Комплексы химия егэ

Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.

Состав комплексных соединений

Номенклатура комплексных соединений

Реакции образования комплексных соединений

Реакции разрушения комплексных соединений

Диссоциация комплексных соединений

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Состав комплексных соединений

Рис. 1. Состав комплексного соединения

Комплексное соединение, рисунок 1, состоит из внутренней и внешней сферы. Центральная частица, вокруг которой расположены окружающие ее лиганды, называется комплексообразователем. Число лигандов комплексообразователя называется координационным числом.

Номенклатура комплексных соединений

Комплексное соединение может состоять из комплексного катиона, комплексного аниона или может быть нейтральным.

Соединения с комплексными катионами. Вначале называют внешнесферный анион, затем перечисляют лиганды, затем называют комплексообразователь в родительном падеже (ему дается русское название данного элемента). После названия комплексообразователя в скобках римской цифрой указывается его степень окисления.

К латинскому названию анионного лиганда добавляется окончание “о” (F^— — фторо, Cl^— -хлоро, ОН^— — гидроксо, CN^— — циано и т.д). Аммиак обозначают термином “аммин”, СО – карбонил, NO – нитрозил, H₂O – аква.

Число одинаковых лигандов называют греческим числительным: 2 –ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса, 7 – гепта и т.д.

[Cu(NH₃)₄]SO₄ – сульфат тетраамминмеди (II),

[Ni(H₂O)₆]Cl₂ – хлорид гексаакваникеля (II).

Вначале перечисляют лиганды анионные, затем нейтральные, затем катионные. Например,

[Pt(NH₃)₅Cl]Cl₃ – хлорид хлоропентаамминплатины (IV) .

Если в комплексе имеются несколько лигандов одинакового знака заряда, то они называются в алфавитном порядке:

[CoCl₂(H₂O)(NH₃)₃]Cl – хлорид дихлороакватриамминкобальта (III).

Соединения с комплексными анионами. Вначале называют комплексный анион в именительном падеже: перечисляют лиганды, затем комплексообразователь (ему дается латинское название и к названию добавляется окончание “ат”). После названия комплексообразователя указывается его степень окисления. Затем в родительном падеже называется внешнесферный катион.

Na₂[Zn(OH)₄] – тетрагидроксоцинкат (II) натрия;

K₄[Fe(CN)₆] – гексацианоферрат (II) калия;

K₂[СuCl₄] – тетрахлорокупрат (II) калия.

Соединения без внешней сферы. Вначале называют лиганды, затем комплексообразователь в именительном падеже с указанием его степени окисления. Все название пишется слитно.

[Ni(CО)₄] – тетракарбонилникель (0);

[Pt(NH₃)₂Cl₄] – тетрахлородиамминплатина (IV).

Реакции образования комплексных соединений

Комплексные соединения обычно получают действием избытка лигандов на содержащее комплексообразователь соединение. Координационное число, как правило, в 2 раза больше степени окисления комплексообразователя. Из этого правила бывают, однако, исключения.

Образование гидроксокомплексов.

AlCl₃ + 6NaOH_(изб) = Na₃[Al(OH)₆] + 3NaCl

AlCl₃ + 4NaOH_(изб) = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

ZnSO₄ + 4NaOH_(изб) = Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂SO₄

Образование комплексных солей.

Если комплексообразователем является Fe²⁺ или Fe³⁺, то координационные числа в обоих случаях равны шести:

FeCl₂ + 6KCN_(изб) = K₄[Fe(CN)₆] + 2KCl

Fe₂(SO₄)₃ + 12KCN_(изб) = 2 K₃[Fe(CN)₆] + 3K₂SO₄

Координационные числа ртути и меди, как правило, равны четырем:

Hg(NO₃)₂ + 4KI_(изб) = K₂[HgI₄] + 2KNO₃

CuCl₂ + 4NH_3(изб) = [Cu(NH₃)₄]Cl₂

Для большинства аква- и амминных комплексов ионов d-элементов координационное число равно шести:

