Capítulo 17

17.1. Definições básicas

Neste capítulo, você será apresentado a um grupo especial de substâncias complexas chamadas compreensivo(ou coordenando) compostos.

Atualmente, uma definição estrita do conceito " partícula complexa" não. A seguinte definição é geralmente usada.

Por exemplo, um íon de cobre hidratado 2 é uma partícula complexa, uma vez que realmente existe em soluções e alguns hidratos cristalinos, é formado a partir de íons Cu 2 e moléculas de H 2 O, as moléculas de água são moléculas reais e os íons Cu 2 existem em cristais de muitos compostos de cobre. Ao contrário, o íon SO 4 2 não é uma partícula complexa, pois embora os íons O 2 ocorram em cristais, o íon S 6 não existe em sistemas químicos.

Exemplos de outras partículas complexas: 2 , 3 , , 2 .

Ao mesmo tempo, os íons NH 4 e H 3 O são classificados como partículas complexas, embora os íons H não existam em sistemas químicos.

Às vezes, partículas complexas são chamadas de partículas químicas complexas, todas ou parte das ligações nas quais são formadas de acordo com o mecanismo doador-aceitador. Isso é verdade na maioria das partículas complexas, mas, por exemplo, no alúmen de potássio SO 4 na partícula complexa 3, a ligação entre os átomos de Al e O é de fato formada de acordo com o mecanismo doador-aceptor, enquanto na partícula complexa há apenas eletrostática. (íon-dipolo) interação. Isso é confirmado pela existência no alúmen de ferro-amônia de uma partícula complexa de estrutura semelhante, na qual apenas a interação íon-dipolo é possível entre as moléculas de água e o íon NH 4 .

Por carga, as partículas complexas podem ser cátions, ânions e também moléculas neutras. Compostos complexos contendo tais partículas podem pertencer a diferentes classes de produtos químicos (ácidos, bases, sais). Exemplos: (H 3 O) - ácido, OH - base, NH 4 Cl e K 3 - sais.

Normalmente, o agente complexante é um átomo de um elemento que forma um metal, mas também pode ser um átomo de oxigênio, nitrogênio, enxofre, iodo e outros elementos que formam não metais. O estado de oxidação do agente complexante pode ser positivo, negativo ou zero; quando um composto complexo é formado a partir de substâncias mais simples, ele não muda.

Os ligantes podem ser partículas que, antes da formação de um composto complexo, eram moléculas (H 2 O, CO, NH 3, etc.), ânions (OH, Cl, PO 4 3, etc.), bem como um cátion hidrogênio . Distinguir não identificado ou ligantes monodentados (ligados ao átomo central por meio de um de seus átomos, ou seja, por uma ligação), bidentado(conectado ao átomo central por meio de dois de seus átomos, ou seja, por duas ligações), tridentado etc.

Se os ligantes não forem identificados, então o número de coordenação é igual ao número de tais ligantes.

O cn depende da estrutura eletrônica do átomo central, seu grau de oxidação, o tamanho do átomo central e ligantes, as condições para a formação do composto complexo, temperatura e outros fatores. CN pode levar valores de 2 a 12. Na maioria das vezes é igual a seis, um pouco menos frequentemente - quatro.

Existem também partículas complexas com vários átomos centrais.

Dois tipos de fórmulas estruturais de partículas complexas são usados: indicando a carga formal do átomo central e ligantes, ou indicando a carga formal de toda a partícula complexa. Exemplos:

Para caracterizar a forma de uma partícula complexa, é utilizada a ideia de um poliedro de coordenação (poliedro).

Os poliedros de coordenação também incluem um quadrado (KN = 4), um triângulo (KN = 3) e um haltere (KN = 2), embora essas figuras não sejam poliedros. Exemplos de poliedros de coordenação e partículas complexas de forma correspondente para os valores CN mais comuns são mostrados nas Figs. 1.

17.2. Classificação de compostos complexos

Como os compostos químicos complexos são divididos em iônicos (às vezes são chamados ionogênico) e molecular ( não iônico) conexões. Compostos complexos iônicos contêm partículas complexas carregadas - íons - e são ácidos, bases ou sais (ver § 1). Os compostos moleculares complexos consistem em partículas complexas não carregadas (moléculas), por exemplo: ou - é difícil atribuí-los a qualquer classe principal de produtos químicos.

As partículas complexas que compõem compostos complexos são bastante diversas. Portanto, vários recursos de classificação são usados ​​para sua classificação: o número de átomos centrais, o tipo de ligante, o número de coordenação e outros.

De acordo com o número de átomos centrais partículas complexas são divididas em único nucleo e multi-core. Os átomos centrais de partículas complexas multinucleares podem ser ligados uns aos outros diretamente ou por meio de ligantes. Em ambos os casos, os átomos centrais com ligantes formam uma única esfera interna do composto complexo:

De acordo com o tipo de ligantes, as partículas complexas são divididas em

1) Aquacomplexos, isto é, partículas complexas nas quais as moléculas de água estão presentes como ligantes. Os aquacomplexos catiônicos m são mais ou menos estáveis, os aquacomplexos aniônicos são instáveis. Todos os hidratos cristalinos são compostos contendo complexos aqua, por exemplo:

Mg(ClO4) 2. 6H 2 O é na verdade (ClO 4) 2 ;
BeSO4. 4H 2 O é na verdade SO 4 ;
Zn(BrO3)2. 6H 2 O é na verdade (BrO 3) 2 ;
CuSO4. 5H 2 O é na verdade SO 4 . H2O.

2) Hidroxocomplexos, ou seja, partículas complexas nas quais grupos hidroxila estão presentes como ligantes, que eram íons hidróxido antes de entrar na partícula complexa, por exemplo: 2 , 3 , .

