თავი 17
17.1. ძირითადი განმარტებები
ამ თავში გაგაცნობთ რთული ნივთიერებების სპეციალურ ჯგუფს ე.წ ყოვლისმომცველი(ან კოორდინირებას) კავშირები.
ამჟამად, კონცეფციის მკაცრი განმარტება " რთული ნაწილაკი"არა. ჩვეულებრივ გამოიყენება შემდეგი განმარტება.
მაგალითად, ჰიდრატირებული სპილენძის იონი 2 არის რთული ნაწილაკი, რადგან ის რეალურად არსებობს ხსნარებში და ზოგიერთ კრისტალურ ჰიდრატებში, იგი წარმოიქმნება Cu 2 იონების და H 2 O მოლეკულებისგან, წყლის მოლეკულები ნამდვილი მოლეკულებია, ხოლო Cu 2 იონები არსებობს კრისტალებში. მრავალი სპილენძის ნაერთებისგან. პირიქით, SO 4 2 იონი არ არის რთული ნაწილაკი, რადგან მიუხედავად იმისა, რომ O 2 იონები გვხვდება კრისტალებში, S 6 იონი არ არსებობს ქიმიურ სისტემებში.
სხვა რთული ნაწილაკების მაგალითები: 2 , 3 , , 2 .
ამავდროულად, NH 4 და H 3 O იონები კლასიფიცირდება როგორც რთული ნაწილაკები, თუმცა H იონები არ არსებობს ქიმიურ სისტემებში.
ზოგჯერ რთულ ნაწილაკებს უწოდებენ კომპლექსურ ქიმიურ ნაწილაკებს, რომელთა ბმები ან მათი ნაწილი წარმოიქმნება დონორ-მიმღები მექანიზმის მიხედვით. ეს ასეა უმეტეს რთულ ნაწილაკებში, მაგრამ, მაგალითად, კალიუმის ალუმში SO 4 კომპლექსურ ნაწილაკში 3, კავშირი Al და O ატომებს შორის მართლაც იქმნება დონორ-მიმღები მექანიზმის მიხედვით, ხოლო რთულ ნაწილაკში არის მხოლოდ ელექტროსტატიკური. (იონ-დიპოლური) ურთიერთქმედება. ამას ადასტურებს რკინის ამონიუმის ალუმში სტრუქტურის მსგავსი რთული ნაწილაკის არსებობა, რომელშიც მხოლოდ იონ-დიპოლური ურთიერთქმედებაა შესაძლებელი წყლის მოლეკულებსა და NH 4 იონს შორის.
მუხტის მიხედვით რთული ნაწილაკები შეიძლება იყოს კათიონები, ანიონები და ასევე ნეიტრალური მოლეკულები. ასეთი ნაწილაკების შემცველი რთული ნაერთები შეიძლება მიეკუთვნებოდეს ქიმიკატების სხვადასხვა კლასს (მჟავები, ფუძეები, მარილები). მაგალითები: (H 3 O) - მჟავა, OH - ფუძე, NH 4 Cl და K 3 - მარილები.
როგორც წესი, კომპლექსური აგენტი არის ელემენტის ატომი, რომელიც ქმნის მეტალს, მაგრამ ის ასევე შეიძლება იყოს ჟანგბადის, აზოტის, გოგირდის, იოდის და სხვა ელემენტების ატომი, რომლებიც ქმნიან არამეტალებს. კომპლექსური აგენტის ჟანგვის მდგომარეობა შეიძლება იყოს დადებითი, უარყოფითი ან ნულოვანი; როდესაც რთული ნაერთი წარმოიქმნება მარტივი ნივთიერებებისგან, ის არ იცვლება.
ლიგანდები შეიძლება იყოს ნაწილაკები, რომლებიც რთული ნაერთის წარმოქმნამდე იყვნენ მოლეკულები (H 2 O, CO, NH 3 და ა.შ.), ანიონები (OH, Cl, PO 4 3 და ა.შ.), აგრეთვე წყალბადის კატიონი. . გამოარჩევენ ამოუცნობიან მონოდენტური ლიგანდები (დაკავშირებულია ცენტრალურ ატომთან მისი ერთ-ერთი ატომით, ანუ ერთი ბმით), ბიდენტატი(დაკავშირებულია ცენტრალურ ატომთან მათი ორი ატომით, ანუ ორი ბმით), სამკუთხადა ა.შ.
თუ ლიგანდები არაიდენტიფიცირებულია, მაშინ საკოორდინაციო ნომერი უდრის ასეთი ლიგანდების რაოდენობას.
cn დამოკიდებულია ცენტრალური ატომის ელექტრონულ სტრუქტურაზე, მის დაჟანგვის ხარისხზე, ცენტრალური ატომისა და ლიგანდების ზომაზე, რთული ნაერთის წარმოქმნის პირობებზე, ტემპერატურაზე და სხვა ფაქტორებზე. CN-ს შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები 2-დან 12-მდე. ყველაზე ხშირად ის უდრის ექვსს, გარკვეულწილად ნაკლებად ხშირად - ოთხს.
ასევე არსებობს რთული ნაწილაკები რამდენიმე ცენტრალური ატომით.
გამოიყენება რთული ნაწილაკების სტრუქტურული ფორმულების ორი ტიპი: ცენტრალური ატომისა და ლიგანდების ფორმალური მუხტის მითითება, ან მთელი რთული ნაწილაკების ფორმალურ მუხტის მითითება. მაგალითები:
რთული ნაწილაკების ფორმის დასახასიათებლად გამოიყენება კოორდინაციის პოლიედრონის (პოლიედრონის) იდეა.
საკოორდინაციო პოლიედრები ასევე მოიცავს კვადრატს (KN = 4), სამკუთხედს (KN = 3) და ჰანტელს (KN = 2), თუმცა ეს ფიგურები არ არის პოლიედრები. კოორდინაციის პოლიედრების და შესაბამისი ფორმის რთული ნაწილაკების მაგალითები ყველაზე გავრცელებული CN მნიშვნელობებისთვის ნაჩვენებია ნახ. ერთი.
17.2. რთული ნაერთების კლასიფიკაცია
როგორ იყოფა ქიმიურ ნივთიერებებს რთული ნაერთები იონებად (მათ ზოგჯერ უწოდებენ იონოგენური) და მოლეკულური ( არაიონური) კავშირები. იონური რთული ნაერთები შეიცავს დამუხტულ კომპლექსურ ნაწილაკებს - იონებს - და არის მჟავები, ფუძეები ან მარილები (იხ. § 1). მოლეკულური რთული ნაერთები შედგება დაუმუხტველი რთული ნაწილაკებისგან (მოლეკულები), მაგალითად: ან - ძნელია მათი მიკუთვნება ქიმიკატების რომელიმე ძირითად კლასში.
რთული ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან რთულ ნაერთებს, საკმაოდ მრავალფეროვანია. ამიტომ, მათი კლასიფიკაციისთვის გამოიყენება რამდენიმე კლასიფიკაციის მახასიათებელი: ცენტრალური ატომების რაოდენობა, ლიგანდის ტიპი, კოორდინაციის ნომერი და სხვა.
ცენტრალური ატომების რაოდენობის მიხედვითრთული ნაწილაკები იყოფა ერთი ბირთვიდა მრავალბირთვიანი. მრავალბირთვული კომპლექსური ნაწილაკების ცენტრალური ატომები შეიძლება ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული ან პირდაპირ ან ლიგანდების საშუალებით. ორივე შემთხვევაში, ცენტრალური ატომები ლიგანდებთან ერთად ქმნიან რთული ნაერთის ერთ შიდა სფეროს:
ლიგანდების ტიპის მიხედვით რთული ნაწილაკები იყოფა
1) აკვაკომპლექსები, ანუ რთული ნაწილაკები, რომლებშიც წყლის მოლეკულები ლიგანდების სახით არის წარმოდგენილი. კათიონური აკვაკომპლექსები m მეტ-ნაკლებად სტაბილურია, ანიონური აკვაკომპლექსები არასტაბილურია. ყველა კრისტალური ჰიდრატი არის აკვა კომპლექსების შემცველი ნაერთები, მაგალითად:
Mg(ClO4) 2. 6H 2 O არის რეალურად (ClO 4) 2;
BeSO4. 4H 2 O რეალურად არის SO 4;
Zn(BrO3)2. 6H 2 O არის რეალურად (BrO 3) 2;
CuSO4. 5H 2 O სინამდვილეში არის SO 4. H2O.
2) ჰიდროქსოკომპლექსები, ანუ რთული ნაწილაკები, რომლებშიც ლიგანდების სახით არის ჰიდროქსილის ჯგუფები, რომლებიც იყვნენ ჰიდროქსიდის იონები კომპლექსურ ნაწილაკში შესვლამდე, მაგალითად: 2 , 3 , .
ჰიდროქსო კომპლექსები წარმოიქმნება აკვა კომპლექსებისგან, რომლებიც ავლენენ კატიონმჟავების თვისებებს:
2 + 4OH = 2 + 4H 2 O
3) ამიაკი, ანუ რთული ნაწილაკები, რომლებშიც ლიგანდების სახით იმყოფება NH 3 ჯგუფები (კომპლექსური ნაწილაკის წარმოქმნამდე - ამიაკის მოლეკულები), მაგალითად: 2 , , 3 .
