhtälöt, joilla voit suorittaa muunnoksia:
* Tämän uuden tieteenalan löytämisestä A. Wernerille myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1913.
Saadakseen enemmän tai vähemmän tarkan määritelmän siitä, mitä monimutkaiset yhdisteet ovat, nykyajan kemian on turvauduttava A. Wernerin vuonna 1893 ehdottaman koordinaatioteorian pääsäännöksiin. Tämän kysymyksen monimutkaisuus piilee monimuotoisuudessa. ja monimuotoisimpien kemiallisten yhdisteiden määrä, jotka kuuluvat kompleksin määritelmän piiriin.
Yleisesti ottaen kompleksiyhdisteet ovat sellaisia, jotka sisältävät joukon kompleksisia hiukkasia. Toistaiseksi tieteellä ei ole tiukkaa määritelmää "monimutkaisen hiukkasen" käsitteelle. Usein käytetään seuraavaa määritelmää: kompleksinen hiukkanen ymmärretään kompleksiseksi hiukkaseksi, joka pystyy olemaan itsenäisesti sekä kiteessä että liuoksessa. Se koostuu muista yksinkertaisista hiukkasista, joilla puolestaan on kyky olla olemassa itsenäisesti. Myös monimutkaisten hiukkasten määritelmään kuuluvat usein kompleksiset kemialliset hiukkaset, joissa kaikki sidokset tai osa niistä muodostuu luovuttaja-akseptori-periaatteen mukaisesti.
Kaikilla kompleksiyhdisteillä on yhteinen piirre, että niiden rakenteessa on keskusatomi, joka on saanut nimen "kompleksoiva aine". Kun otetaan huomioon näiden yhdisteiden monimuotoisuus, ei ole tarpeen puhua tämän elementin yhteisistä piirteistä. Usein kompleksinmuodostaja on metallin muodostava atomi. Mutta tämä ei ole tiukka merkki: tunnetaan monimutkaisia yhdisteitä, joissa keskusatomi on hapen, rikin, typen, jodin ja muiden alkuaineiden atomi, jotka ovat kirkkaita ei-metalleja. Puhuttaessa kompleksinmuodostajan varauksesta voidaan sanoa, että se on enimmäkseen positiivinen, ja tieteellisessä kirjallisuudessa sitä kutsuttiin metallikeskukseksi, mutta esimerkkejä tunnetaan, kun keskusatomilla oli negatiivinen varaus, ja jopa nolla.
Sen mukaisesti eristettyjä atomiryhmiä tai yksittäisiä atomeja, jotka sijaitsevat kompleksinmuodostajan ympärillä, kutsutaan ligandeiksi. Nämä voivat olla myös hiukkasia, jotka olivat ennen monimutkaisen yhdisteen koostumusta molekyylejä, esimerkiksi vesi (H2O), (CO), typpi (NH3) ja monet muut, ne voivat olla myös anioneja OH–, PO43–, Cl– tai vetykationi H+.
Yritys luokitella kompleksiyhdisteet kompleksin varaustyypin mukaan jakaa nämä kemialliset yhdisteet kationisiksi komplekseiksi, jotka muodostuvat neutraalien molekyylien positiivisesti varautuneen ionin ympärille. On myös anionisia komplekseja, joissa kompleksinmuodostaja on atomi, jolla on positiivinen atomi. Yksinkertaiset ja monimutkaiset anionit ovat ligandeja. Neutraalit kompleksit voidaan erottaa erillisenä ryhmänä. Niiden muodostuminen tapahtuu koordinoimalla molekyylien neutraalin atomin ympärillä. Tähän monimutkaisten aineiden luokkaan kuuluvat myös yhdisteet, jotka muodostuvat samanaikaisella koordinaatiolla positiivisesti varautuneen ionin ja molekyylien ympärillä sekä negatiivisesti varautuneita ioneja.
Jos otamme huomioon ligandien paikkojen lukumäärän niin kutsutulla koordinaatioalueella, määritetään yksihampaiset, kaksihampaiset ja monihampaiset ligandit.