Os complexos hidroxo são formados a partir de complexos aqua que exibem as propriedades dos ácidos catiônicos:

2 + 4OH = 2 + 4H2O

3) Amônia, ou seja, partículas complexas em que grupos NH 3 estão presentes como ligantes (antes da formação de uma partícula complexa - moléculas de amônia), por exemplo: 2 , , 3 .

A amônia também pode ser obtida a partir de complexos aquáticos, por exemplo:

2 + 4NH 3 \u003d 2 + 4 H 2 O

A cor da solução neste caso muda de azul para ultramarino.

4) acidocomplexos, isto é, partículas complexas nas quais os resíduos de ácidos de ácidos isentos de oxigênio e contendo oxigênio estão presentes como ligantes (antes da formação de uma partícula complexa - ânions, por exemplo: Cl, Br, I, CN, S 2, NO 2, S 2 O 3 2 , CO 3 2 , C 2 O 4 2 etc.).

Exemplos da formação de complexos ácidos:

Hg 2 + 4I = 2
AgBr + 2S 2 O 3 2 = 3 + Br

A última reação é usada em fotografia para remover brometo de prata não reagido de materiais fotográficos.
(Ao revelar filme fotográfico e papel fotográfico, a parte não exposta do brometo de prata contida na emulsão fotográfica não é restaurada pelo revelador. gradualmente se decompõe na luz, destruindo a imagem)

5) Os complexos nos quais os átomos de hidrogênio são ligantes são divididos em dois grupos completamente diferentes: hidreto complexos e complexos incluídos na composição ónio conexões.

Na formação de complexos de hidreto - , , - o átomo central é um aceptor de elétrons e o íon hidreto é um doador. O estado de oxidação dos átomos de hidrogênio nesses complexos é –1.

Nos complexos de ônio, o átomo central é um doador de elétrons e o aceptor é um átomo de hidrogênio no estado de oxidação +1. Exemplos: H 3 O ou - íon oxônio, NH 4 ou - íon amônio. Além disso, existem derivados substituídos de tais íons: - íon tetrametilamônio, - íon tetrafenilarsônio, - íon dietiloxônio, etc.

6) Carbonil complexos - complexos nos quais os grupos CO estão presentes como ligantes (antes da formação do complexo - moléculas de monóxido de carbono), por exemplo:,, etc.

7) Haleto de ânion complexos são complexos do tipo .

Outras classes de partículas complexas também são distinguidas de acordo com o tipo de ligantes. Além disso, existem partículas complexas com ligantes de vários tipos; o exemplo mais simples é o hidroxocomplexo aqua.

17.3. Fundamentos da nomenclatura de compostos complexos

A fórmula de um composto complexo é compilada da mesma forma que a fórmula de qualquer substância iônica: a fórmula do cátion é escrita em primeiro lugar e o ânion em segundo.

A fórmula de uma partícula complexa é escrita entre colchetes na seguinte sequência: o símbolo do elemento complexante é colocado primeiro, depois as fórmulas dos ligantes que eram cátions antes da formação do complexo, depois as fórmulas dos ligantes que eram moléculas neutras antes da formação do complexo, e depois delas as fórmulas dos ligantes, formadoras antes da formação do complexo por ânions.

O nome de um composto complexo é construído da mesma forma que o nome de qualquer sal ou base (ácidos complexos são chamados de sais de hidrogênio ou oxônio). O nome do composto inclui o nome do cátion e o nome do ânion.

O nome da partícula complexa inclui o nome do agente complexante e os nomes dos ligantes (o nome é escrito de acordo com a fórmula, mas da direita para a esquerda. Para agentes complexantes em cátions, são usados ​​nomes de elementos russos e, em ânions, latinos.

Nomes dos ligantes mais comuns:

H 2 O - aqua	Cl - cloro	SO 4 2 - sulfato	OH - hidroxo
CO - carbonila	Br - bromo	CO 3 2 - carbonato	H - hidrido
NH 3 - amina	NO 2 - nitro	CN - ciano	NÃO - nitroso
NÃO - nitrosil	O 2 - oxo	NCS - tiocianato	H + I - hidro

Exemplos de nomes de cátions complexos:

Exemplos de nomes de ânions complexos:

2 - íon tetrahidroxozincato
3 - di(tiosulfato)argentato(I)-íon
3 - íon hexacianocromato(III)
– íon tetrahidroxodiquaaluminato
– íon tetranitrodiaminocobaltato(III)
3 - íon de pentacianoaquaferrato(II)

Exemplos de nomes de partículas complexas neutras:

Regras de nomenclatura mais detalhadas são fornecidas em livros de referência e manuais especiais.

17.4. Ligação química em compostos complexos e sua estrutura

Em compostos complexos cristalinos com complexos carregados, a ligação entre o complexo e os íons da esfera externa é iônica, enquanto as ligações entre as partículas restantes da esfera externa são intermoleculares (incluindo ligações de hidrogênio). Em compostos moleculares complexos, a ligação entre os complexos é intermolecular.

Na maioria das partículas complexas, as ligações entre o átomo central e os ligantes são covalentes. Todos ou parte deles são formados de acordo com o mecanismo doador-aceitador (conseqüentemente, com mudança de encargos formais). Nos complexos menos estáveis ​​(por exemplo, em aquacomplexos de elementos alcalinos e alcalino-terrosos, bem como amônio), os ligantes são mantidos por atração eletrostática. A ligação em partículas complexas é muitas vezes referida como um doador-aceitador ou ligação de coordenação.

Consideremos sua formação usando a aquacação de ferro(II) como exemplo. Este íon é formado pela reação:

FeCl 2cr + 6H 2 O = 2 + 2Cl

A fórmula eletrônica do átomo de ferro é 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6. Vamos fazer um esquema de subníveis de valência deste átomo:

Quando um íon duplamente carregado é formado, o átomo de ferro perde dois 4 s-elétron:

O íon de ferro aceita seis pares de elétrons de átomos de oxigênio de seis moléculas de água em orbitais de valência livre:

Um cátion complexo é formado, cuja estrutura química pode ser expressa por uma das seguintes fórmulas:

A estrutura espacial desta partícula é expressa por uma das fórmulas espaciais:

A forma do poliedro de coordenação é um octaedro. Todas as ligações Fe-O são iguais. Suposto sp 3 d 2 - hibridização do átomo de ferro AO. As propriedades magnéticas do complexo indicam a presença de elétrons desemparelhados.