ამიაკის მიღება ასევე შესაძლებელია წყლის კომპლექსებიდან, მაგალითად:
2 + 4NH 3 \u003d 2 + 4 H 2 O
ხსნარის ფერი ამ შემთხვევაში იცვლება ლურჯიდან ულტრამარინისკენ.
4) აციდოკომპლექსებიანუ რთული ნაწილაკები, რომლებშიც ლიგანდების სახით არის როგორც უჟანგბადო, ისე ჟანგბადის შემცველი მჟავების მჟავე ნარჩენები (კომპლექსური ნაწილაკების წარმოქმნამდე - ანიონები, მაგალითად: Cl, Br, I, CN, S 2, NO 2, S 2 O 3 2 , CO 3 2 , C 2 O 4 2 ა.შ.).
მჟავა კომპლექსების წარმოქმნის მაგალითები:
Hg 2 + 4I = 2
AgBr + 2S 2 O 3 2 = 3 + Br
ეს უკანასკნელი რეაქცია გამოიყენება ფოტოგრაფიაში არარეაგირებული ვერცხლის ბრომიდის ფოტოგრაფიული მასალებიდან მოსაშორებლად.
(ფოტოგრაფიული ფირის და ფოტოქაღალდის შემუშავებისას, ვერცხლის ბრომიდის დაუფარავი ნაწილი, რომელიც შეიცავს ფოტო ემულსიას, არ აღადგენს დეველოპერის მიერ. მის მოსაშორებლად გამოიყენება ეს რეაქცია (პროცესს ეწოდება "ფიქსირება", რადგან მოუხსნელი ვერცხლის ბრომიდი თანდათან იშლება სინათლეში, ანადგურებს გამოსახულებას)
5) კომპლექსები, რომლებშიც წყალბადის ატომები ლიგანდებია, იყოფა ორ სრულიად განსხვავებულ ჯგუფად: ჰიდრიდიკომპოზიციაში შემავალი კომპლექსები და კომპლექსები ონიუმიკავშირები.
ჰიდრიდის კომპლექსების წარმოქმნაში - , , - ცენტრალური ატომი არის ელექტრონის მიმღები, ხოლო ჰიდრიდის იონი არის დონორი. წყალბადის ატომების ჟანგვის მდგომარეობა ამ კომპლექსებში არის –1.
ონიუმის კომპლექსებში ცენტრალური ატომი არის ელექტრონის დონორი, ხოლო მიმღები არის წყალბადის ატომი +1 დაჟანგვის მდგომარეობაში. მაგალითები: H 3 O ან - ოქსონიუმის იონი, NH 4 ან - ამონიუმის იონი. გარდა ამისა, არსებობს ასეთი იონების შემცვლელი წარმოებულები: - ტეტრამეთილამონიუმის იონი, - ტეტრაფენილარსონიუმის იონი, - დიეთილოქსონიუმის იონი და ა.შ.
6) კარბონილიკომპლექსები - კომპლექსები, რომლებშიც ლიგანდების სახით არის CO ჯგუფები (კომპლექსის წარმოქმნამდე - ნახშირბადის მონოქსიდის მოლეკულები), მაგალითად:, და ა.შ.
7) ანიონ ჰალოიდიკომპლექსები არის ტიპის კომპლექსები.
ლიგანდების ტიპის მიხედვით გამოიყოფა რთული ნაწილაკების სხვა კლასებიც. გარდა ამისა, არსებობს რთული ნაწილაკები სხვადასხვა ტიპის ლიგანდებით; უმარტივესი მაგალითია აკვა ჰიდროქსოკომპლექსი.
17.3. რთული ნაერთების ნომენკლატურის საფუძვლები
რთული ნაერთის ფორმულა შედგენილია ისევე, როგორც ნებისმიერი იონური ნივთიერების ფორმულა: პირველ რიგში იწერება კატიონის ფორმულა, მეორეში კი ანიონი.
რთული ნაწილაკის ფორმულა იწერება კვადრატულ ფრჩხილებში შემდეგი თანმიმდევრობით: ჯერ მოთავსებულია კომპლექსური ელემენტის სიმბოლო, შემდეგ ლიგანდების ფორმულები, რომლებიც კომპლექსის წარმოქმნამდე იყო კატიონები, შემდეგ ლიგანდების ფორმულები, რომლებიც იყო. ნეიტრალური მოლეკულები კომპლექსის წარმოქმნამდე და მათ შემდეგ ლიგანდების ფორმულები, რომლებიც არსებობდნენ ანიონების მიერ კომპლექსის წარმოქმნამდე.
რთული ნაერთის სახელწოდება აგებულია ისევე, როგორც ნებისმიერი მარილის ან ფუძის სახელი (რთულ მჟავებს უწოდებენ წყალბადის ან ოქსონიუმის მარილებს). ნაერთის სახელწოდება მოიცავს კატიონის სახელს და ანიონის სახელს.
რთული ნაწილაკების სახელწოდება მოიცავს კომპლექსური აგენტის სახელს და ლიგანდების სახელებს (სახელი იწერება ფორმულის მიხედვით, მაგრამ მარჯვნიდან მარცხნივ. კათიონებში კომპლექსური აგენტებისთვის გამოიყენება რუსული ელემენტების სახელები და ანიონები, ლათინური.
ყველაზე გავრცელებული ლიგანდების სახელები:
| H 2 O - აკვა | Cl - ქლორო | SO 4 2 - სულფატი | OH - ჰიდროქსო |
| CO - კარბონილი | Br - ბრომო | CO 3 2 - კარბონატი | H - ჰიდრიდო |
| NH 3 - ამინი | NO 2 - ნიტრო | CN - ციანო | არა - ნიტროსო |
| არა - ნიტროსილი | O 2 - ოქსო | NCS - თიოციანატო | H + I - ჰიდრო |
რთული კატიონების სახელების მაგალითები:
რთული ანიონების სახელების მაგალითები:
2 - ტეტრაჰიდროქსოზინკატის იონი
3 – დი(თიოსულფატო)არგენტატი(I)-იონი
3 - ჰექსაციანოქრომატი (III) - იონი
- ტეტრაჰიდროქსოდიკვალუმინატის იონი
- ტეტრანიტროდიამმინკობალტატი (III) - იონი
3 – პენტაციანოაკვაფერატი (II) – იონი
ნეიტრალური რთული ნაწილაკების სახელების მაგალითები:
უფრო დეტალური ნომენკლატურის წესები მოცემულია საცნობარო წიგნებსა და სპეციალურ სახელმძღვანელოებში.
17.4. ქიმიური ბმა რთულ ნაერთებში და მათი სტრუქტურა
კრისტალურ კომპლექსურ ნაერთებში დამუხტული კომპლექსებით, ბმა კომპლექსსა და გარე სფეროს იონებს შორის არის იონური, ხოლო ბმები გარე სფეროს დარჩენილ ნაწილაკებს შორის ინტერმოლეკულურია (წყალბადის ბმების ჩათვლით). მოლეკულურ კომპლექსურ ნაერთებში კომპლექსებს შორის კავშირი მოლეკულურია.
უმეტეს რთულ ნაწილაკებში, ბმები ცენტრალურ ატომსა და ლიგანდებს შორის კოვალენტურია. მათი ყველა ან ნაწილი ფორმირდება დონორ-მიმღები მექანიზმის მიხედვით (შედეგად, ფორმალური გადასახადების ცვლილებით). ყველაზე ნაკლებად სტაბილურ კომპლექსებში (მაგალითად, ტუტე და ტუტე დედამიწის ელემენტების აკვაკომპლექსებში, ისევე როგორც ამონიუმში), ლიგანდები იკავებენ ელექტროსტატიკური მიზიდულობით. კომპლექსურ ნაწილაკებში კავშირს ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც დონორ-მიმღები ან საკოორდინაციო კავშირს.
განვიხილოთ მისი ფორმირება მაგალითად რკინის(II) აკვაკაციის გამოყენებით. ეს იონი წარმოიქმნება რეაქციის შედეგად:
FeCl 2cr + 6H 2 O = 2 + 2Cl
რკინის ატომის ელექტრონული ფორმულა არის 1 ს 2 2ს 2 2გვ 6 3ს 2 3გვ 6 4ს 2 3დ 6. მოდით შევქმნათ ამ ატომის ვალენტური ქვედონეების სქემა:
როდესაც ორმაგად დამუხტული იონი წარმოიქმნება, რკინის ატომი კარგავს ორ 4-ს ს- ელექტრონი:
რკინის იონი იღებს ექვს ელექტრონულ წყვილ ჟანგბადის ატომს ექვსი წყლის მოლეკულისგან თავისუფალ ვალენტურ ორბიტალებში:
წარმოიქმნება რთული კატიონი, რომლის ქიმიური სტრუქტურა შეიძლება გამოიხატოს ერთ-ერთი შემდეგი ფორმულით:
ამ ნაწილაკების სივრცითი სტრუქტურა გამოიხატება ერთ-ერთი სივრცითი ფორმულით:
საკოორდინაციო პოლიედრონის ფორმა არის რვაედრონი. ყველა Fe-O ბმა ერთნაირია. ვითომ sp 3 დ 2 - რკინის ატომის AO ჰიბრიდიზაცია. კომპლექსის მაგნიტური თვისებები მიუთითებს დაუწყვილებელი ელექტრონების არსებობაზე.