Monimutkaisten yhdisteiden valmistus eri menetelmillä mahdollistaa luokittelun ligandin luonteen mukaan. Niistä erotetaan ammoniaatit, joissa ligandeja edustavat ammoniakkimolekyylit, vesikompleksit, joissa ligandit ovat vesi, karbonyylit - hiilimonoksidilla on ligandin rooli. Lisäksi on happokomplekseja, joissa keskusatomia ympäröivät happotähteet. Jos sitä ympäröivät hydroksidi-ionit, yhdisteet luokitellaan hydroksokomplekseiksi.
Monimutkaisilla yhdisteillä on tärkeä rooli luonnossa. Ilman niitä elävien organismien elämä on mahdotonta. Myös monimutkaisten yhdisteiden käyttö ihmisen toiminnassa mahdollistaa monimutkaisten teknisten toimintojen suorittamisen.
Analyyttinen kemia, metallien louhinta malmeista, sähkömuovaus, lakkojen ja maalien valmistus - tämä on vain lyhyt luettelo teollisuudenaloista, joilla on käytetty monimutkaisia kemikaaleja.
Tyyppiä BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2 jne. olevia yhdisteitä, joissa alkuaine osoittaa sen tavanomaisen maksimivalenssinsa, kutsutaan valenssikyllästetyiksi yhdisteiksi tai ensimmäisen asteen yhdisteet. Kun ensimmäisen kertaluvun yhdisteet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, muodostuu korkeamman asteen yhdisteitä. Vastaanottaja korkeamman asteen yhdisteet sisältävät hydraatit, ammoniaatit, happojen additiotuotteet, orgaaniset molekyylit, kaksoissuolat ja monet muut. Esimerkkejä monimutkaisten yhdisteiden muodostumisesta:
PtCl 4 + 2KCl \u003d PtCl 4 ∙ 2KCl tai K 2
CoCl 3 + 6NH 3 \u003d CoCl 3 ∙ 6NH 3 tai Cl 3.
A. Werner toi kemiaan ajatuksia korkeamman asteen yhdisteistä ja antoi ensimmäisen määritelmän kompleksisen yhdisteen käsitteelle. Tavallisten valenssien kyllästymisen jälkeen elementit pystyvät osoittamaan lisävalenssia - koordinoimalla. Se johtuu koordinaatiovalenssista, että muodostuu korkeamman asteen yhdisteitä.
Monimutkaiset yhdisteet – monimutkaisia aineita, jotka voidaan eristää keskusatomi(kompleksoiva aine) ja siihen liittyvät molekyylit ja ionit - ligandit.
Muodostuvat keskusatomi ja ligandit kompleksi (sisäpallo), joka kirjoitettaessa kompleksisen yhdisteen kaavaa on suljettu hakasulkeisiin. Ligandien lukumäärää sisäpallolla kutsutaan koordinointinumero. Kompleksia ympäröivät molekyylit ja ionit ulkoinen pallo. Esimerkki kaliumheksasyanoferraatti (III) K 3:n kompleksisuolasta (ns. punaista verisuolaa).
Keskusatomit voivat olla siirtymämetalli-ioneja tai joidenkin ei-metallien atomeja (P, Si). Ligandit voivat olla halogeenianioneja (F -, Cl -, Br -, I -), OH -, CN -, CNS -, NO 2 - ja muita, neutraaleja molekyylejä H 2 O, NH 3, CO, NO, F 2, Cl 2, Br 2, I 2, hydratsiini N2H4, etyleenidiamiini NH2-CH2-CH2-NH2 jne.
Koordinointivalenssi(CV) tai koordinointinumero - niiden paikkojen lukumäärä kompleksin sisäpallolla, jotka ligandit voivat olla. Koordinaatioluku on yleensä suurempi kuin kompleksinmuodostajan hapetusaste, riippuen kompleksinmuodostajan ja ligandien luonteesta. Monimutkaiset yhdisteet, joiden koordinaatiovalenssit ovat 4, 6 ja 2, ovat yleisempiä.
Ligandin koordinointikyky – kunkin ligandin miehittämien paikkojen lukumäärä kompleksin sisäpallolla. Useimmille ligandeille koordinaatiokyky on yksi, harvemmin 2 (hydratsiini, etyleenidiamiini) ja enemmän (EDTA - etyleenidiamiinitetraasetaatti).
