Комплексні сполуки

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Цис-платин — приклад координаційної сполуки.

Ко́мплексні сполу́ки або координаці́йні сполу́ки — складні хімічні сполуки, в яких можна виділити центральний атом (комплексоутворювач) і безпосередньо зв'язані з ним молекули або йони — так звані ліганди або аденти. Центральний атом та ліганди утворюють внутрішню сферу (комплекс); молекули або йони, які оточують комплекс — зовнішню координаційну сферу. Центральним атомом можуть бути як метали змінної валентності з позитивним зарядом ядра, так і неметали. Утворення комплексних сполук широко використовується в різноманітних галузях хімічної технології (виділення, очищення, розділення платинових, рідкісноземельних та деяких інших металів).

Загальні відомості про комплексні сполуки[ред.ред. код]

Хімія комплексних сполук (координаційна хімія) є однією з галузей сучасної хімії, що інтенсивно розвиваються. У зв'язку з цим, поняття «комплексні сполуки» постійно уточнюється і доповнюється.

Відповідно до класичного визначення, комплексні сполуки — це сполуки, до складу яких входять комплексні частинки, що вміщують центральний атом (комплексоутворювач) оточений лігандами.

За Ф. Коттоном і Дж. Вілкінсоном дане визначення комплексних сполук потребує деяких уточнень:

по-перше, комплексоутворювач і ліганди повинні бути стабільними при звичайних умовах;

по-друге, реакції комплексоутворення повинні протікати у звичайних хімічних умовах.

по-третє, до комплексних сполук слід віднести також продукти приєднання лігандів до молекул:

SiF4 + F- = SiF2-6;

і продукти взаємодії молекул за донорно-акцепторним механізмом:

NH3 + BF3 = NH3BF3.

Отже, класичне визначення комплексних сполук потребує доповнень:

Комплексні сполуки — це сполуки, до складу яких входять комплексні частинки (комплекси), що вміщують центральний атом (комплексоутворювач) оточений лігандами. Утворення комплексів можна представити як результат взаємодії за донорно-акцепторним механізмом стабільних при звичайних умовах частинок: атомів, йонів або молекул.

Приведене вище визначення вказує, що, наприклад, такі частинки як CH4, SO2-4, NO-3 та інші недоцільно представляти як комплекси, оскільки частинки C+ і H-, S6+ і О2-, N5+ і О2- при звичайних умовах не існують.

Найхарактернішим комплексоутворення є саме для d-елементів.

Наявність значної кількості валентних частково заповнених орбіталей і схильність до утворення ковалентного зв'язку визначає значну кількість комплексних сполук, що утворюють d-елементи.

Основні терміни[ред.ред. код]

Комплексна сполука - хімічна речовина, до складу якого входять комплексні частинки. В даний час строгого визначення поняття «комплексна частка» немає. Зазвичай використовується наступне визначення.

Комплексна частка - складна частинка, здатна до самостійного існування в кристалі або розчині, утворена з інших, більш простих частинок, також здатних до самостійного існування. Іноді комплексними частинками називають складні хімічні частинки, всі або частину зв'язків в яких утворені за донорно-акцепторним механізмом.

Комплексоутворювач - центральний атом комплексної частинки. Зазвичай комплексоутворювач - атом елемента, що утворює метал, але це може бути і атом кисню, азоту, [[сірка | сірки] ], йоду і інших елементів, що утворюють неметали. Комплексоутворювач зазвичай позитивно заряджений і в такому випадку іменується в сучасній науковій літературі металоцентром; заряд комплексоутворювача може бути також негативним або рівним нулю.

Ліганди (адденди) - атоми або ізольовані групи атомів, що розташовуються навколо комплексоутворювача. Лігандами можуть бути частинки, до утворення комплексної сполуки представляли собою молекули(H2O, CO, NH3 и др.), аніони (OH, Cl, PO43− тощо.), а також катіон водню H+.

Внутрішня сфера комплексної сполуки - центральний атом з пов'язаними з ним лігандами, тобто, власне, комплексна частка.

Зовнішня сфера комплексної сполуки - інші частинки, пов'язані з комплексною часткою іонною або міжмолекулярними зв'язками, включаючи водневі.

Дентатність ліганда визначається числом координаційних місць, займаних лігандом в координаційній сфері комплексоутворювача. Розрізняють монодентатні (унідентатні) ліганди, пов'язані з центральним атомом через один зі своїх атомів, тобто одним ковалентним зв'язком, бідентатні (пов'язані з центральним атомом через два своїх атома, тобто, двома зв'язками), три-, тетрадентатні і т. Д.

Координаційний поліедр - уявний молекулярний багатогранник, в центрі якого розташований атом-комплексоутворювач, а в вершинах - частинки лігандів, безпосередньо пов'язані з центральним атомом.

Координаційне число (КЧ) - число хімічних зв'язків, утворених центральним атомом з лігандами. Для комплексних сполук з монодентантними лігандами КЧ дорівнює числу лігандів, а в разі полідентантних лігандів - числу таких лігандів, помноженому на дентатність.

Типи комплексних сполук[ред.ред. код]

Існує кілька типів комплексних сполук, в основу яких покладені різні принципи.

За зарядом комплексу[ред.ред. код]

1) Катіонні комплекси утворені в результаті координації навколо позитивного іона нейтральних молекул (H2O, NH3 тощо.).

[Zn(NH3)4]Cl2 — хлорид тетраамінцинку(II)
[Co(NH3)6]Cl2 — хлорид гексаамінкобальту(II)

2) Аніонні комплекси:в ролі комплексоутворювача виступає атом з позитивним ступенем окиснення, а лігандами є прості або складні аніони.