თუ FeCl 2 იხსნება ციანიდის იონების შემცველ ხსნარში, მაშინ რეაქცია გრძელდება
FeCl 2cr + 6CN = 4 + 2Cl.
იგივე კომპლექსი ასევე მიიღება კალიუმის ციანიდის KCN ხსნარის დამატებით FeCl 2 ხსნარში:
2 + 6CN \u003d 4 + 6H 2 O.
ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ციანიდის კომპლექსი უფრო ძლიერია ვიდრე აკვაკომპლექსი. გარდა ამისა, ციანიდის კომპლექსის მაგნიტური თვისებები მიუთითებს რკინის ატომიდან დაუწყვილებელი ელექტრონების არარსებობაზე. ეს ყველაფერი განპირობებულია ამ კომპლექსის ოდნავ განსხვავებული ელექტრონული სტრუქტურით:
"ძლიერი" CN ლიგანდები ქმნიან უფრო ძლიერ კავშირებს რკინის ატომთან, ენერგიის მომატება საკმარისია ჰუნდის წესის "დარღვევისთვის" და 3 განთავისუფლებისთვის. დ-ორბიტალები ლიგანდების მარტოხელა წყვილებისთვის. ციანიდის კომპლექსის სივრცითი სტრუქტურა იგივეა, რაც აკვაკომპლექსის, მაგრამ ჰიბრიდიზაციის ტიპი განსხვავებულია - დ 2 sp 3 .
ლიგანდის „სიძლიერე“ პირველ რიგში დამოკიდებულია ელექტრონების მარტოხელა წყვილის ღრუბლის ელექტრონის სიმკვრივეზე, ანუ ის იზრდება ატომის ზომის შემცირებით, ძირითადი კვანტური რიცხვის შემცირებით, დამოკიდებულია EO ჰიბრიდიზაციის ტიპი და სხვა ფაქტორები. ყველაზე მნიშვნელოვანი ლიგანდები შეიძლება განლაგდეს მათი „ძლიერების“ გაზრდის მიზნით (ლიგანდების ერთგვარი „აქტივობის სერია“), ამ სერიას ე.წ. ლიგანდების სპექტროქიმიური სერია:
| ᲛᲔ; ძმ; : SCN, Cl, F, OH, H2O; : NCS, NH3; SO 3 S : 2 ; : CN, CO |
3 და 3 კომპლექსებისთვის, ფორმირების სქემები ასე გამოიყურება:
|
|
CN = 4-ის მქონე კომპლექსებისთვის შესაძლებელია ორი სტრუქტურა: ტეტრაედონი (შემთხვევაში sp 3-ჰიბრიდიზაცია), მაგალითად, 2 და ბრტყელი კვადრატი (იმ შემთხვევაში დსპ 2 ჰიბრიდიზაცია), მაგალითად, 2.
17.5. რთული ნაერთების ქიმიური თვისებები
რთული ნაერთებისთვის, უპირველეს ყოვლისა, დამახასიათებელია იგივე თვისებები, რაც იგივე კლასის ჩვეულებრივი ნაერთებისთვის (მარილები, მჟავები, ფუძეები).
თუ ნაერთი მჟავაა, მაშინ ის ძლიერი მჟავაა, თუ ფუძეა, მაშინ ფუძე ძლიერია. რთული ნაერთების ეს თვისებები განისაზღვრება მხოლოდ H 3 O ან OH იონების არსებობით. გარდა ამისა, რთული მჟავები, ფუძეები და მარილები შედიან ჩვეულებრივ გაცვლის რეაქციებში, მაგალითად:
SO 4 + BaCl 2 \u003d BaSO 4 + Cl 2
FeCl 3 + K 4 = Fe 4 3 + 3KCl
ამ რეაქციებიდან ბოლო გამოიყენება Fe 3 იონების ხარისხობრივ რეაქციად. მიღებულ ულტრამარინის უხსნად ნივთიერებას ეწოდება "პრუსიული ლურჯი" [სისტემატური სახელია რკინა(III)-კალიუმის ჰექსაციანოფერატი(II)].
გარდა ამისა, თავად რთული ნაწილაკი შეიძლება შევიდეს რეაქციაში და რაც უფრო აქტიურია, მით ნაკლებად სტაბილურია. ჩვეულებრივ, ეს არის ლიგანდის შემცვლელი რეაქციები, რომლებიც ხდება ხსნარში, მაგალითად:
2 + 4NH 3 \u003d 2 + 4H 2 O,
ასევე მჟავა-ტუტოვანი რეაქციები, როგორიცაა
2 + 2H 3 O = + 2H 2 O
2 + 2OH = + 2H 2 O
ამ რეაქციებში წარმოქმნილი, იზოლაციისა და გაშრობის შემდეგ გადაიქცევა თუთიის ჰიდროქსიდად:
Zn(OH) 2 + 2H 2 O
ბოლო რეაქცია რთული ნაერთის დაშლის უმარტივესი მაგალითია. ამ შემთხვევაში ის მუშაობს ოთახის ტემპერატურაზე. სხვა რთული ნაერთები იშლება გაცხელებისას, მაგალითად:
SO4. H 2 O \u003d CuSO 4 + 4NH 3 + H 2 O (300 o C-ზე ზემოთ)
4K 3 \u003d 12KNO 2 + 4CoO + 4NO + 8NO 2 (200 o C-ზე ზემოთ)
K 2 \u003d K 2 ZnO 2 + 2H 2 O (100 o C-ზე ზემოთ)
ლიგანდის შემცვლელი რეაქციის შესაძლებლობის შესაფასებლად შეიძლება გამოვიყენოთ სპექტროქიმიური სერია, რომელიც ხელმძღვანელობს იმით, რომ ძლიერი ლიგანდები ანაცვლებენ სუსტებს შიდა სფეროდან.
17.6. რთული ნაერთების იზომერიზმი
რთული ნაერთების იზომერიზმი დაკავშირებულია
1) ლიგანდების და გარე სფეროს ნაწილაკების შესაძლო განსხვავებული განლაგებით,
2) ყველაზე რთული ნაწილაკების განსხვავებული სტრუქტურით.
პირველ ჯგუფში შედის დატენიანებული(ზოგადად სოლვატი) და იონიზაციაიზომერიზმი, მეორემდე - სივრცითიდა ოპტიკური.
ჰიდრატის იზომერიზმი დაკავშირებულია წყლის მოლეკულების განსხვავებული განაწილების შესაძლებლობასთან რთული ნაერთის გარე და შიდა სფეროებში, მაგალითად: (წითელ-ყავისფერი ფერი) და Br 2 (ლურჯი ფერი).
იონიზაციის იზომერიზმი დაკავშირებულია იონების გარე და შიდა სფეროებში განსხვავებული განაწილების შესაძლებლობასთან, მაგალითად: SO 4 (იისფერი) და Br (წითელი). ამ ნაერთებიდან პირველი წარმოქმნის ნალექს, რომელიც რეაგირებს ბარიუმის ქლორიდის ხსნართან, ხოლო მეორე - ვერცხლის ნიტრატის ხსნართან.
სივრცითი (გეომეტრიული) იზომერიზმი, რომელსაც სხვაგვარად ცის-ტრანს იზომერია ეწოდება, დამახასიათებელია კვადრატული და რვაადარული კომპლექსებისთვის (ეს შეუძლებელია ტეტრაედრულისთვის). მაგალითი: ცის-ტრანს კვადრატული რთული იზომერიზმი
ოპტიკური (სარკე) იზომერიზმი არსებითად არ განსხვავდება ოპტიკური იზომერიზმისგან ორგანულ ქიმიაში და დამახასიათებელია ტეტრაედრული და რვაწახნაგოვანი კომპლექსებისთვის (შეუძლებელია კვადრატისთვის).
რთული ნაერთების სტრუქტურა
მიმზიდველი ძალები მოქმედებს არა მხოლოდ ატომებს შორის, არამედ მოლეკულებს შორისაც. მოლეკულების ურთიერთქმედება ხშირად იწვევს სხვა, უფრო რთული მოლეკულების წარმოქმნას. მაგალითად, აირისებრი ნივთიერებები შესაბამის პირობებში გადადიან აგრეგაციის თხევად და მყარ მდგომარეობაში, ნებისმიერი ნივთიერება გარკვეულწილად ხსნადია სხვა ნივთიერებაში. ყველა ამ შემთხვევაში შეინიშნება ურთიერთქმედების ნაწილაკების ურთიერთკოორდინაცია, რაც შეიძლება განისაზღვროს როგორც კომპლექსურობა. კომპლექსის წარმოქმნის მიზეზი შეიძლება იყოს როგორც ელექტროსტატიკური, ასევე დონორ-მიმღები ურთიერთქმედება იონებსა და მოლეკულებს შორის, მოლეკულებს შორის.