Monimutkainen lataus täytyy olla numeerisesti yhtä suuri kuin ulkopallon kokonaisvaraus ja vastakkainen etumerkillä, mutta on myös neutraaleja komplekseja. Kompleksoivan aineen hapetusaste yhtä suuri ja päinvastainen kuin kaikkien muiden ionien varausten algebrallinen summa.
Monimutkaisten yhdisteiden systemaattiset nimet muodostetaan seuraavasti: ensin kutsutaan anioniksi nimitystapauksessa, sitten erikseen genitiivissä - kationiksi. Kompleksin ligandit on lueteltu yhdessä seuraavassa järjestyksessä: a) anioniset; b) neutraali; c) kationinen. Anionit on lueteltu järjestyksessä H - , O 2- , OH - , yksinkertaiset anionit, moniatomiset anionit, orgaaniset anionit - aakkosjärjestyksessä. Neutraaleja ligandeja kutsutaan samoin kuin molekyyleiksi, lukuun ottamatta H20:ta (vesi) ja NH3:a (ammiinia); negatiivisesti varautuneet ionit lisäävät yhdistävän vokaalin " noin". Ligandien lukumäärä ilmaistaan etuliitteillä: di-, tri-, tetra-, penta-, heksa- jne. Anionisten kompleksien pääte on "- klo" tai "- Uusi", jos happoa kutsutaan; kationisille ja neutraaleille komplekseille ei ole tyypillisiä päätteitä.
H - vetytetraklooriauraatti (III)
(OH)2 - tetraamiinikupari(II)hydroksidi
Cl4 - heksaammiiniplatina(IV)kloridi
– tetrakarbonyylinikkeli
– heksaammiinikoboltin (III) heksasyanoferraatti (III)
Monimutkaisten yhdisteiden luokitus perustuu eri periaatteisiin:
Kuulumalla tiettyyn yhdisteluokkaan:
- monimutkaiset hapot– H2, H2;
- monimutkaiset pohjat-(OH)2;
- monimutkaiset suolat- Li 3, Cl 2.
Ligandien luonteen mukaan:
- vesikompleksit(vesi on ligandi) - SO 4 ∙ H 2O, [Co (H 2 O) 6] Cl 2;
- ammoniakkia(kompleksit, joissa ammoniakkimolekyylit toimivat ligandeina) - [Сu(NH3)4]SO4, Cl;
- acidokompleksit(oksalaatti, karbonaatti, syanidi, halogenidikompleksit, jotka sisältävät ligandeina eri happojen anioneja) - K 2, K 4;
- hydroksokompleksit(yhdisteet, joissa on OH-ryhmiä ligandien muodossa) - K3 [Al (OH) 6];
- kelatoitunut tai sykliset kompleksit(kaksi- tai monihampainen ligandi ja keskusatomi muodostavat syklin) - komplekseja aminoetikkahapon, EDTA:n kanssa; kelaatit sisältävät klorofyllin (kompleksoiva aine - magnesium) ja hemoglobiini (kompleksin muodostava aine - rauta).
Kompleksin varauksen merkillä: kationinen, anioninen, neutraali komplekseja.
Erityinen ryhmä koostuu hyperkompleksiyhdisteistä. Niissä ligandien määrä ylittää kompleksinmuodostajan koordinaatiovalenssin. Joten CuSO 4 ∙ 5H 2 O -yhdisteessä kuparin koordinaatiovalenssi on neljä ja neljä vesimolekyyliä koordinoidaan sisäpallolla, viides molekyyli liittyy kompleksiin vetysidoksilla: SO 4 ∙ H 2 O.
Ligandit ovat sitoutuneet keskusatomiin luovuttajan ja vastaanottajan välinen sidos. Vesiliuoksessa monimutkaiset yhdisteet voivat dissosioitua muodostaen kompleksisia ioneja:
Cl ↔ + + Cl –
Pienessä määrin kompleksin sisäpallo on dissosioitunut:
+ ↔ Ag + + 2NH 3
Kompleksin vahvuuden mitta on monimutkainen epävakausvakio:
K pesä + \u003d C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag (NH 3) 2] +
Epästabiilisuusvakion sijaan he käyttävät joskus käänteisarvoa, jota kutsutaan vakausvakioksi:
K suu \u003d 1 / K pesä
Monien monimutkaisten suolojen kohtalaisen laimeissa liuoksissa on sekä kompleksisia että yksinkertaisia ioneja. Lisälaimennus voi johtaa monimutkaisten ionien täydelliseen hajoamiseen.