NiCl₂ + 6NH_{3 (изб)} = [Ni(NH₃)₆]Cl₂

Реакции разрушения комплексных соединений

Разрушение комплексных соединений происходит в результате:

• • • образования малорастворимого соединения с комплексообразователем:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ + Na₂S = CuS↓ + 4NH₃↑ + Na₂SO₄

• • • образования более прочного комплексного соединения с комплексообразователем или с лигандом:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4KCN_(изб) = K₂[Cu(CN)₄] + 4NH₃↑ + K₂SO₄

[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4HCl = 4NH₄Cl + CuSO₄

• • • образования малодиссоциированного электролита:

Na₂[Zn(OH)₄] + 4HCl_(изб) = 2NaCl + ZnCl₂ + 4H₂O

• • • действия любой сильной кислоты на гидрокомплексы; в этом случае образуется соль и вода:

К₃[Al(OH)₆] + 6HCl_(изб) = 3KCl + AlCl₃ + 6H₂O

• • • нагревания некоторых комплексных соединений:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ → CuSO₄ + 4NH₃↑

Na[Al(OH)₄] → NaAlO₂ + 2H₂O

• • • окислительно-восстановительных реакций:

2Na[Ag(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Ag

6K₄[Fe(CN)₆] +K₂Cr₂O₇ +7H₂SO₄=6K₃[Fe(CN)₆] +Cr₂(SO₄)₃ +4K₂SO₄ +7H₂O

Диссоциация комплексных соединений

Комплексные соединения в водных растворах практически полностью диссоциируют на внешнюю и внутреннюю сферы. В то же время комплексный ион диссоциирует в незначительной степени как ассоциированный электролит. Количественной характеристикой диссоциации внутренней сферы в растворе является константа нестойкости, представляющая собой константу равновесия процесса диссоциации комплексного иона.

Например, в растворе комплексное соединение [Ni(NH₃)₆]SO₄ диссоциирует следующим образом:

[Ni(NH₃)₆]SO₄ = [Ni(NH₃)₆]²⁺ + SO₄^2-

Для комплексного иона [Ni(NH₃)₆]²⁺, диссоциирующего по уравнению

[Ni(NH₃)₆]²⁺ → Ni²⁺ + 6NH₃ 

константа равновесия процесса диссоциации носит название константы нестойкости К_н. Для рассматриваемого процесса К_н равна

К_н = [Ni²⁺]·[NH₃]⁶ / [[Ni(NH₃)₆]²⁺]                      (1)

Величина, обратная К_н, называется константой устойчивости:

К_у = 1/К_н                      (2)

Она представляет собой константу равновесия процесса образования комплексного иона:

Ni²⁺ + 6NH₃ ↔ [Ni(NH₃)₆]²⁺

Константа нестойкости К_н связана с изменением энергии Гиббса процесса диссоциации комплекса уравнением:

ΔG_T^о = — RTln К_н                      (3)

Примеры решения задач:

Задача 1. Вычислите:

1) Концентрацию ионов NO₃^— в 0,01 М растворе [Ag(NH₃)₂]NO₃.

2) Концентрацию Ag⁺ в 0,01 М растворе [Ag(NH₃)₂]NO₃, содержащем 2 моль/л избыточного аммиака,
если К_н[Ag(NH₃)₂]⁺ = 5,7× 10^— 8 при 298 К.

3) Величину ΔG^o₂₉₈ процесса диссоциации комплексного иона.

Решение:

1)

[Ag(NH₃)₂]NO₃ = [Ag(NH₃)₂]⁺ + NO₃^— 

[NO₃^— ] = 0,01М, поскольку комплекс диссоциирует как сильный электролит на комплексный ион и ионы внешней сферы.

2) Комплексный ион диссоциирует незначительно:

[Ag(NH₃)₂]⁺ → Ag⁺ + 2NH₃

Положение равновесия комплексного иона в присутствии избытка NH₃ еще больше смещено влево.

Пусть продиссоциировало x моль/л комплексного иона, тогда образовалось x моль/л ионов Ag⁺ и 2x моль/л аммиака. Суммарная концентрация аммиака равна (2x+2) моль/л. Концентрация недиссоциированного комплексного иона [Ag(NH₃)₂]⁺ составляет: (0,01–x) моль/л.