Se FeCl 2 é dissolvido em uma solução contendo íons cianeto, então a reação prossegue

FeCl 2cr + 6CN = 4 + 2Cl.

O mesmo complexo também é obtido pela adição de uma solução de cianeto de potássio KCN a uma solução de FeCl 2:

2 + 6CN \u003d 4 + 6H 2 O.

Isso sugere que o complexo de cianeto é mais forte que o aquacomplexo. Além disso, as propriedades magnéticas do complexo de cianeto indicam a ausência de elétrons desemparelhados do átomo de ferro. Tudo isso se deve a uma estrutura eletrônica ligeiramente diferente deste complexo:

Os ligantes CN "mais fortes" formam ligações mais fortes com o átomo de ferro, o ganho de energia é suficiente para "quebrar" a regra de Hund e liberar 3 d-orbitais para pares isolados de ligantes. A estrutura espacial do complexo de cianeto é a mesma do aquacomplex, mas o tipo de hibridização é diferente - d 2 sp 3 .

A "força" do ligante depende principalmente da densidade eletrônica da nuvem do par solitário de elétrons, ou seja, aumenta com a diminuição do tamanho do átomo, com a diminuição do número quântico principal, depende da tipo de hibridização EO e em alguns outros fatores. Os ligantes mais importantes podem ser alinhados para aumentar sua "força" (uma espécie de "série de atividades" de ligantes), essa série é chamada de série espectroquímica de ligantes:

EU; Br; : SCN, Cl, F, OH, H2O; : NCS, NH3; SO 3S : 2 ; : CN, CO

Para os complexos 3 e 3, os esquemas de formação são os seguintes:

Para complexos com CN = 4, duas estruturas são possíveis: um tetraedro (no caso sp 3-hibridização), por exemplo, 2 , e um quadrado plano (no caso de dsp 2 hibridização), por exemplo, 2 .

17.5. Propriedades químicas de compostos complexos

Para compostos complexos, em primeiro lugar, as mesmas propriedades são características que para compostos comuns das mesmas classes (sais, ácidos, bases).

Se o composto for um ácido, então é um ácido forte; se for uma base, então a base é forte. Essas propriedades dos compostos complexos são determinadas apenas pela presença de íons H 3 O ou OH. Além disso, ácidos, bases e sais complexos entram nas reações de troca usuais, por exemplo:

SO 4 + BaCl 2 \u003d BaSO 4 + Cl 2
FeCl 3 + K 4 = Fe 4 3 + 3KCl

A última dessas reações é usada como uma reação qualitativa para íons Fe 3 . A substância insolúvel ultramarina resultante é chamada de "azul da Prússia" [o nome sistemático é hexacianoferrato de ferro(III)-potássio(II)].

Além disso, a própria partícula complexa pode entrar na reação e, quanto mais ativamente, menos estável ela é. Normalmente, estas são reações de substituição de ligantes que ocorrem em solução, por exemplo:

2 + 4NH 3 \u003d 2 + 4H 2 O,

bem como reações ácido-base, como

2 + 2H 3 O = + 2H 2 O
2 + 2OH = + 2H 2 O

Formado nestas reações, após isolamento e secagem, transforma-se em hidróxido de zinco:

Zn(OH)2 + 2H2O

A última reação é o exemplo mais simples da decomposição de um composto complexo. Neste caso, funciona à temperatura ambiente. Outros compostos complexos se decompõem quando aquecidos, por exemplo:

SO4. H 2 O \u003d CuSO 4 + 4NH 3 + H 2 O (acima de 300 o C)
4K 3 \u003d 12KNO 2 + 4CoO + 4NO + 8NO 2 (acima de 200 o C)
K 2 \u003d K 2 ZnO 2 + 2H 2 O (acima de 100 o C)

Para avaliar a possibilidade de uma reação de substituição de ligantes, pode-se usar a série espectroquímica, guiada pelo fato de que ligantes mais fortes deslocam ligantes mais fracos da esfera interna.

17.6. Isomeria de compostos complexos

A isomeria de compostos complexos está relacionada
1) com possível arranjo diferente de ligantes e partículas de esfera externa,
2) com uma estrutura diferente da partícula mais complexa.

O primeiro grupo inclui hidratado(no geral solvatar) e ionizacao isomerismo, para o segundo - espacial e óptico.

A isomeria de hidratos está associada à possibilidade de distribuição diferente das moléculas de água nas esferas externa e interna do composto complexo, por exemplo: (cor marrom-avermelhada) e Br 2 (cor azul).

A isomeria de ionização está associada à possibilidade de distribuição diferente de íons nas esferas externa e interna, por exemplo: SO 4 (roxo) e Br (vermelho). O primeiro desses compostos forma um precipitado, reagindo com uma solução de cloreto de bário e o segundo - com uma solução de nitrato de prata.

O isomerismo espacial (geométrico), também chamado de isomerismo cis-trans, é característico de complexos quadrados e octaédricos (é impossível para os tetraédricos). Exemplo: isomerismo complexo quadrado cis-trans

O isomerismo óptico (espelho) essencialmente não difere do isomerismo óptico em química orgânica e é característico de complexos tetraédricos e octaédricos (impossíveis para os quadrados).

A estrutura de compostos complexos

As forças atrativas atuam não apenas entre os átomos, mas também entre as moléculas. A interação de moléculas muitas vezes leva à formação de outras moléculas mais complexas. Por exemplo, substâncias gasosas, sob condições apropriadas, passam para um estado líquido e sólido de agregação, qualquer substância é solúvel até certo ponto em outra substância. Em todos esses casos, observa-se a coordenação mútua das partículas em interação, que pode ser definida como complexação. A razão para a formação do complexo pode ser tanto a interação eletrostática quanto a interação doador-aceptor entre íons e moléculas, entre moléculas.