W. Kosselin ja A. Magnuksen yksinkertaisen sähköstaattisen mallin mukaan kompleksinmuodostajan ja ionisten (tai polaaristen) ligandien välinen vuorovaikutus noudattaa Coulombin lakia. Stabiili kompleksi saadaan, kun kompleksin ytimeen kohdistuvat vetovoimat tasapainottavat ligandien välisiä hylkimisvoimia. Kompleksin vahvuus kasvaa ydinvarauksen kasvaessa ja kompleksinmuodostajan ja ligandien säteen pienentyessä. Sähköstaattinen malli on hyvin havainnollinen, mutta se ei pysty selittämään kompleksien olemassaoloa polaaristen ligandien ja kompleksinmuodostajan kanssa nollahapetustilassa; mikä määrittää yhdisteiden magneettiset ja optiset ominaisuudet.
Selkeä tapa kuvata monimutkaisia yhdisteitä on Paulingin ehdottama valenssisidosmenetelmä (MBS). Menetelmä perustuu useisiin säännöksiin:
Kompleksoivan aineen ja ligandien välinen suhde on luovuttaja-akseptori. Ligandit tarjoavat elektronipareja, ja kompleksin ydin tarjoaa vapaita kiertoradat. Sidoksen lujuuden mitta on kiertoradan limityksen aste.
Sidosten muodostukseen osallistuvien keskusatomin kiertoradat käyvät läpi hybridisoitumisen. Hybridisaation tyyppi määräytyy ligandien lukumäärän, luonteen ja elektronisen rakenteen mukaan. Kompleksoivan aineen elektronorbitaalien hybridisaatio määrittää kompleksin geometrian.
Kompleksin lisävahvistus johtuu siitä, että σ-sidosten ohella voi syntyä myös π-sidoksia.
Kompleksin osoittamat magneettiset ominaisuudet selitetään kiertoradan miehityksen perusteella. Parittomia elektroneja läsnä ollessa kompleksi on paramagneettinen. Elektronien pariutuminen määrittää kompleksisen yhdisteen diamagnetismin.
MVS soveltuu kuvaamaan vain rajoitettua määrää aineita, eikä se selitä monimutkaisten yhdisteiden optisia ominaisuuksia, koska ei ota huomioon jännittyneitä tiloja.
Kvanttimekaanisen sähköstaattisen teorian jatkokehitys on kidekenttäteoria (TCF). TCP:n mukaan kompleksin ytimen ja ligandien välinen sidos on ioninen tai ionidipoli. TCP kiinnittää päähuomiota niiden muutosten huomioimiseen, joita kompleksinmuodostajassa tapahtuu ligandikentän vaikutuksesta (energiatasojen jakautuminen). Kompleksoivan aineen energianhalkaisun käsitettä voidaan käyttää selittämään kompleksiyhdisteiden magneettisia ominaisuuksia ja väriä.
TCP:tä voidaan soveltaa vain monimutkaisiin yhdisteisiin, joissa kompleksinmuodostaja ( d-elementillä) on vapaita elektroneja, eikä se ota huomioon kompleksinmuodostaja-ligandisidoksen osittain kovalenttista luonnetta.
Molecular orbital method (MMO) ottaa huomioon kompleksinmuodostajan lisäksi myös ligandien yksityiskohtaisen elektronisen rakenteen. Kompleksia pidetään yhtenä kvanttimekaanisena järjestelmänä. Järjestelmän valenssielektronit sijaitsevat monikeskisillä molekyyliradoilla, jotka kattavat kompleksinmuodostajan ytimet ja kaikki ligandit. MMO:n mukaan halkeamisenergian kasvu johtuu kovalenttisen sidoksen lisävahvistuksesta π-sidoksesta johtuen.