Концентрация аммиака, связанная с диссоциацией комплексного иона, ничтожно мала по сравнению с избытком аммиака. Доля комплексного иона, подвергшегося диссоциации, также ничтожно мала. Значит,

x = 1,43× 10^{— 10}

Следовательно, [Ag⁺] = 1,43× 10^— 10 моль/л.

Константа нестойкости связана с изменением энергии Гиббса процесса диссоциации [Ag(NH₃)₂]⁺ уравнением:

ΔG^о_T = — RTln К_н .

Значит, при Т = 298 К получаем:

ΔG^о₂₉₈ = — 8,314× 298× ln5,7× 10^— 8 = 41326 Дж = 413,3 кДж.

Задача 2. Произойдет ли осаждение AgCl при сливании 0,01М раствора [Ag(NH₃)₂]NO₃, содержащего 2 моль/л избыточного NH₃, с равным объемом 0,5М раствора KCl, если при 298 К ПР(AgCl) = 1,73× 10^— 10, К_н.[Ag(NH₃)₂]⁺ = 5,7× 10^— 8.

Решение. Осадок выпадет при условии: [Ag⁺][Сl^— ] > ПР(AgCl), т.е. если произведение концентраций ионов Ag⁺ и Сl^— в растворе будет больше ПР, то раствор окажется пересыщенным и из него будет выпадать осадок.

После смешения равных объемов растворов концентрации [Ag(NH₃)₂]NO₃, NH₃ и KCl уменьшатся в 2 раза и станут равными 5× 10^-3, 1 и 0,25 М соответственно.

Найдем концентрацию [Ag⁺] тем же способом, что и в предыдущей задаче,

откуда x = 2,85× 10^— 10.

Значит, [Ag⁺] = 2,85× 10^— 10 моль/л, а [Сl^— ] = 0,25 моль/л.

Следовательно, произведение концентраций ионов равно:

[Ag⁺][Сl^— ] = 2,85× 10^— 10× 0,25 = 7,1× 10^— 11(моль/л)².

Поскольку [Ag⁺][Сl^— ] = 7,1× 10^— 11 < 1,73× 10^— 10, то осадок не выпадет.

Задача 3. При какой концентрации ионов S^2- начнется выпадение осадка CdS из 0,6М раствора Na₂[Cd(CN)₄], содержащего 0,04 моль/л избыточного NaCN, если ПР(CdS) = 7,9× 10^— 27, К_н[Cd(CN)₄]^2- = 7,8× 10^— 18.

Решение. Осадок выпадет при условии: [Cd²⁺][S^2- ] > ПР(CdS), т.е. если произведение концентраций ионов Cd²⁺ и S^2- в растворе будет больше ПР. Следовательно, выпадение осадка начнется при [S^2-] > ПР(CdS):[Cd²⁺].

Na₂[Cd(CN)₄] = [Cd(CN)₄]^2- + 2Na⁺

Комплексный ион диссоциирует незначительно:

[Cd(CN)₄]^2- → Cd²⁺ + 4CN^—

Пусть продиссоциировало x моль/л комплексного иона, тогда образовалось x моль/л ионов Cd²⁺ и 4x моль/л ионов CN^— . Суммарная концентрация ионов CN^— равна (4x + 0,04) моль/л. Концентрация недиссоциированного комплексного иона [Cd(CN)₄]^2- составляет: (0,6 – x) моль/л.

К_н[Cd(CN)₄]^2- = [Cd²⁺ ] · [CN^—]⁴/ [[Cd(CN)₄]^2-]

x = 1,8·10^— 12 .

Следовательно, [Cd²⁺] = 1,8·10^— 12 моль/л.

Выпадение осадка начнется при [S^2- ] > 7,9·10^— 27: 1,8·10^— 12 > 4,39·10^— 15 моль/л.