As bases das ideias modernas sobre a estrutura de compostos complexos foram estabelecidas pelo químico suíço Alfred Werner em 1893.

Compostos complexos - estes são compostos caracterizados pela presença de pelo menos uma ligação covalente que surgiu de acordo com o mecanismo doador-aceitador.

No centro de cada complexo há um átomo chamado de central ou agente complexante. Átomos ou íons diretamente ligados ao átomo central são chamados ligantes. O número que indica quantos ligantes o agente complexante contém é chamado número de coordenação. O agente complexante e os ligantes formam esfera interna . A esfera interna é separada da externa por colchetes. Fora do complexo estão os íons que têm uma carga de sinal oposto em comparação com a carga do próprio complexo - esses íons compõem esfera externa.

Por exemplo: K3

externo interno

esfera

Fe 3+ - agente complexante; CN - ligando; 6 - número de coordenação;

3- - íon complexo.

Nomenclatura de compostos complexos

Para a nomenclatura de compostos complexos, é usado um sistema complexo de regras de nomenclatura.

1. Os nomes dos compostos complexos consistem em duas palavras que denotam as esferas interna e externa.

2. Para a esfera interna, indique:

Número de ligantes;

O nome do ligante;

Átomo central com valência.

3. De acordo com a nomenclatura internacional, o cátion é primeiro chamado, depois o ânion.

4. Se a conexão incluir cátion complexo, então dado Nome russo do elemento agente complexante.

5. Se a conexão incluir ânion complexo, então o agente complexante o nome latino do elemento é dado com a terminação "-no".

6. Em complexos neutros, o estado de oxidação do átomo central não é indicado.

7. Os nomes dos ligantes na maioria dos casos coincidem com os nomes usuais das substâncias. O sufixo "-o" é adicionado aos ligantes aniônicos.

Por exemplo: CN - - ciano, NO2 - - nitro, CI - - cloro, OH - - hidroxo, H + -hidro, O 2- - oxo, S 2- - tio, CNS - - rodano ou ticianato, C2O4 2- - oxalato, etc.

8. Ligantes - moléculas neutras têm nomes específicos:

Água - aqua, amônia - amina, monóxido de carbono (II) - carbonil.

9. O número de ligantes é indicado por numerais latinos ou gregos:

	Mono
	Di
	Três
	Tetra
	penta
	Hexa
	Hepta
	Octa

10. Em complexos de ligantes mistos Os ligantes aniônicos são listados primeiro, seguidos pelos moleculares. Se houver vários ligantes aniônicos ou moleculares diferentes, eles serão listados em ordem alfabética.

Exemplos

CI - cloreto de diaminaprata(I)

K - dicianoargenato de potássio (I)

CI3 - cloreto de cloropentaaminaplatina (IV) ou tricloreto de cloropentaaminaplatina

K - pentacloroaminoplatinato de potássio (IV)

SO4 - sulfato de cloronitrotriamminaplatina(II).

K3- hexacianoferrato (III) potássio,

- trinitrotriamminecobalto.

3. Classificação de complexos.

De acordo com a natureza da carga elétrica, distinguem-se os complexos catiônicos, aniônicos e neutros. A carga de um complexo é a soma algébrica das cargas de suas partículas constituintes.

catiônico o complexo é formado como resultado da coordenação em torno do íon positivo de moléculas neutras (Н2О, NH3, etc.)

Compostos contendo complexos de amino (NH3) são chamados amônia, contendo complexos aquáticos (H2O) - hidrata.

como agente complexante em aniônico o complexo é um átomo com um estado de oxidação positivo (íon positivo), e os ligantes são átomos com um estado de oxidação negativo (ânions). Por exemplo: K2 - tetrafluoroberilato de potássio (II).

Neutro complexos são formados pela coordenação em torno de um átomo de moléculas, bem como pela coordenação simultânea em torno de um agente complexante de íons positivos de íons negativos e moléculas. Por exemplo: - diclorodiamineplatina (II). Complexos eletricamente neutros são compostos complexos sem uma esfera externa.

O papel de um agente complexante pode ser desempenhado por qualquer elemento do sistema periódico. Elementos não metálicos geralmente dão complexos aniônicos. Os elementos metálicos formam complexos do tipo catiônico.

Ligantes. Vários agentes complexantes podem coordenar três tipos de ligantes em torno de si:

1. Ligantes do tipo aniônico - íons carregados negativamente elementares e complexos, por exemplo, hileto, óxido, hidróxido, nitrato, íons carbonato, etc.

2. Ligantes neutros podem ser moléculas polares de água, amônia, etc.

3. Os ligantes do tipo catiônico são raros e coordenam-se apenas em torno de átomos polarizados negativamente. Exemplo: um átomo de hidrogênio polarizado positivamente.

Os ligantes que formam uma ligação com o átomo central são chamados bidentado. Ligantes capazes de formar três ou mais ligações com um átomo central são chamados polidentado. Compostos complexos com ligantes bi e polidentados são chamados de complexos de quelato.

Os ligantes comuns que formam uma ligação com um metal são chamados monodentado.

4. Dissociação de compostos complexos. Constante de instabilidade.

Compostos complexos - eletrólitos, quando dissociados em soluções aquosas formam íons complexos, por exemplo:

CI = + + CI -

Esta dissociação é completa. Os íons complexos, por sua vez, sofrem dissociação secundária.

Compostos complexos

Lição-aula 11ª série

A lição apresentada para o concurso “Vou para a lição”, passo na 11ª aula de biologia e química, onde são atribuídas 4 horas semanais para estudar química.