რთული ნაერთების აგებულების შესახებ თანამედროვე იდეებს საფუძველი ჩაუყარა შვეიცარიელმა ქიმიკოსმა ალფრედ ვერნერმა 1893 წელს.
რთული ნაერთები - ეს არის ნაერთები, რომლებიც ხასიათდება მინიმუმ ერთი კოვალენტური ბმის არსებობით, რომელიც წარმოიშვა დონორ-მიმღები მექანიზმის მიხედვით.
თითოეული კომპლექსის ცენტრში არის ატომი, რომელსაც ეწოდება ცენტრალური ან კომპლექსური აგენტი. ცენტრალურ ატომთან პირდაპირ დაკავშირებულ ატომებს ან იონებს უწოდებენ ლიგანდები. რიცხვი, რომელიც მიუთითებს რამდენ ლიგანდს ფლობს კომპლექსური აგენტი, ეწოდება საკოორდინაციო ნომერი. წარმოიქმნება კომპლექსური აგენტი და ლიგანდები შიდა სფერო . შიდა სფერო გარედან გამოყოფილია კვადრატული ფრჩხილებით. კომპლექსის გარეთ არის იონები, რომლებსაც აქვთ საპირისპირო მუხტი კომპლექსის მუხტთან შედარებით - ეს იონები ქმნიან გარე სფერო.
მაგალითად: K3
გარე შიდა
სფერო
Fe 3+ - კომპლექსური აგენტი; CN - ლიგანდი; 6 - საკოორდინაციო ნომერი;
3- - რთული იონი.
რთული ნაერთების ნომენკლატურა
რთული ნაერთების დასახელებისთვის გამოიყენება ნომენკლატურის წესების რთული სისტემა.
1. რთული ნაერთების სახელები შედგება შიდა და გარე სფეროების აღმნიშვნელი ორი სიტყვისაგან.
2. შიდა სფეროსთვის მიუთითეთ:
ლიგანდების რაოდენობა;
ლიგანდის სახელი;
ცენტრალური ატომი ვალენტობით.
3. საერთაშორისო ნომენკლატურის მიხედვით ჯერ კატიონი ეწოდება, შემდეგ ანიონი.
4. თუ კავშირი მოიცავს რთული კატიონი,შემდეგ მიცემული კომპლექსური აგენტის ელემენტის რუსული სახელწოდება.
5. თუ კავშირი მოიცავს რთული ანიონი,შემდეგ კომპლექსური აგენტი ელემენტის ლათინური სახელი მოცემულია დასასრულით "-ზე".
6. ნეიტრალურ კომპლექსებში ცენტრალური ატომის ჟანგვის მდგომარეობა არ არის მითითებული.
7. ლიგანდების სახელები უმეტეს შემთხვევაში ემთხვევა ნივთიერებების ჩვეულებრივ სახელებს. სუფიქსი "-o" ემატება ანიონურ ლიგანდებს.
მაგალითად: CN - - ციანო, NO2 - - ნიტრო, CI - - ქლორო, OH - - ჰიდროქსო, H + -ჰიდრო, O 2- - ოქსო, S 2- - თიო, CNS - - როდანო ან ტიციანატო, C2O4 2- - ოქსალატო და ა.შ.
8. ლიგანდები - ნეიტრალურ მოლეკულებს აქვთ კონკრეტული სახელები:
წყალი - აკვა, ამიაკი - ამინი, ნახშირბადის მონოქსიდი (II) - კარბონილი.
9. ლიგანდების რაოდენობა მიეთითება ლათინური ან ბერძნული ციფრებით:
| მონო | |
| დი | |
| სამი | |
| ტეტრა | |
| პენტა | |
| ჰექსა | |
| ჰეპტა | |
| ოქტა |
10. შერეულ-ლიგანტურ კომპლექსებში ჯერ ჩამოთვლილია ანიონური ლიგანდები, შემდეგ მოლეკულური.თუ არსებობს რამდენიმე განსხვავებული ანიონური ან მოლეკულური ლიგანდი, ისინი ჩამოთვლილია ანბანურად.
მაგალითები
CI - დიამინევერცხლის(I) ქლორიდი
K - კალიუმის დიციანოარგენატი (I)
CI3 - ქლოროპენტაამმინეპლატინის (IV) ქლორიდი ან ქლოროპენტაამმინეპლატინის ტრიქლორიდი
K - კალიუმის პენტაქლოროამმინპლატინატი (IV)
SO4 - ქლორონიტროტრიამმინეპლატინის(II) სულფატი.
K3-ჰექსაციანოფერატი (III) კალიუმი,
- ტრინიტროტრიამმინკობალტი.
3. კომპლექსების კლასიფიკაცია.
ელექტრული მუხტის ბუნების მიხედვით განასხვავებენ კატიონურ, ანიონურ და ნეიტრალურ კომპლექსებს. კომპლექსის მუხტი არის მისი შემადგენელი ნაწილაკების მუხტების ალგებრული ჯამი.
კატიონურიკომპლექსი წარმოიქმნება ნეიტრალური მოლეკულების (Н2О, NH3 და ა.შ.) დადებითი იონის გარშემო კოორდინაციის შედეგად.
ამინოკომპლექსების (NH3) შემცველ ნაერთებს ე.წ ამიაკი,აკვა კომპლექსების შემცველი (H2O) - ატენიანებს.
როგორც კომპლექსური აგენტი ანიონურიკომპლექსი არის ატომი დადებითი დაჟანგვის მდგომარეობით (დადებითი იონი), ხოლო ლიგანდები არის ატომები უარყოფითი დაჟანგვის მდგომარეობით (ანიონები). მაგალითად: K2 - კალიუმის ტეტრაფტორობერილატი (II).
ნეიტრალურიკომპლექსები წარმოიქმნება მოლეკულების ატომის ირგვლივ კოორდინაციისას, ასევე უარყოფითი იონების და მოლეკულების დადებითი იონური კომპლექსური აგენტის ირგვლივ ერთდროული კოორდინაციისას. მაგალითად: - დიქლოროდიამმინეპლატინი (II). ელექტრული ნეიტრალური კომპლექსები რთული ნაერთებია გარე სფეროს გარეშე.
კომპლექსური აგენტის როლი შეიძლება შეასრულოს პერიოდული სისტემის ნებისმიერ ელემენტს. არალითონური ელემენტები ჩვეულებრივ იძლევიან ანიონურ კომპლექსებს. ლითონის ელემენტები ქმნიან კათიონური ტიპის კომპლექსებს.
ლიგანდები.სხვადასხვა კომპლექსურ აგენტს შეუძლია სამი ტიპის ლიგანდის კოორდინაცია მოახდინოს თავის გარშემო:
1. ანიონური ტიპის ლიგანდები - ელემენტარული და რთული უარყოფითად დამუხტული იონები, მაგალითად, ჰილიდი, ოქსიდი, ჰიდროქსიდი, ნიტრატი, კარბონატული იონები და სხვ.
2. ნეიტრალური ლიგანდები შეიძლება იყოს წყლის პოლარული მოლეკულები, ამიაკი და ა.შ.
3. კათიონური ტიპის ლიგანდები იშვიათია და კოორდინირებულია მხოლოდ ნეგატიურად პოლარიზებული ატომების გარშემო. მაგალითი: დადებითად პოლარიზებული წყალბადის ატომი.
ლიგანდები, რომლებიც ქმნიან ერთ კავშირს ცენტრალურ ატომთან, ეწოდება ბიდენტატი. ლიგანდებს, რომლებსაც შეუძლიათ სამი ან მეტი ბმის შექმნა ცენტრალურ ატომთან, ეწოდება პოლიდენტატი.კომპლექსურ ნაერთებს ბი- და პოლიდენტატური ლიგანდებით უწოდებენ ქელატური კომპლექსები.
ჩვეულებრივი ლიგანდები, რომლებიც ქმნიან ერთ კავშირს მეტალთან, ეწოდება მონოდენტური.
4. რთული ნაერთების დისოციაცია. არასტაბილურობა მუდმივი.
რთული ნაერთები - ელექტროლიტები, წყალხსნარებში დაშლისას წარმოქმნიან რთულ იონებს, მაგალითად:
CI = + + CI -
ეს დისოციაცია დასრულებულია. რთული იონები, თავის მხრივ, განიცდიან მეორად დისოციაციას.
რთული ნაერთები
გაკვეთილი-ლექცია მე-11 კლასი
კონკურსზე „მივდივარ გაკვეთილზე“ წარდგენილ გაკვეთილს ვატარებ მე-11 ბიოლოგიურ და ქიმიურ კლასში, სადაც კვირაში 4 საათია გამოყოფილი ქიმიის შესასწავლად.
ავიღე თემა „კომპლექსური ნაერთები“, პირველ რიგში იმიტომ, რომ ნივთიერებების ამ ჯგუფს ბუნებაში განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს; მეორეც, USE-ის მრავალი ამოცანა მოიცავს რთული ნაერთების კონცეფციას; მესამე, ამ კლასის სტუდენტები ირჩევენ ქიმიასთან დაკავშირებულ პროფესიებს და მომავალში შეხვდებიან რთული ნაერთების ჯგუფს.