Задачи для самостоятельного решения

1. Назовите следующие комплексные соединения:

Na₂[Pt(CN)₄Cl₂],

[Cu(NH₃)₄](NO₃)₂,

[Cu(H₂O)₄]SO₄

Na2[Pt(CN)4Cl2] – дихлоротетрацианоплатинат (IV) натрия; [Cu(NH3)4](NO3)2 – нитрат тетраамминмеди (II); [Cu(H2O)4]SO4 – сульфат тетрааквамеди (II);

2. Назовите следующие комплексные соединения

[Co(H₂O)₃Cl₃],

[Ni(NH₃)₆][PtCl₄].

[Co(H2O)3Cl3] – трихлоротриаквакобальт (III); [Ni(NH3)6][PtCl4] – тетрахлороплатинат (II) гексаамминникеля (II).

3. Составьте уравнение химической реакции:

Cr₂(SO₄)₃ + NaOH (изб.)→ 

4. Составьте уравнение химической реакции:

Cd(NO₃)₂ + Na₂SO₃ (изб.)→ 

5. Составьте уравнение химической реакции:

[Ag(NH₃)₂]NO₃ + Na₂S → 

6. Составьте уравнение химической реакции:

[Ag(NH₃)₂]NO₃ -t→

7. Составьте уравнение химической реакции:

K₄[Fe(CN)₆] + Н₂O₂ + H₂SO₄ →

8. Сколько граммов серебра содержится в виде ионов в 0,04М растворе K[Ag(CN)₂], содержащем в избытке 1,3 г KCN в 1 л раствора. Константа нестойкости иона [Ag(CN)₂] ^— равна 1,4·10^— 20.

9. Произойдет ли осаждение сульфида ртути, если к 1 л 0,3 М раствора K₂[HgI₄], содержащему избыточных 0,01 моль KI, добавить 1·10^— 4 моль K₂S? ПР(HgS) = 1,6·10^— 52, К_н [HgI₄]^2- = 1,5·10^— 31.

10. При какой концентрации ионов Cl^— начнется выпадение осадка AgCl из 0,6М раствора [Ag(NH₃)₂]NO₃, содержащего 1,2 моль/л избыточного аммиака, если ПР(AgCl) = 1,73·10^—10, К_н [Ag(NH₃)₂]⁺ = 5,7·10^— 8.

3 ноября 2021

В закладки

Обсудить

Жалоба

Комплексные (координационные) соединения

Презентация предназначена для изучения материала по теме «Комплексные соединения» на углубленном уровне в 11 классе.

Комплексные соединения (КС) – это вещества, в состав которых входят сложные ионы, существующие как в кристалле, так и в растворе.

kompleks-s.pptx
kompleks-s.pdf

Автор: Плис Татьяна Фёдоровна.

Наверх

Как известно, металлы имеют свойство терять электроны и, тем самым, образовывать катионы. Положительно заряженные ионы металлов могут находиться в окружении анионов или нейтральных молекул, образуя частицы, называемые комплексными и способные к  самостоятельному существованию в кристалле или растворе. А соединения, содержащие в узлах своих кристаллов комплексные частицы, называются комплексными соединениями.

Подробнее >>

В настоящее время образование и свойства комплексных соединений объясняют с точки зрения теории метода валентных связей (ВС), теории кристаллического поля (ТКП) и теории молекулярных орбиталей (МО). Далее кратко на примерах рассмотрим каждую из теорий.

Подробнее >>

Изомеры – соединения, имеющие одинаковый химический состав, но при этом отличающиеся физическими или химическими свойствами. Это отличие возникает в связи с различным положением одних и тех же групп атомов в изомерных соединениях. Для комплексных соединений характерно несколько видов изомерии. Рассмотрим их.

Подробнее >>

При получении растворов комплексных соединений, происходит их диссоциация на ионы внутренней и внешней сферы. После отщепления внешней сферы (первичная диссоциация), обратимой диссоциации подвергается внутренняя сфера (вторичная диссоциация): [MLn] ↔ M + nL Заряды для упрощения опущены, а ионы представлены в негидрированном виде. Диссоциация комплекса протекает ступенчато, т.е. лиганды удаляются из внутренней сферы последовательно один за другим.