Peguei o tópico “Compostos complexos”, primeiramente, porque esse grupo de substâncias tem uma importância excepcionalmente grande na natureza; em segundo lugar, muitas tarefas de USE incluem o conceito de compostos complexos; em terceiro lugar, os alunos desta turma escolhem profissões relacionadas com a química e irão encontrar-se com um grupo de compostos complexos no futuro.

Alvo. Formar o conceito de composição, classificação, estrutura e nomenclatura básica de compostos complexos; considerar suas propriedades químicas e mostrar o significado; expandir a compreensão dos alunos sobre a diversidade de substâncias.

Equipamento. Amostras de compostos complexos.

Plano de aula

I. Momento organizacional.

II. Aprendizagem de novos materiais (palestra).

III. Resumindo e definindo a lição de casa.

Plano de aula

1. Variedade de substâncias.

2. Teoria da coordenação de A. Werner.

3. Estrutura de compostos complexos.

4. Classificação de compostos complexos.

5. A natureza da ligação química em compostos complexos.

6. Nomenclatura de compostos complexos.

7. Propriedades químicas de compostos complexos.

8. O valor dos compostos complexos.

DURANTE AS AULAS

I. Momento organizacional

II. Aprendendo novos materiais

Variedade de substâncias

O mundo das substâncias é diverso e já conhecemos o grupo de substâncias que pertencem a compostos complexos. Essas substâncias vêm sendo estudadas desde o século XIX, mas era difícil entender sua estrutura do ponto de vista das ideias existentes sobre valência.

A. Teoria da coordenação de Werner

Em 1893, o químico inorgânico suíço Alfred Werner (1866-1919) formulou uma teoria que possibilitou entender a estrutura e algumas propriedades de compostos complexos e chamou teoria da coordenação*. Portanto, compostos complexos são frequentemente chamados de compostos de coordenação.

Compostos, que incluem íons complexos que existem tanto em um cristal quanto em solução, são chamados de complexos ou coordenação.

A estrutura de compostos complexos

De acordo com a teoria de Werner, a posição central em compostos complexos é geralmente ocupada por um íon metálico, que é chamado de íon central, ou agente complexante.

Agente complexante - uma partícula (átomo, íon ou molécula) que coordena (situa) em torno de si outros íons ou moléculas.

O agente complexante geralmente tem uma carga positiva, é d-elemento, exibe propriedades anfotéricas, tem um número de coordenação de 4 ou 6. Moléculas ou resíduos ácidos - ligantes (adendos) estão localizados (coordenados) ao redor do agente complexante.

Ligantes - partículas (moléculas e íons) coordenadas pelo agente complexante e com ligações químicas diretas com ele (por exemplo, íons: Cl-, I-, NO3-, OH-; moléculas neutras: NH3, H2O, CO ).

Os ligantes não estão ligados entre si, uma vez que forças repulsivas atuam entre eles. Quando as moléculas são ligantes, a interação molecular é possível entre elas. A coordenação de ligantes em torno do agente complexante é uma característica dos compostos complexos (Fig. 1).

Número de coordenação -é o número de ligações químicas que o agente complexante forma com os ligantes.

Arroz. 2. Estrutura tetraédrica do íon -

O valor do número de coordenação do agente complexante depende de sua natureza, grau de oxidação, natureza dos ligantes e condições (temperatura, concentração) sob as quais a reação de complexação ocorre. O número de coordenação pode ter valores de 2 a 12. Os mais comuns são os números de coordenação 4 e 6. Para o número de coordenação 4, a estrutura das partículas complexas pode ser tetraédrica (Fig. 2) e na forma de um plano quadrado (Fig. 3). Compostos complexos com um número de coordenação de 6 têm uma estrutura octaédrica de 3– (Fig. 4).

Arroz. 4. Íon 3 - estrutura octaédrica

O agente complexante e seus ligantes circundantes constituem interior do complexo. Uma partícula que consiste em um agente complexante e ligantes circundantes é chamada de íon complexo. Ao representar compostos complexos, a esfera interna (íon complexo) é limitada por colchetes. Os componentes restantes do composto complexo estão localizados em esfera externa(Fig. 5).

A carga total dos íons da esfera externa deve ser igual em valor e oposto em sinal à carga do íon complexo:

Classificação de compostos complexos

Uma grande variedade de compostos complexos e suas propriedades não permite criar uma classificação unificada. No entanto, as substâncias podem ser agrupadas de acordo com algumas características individuais.

1) Por composição.

2) De acordo com o tipo de ligantes coordenados.

a) Aquacomplexos- estes são cátions complexos nos quais moléculas de H 2 O são ligantes. Eles são formados por cátions metálicos com um estado de oxidação de +2 ou mais, e a capacidade de formar complexos aqua em metais de um grupo do sistema periódico diminui de cima para baixo fundo.

Exemplos de complexos aquáticos:

Cl 3 , (NO 3) 3 .

b) Hidroxocomplexos são ânions complexos em que os ligantes são íons hidróxido OH - . Os agentes complexantes são metais propensos à manifestação de propriedades anfotéricas - Be, Zn, Al, Cr.

Por exemplo: Na, Ba.

dentro) Amônia são cátions complexos nos quais as moléculas de NH 3 são ligantes. Os agentes complexantes são d-elementos.

Por exemplo: SO 4 , Cl.

G) acidocomplexos são ânions complexos em que os ligantes são ânions de ácidos inorgânicos e orgânicos.

Por exemplo: K 3 , Na 2 , K 4 .

3) Pela carga da esfera interna.

A natureza da ligação química em compostos complexos

Na esfera interna, existem ligações covalentes entre o agente complexante e os ligantes, que também são formados pelo mecanismo doador-aceptor. Para a formação de tais ligações, é necessária a presença de orbitais livres em algumas partículas (disponíveis no agente complexante) e pares de elétrons não compartilhados em outras partículas (ligantes). O papel do doador (fornecedor de elétrons) é desempenhado pelo ligante, e o aceptor que recebe os elétrons é o agente complexante. A ligação doador-aceitador surge como resultado da sobreposição dos orbitais de valência livre do agente complexante com os orbitais doadores preenchidos.