სამიზნე.რთული ნაერთების შემადგენლობის, კლასიფიკაციის, აგებულებისა და ძირითადი ნომენკლატურის კონცეფციის ჩამოყალიბება; განიხილოს მათი ქიმიური თვისებები და აჩვენოს მნიშვნელობა; გააფართოვოს მოსწავლეთა გაგება ნივთიერებების მრავალფეროვნების შესახებ.
აღჭურვილობა.რთული ნაერთების ნიმუშები.
Გაკვეთილის გეგმა
I. საორგანიზაციო მომენტი.
II. ახალი მასალის შესწავლა (ლექცია).
III. საშინაო დავალების შეჯამება და დადგენა.
ლექციის გეგმა
1. ნივთიერებების მრავალფეროვნება.
2. ა.ვერნერის კოორდინაციის თეორია.
3. კომპლექსური ნაერთების აგებულება.
4. რთული ნაერთების კლასიფიკაცია.
5. ქიმიური ბმის ბუნება რთულ ნაერთებში.
6. რთული ნაერთების ნომენკლატურა.
7. რთული ნაერთების ქიმიური თვისებები.
8. კომპლექსური ნაერთების ღირებულება.
გაკვეთილების დროს
I. საორგანიზაციო მომენტი
II. ახალი მასალის სწავლა
ნივთიერებების მრავალფეროვნება
ნივთიერებათა სამყარო მრავალფეროვანია და ჩვენ უკვე ვიცნობთ ნივთიერებების ჯგუფს, რომლებიც მიეკუთვნებიან რთულ ნაერთებს. ეს ნივთიერებები შესწავლილი იქნა მე-19 საუკუნიდან, მაგრამ ძნელი იყო მათი სტრუქტურის გაგება ვალენტობის შესახებ არსებული იდეების თვალსაზრისით.
ა.ვერნერის კოორდინაციის თეორია
1893 წელს შვეიცარიელმა არაორგანულმა ქიმიკოსმა ალფრედ ვერნერმა (1866–1919) ჩამოაყალიბა თეორია, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელი გახდა რთული ნაერთების სტრუქტურისა და ზოგიერთი თვისების გაგება და ე.წ. კოორდინაციის თეორია*.ამიტომ, რთულ ნაერთებს ხშირად კოორდინაციის ნაერთებს უწოდებენ.
ნაერთებს, რომლებიც მოიცავს რთულ იონებს, რომლებიც არსებობს როგორც კრისტალში, ასევე ხსნარში, ეწოდება კომპლექსი ან კოორდინაცია.
რთული ნაერთების სტრუქტურა
ვერნერის თეორიის მიხედვით, კომპლექსურ ნაერთებში ცენტრალური პოზიცია ჩვეულებრივ იკავებს ლითონის იონს, რომელსაც ცენტრალური იონი ანუ კომპლექსური აგენტი ეწოდება.
კომპლექსური აგენტი -ნაწილაკი (ატომი, იონი ან მოლეკულა), რომელიც კოორდინაციას უწევს (განათავსებს) თავის გარშემო სხვა იონებს ან მოლეკულებს.
კომპლექსური აგენტი ჩვეულებრივ აქვს დადებითი მუხტი, არის დ-ელემენტი, ავლენს ამფოტერულ თვისებებს, აქვს საკოორდინაციო რიცხვი 4 ან 6. მოლეკულები ან მჟავის ნარჩენები - ლიგანდები (დანამატები) განლაგებულია (კოორდინატი) კომპლექსური აგენტის გარშემო.
ლიგანდები -ნაწილაკები (მოლეკულები და იონები), რომლებიც კოორდინირებულია კომპლექსური აგენტის მიერ და აქვს მასთან პირდაპირი ქიმიური ბმა (მაგალითად, იონები: Cl - , I - , NO 3 - , OH - ; ნეიტრალური მოლეკულები: NH 3, H 2 O, CO ).
ლიგანდები ერთმანეთთან არ არის დაკავშირებული, რადგან მათ შორის მოქმედებენ საგრებელი ძალები. როდესაც მოლეკულები ლიგანდებია, მათ შორის მოლეკულური ურთიერთქმედება შესაძლებელია. ლიგანდების კოორდინაცია კომპლექსური აგენტის ირგვლივ რთული ნაერთების დამახასიათებელი თვისებაა (ნახ. 1).
საკოორდინაციო ნომერი -არის ქიმიური ბმების რაოდენობა, რომელსაც კომპლექსური აგენტი ქმნის ლიგანდებთან.
 |
ბრინჯი. 2. იონის ტეტრაედრული აგებულება - |
კომპლექსური აგენტის საკოორდინაციო ნომრის მნიშვნელობა დამოკიდებულია მის ბუნებაზე, დაჟანგვის ხარისხზე, ლიგანდების ბუნებაზე და პირობებზე (ტემპერატურა, კონცენტრაცია), რომლებშიც მიმდინარეობს კომპლექსური რეაქცია. საკოორდინაციო ნომერს შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელობები 2-დან 12-მდე. ყველაზე გავრცელებულია საკოორდინაციო ნომრები 4 და 6. კოორდინაციის ნომრისთვის 4 რთული ნაწილაკების სტრუქტურა შეიძლება იყოს ოთხკუთხედი (ნახ. 2) და სიბრტყის სახით. კვადრატი (ნახ. 3). კომპლექსურ ნაერთებს, რომელთა საკოორდინაციო რიცხვი 6-ია, აქვთ რვაკუთხა სტრუქტურა 3– (ნახ. 4).
 |
ბრინჯი. 4. იონი 3 - რვაადარული სტრუქტურა |
კომპლექსური აგენტი და მისი მიმდებარე ლიგანდები შეადგენენ კომპლექსის ინტერიერი.ნაწილაკს, რომელიც შედგება კომპლექსური აგენტისა და მიმდებარე ლიგანდებისგან, რთული იონი ეწოდება. რთული ნაერთების გამოსახვისას შიდა სფერო (კომპლექსური იონი) შემოიფარგლება კვადრატული ფრჩხილებით. რთული ნაერთის დარჩენილი კომპონენტები განლაგებულია გარე სფერო(ნახ. 5).
გარე სფეროს იონების მთლიანი მუხტი მნიშვნელობით უნდა იყოს ტოლი და რთული იონის მუხტის საპირისპირო ნიშნით:
რთული ნაერთების კლასიფიკაცია
რთული ნაერთების მრავალფეროვნება და მათი თვისებები არ იძლევა ერთიანი კლასიფიკაციის შექმნის საშუალებას. თუმცა, ნივთიერებები შეიძლება დაჯგუფდეს ზოგიერთი ინდივიდუალური მახასიათებლების მიხედვით.
1) შემადგენლობის მიხედვით.
2) კოორდინირებული ლიგანდების ტიპის მიხედვით.
ა) აკვაკომპლექსები- ეს არის რთული კათიონები, რომლებშიც H 2 O მოლეკულები ლიგანდები არიან. ისინი წარმოიქმნება ლითონის კათიონებით +2 ან მეტი ჟანგვის მდგომარეობით, ხოლო პერიოდული სისტემის ერთი ჯგუფის ლითონებში წყლის კომპლექსების წარმოქმნის უნარი მცირდება ზემოდან. ქვედა.
აკვა კომპლექსების მაგალითები:
Cl 3, (NO 3) 3.
ბ) ჰიდროქსოკომპლექსებიარის რთული ანიონები, რომლებშიც ლიგანდებია ჰიდროქსიდის იონები OH - . კომპლექსური აგენტები არის ლითონები, რომლებიც მიდრეკილია ამფოტერული თვისებების გამოვლენისკენ - Be, Zn, Al, Cr.
მაგალითად: Na, Ba.
in) ამიაკიარის რთული კათიონები, რომლებშიც NH 3 მოლეკულები ლიგანდებია. კომპლექსური აგენტები არიან დ- ელემენტები.
მაგალითად: SO 4, Cl.
გ) აციდოკომპლექსებიარის რთული ანიონები, რომლებშიც ლიგანდები არაორგანული და ორგანული მჟავების ანიონებია.
მაგალითად: K 3 , Na 2 , K 4 .
3) შინაგანი სფეროს მუხტით.
ქიმიური ბმის ბუნება რთულ ნაერთებში
შიდა სფეროში არის კოვალენტური ბმები კომპლექსურ აგენტსა და ლიგანდებს შორის, რომლებიც ასევე წარმოიქმნება დონორ-აქცეპტორული მექანიზმით. ასეთი ობლიგაციების ფორმირებისთვის საჭიროა თავისუფალი ორბიტალების არსებობა ზოგიერთ ნაწილაკში (ხელმისაწვდომია კომპლექსურ აგენტში) და გაუზიარებელი ელექტრონული წყვილების არსებობა სხვა ნაწილაკებში (ლიგანდებში). დონორის (ელექტრონების მიმწოდებლის) როლს ასრულებს ლიგანდი, ხოლო მიმღები, რომელიც იღებს ელექტრონებს, არის კომპლექსური აგენტი. დონორ-მიმღები ბმა წარმოიქმნება კომპლექსური აგენტის თავისუფალი ვალენტური ორბიტალების შევსებულ დონორ ორბიტალებთან გადაფარვის შედეგად.