Подробнее >>

Получение комплексных соединений Комплексные соединения можно получить различными способами: 1. В результате реакций соединения: HgI2 + 2KI (изб.) = K2[HgI4] 2. По реакции замещения лиганда во внутренней сфере: Некоторые комплексы способны к быстрому замещению лигандов. Такие комплексы называются лабильными. У других же этот процесс происходит очень медленно – это инертные комплексы.

Подробнее >>

Здесь приведены задачи к разделу Комплексные соединения: структура, классификация, номенклатура комплексных соединений, а также их устойчивость и химические свойства.

Подробнее >>

2

Комплексные соединения

Комплексные соединения – большой класс неорганических веществ. В составе комплексных соединений выделяют центральный атом –комплексообразователь, роль которого выполняет ион или нейтральный атом металла побочной подгруппы. С комплексообразователем связаны донорно-акцепторной связью различные ионы или нейтральные молекулы, которые называются лигандами (или аддендами). Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю среду комплексного соединения, устойчивую как в кристаллическом веществе, так и в растворе.

Строение комплексных соединений

Представления о координационном строении комплексных соединений дает теория Вернера А. (1891г. швейцарский химик). По этой теории в комплексных соединениях имеется правильное геометрическое расположение лигандов вокруг центрального атома или иона. Лиганды могут образовать квадрат, тетраэдр, куб, пирамиду и т.д. Комплексные соединения состоят из внутренней и внешней среды. Во внутреннюю среду входят комплексообразователь и лиганды, образуя комплексную частицу. Заряд ее определяется как алгебраическая сумма зарядов составных частей. Комплексная частица в формуле заключена в квадратные скобки:

Например, [Pt(NH₃)₄]²⁺ [Fe(CO)₅]⁰

Здесь Pt²⁺ и Fe⁰ – комплексообразователи, а NH₃ и CO – лиганды. Число лигандов, связанное с комплексообразователем, называется координационным числом (к.ч.). Чаще всего к.ч. равно 4 или 6, но может быть меньше 6 (2), и больше (max=12).

Внутренняя среда комплекса Pt имеет заряд +2, а комплекс железа – нейтрален. Заряд внутренней сферы комплекса нейтрализуется противоположно заряженной внешней сферой [Pt(NH₃)₄]SO₄ ; K₃[Fe(CN)₆]

В первом случае во внешней сфере катионы SO₄^2-, а во втором – катионы калия К⁺, связаны с комплексом ионной связью. Если комплексная частица нейтральна, внешняя среда отсутствует.

Классификация комплексных соединений

1. Комплексные электролиты и неэлектролиты.

Комплексные соединения, имеющие внутренние и внешние сферы, являются электролитами и диссоциируют на ионы:

K₃[Fe(CN)₆] [Fe(CN)₆]^3-

Нейтральные комплексы – неэлектролиты.

1. Классификация комплексов по заряду комплексного иона.

катионные	анионные	Нейтральные
[Ag+1(NH3)2]Cl	K3[Al3+(OH)6]	[Pt2+(NH3)2Cl2]

1. Классификация комплексов по природе лигандов.

а) аммиачные комплексы

[Cu(NH₃)₄]SO₄

б) аквакомплексы

[Cu(H₂O)₄]SO₄

В) смешанные комплексы

K₂[PtCl₂Br₂]

Г) комплексные кислоты, основания, соли.

H₄[Fe(CN)₆] – кислота

[Pt(NH₃)₄](OH)₂ – основания

K₄[Fe(CN)₆] – соль

Номенклатура комплексных соединений

Для составления названия комплексного соединения существуют следующие правила:

1. В названии комплексной частицы сначала лиганды, потом комплексообразователь.

2. Количество лигандов обозначается греческими числительными: моно(1), ди (2), три (3), тетра (4), пета (5), гекса (6), Гента (7), окта (8). Моно – обычно опускается.

3. Названия лигандов – нейтральных молекул – берут без изменения, за исключением NH₃ – амин; Н₂О – аква; СО – карбонил. К названиям анионов добавляют букву «О» (хлоро, нитрато и т. д.).