Existe uma ligação iônica entre as esferas externa e interna. Vamos dar um exemplo.

A estrutura eletrônica do átomo de berílio:

A estrutura eletrônica do átomo de berílio em estado excitado:

A estrutura eletrônica do átomo de berílio no íon complexo 2-:

As setas pontilhadas mostram elétrons de flúor; duas das quatro ligações são formadas pelo mecanismo doador-aceitador. Nesse caso, o átomo de Be é um aceptor e os íons de flúor são doadores, seus pares de elétrons livres preenchem os orbitais hibridizados ( sp 3 - hibridização).

Nomenclatura de compostos complexos

A mais difundida é a nomenclatura recomendada pela IUPAC. Nome ânion complexo começa com a designação da composição da esfera interna: o número de ligantes é indicado por numerais gregos: 2-di, 3-três, 4-tetra, 5-penta, 6-hexa, etc., seguidos pelos nomes de os ligantes, aos quais a vogal de conexão “o” é adicionada »: Cl - - cloro-, CN - - ciano-, OH - - hidroxo-, etc. Se o agente complexante tiver um estado de oxidação variável, seu estado de oxidação será indicado entre colchetes em algarismos romanos e seu nome com o sufixo -at: Zn - zinco no, Fe-fer no(III), Au - aur no(III). O sobrenome é o cátion da esfera externa no caso genitivo.

K 3 - hexacianoferrato de potássio (III),

K 4 - hexacianoferrato de potássio (II),

K 2 - tetra-hidroxozincato de potássio.

Nomes de compostos contendo cátion complexo, são construídos a partir dos nomes dos ânions do ambiente externo, após os quais o número de ligantes é indicado, o nome latino do ligante é dado (molécula de amônia NH 3 - amina, molécula de água H 2 O - aqua do nome latino de água) e o nome russo do elemento complexante; o numeral romano entre parênteses indica o grau de oxidação do elemento complexante, se for variável. Por exemplo:

SO 4 - sulfato de tetraamina de cobre (II),

Cl 3 - cloreto de alumínio hexaaqua.

Propriedades químicas de compostos complexos

1. Em solução, compostos complexos se comportam como eletrólitos fortes; dissociar completamente em cátions e ânions:

Cl 2 \u003d Pt (NH 3) 4] 2+ + 2Cl -,

K 2 \u003d 2K + + 2–.

A dissociação deste tipo é chamada primária.

A dissociação secundária está associada à remoção de ligantes da esfera interna do íon complexo:

2– PtCl 3 – + Cl – .

A dissociação secundária ocorre em etapas: íons complexos (2–) são eletrólitos fracos.

2. Sob a ação de ácidos fortes, os complexos hidroxo são destruídos, por exemplo:

a) com falta de ácido

Na 3 + 3HCl \u003d 3NaCl + Al(OH) 3 + 3H 2 O;

b) com excesso de ácido

Na 3 + 6HCl \u003d 3NaCl + AlCl 3 + 6H 2 O.

3. O aquecimento (termólise) de todos os amoníacos leva à sua decomposição, por exemplo:

SO 4 CuSO 4 + 4NH 3.

O valor dos compostos complexos

Os compostos de coordenação são extremamente importantes na natureza. Basta dizer que quase todas as enzimas, muitos hormônios, drogas, substâncias biologicamente ativas são compostos complexos. Por exemplo, a hemoglobina do sangue, devido à qual o oxigênio é transferido dos pulmões para as células dos tecidos, é um composto complexo contendo ferro (Fig. 6), e a clorofila, responsável pela fotossíntese nas plantas, é um composto complexo de magnésio (Fig. 7) .

Uma parte significativa dos minerais naturais, incluindo minérios polimetálicos e silicatos, também é composta por compostos de coordenação. Além disso, métodos químicos para extração de metais de minérios, em particular cobre, tungstênio, prata, alumínio, platina, ferro, ouro e outros, também estão associados à formação de complexos facilmente solúveis, de baixo ponto de fusão ou voláteis. Por exemplo: Na 3 - criolita, KNa 3 4 - nefelina (minerais, compostos complexos contendo alumínio).

A indústria química moderna utiliza amplamente os compostos de coordenação como catalisadores na síntese de compostos macromoleculares, no processamento químico do petróleo e na produção de ácidos.

III. Resumindo e definindo o dever de casa

Trabalho de casa.

1) Prepare-se para uma palestra para uma aula prática sobre o tema: “Compostos complexos”.

2) Dê uma descrição escrita dos seguintes compostos complexos por estrutura e classifique de acordo com suas características:

K3, (NO3)3, Na2, OH.

3) Escreva as equações de reação com as quais você pode realizar transformações:

* Pela descoberta deste novo campo da ciência, A. Werner recebeu o Prêmio Nobel em 1913.

Para dar uma definição mais ou menos precisa do que são compostos complexos, a química moderna tem que se basear nas principais disposições da teoria da coordenação, que foi proposta por A. Werner em 1893. A complexidade desta questão está na diversidade e multiplicidade dos mais diversos compostos químicos que se enquadram na definição de complexo.

Em termos gerais, compostos complexos são aqueles que contêm um número de partículas complexas. Até agora, a ciência não tem uma definição estrita do conceito de "partícula complexa". A seguinte definição é frequentemente usada: uma partícula complexa é entendida como uma partícula complexa que é capaz de existir independentemente tanto em um cristal quanto em solução. Consiste em outras partículas simples, que por sua vez têm a capacidade de existir de forma independente. Também muitas vezes sob a definição de partículas complexas caem partículas químicas complexas nas quais todas as ligações ou parte delas são formadas de acordo com o princípio doador-aceitador.