გარე და შიდა სფეროებს შორის არის იონური კავშირი. ავიღოთ მაგალითი.
ბერილიუმის ატომის ელექტრონული სტრუქტურა:
ბერილიუმის ატომის ელექტრონული სტრუქტურა აღგზნებულ მდგომარეობაში:
ბერილიუმის ატომის ელექტრონული სტრუქტურა 2- კომპლექსურ იონში:
წერტილოვანი ისრები აჩვენებს ფტორის ელექტრონებს; ოთხი ბმადან ორი იქმნება დონორ-აქცეპტორი მექანიზმით. ამ შემთხვევაში, Be ატომი არის მიმღები, ხოლო ფტორის იონები დონორები არიან, მათი თავისუფალი ელექტრონული წყვილი ავსებს ჰიბრიდულ ორბიტალებს ( sp 3 - ჰიბრიდიზაცია).
რთული ნაერთების ნომენკლატურა
ყველაზე გავრცელებულია IUPAC-ის მიერ რეკომენდებული ნომენკლატურა. სახელი რთული ანიონიიწყება შიდა სფეროს შემადგენლობის აღნიშვნით: ლიგანდების რაოდენობა მითითებულია ბერძნული ციფრებით: 2-დი, 3-სამი, 4-ტეტრა, 5-პენტა, 6-ჰექსა და ა.შ., რასაც მოჰყვება სახელები. ლიგანდები, რომლებსაც ემატება დამაკავშირებელი ხმოვანი „o“: Cl - - ქლორო-, CN - - ციანო-, OH - - ჰიდროქსო- და ა.შ. თუ კომპლექსურ აგენტს აქვს ცვლადი დაჟანგვის მდგომარეობა, მაშინ მისი დაჟანგვის მდგომარეობა ფრჩხილებში მითითებულია რომაული ციფრებით, ხოლო მისი სახელი სუფიქსით -at: Zn - თუთია. ზე, Fe – ფერი ზე(III), აუ - აურ ზე(III). გვარი არის გარე სფეროს კატიონი გენიტალურ შემთხვევაში.
K 3 - კალიუმის ჰექსაციანოფერატი (III),
K4 - კალიუმის ჰექსაციანოფერატი (II),
K 2 - კალიუმის ტეტრაჰიდროქსოზინკატი.
შემცველი ნაერთების სახელები რთული კატიონიაგებულია გარე გარემოს ანიონების სახელებიდან, რის შემდეგაც მითითებულია ლიგანდების რაოდენობა, მოცემულია ლიგანდის ლათინური სახელი (ამიაკის მოლეკულა NH 3 - ამინი, წყლის მოლეკულა H 2 O - aqua ლათინური სახელიდან წყლის) და კომპლექსური ელემენტის რუსული სახელწოდება; რომაული რიცხვი ფრჩხილებში მიუთითებს კომპლექსური ელემენტის დაჟანგვის ხარისხზე, თუ ის ცვალებადია. Მაგალითად:
SO 4 - ტეტრაამინის სპილენძის (II) სულფატი,
Cl 3 - hexaaqua ალუმინის ქლორიდი.
რთული ნაერთების ქიმიური თვისებები
1. ხსნარში რთული ნაერთები იქცევიან ძლიერი ელექტროლიტების მსგავსად; მთლიანად იშლება კატიონებად და ანიონებად:
Cl 2 \u003d Pt (NH 3) 4] 2+ + 2Cl -,
K 2 \u003d 2K + + 2–.
ამ ტიპის დისოციაციას პირველადი ეწოდება.
მეორადი დისოციაცია დაკავშირებულია ლიგანდების ამოღებასთან რთული იონის შიდა სფეროდან:
2– PtCl 3 – + Cl – .
მეორადი დისოციაცია ხდება ეტაპად: რთული იონები (2–) სუსტი ელექტროლიტებია.
2. ძლიერი მჟავების მოქმედებით, ჰიდროქსო კომპლექსები განადგურებულია, მაგალითად:
ა) მჟავას ნაკლებობით
Na 3 + 3HCl \u003d 3NaCl + Al (OH) 3 + 3H 2 O;
ბ) მჟავას სიჭარბით
Na 3 + 6HCl \u003d 3NaCl + AlCl 3 + 6H 2 O.
3. ყველა ამიატის გათბობა (თერმოლიზი) იწვევს მათ დაშლას, მაგალითად:
SO 4 CuSO 4 + 4NH 3.
რთული ნაერთების ღირებულება
საკოორდინაციო ნაერთები ბუნებაში ძალზე მნიშვნელოვანია. საკმარისია ითქვას, რომ თითქმის ყველა ფერმენტი, ბევრი ჰორმონი, წამალი, ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებები რთული ნაერთებია. მაგალითად, სისხლის ჰემოგლობინი, რომლის წყალობითაც ჟანგბადი გადადის ფილტვებიდან ქსოვილის უჯრედებში, არის რთული ნაერთი, რომელიც შეიცავს რკინას (ნახ. 6), ხოლო ქლოროფილი, რომელიც პასუხისმგებელია მცენარეებში ფოტოსინთეზზე, არის მაგნიუმის რთული ნაერთი (ნახ. 7). .
ბუნებრივი მინერალების მნიშვნელოვანი ნაწილი, მათ შორის პოლიმეტალური მადნები და სილიკატები, ასევე შედგება საკოორდინაციო ნაერთებისგან. უფრო მეტიც, მადნებიდან ლითონების მოპოვების ქიმიური მეთოდები, კერძოდ, სპილენძი, ვოლფრამი, ვერცხლი, ალუმინი, პლატინა, რკინა, ოქრო და სხვა, ასევე დაკავშირებულია ადვილად ხსნადი, დაბალი დნობის ან აქროლადი კომპლექსების წარმოქმნასთან. მაგალითად: Na 3 - კრიოლიტი, KNa 3 4 - ნეფელინი (მინერალები, ალუმინის შემცველი რთული ნაერთები).
თანამედროვე ქიმიური მრეწველობა ფართოდ იყენებს საკოორდინაციო ნაერთებს, როგორც კატალიზატორებს მაკრომოლეკულური ნაერთების სინთეზში, ნავთობის ქიმიურ დამუშავებაში და მჟავების წარმოებაში.
III. საშინაო დავალების შეჯამება და დადგენა
Საშინაო დავალება.
1) მოემზადეთ ლექციაზე პრაქტიკული გაკვეთილისთვის თემაზე: „კომპლექსური ნაერთები“.
2) მიეცით წერილობითი აღწერა შემდეგი რთული ნაერთების სტრუქტურის მიხედვით და კლასიფიცირებული მათი მახასიათებლების მიხედვით:
K 3, (NO 3) 3, Na 2, OH.
3) დაწერეთ რეაქციის განტოლებები, რომლითაც შეგიძლიათ განახორციელოთ გარდაქმნები:
* მეცნიერების ამ ახალი დარგის აღმოჩენისთვის ა.ვერნერს 1913 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია.
რთული ნაერთების მეტ-ნაკლებად ზუსტი განმარტების მისაცემად, თანამედროვე ქიმია უნდა დაეყრდნოს კოორდინაციის თეორიის ძირითად დებულებებს, რომელიც შემოგვთავაზა ა. ვერნერმა ჯერ კიდევ 1893 წელს. ამ საკითხის სირთულე მდგომარეობს მრავალფეროვნებაში. და ყველაზე მრავალფეროვანი ქიმიური ნაერთების სიმრავლე, რომლებიც ექვემდებარება კომპლექსის განმარტებას.
ზოგადად, რთული ნაერთები არის ის, რაც შეიცავს კომპლექსურ ნაწილაკებს. ამ დრომდე მეცნიერებას არ აქვს „კომპლექსური ნაწილაკის“ ცნების მკაცრი განმარტება. ხშირად გამოიყენება შემდეგი განმარტება: რთული ნაწილაკი გაგებულია, როგორც რთული ნაწილაკი, რომელსაც შეუძლია დამოუკიდებლად არსებობა როგორც კრისტალში, ასევე ხსნარში. იგი შედგება სხვა მარტივი ნაწილაკებისგან, რომლებსაც თავის მხრივ დამოუკიდებლად არსებობის უნარი აქვთ. ასევე ხშირად რთული ნაწილაკების განმარტების ქვეშ ექცევა რთული ქიმიური ნაწილაკები, რომლებშიც ყველა ბმა ან მათი ნაწილი წარმოიქმნება დონორ-მიმღების პრინციპის მიხედვით.