4. Комплексообразователь называют латинским названием элементов.

5. К названиям комплексообразователя в анионных комплексах добавляют окончание – ат: [Fe(CN)₆]^{4 –} гексацианоферрат.

6. Степень окисления комплексообразователя обозначают римской цифрой в скобках после названия.

7. Если имеется несколько лигандов, то сначала называют заряженные лиганды, потом нейтральные.

[CO(NH₃)₃(NO₂)₃] – тринитротриамминкобальт (III)

K₄[Fe(CN)₆] – гексацианоферрат (II) калия

[Zn(H₂O)₄](NO₃)₂ – нитрат тетрааквацинка (III)

Природа химической связи в комплексных соединениях

Образование комплексных соединений происходит по донорно-акцепторному механизму, где ион комплексообразователя акцептор, а лиганды – доноры.

Например: С_О³⁺



С_О27 – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁷

3d⁷ 4s² 4p













3d⁶ 4s⁰ 4p











C_O³⁺

При возбуждении электроны способны к спариванию.

3d 4s 4p







С_О³⁺

Остается 6 свободных орбиталей, которые способны образовывать связи с молекулами или ионами, имеющими свободные электронные пары.

3d 4s 4p







     

NH₃ NH₃ NH₃ NH₃ NH₃ NH₃

Происходит гибридизация d²sp³, образуя 6 гибридных орбиталей, образующих октаэдр.

Диссоциация комплексных соединений

1. Первичная диссоциация – на внешнюю и внутреннюю сферы.

K₃[Fe(CN)₆]  3K⁺ + [Fe(CN)₆]^3-

[Cu(NH₃)₄]SO₄  [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^{2 –}

1. Вторичная (частичная) диссоциация комплексных ионов. Характеризуется константой нестойкости комплексных соединений.

[Fe(CN)₆]³⁺  Fe³⁺ + 6KN^—

C _Fe ³⁺  C⁶ _KN ^—

= 10 ^-31

K =

C _[Fe(CN)6] ^3-

Чем меньше К нестойкости, тем устойчивее комплексный ион.

Комплексные соединения

Занятие, представленное на конкурс «Я иду на
урок», я провожу в 11-м биолого-химическом классе,
где на изучение химии отводится 4 часа в неделю.

Тему «Комплексные соединения» я взяла,
во-первых, потому что эта группа веществ имеет
исключительно большое значение в природе;
во-вторых, многие задания ЕГЭ включают понятие о
комплексных соединениях; в-третьих, учащиеся из
этого класса выбирают профессии, связанные с
химией, и будут встречаться с группой
комплексных соединений в будущем.

Цель. Сформировать понятие о составе,
классификации, строении и основах номенклатуры
комплексных соединений; рассмотреть их
химические свойства и показать значение;
расширить представления учащихся о многообразии
веществ.

Оборудование. Образцы комплексных
соединений.

План урока

I. Организационный момент.

II. Изучение нового материала (лекция).

III. Подведение итогов и постановка домашнего
задания.

План лекции

1. Многообразие веществ.

2. Координационная теория А.Вернера.

3. Строение комплексных соединений.

4. Классификация комплексных соединений.

5. Природа химической связи в комплексных
соединениях.

6. Номенклатура комплексных соединений.

7. Химические свойства комплексных соединений.

8. Значение комплексных соединений.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

Многообразие веществ

Мир веществ многообразен, и мы уже знакомы с
группой веществ, которые принадлежат к
комплексным соединениям. Данными веществами
стали заниматься с XIX в., но понять их строение с
позиций существовавших представлений о
валентности было трудно.

Координационная теория А.Вернера

В 1893 г. швейцарским химиком-неоргаником
Альфредом Вернером (1866–1919) была сформулирована
теория, позволившая понять строение и некоторые
свойства комплексных соединений и названная координационной
теорией*. Поэтому
комплексные соединения часто называют
координационными соединениями.

Соединения, в состав которых входят сложные
ионы, существующие как в кристалле, так и в
растворе, называются комплексными, или
координационными.