Uma característica comum que todos os compostos complexos possuem é a presença em sua estrutura de um átomo central, que recebeu o nome de "agente complexante". Dada a diversidade que esses compostos possuem, não é necessário falar sobre nenhuma característica comum desse elemento. Muitas vezes, o agente complexante é um átomo formando um metal. Mas isso não é um sinal estrito: são conhecidos compostos complexos nos quais o átomo central é um átomo de oxigênio, enxofre, nitrogênio, iodo e outros elementos que são não metais brilhantes. Falando sobre a carga do agente complexante, podemos dizer que ele é majoritariamente positivo, e na literatura científica era chamado de centro metálico, mas são conhecidos exemplos quando o átomo central tinha carga negativa, e até zero.

Assim, grupos isolados de átomos ou átomos individuais que estão localizados ao redor do agente complexante são chamados de ligantes. Também podem ser partículas que, antes de entrar na composição do composto complexo, eram moléculas, por exemplo, água (H2O), (CO), nitrogênio (NH3) e muitas outras, também podem ser ânions OH–, PO43–, Cl–, ou o cátion hidrogênio H+.

Uma tentativa de classificar compostos complexos de acordo com o tipo de carga do complexo divide esses compostos químicos em complexos catiônicos, que são formados em torno de um íon carregado positivamente de moléculas neutras. Existem também complexos aniônicos em que o agente complexante é um átomo com um ânions simples e complexos são ligantes. Os complexos neutros podem ser distinguidos como um grupo separado. Sua formação ocorre por coordenação em torno do átomo neutro das moléculas. Além disso, esta categoria de substâncias complexas inclui compostos formados por coordenação simultânea em torno de um íon e moléculas carregados positivamente e íons carregados negativamente.

Se levarmos em conta o número de lugares ocupados por ligantes na chamada esfera de coordenação, então ligantes monodentados, bidentados e polidentados são determinados.

A preparação de compostos complexos por vários métodos permite a classificação de acordo com a natureza do ligante. Entre eles, destacam-se os amoniatos, nos quais os ligantes são representados por moléculas de amônia, complexos aqua, onde os ligantes são água, carbonilas - o monóxido de carbono desempenha o papel de ligante. Além disso, existem complexos ácidos nos quais o átomo central é cercado por resíduos ácidos. Se estiver cercado por íons hidróxido, os compostos são classificados como complexos hidroxo.

Compostos complexos desempenham um papel importante na natureza. Sem eles, a vida dos organismos vivos é impossível. Além disso, o uso de compostos complexos na atividade humana possibilita a realização de operações tecnológicas complexas.

Química analítica, extração de metais de minérios, eletroformação, produção de vernizes e tintas - esta é apenas uma pequena lista de indústrias nas quais produtos químicos complexos foram usados.

Compostos do tipo BF 3, CH 4, NH 3, H 2 O, CO 2, etc., nos quais o elemento exibe sua valência máxima usual, são chamados de compostos saturados de valência ou compostos de primeira ordem. Quando compostos de primeira ordem interagem uns com os outros, são formados compostos de ordem superior. Para compostos de ordem superior incluem hidratos, amoniatos, produtos de adição de ácidos, moléculas orgânicas, sais duplos e muitos outros. Exemplos de formação de compostos complexos:

PtCl 4 + 2KCl \u003d PtCl 4 ∙ 2KCl ou K 2

CoCl 3 + 6NH 3 \u003d CoCl 3 ∙ 6NH 3 ou Cl 3.

A. Werner introduziu na química idéias sobre compostos de ordem superior e deu a primeira definição do conceito de composto complexo. Elementos após a saturação de valências comuns são capazes de mostrar valência adicional - coordenando. É devido à valência de coordenação que os compostos de ordem superior são formados.

Compostos complexos – substâncias complexas que podem ser isoladas átomo central(agente complexante) e moléculas e íons relacionados - ligantes.

O átomo central e os ligantes formam complexo (esfera interna), que, ao escrever a fórmula de um composto complexo, é colocado entre colchetes. O número de ligantes na esfera interna é chamado número de coordenação. Moléculas e íons que cercam a forma complexa esfera externa. Um exemplo de um sal complexo de hexacianoferrato de potássio (III) K 3 (o chamado sal de sangue vermelho).

Os átomos centrais podem ser íons de metais de transição ou átomos de alguns não metais (P, Si). Os ligantes podem ser ânions de halogênio (F -, Cl -, Br -, I -), OH -, CN -, CNS -, NO 2 - e outros, moléculas neutras H 2 O, NH 3, CO, NO, F 2 , Cl 2, Br 2, I 2, hidrazina N 2 H 4, etilenodiamina NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2, etc.

Valência de coordenação(CV) ou número de coordenação - o número de lugares na esfera interna do complexo que podem ser ocupados por ligantes. O número de coordenação é geralmente maior que o estado de oxidação do agente complexante, dependendo da natureza do agente complexante e dos ligantes. Compostos complexos com valências de coordenação de 4, 6 e 2 são mais comuns.

Capacidade de coordenação de ligantes – o número de lugares na esfera interna do complexo ocupado por cada ligante. Para a maioria dos ligantes, a capacidade de coordenação é um, menos frequentemente 2 (hidrazina, etilenodiamina) e mais (EDTA - etilenodiaminotetraacetato).

Cobrança complexa deve ser numericamente igual à carga total da esfera externa e de sinal oposto, mas também existem complexos neutros. O estado de oxidação do agente complexante igual e oposto em sinal à soma algébrica das cargas de todos os outros íons.

Nomes sistemáticos de compostos complexos são formados da seguinte forma: primeiro, o ânion é chamado no caso nominativo, depois separadamente no caso genitivo - o cátion. Os ligantes do complexo são listados juntos na seguinte ordem: a) aniônicos; b) neutro; c) catiônico. Os ânions estão listados na ordem H - , O 2- , OH - , ânions simples, ânions poliatômicos, ânions orgânicos - em ordem alfabética. Os ligantes neutros são denominados da mesma forma que as moléculas, com exceção de H 2 O (aqua) e NH 3 (amina); íons carregados negativamente adicionam a vogal de conexão " cerca de". O número de ligantes é indicado por prefixos: di-, tri, tetra-, penta-, hexa- etc. A terminação para complexos aniônicos é "- no" ou "- novo", se o ácido for chamado; não há terminações típicas para complexos catiônicos e neutros.