საერთო მახასიათებელი, რაც ყველა რთულ ნაერთს აქვს, არის მათ სტრუქტურაში ცენტრალური ატომის არსებობა, რომელმაც მიიღო სახელი "კომპლექსური აგენტი". ამ ნაერთების მრავალფეროვნების გათვალისწინებით, არ არის საჭირო ამ ელემენტის რაიმე საერთო მახასიათებლებზე საუბარი. ხშირად, კომპლექსური აგენტი არის ატომი, რომელიც ქმნის მეტალს. მაგრამ ეს არ არის მკაცრი ნიშანი: ცნობილია რთული ნაერთები, რომლებშიც ცენტრალური ატომი არის ჟანგბადის, გოგირდის, აზოტის, იოდის და სხვა ელემენტების ატომი, რომლებიც ნათელი არალითონებია. კომპლექსური აგენტის მუხტზე საუბრისას, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ის ძირითადად დადებითია და სამეცნიერო ლიტერატურაში მას მეტალის ცენტრს უწოდებდნენ, მაგრამ ცნობილია მაგალითები, როდესაც ცენტრალურ ატომს ჰქონდა უარყოფითი მუხტი და თუნდაც ნულოვანი.
შესაბამისად, ატომების იზოლირებულ ჯგუფებს ან ცალკეულ ატომებს, რომლებიც განლაგებულია კომპლექსური აგენტის ირგვლივ, ლიგანდები ეწოდება. ეს ასევე შეიძლება იყოს ნაწილაკები, რომლებიც რთული ნაერთის შემადგენლობაში შესვლამდე იყვნენ მოლეკულები, მაგალითად, წყალი (H2O), (CO), აზოტი (NH3) და მრავალი სხვა, ისინი ასევე შეიძლება იყოს ანიონები OH–, PO43–, Cl–, ან წყალბადის კატიონი H+.
რთული ნაერთების კლასიფიკაციის მცდელობა კომპლექსის მუხტის ტიპის მიხედვით ამ ქიმიურ ნაერთებს ყოფს კატიონურ კომპლექსებად, რომლებიც წარმოიქმნება ნეიტრალური მოლეკულების დადებითად დამუხტული იონის გარშემო. ასევე არსებობს ანიონური კომპლექსები, რომლებშიც კომპლექსური აგენტი არის ატომი დადებითი, მარტივი და რთული ანიონები ლიგანდებია. ნეიტრალური კომპლექსები შეიძლება გამოიყოს ცალკეულ ჯგუფად. მათი ფორმირება ხდება მოლეკულების ნეიტრალური ატომის გარშემო კოორდინაციის შედეგად. ასევე, რთული ნივთიერებების ამ კატეგორიაში შედის ნაერთები, რომლებიც წარმოიქმნება დადებითად დამუხტული იონისა და მოლეკულების ირგვლივ ერთდროული კოორდინაციით და უარყოფითად დამუხტული იონების გარშემო.
თუ გავითვალისწინებთ ლიგანდების მიერ დაკავებული ადგილების რაოდენობას ეგრეთ წოდებულ საკოორდინაციო სფეროში, მაშინ დგინდება მონოდენტური, ბიდენტატი და პოლიდენტატური ლიგანდები.
რთული ნაერთების მომზადება სხვადასხვა მეთოდით იძლევა კლასიფიკაციის საშუალებას ლიგანდის ბუნების მიხედვით. მათ შორის გამოიყოფა ამიატები, რომლებშიც ლიგანდები წარმოდგენილია ამიაკის მოლეკულებით, აკვაკომპლექსებით, სადაც ლიგანდებია წყალი, კარბონილები - ლიგანდის როლს ასრულებს ნახშირბადის მონოქსიდი. გარდა ამისა, არსებობს მჟავა კომპლექსები, რომლებშიც ცენტრალური ატომი გარშემორტყმულია მჟავას ნარჩენებით. თუ იგი გარშემორტყმულია ჰიდროქსიდის იონებით, მაშინ ნაერთები კლასიფიცირდება როგორც ჰიდროქსო კომპლექსები.
რთული ნაერთები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ ბუნებაში. მათ გარეშე ცოცხალი ორგანიზმების სიცოცხლე შეუძლებელია. ასევე, რთული ნაერთების გამოყენება ადამიანის საქმიანობაში შესაძლებელს ხდის რთული ტექნოლოგიური ოპერაციების განხორციელებას.
ანალიტიკური ქიმია, ლითონების მოპოვება მადნებიდან, ელექტროფორმირება, ლაქების და საღებავების წარმოება - ეს მხოლოდ იმ ინდუსტრიების მოკლე ჩამონათვალია, რომლებშიც გამოყენებულია რთული ქიმიკატები.
BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2 და ა.შ. ტიპის ნაერთებს, რომლებშიც ელემენტი ავლენს ჩვეულებრივ მაქსიმალურ ვალენტობას, ეწოდება ვალენტობით გაჯერებული ნაერთები ან პირველი რიგის ნაერთები. როდესაც პირველი რიგის ნაერთები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, წარმოიქმნება უმაღლესი რიგის ნაერთები. რომ უმაღლესი რიგის ნაერთებიმოიცავს ჰიდრატებს, ამონიატებს, მჟავების დამატების პროდუქტებს, ორგანულ მოლეკულებს, ორმაგ მარილებს და ბევრ სხვას. რთული ნაერთების წარმოქმნის მაგალითები:
PtCl 4 + 2KCl \u003d PtCl 4 ∙ 2KCl ან K 2
CoCl 3 + 6NH 3 \u003d CoCl 3 ∙ 6NH 3 ან Cl 3.
ა. ვერნერმა ქიმიაში შემოიტანა იდეები უმაღლესი რიგის ნაერთების შესახებ და მისცა რთული ნაერთის ცნების პირველი განმარტება. ელემენტებს ჩვეულებრივი ვალენტობის გაჯერების შემდეგ შეუძლიათ დამატებითი ვალენტობის ჩვენება - კოორდინირებას. კოორდინაციის ვალენტობის გამო წარმოიქმნება უმაღლესი რიგის ნაერთები.
რთული ნაერთები – რთული ნივთიერებები, რომლებიც შეიძლება იზოლირებული იყოს ცენტრალური ატომი(კომპლექსური აგენტი) და მასთან დაკავშირებული მოლეკულები და იონები - ლიგანდები.
წარმოიქმნება ცენტრალური ატომი და ლიგანდები კომპლექსი (შინაგანი სფერო),რომელიც რთული ნაერთის ფორმულის დაწერისას ჩასმულია კვადრატულ ფრჩხილებში. ლიგანდების რაოდენობას შიდა სფეროში ე.წ საკოორდინაციო ნომერი.რთული ფორმის მიმდებარე მოლეკულები და იონები გარე სფერო.კალიუმის ჰექსაციანოფერატის (III) K 3 რთული მარილის მაგალითი (ე.წ. სისხლის წითელი მარილი).
ცენტრალური ატომები შეიძლება იყოს გარდამავალი ლითონის იონები ან ზოგიერთი არამეტალის ატომები (P, Si). ლიგანდები შეიძლება იყოს ჰალოგენური ანიონები (F -, Cl -, Br -, I -), OH -, CN -, CNS -, NO 2 - და სხვა, ნეიტრალური მოლეკულები H 2 O, NH 3, CO, NO, F 2, Cl 2, Br 2, I 2, ჰიდრაზინი N 2 H 4, ეთილენდიამინი NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 და ა.შ.
საკოორდინაციო ვალენტობა(CV) ან საკოორდინაციო ნომერი - კომპლექსის შიდა სფეროს ადგილების რაოდენობა, რომლებიც შეიძლება დაიკავონ ლიგანდებმა. კოორდინაციის რიცხვი ჩვეულებრივ აღემატება კომპლექსური აგენტის ჟანგვის მდგომარეობას, რაც დამოკიდებულია კომპლექსური აგენტისა და ლიგანდების ბუნებაზე. უფრო ხშირია რთული ნაერთები 4, 6 და 2 საკოორდინაციო ვალენტობით.
ლიგანდის კოორდინაციის უნარი – თითოეული ლიგანდის მიერ დაკავებული ადგილების რაოდენობა კომპლექსის შიდა სფეროში.ლიგანდების უმეტესობისთვის კოორდინაციის უნარი არის ერთი, ნაკლებად ხშირად 2 (ჰიდრაზინი, ეთილენდიამინი) და მეტი (EDTA - ეთილენდიამინტეტრააცეტატი).
კომპლექსური დატენვაუნდა იყოს რიცხობრივად ტოლი გარე სფეროს მთლიანი მუხტისა და საპირისპირო ნიშნით, მაგრამ ასევე არსებობს ნეიტრალური კომპლექსები. კომპლექსური აგენტის ჟანგვის მდგომარეობაყველა სხვა იონის მუხტების ალგებრული ჯამის ტოლი და საპირისპირო ნიშნით.
რთული ნაერთების სისტემატური სახელწოდებებიწარმოიქმნება შემდეგნაირად: ჯერ ანიონს უწოდებენ სახელობითში, შემდეგ ცალ-ცალკე გვარის შემთხვევაში - კატიონი. კომპლექსში ლიგანდები ჩამოთვლილია ერთად შემდეგი თანმიმდევრობით: ა) ანიონური; ბ) ნეიტრალური; გ) კათიონური. ანიონები ჩამოთვლილია რიგით H - , O 2- , OH - , მარტივი ანიონები, პოლიატომური ანიონები, ორგანული ანიონები - ანბანური თანმიმდევრობით. ნეიტრალურ ლიგანდებს მოლეკულებს უწოდებენ, გარდა H 2 O (aqua) და NH 3 (ამინი); უარყოფითად დამუხტული იონები ამატებენ დამაკავშირებელ ხმოვანს" შესახებ". ლიგანდების რაოდენობა მითითებულია პრეფიქსებით: დი-, ტრი, ტეტრა-, პენტა-, ჰექსა-და ა.შ. ანიონური კომპლექსების დასასრული არის "- ზე"ან "- ახალი“, თუ მჟავას ე.წ. არ არსებობს კათიონური და ნეიტრალური კომპლექსების ტიპიური დაბოლოებები.