Строение комплексных соединений

Согласно теории Вернера центральное положение
в комплексных соединениях занимает, как правило,
ион металла, который называют центральным ионом,
или комплексообразователем.

Комплексообразователь – частица (атом,
ион или молекула), координирующая (располагающая)
вокруг себя другие ионы или молекулы.

Комплексообразователь обычно имеет
положительный заряд, является d-элементом,
проявляет амфотерные свойства, имеет
координационное число 4 или 6. Вокруг
комплексообразователя располагаются
(координируются) молекулы или кислотные
остатки – лиганды (адденды).

Лиганды – частицы (молекулы и ионы),
координируемые комплексообразователем и
имеющие с ним непосредственно химические связи
(например, ионы: Cl^–, I^–, NO₃^–,
OH^–; нейтральные молекулы: NH₃, H₂O,
CO).

Лиганды не связаны друг с другом, так как между
ними действуют силы отталкивания. Когда
лигандами являются молекулы, между ними возможно
молекулярное взаимодействие. Координация
лигандов около комплексообразователя является
характерной чертой комплексных соединений (рис.
1).

Координационное число – это
число химических связей, которые
комплексообразователь образует с лигандами.

Значение координационного числа
комплексообразователя зависит от его природы,
степени окисления, природы лигандов и условий
(температура, концентрация), при которых
протекает реакция комплексообразования.
Координационное число может иметь значения от 2
до 12. Наиболее распространенными являются
координационные числа 4 и 6. Для координационного
числа 4 структура комплексных частиц может быть
тетраэдрической [AlBr₄]^– (рис. 2) и в виде
плоского квадрата [Pt(NH₃)₂Cl₂] (рис.
3). Комплексные соединения с координационным
числом 6 имеют октаэдрическое строение [AlF₆]^3–
(рис. 4).

Комплексообразователь и окружающие
его лиганды составляют внутреннюю сферу
комплекса. Частица, состоящая из
комплексообразователя и окружающих лигандов,
называется комплексным ионом. При изображении
комплексных соединений внутреннюю сферу
(комплексный ион) ограничивают квадратными
скобками. Остальные составляющие комплексного
соединения расположены во внешней сфере (рис.
5).

Суммарный заряд ионов внешней сферы должен
быть равен по значению и противоположен по знаку
заряду комплексного иона:

Заряд комплексного иона легко
подсчитать, зная степень окисления составляющих
его частей.

Классификация комплексных
соединений

Большое многообразие комплексных соединений и
их свойств не позволяет создать единую
классификацию. Однако можно группировать
вещества по некоторым отдельным признакам.

1) По составу.

2) По типу координируемых лигандов.

а) Аквакомплексы – это комплексные
катионы, в которых лигандами являются молекулы H₂O.
Их образуют катионы металлов со степенью
окисления +2 и больше, причем способность к
образованию аквакомплексов у металлов одной
группы периодической системы уменьшается сверху
вниз.

Примеры аквакомплексов:

[Al(H₂O)₆]Cl₃, [Cr(H₂O)₆](NO₃)₃.

б)Гидроксокомплексы – это комплексные
анионы, в которых лигандами являются
гидроксид-ионы OH^–.
Комплексообразователями являются металлы,
склонные к проявлению амфотерных свойств – Be,
Zn, Al, Cr.

Например: Na[Al(OH)₄], Ba[Zn(OH)₄].

в) Аммиакаты – это комплексные катионы, в
которых лигандами являются молекулы NH₃.
Комплексообразователями являются d-элементы.

Например: [Cu(NH₃)₄]SO₄, [Ag(NH₃)₂]Cl.

г) Ацидокомплексы – это комплексные
анионы, в которых лигандами являются анионы
неорганических и органических кислот.

Например: K₃[Al(C₂O₄)₃], Na₂[Zn(CN)₄],
K₄[Fe(CN)₆].

3) По заряду внутренней сферы.