H - tetracloroaurato de hidrogênio (III)

(OH) 2 - hidróxido de tetraaminocobre (II)

Cl 4 - cloreto de hexaaminoplatina (IV)

- tetracarbonil níquel

– hexacianoferrato (III) de hexaaminocobalto (III)

Classificação de compostos complexos baseado em vários princípios:

Por pertencer a uma determinada classe de compostos:

- ácidos complexos– H 2 , H 2 ;

- bases complexas- (OH) 2;

- sais complexos- Li 3, Cl 2.

Pela natureza dos ligantes:

- aquacomplexos(água é o ligante) - SO 4 ∙ H 2 O, [Co(H 2 O) 6] Cl 2;

- amônia(complexos nos quais moléculas de amônia servem como ligantes) - [Сu(NH 3) 4 ]SO 4, Cl;

- acidocomplexos(oxalato, carbonato, cianeto, complexos de haleto contendo ânions de vários ácidos como ligantes) - K 2, K 4;

- hidroxocomplexos(compostos com grupos OH na forma de ligantes) - K 3 [Al(OH) 6];

- quelado ou complexos cíclicos(ligando bi ou polidentado e o átomo central formam um ciclo) - complexos com ácido aminoacético, EDTA; quelatos incluem clorofila (agente complexante - magnésio) e hemoglobina (agente complexante - ferro).

Pelo sinal da carga do complexo: catiônico, aniônico, neutro complexos.

Um grupo especial é formado por compostos hipercomplexos. Neles, o número de ligantes excede a valência de coordenação do agente complexante. Assim, no composto CuSO 4 ∙ 5H 2 O, o cobre tem uma valência de coordenação de quatro e quatro moléculas de água são coordenadas na esfera interna, a quinta molécula se une ao complexo através de ligações de hidrogênio: SO 4 ∙ H 2 O.

Os ligantes estão ligados ao átomo central vínculo doador-aceitador. Em uma solução aquosa, compostos complexos podem se dissociar para formar íons complexos:

Cl ↔ + + Cl –

Em pequena medida, há uma dissociação da esfera interna do complexo:

+ ↔ Ag++ + 2NH3

A medida da força do complexo é constante de instabilidade complexa:

K ninho + \u003d C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag (NH 3) 2] +

Em vez da constante de instabilidade, às vezes eles usam o valor recíproco, chamado de constante de estabilidade:

boca K \u003d 1 / ninho K

Em soluções moderadamente diluídas de muitos sais complexos, existem íons complexos e simples. Uma diluição adicional pode levar à decomposição completa de íons complexos.

De acordo com um modelo eletrostático simples de W. Kossel e A. Magnus, a interação entre um agente complexante e ligantes iônicos (ou polares) obedece à lei de Coulomb. Um complexo estável é obtido quando as forças de atração para o núcleo do complexo equilibram as forças repulsivas entre os ligantes. A força do complexo aumenta com o aumento da carga nuclear e a diminuição do raio do agente complexante e dos ligantes. O modelo eletrostático é bastante ilustrativo, mas não consegue explicar a existência de complexos com ligantes apolares e um agente complexante no estado de oxidação zero; o que determina as propriedades magnéticas e ópticas dos compostos.

Uma maneira clara de descrever compostos complexos é o método de ligações de valência (MBS) proposto por Pauling. O método é baseado em uma série de disposições:

A relação entre o agente complexante e os ligantes é doador-aceitador. Os ligantes fornecem pares de elétrons e o núcleo do complexo fornece orbitais livres. Uma medida da força de ligação é o grau de sobreposição orbital.

Os orbitais do átomo central envolvidos na formação das ligações sofrem hibridização. O tipo de hibridização é determinado pelo número, natureza e estrutura eletrônica dos ligantes. A hibridização dos orbitais eletrônicos do agente complexante determina a geometria do complexo.

O fortalecimento adicional do complexo se deve ao fato de que, junto com as ligações σ, também podem surgir ligações π.

As propriedades magnéticas exibidas pelo complexo são explicadas com base na ocupação dos orbitais. Na presença de elétrons desemparelhados, o complexo é paramagnético. O emparelhamento de elétrons determina o diamagnetismo do composto complexo.

O MVS é adequado para descrever apenas uma gama limitada de substâncias e não explica as propriedades ópticas de compostos complexos, uma vez que não leva em conta estados excitados.

Um desenvolvimento adicional da teoria eletrostática com base na mecânica quântica é a teoria do campo cristalino (TCF). De acordo com o TCP, a ligação entre o núcleo do complexo e os ligantes é iônica ou íon-dipolo. TCP dá a atenção principal à consideração daquelas mudanças que ocorrem no agente complexante sob a influência do campo ligante (divisão de níveis de energia). O conceito de divisão de energia de um agente complexante pode ser usado para explicar as propriedades magnéticas e a cor de compostos complexos.

TCP é aplicável apenas a compostos complexos em que o agente complexante ( d-elemento) tem elétrons livres e não leva em conta a natureza parcialmente covalente da ligação agente-ligante complexante.

O método do orbital molecular (MMO) leva em consideração a estrutura eletrônica detalhada não apenas do agente complexante, mas também dos ligantes. O complexo é considerado como um único sistema de mecânica quântica. Os elétrons de valência do sistema estão localizados em orbitais moleculares multicêntricos que cobrem os núcleos do agente complexante e todos os ligantes. De acordo com o MMO, o aumento da energia de separação é devido ao fortalecimento adicional da ligação covalente devido à ligação π.