H - წყალბადის ტეტრაქლოროაურატი (III)
(OH) 2 - ტეტრაამინე სპილენძის (II) ჰიდროქსიდი
Cl 4 - ჰექსაამინეპლატინის (IV) ქლორიდი
- ტეტრაკარბონილის ნიკელი
- ჰექსაციანოფერატი (III) ჰექსაამინეკობალტის (III)
რთული ნაერთების კლასიფიკაციაეფუძნება სხვადასხვა პრინციპებს:
ნაერთების გარკვეული კლასის მიკუთვნებით:
- რთული მჟავები– H 2 , H 2 ;
- რთული ბაზები- (OH) 2;
- კომპლექსური მარილები- Li 3, Cl 2.
ლიგანდების ბუნებით:
- აკვაკომპლექსები(წყალი არის ლიგანდი) - SO 4 ∙ H 2 O, [Co (H 2 O) 6] Cl 2;
- ამიაკი(კომპლექსები, რომლებშიც ამიაკის მოლეკულები ემსახურებიან ლიგანდებს) - [Сu(NH 3) 4 ]SO 4, Cl;
- აციდოკომპლექსები(ოქსალატის, კარბონატის, ციანიდის, ჰალოიდური კომპლექსები, რომლებიც შეიცავს სხვადასხვა მჟავების ანიონებს ლიგანდებად) - K 2, K 4;
- ჰიდროქსოკომპლექსები(ნაერთები OH ჯგუფებთან ლიგანდების სახით) - K 3 [Al (OH) 6];
- ჩელატიან ციკლური კომპლექსები(ბი- ან პოლიდენტატური ლიგანდი და ცენტრალური ატომი ქმნიან ციკლს) - კომპლექსები ამინოძმარმჟავასთან, EDTA; ჩელატებს მიეკუთვნება ქლოროფილი (გამაკომპლექსებელი - მაგნიუმი) და ჰემოგლობინი (კომპლექსური აგენტი - რკინა).
კომპლექსის მუხტის ნიშნით: კათიონური, ანიონური, ნეიტრალურიკომპლექსები.
სპეციალური ჯგუფი შედგება ჰიპერკომპლექსური ნაერთებისგან. მათში ლიგანდების რაოდენობა აღემატება კომპლექსური აგენტის კოორდინაციის ვალენტობას. ასე რომ, CuSO 4 ∙ 5H 2 O ნაერთში სპილენძს აქვს ოთხი საკოორდინაციო ვალენტობა და ოთხი წყლის მოლეკულა კოორდინირებულია შიდა სფეროში, მეხუთე მოლეკულა უერთდება კომპლექსს წყალბადის ბმების მეშვეობით: SO 4 ∙ H 2 O.
ლიგანდები დაკავშირებულია ცენტრალურ ატომთან დონორ-მიმღები ბმა.წყალხსნარში რთული ნაერთები შეიძლება დაიშალა რთული იონების წარმოქმნით:
Cl ↔ + + Cl –
მცირე ზომით, არსებობს კომპლექსის შიდა სფეროს დისოციაცია:
+ ↔ Ag + + 2NH 3
კომპლექსის სიძლიერის საზომია კომპლექსური არასტაბილურობის მუდმივი:
K ბუდე + \u003d C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag (NH 3) 2] +
არასტაბილურობის მუდმივის ნაცვლად, ზოგჯერ ისინი იყენებენ საპასუხო მნიშვნელობას, რომელსაც ეწოდება სტაბილურობის მუდმივი:
K პირი \u003d 1 / K ბუდე
ბევრი რთული მარილის ზომიერად განზავებულ ხსნარებში არსებობს როგორც რთული, ასევე მარტივი იონები. შემდგომმა განზავებამ შეიძლება გამოიწვიოს რთული იონების სრული დაშლა.
W. Kossel-ისა და A. Magnus-ის მარტივი ელექტროსტატიკური მოდელის მიხედვით, კომპლექსური აგენტისა და იონური (ან პოლარული) ლიგანდების ურთიერთქმედება ემორჩილება კულონის კანონს. სტაბილური კომპლექსი მიიღება მაშინ, როდესაც კომპლექსის ბირთვის მიზიდულობის ძალები აბალანსებს ლიგანდებს შორის მოწინააღმდეგე ძალებს. კომპლექსის სიძლიერე იზრდება ბირთვული მუხტის გაზრდით და კომპლექსური აგენტისა და ლიგანდების რადიუსის შემცირებით. ელექტროსტატიკური მოდელი ძალიან საილუსტრაციოა, მაგრამ ვერ ხსნის კომპლექსების არსებობას არაპოლარული ლიგანდებითა და კომპლექსური აგენტით ნულოვანი ჟანგვის მდგომარეობაში; რა განსაზღვრავს ნაერთების მაგნიტურ და ოპტიკურ თვისებებს.
რთული ნაერთების აღწერის მკაფიო გზაა პოლინგის მიერ შემოთავაზებული ვალენტური ბმების მეთოდი (MBS). მეთოდი ეფუძნება რამდენიმე დებულებას:
კომპლექსურ აგენტსა და ლიგანდებს შორის ურთიერთობა არის დონორი-მიმღები. ლიგანდები უზრუნველყოფენ ელექტრონულ წყვილებს, ხოლო კომპლექსის ბირთვი უზრუნველყოფს თავისუფალ ორბიტალებს. კავშირის სიძლიერის საზომია ორბიტალური გადახურვის ხარისხი.
ობლიგაციების წარმოქმნაში მონაწილე ცენტრალური ატომის ორბიტალები განიცდიან ჰიბრიდიზაციას. ჰიბრიდიზაციის სახეს განსაზღვრავს ლიგანდების რაოდენობა, ბუნება და ელექტრონული სტრუქტურა. კომპლექსური აგენტის ელექტრონული ორბიტალების ჰიბრიდიზაცია განსაზღვრავს კომპლექსის გეომეტრიას.
კომპლექსის დამატებითი გაძლიერება განპირობებულია იმით, რომ σ-ბმებთან ერთად შეიძლება წარმოიშვას π-ბმაც.
კომპლექსის მიერ გამოვლენილი მაგნიტური თვისებები ახსნილია ორბიტალების დაკავების საფუძველზე. დაუწყვილებელი ელექტრონების არსებობისას კომპლექსი პარამაგნიტურია. ელექტრონების დაწყვილება განსაზღვრავს რთული ნაერთის დიამაგნიტურობას.
MVS შესაფერისია ნივთიერებების მხოლოდ შეზღუდული დიაპაზონის აღწერისთვის და არ ხსნის რთული ნაერთების ოპტიკურ თვისებებს, ვინაიდან არ ითვალისწინებს აღელვებულ მდგომარეობას.
ელექტროსტატიკური თეორიის შემდგომი განვითარება კვანტურ მექანიკურ საფუძველზე არის კრისტალური ველის თეორია (TCF). TCP-ის მიხედვით, კავშირი კომპლექსის ბირთვსა და ლიგანდებს შორის არის იონური ან იონ-დიპოლური. TCP უმთავრეს ყურადღებას აქცევს იმ ცვლილებების განხილვას, რომლებიც ხდება კომპლექსურ აგენტში ლიგანდის ველის გავლენის ქვეშ (ენერგიის დონეების გაყოფა). კომპლექსური აგენტის ენერგიის გაყოფის იდეა შეიძლება გამოყენებულ იქნას რთული ნაერთების მაგნიტური თვისებებისა და ფერის ასახსნელად.
TCP გამოიყენება მხოლოდ კომპლექსურ ნაერთებზე, რომლებშიც კომპლექსური აგენტი ( დ-ელემენტს) აქვს თავისუფალი ელექტრონები და არ ითვალისწინებს კომპლექსური აგენტი-ლიგანდის ბმის ნაწილობრივ კოვალენტურ ბუნებას.
მოლეკულური ორბიტალური მეთოდი (MMO) ითვალისწინებს არა მხოლოდ კომპლექსური აგენტის, არამედ ლიგანდების დეტალურ ელექტრონულ სტრუქტურას. კომპლექსი განიხილება, როგორც ერთიანი კვანტურ-მექანიკური სისტემა. სისტემის ვალენტური ელექტრონები განლაგებულია მრავალცენტრიან მოლეკულურ ორბიტალებში, რომლებიც ფარავს კომპლექსური აგენტის ბირთვებს და ყველა ლიგანდს. MMO-ს მიხედვით, გაყოფის ენერგიის ზრდა განპირობებულია π- კავშირის გამო კოვალენტური ბმის დამატებითი გაძლიერებით.