K2[BeF4] — тетрафтороберилат(II) калію
Li[AlH4] — тетрагідридоалюмінат(III) літію
K3[Fe(CN)6] — гексаціаноферрат(III) калію

3) Нейтральні комплекси утворюються при координації молекул навколо нейтрального атома, а також при одночасній координації навколо позитивного іона - комплексоутворювача негативних іонів і молекул.

[Ni(CO)4] — тетракарбонілнікель
[Pt(NH3)2Cl2] — дихлородіамінплатина(II)

За кількістю місць, займаних лігандами в координаційній сфері[ред.ред. код]

Структура комплексного іона, утвореного катіоном металу і аніоном ЕДТА

1) Монодентатні ліганди. Такі ліганди бувають нейтральними (молекули Н2О, NH3, CO, NO тощо.) і зарядженими (іони CN, F, Cl, OH, SCN тощо.).

2) Бідентатні ліганди. Прикладами служать ліганди: іон гліцину H2N — CH2 — COO, оксалатний іон O — CO — CO — O, карбонат-іон СО32−, сульфат-іон SO42−, тіосульфат-іон S2O32−.

3) Полідентатні ліганді. Наприклад, комплексони - органічні ліганди, що містять в своєму складі кілька груп −С≡N або −COOH (етилендіамінтетраоцтова кислота — ЕДТА). Циклічні комплекси, утворені деякими полідентатними лігандами, відносять до хелатних (гемоглобін та ін.).

За природою ліганда[ред.ред. код]

1) Амміакати — сполуки,в яких лігандами служать молекули аміаку, наприклад: [Cu(NH3)4]SO4, [Co(NH3)6]Cl3, [Pt(NH3)6]Cl4 та ін.

2) Аквакомплекси — в яких лігандом виступає вода: [Co(H2O)6]Cl2, [Al(H2O)6]Cl3 та ін.

3) Карбоніли — комплексні сполуки, в яких лігандами є молекули оксиду вуглецю (II): [Fe(CO)5], [Ni(CO)4].

4) Ацидокомплекси — комплекси, в яких лігандами є кислотні залишки. До них відносяться комплексні солі: K2[PtCl4], комплексні кислоти: H2[CoCl4], H2[SiF6].

5) Гідроксокомплекси — комплексні сполуки, в яких як ліганди виступають гідроксид-іони: Na2[Zn(OH)4], Na2[Sn(OH)6] та ін.

Геометрія комплексних сполук[ред.ред. код]

Розташування атомів навколо металічного центра (зокрема металів d-блоку) в координаційних частинках. Воно залежить від природи атома металу та його координаційного числа. Певним координаційним числам може відповідати більше одного розташування донорних атомів (менш загальні зазначені в дужках). Координаційному числу 2 відповідає лінійне розташування атомів біля металічного центра, 3 — тригональне планарне (тригональне пірамідальне), 4 — тетраедральне, квадратно планарне, 5 — тригональне біпірамідальне, пірамідальне з квадратом в основі, 6 — октаедральне (тригональне призматичне), 7 — пентагонально біпірамідальне (одновершинно тригонально призматичне, одновершинно октаедральне), 8 — додекаедральне, квадратно антипризматичне, гексагонально пірамідальне (кубічне, двовершинне тригональне призматичне), 9 — тривер-шиннетригонально призматичне. Така регулярна геометрія не завжди витримується через наявність, наприклад стеричних ефектів.

Координаційні числа d-елементів[ред.ред. код]

Найхарактернішими координаційними числами d-елементів є 4 і 6 (наприклад: [Pt(NH3)4]Cl2, К2[Ni(CN)4], К4[Fe(CN)6], Na3[Co(NO2)6]). Менш характерним є координаційне число 2, яке, як правило, мають d-елементи у ступені окиснення +1, наприклад: [Ag(NH3)2]Cl, Na[Au(CN)2]. Координаційні числа вищі за 6 є мало характерними і зустрічаються лише для деяких d-елементів другого і третього рядів (MI3[ZrF7], MI4[ZrF8]). Величина координаційного числа визначається електронною будовою, а також розмірами комплексоутворювача і лігандів.

Стабільність комплексів d-елементів[ред.ред. код]

Серед монодентантних лігандів найбільш стабільні комплекси з d-елементами утворюють ціанід-йон, аміак, галогенід-йони і деякі інші. Утворення ціанідних комплексів є характерним для елементів підгрупи Купруму, підгрупи Цинку і d-елементів VIII групи. Вказані вище елементи (за винятком Феруму) утворюють також досить стабільні аміачні комплекси. Всі d-елементи утворюють більш-менш стабільні галогенідні комплекси.

Найменш характерним комплексоутворення є для елементів підгрупи Скандію і Титану. Для даних елементів характерним є утворення фторидних комплексів складу MI3[ЭIIIF6] і MI4[ЭIVF6].

Також для визначення стабільності металорганічних комплексів користуються емпіричним правилом 18 електронів: стабільним буде той комплекс, на зовнішній валентній орбіталі якого є 18, як його власних електронів, так і електронів лігандів.

Багатоядерний комплекс[ред.ред. код]

(англ. polynuclear complex) Комплексна сполука, що має два або більше центральних атомів, ліганди яких утворюють координаційні сфери, що сполучаються за рахунок місткових атомів чи груп. Центральні атоми металів можуть також сполучатись між собою, в цьому випадку порядок зв’язків між n атомами металів розраховується за правилом (n×18 – Qe)/2, де Qe — загальна кількість електронів у комплексі.

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]

Chem template.svg Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.