Природа химической связи в
комплексных соединениях

Во внутренней сфере между
комплексообразователем и лигандами существуют
ковалентные связи, образованные в том числе и по
донорно-акцепторному механизму. Для образования
таких связей необходимо наличие свободных
орбиталей у одних частиц (имеются у
комплексообразователя) и неподеленных
электронных пар у других частиц (лиганды). Роль
донора (поставщика электронов) играет лиганд, а
акцептором, принимающим электроны, является
комплексообразователь. Донорно-акцепторная
связь возникает как результат перекрывания
свободных валентных орбиталей
комплексообразователя с заполненными
орбиталями донора.

Между внешней и внутренней сферой существует
ионная связь. Приведем пример.

Электронное строение атома бериллия:

Электронное строение атома бериллия в
возбужденном состоянии:

Электронное строение атома бериллия в
комплексном ионе [BeF₄]^2–:

Пунктирными стрелками показаны электроны
фтора; две связи из четырех образованы по
донорно-акцепторному механизму. В данном случае
атом Be является акцептором, а ионы фтора –
донорами, их свободные электронные пары
заполняют гибридизованные орбитали (sp³-гибридизация).

Номенклатура комплексных
соединений

Наибольшее распространение имеет
номенклатура, рекомендованная IUPAC. Название комплексного
аниона начинается с обозначения состава
внутренней сферы: число лигандов обозначается
греческими числительными: 2–ди, 3–три, 4–тетра,
5–пента, 6–гекса и т.д., далее следуют названия
лигандов, к которым прибавляют соединительную
гласную «о»: Cl^– – хлоро-, CN^– –
циано-, OH^– – гидроксо- и т.п. Если у
комплексообразователя переменная степень
окисления, то в скобках римскими цифрами
указывают его степень окисления, а его название с
суффиксом -ат: Zn – цинкат, Fe – феррат(III),
Au – аурат(III). Последним называют катион
внешней сферы в родительном падеже.

Примеры:

K₃[Fe(CN)₆] – гексацианоферрат(III)
калия,

K₄[Fe(CN)₆] – гексацианоферрат(II)
калия,

K₂[Zn(OH)₄] – тетрагидроксоцинкат
калия.

Названия соединений, содержащих комплексный
катион, строятся из названий анионов внешней
среды, после которых указывается число лигандов,
дается латинское название лиганда (молекула
аммиака NH₃ – аммин, молекула воды H₂O –
аква от латинского названия воды) и русское
название элемента-комплексообразователя;
римской цифрой в скобках указывается степень
окисления элемента-комплексообразователя, если
она переменная. Например:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ – сульфат
тетраамминмеди(II),

[Al(H₂O)₆]Cl₃ – хлорид
гексаакваалюминия.

Химические свойства комплексных
соединений

1. В растворе комплексные соединения ведут
себя как сильные электролиты, т.е. полностью
диссоциируют на катионы и анионы:

[Pt(NH₃)₄]Cl₂ = Pt(NH₃)₄]²⁺
+ 2Cl^–,

K₂[PtCl₄] = 2K⁺ + [PtCl₄]^2–.

Диссоциация по такому типу называется
первичной.

Вторичная диссоциация связана с удалением
лигандов из внутренней сферы комплексного иона:

[PtCl₄]^2– PtCl₃^– + Cl^–.

Вторичная диссоциация происходит ступенчато:
комплексные ионы ([PtCl₄]^2–) являются
слабыми электролитами.

2. При действии сильных кислот происходит
разрушение гидроксокомплексов, например:

а) при недостатке кислоты

Na₃[Al(OH)₆] + 3HCl = 3NaCl + Al(OH)₃ + 3H₂O;

б) при избытке кислоты

Na₃[Al(OH)₆] + 6HCl = 3NaCl + AlCl₃ +
6H₂O.

3. Нагревание (термолиз) всех аммиакатов
приводит к их разложению, например:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ CuSO₄ + 4NH₃.

Значение комплексных соединений

Координационные соединения имеют
исключительно большое значение в природе.
Достаточно сказать, что почти все ферменты,
многие гормоны, лекарства, биологически активные
вещества представляют собой комплексные
соединения. Например, гемоглобин крови,
благодаря которому осуществляется перенос
кислорода от легких к клеткам ткани, является
комплексным соединением, содержащим железо (рис.
6), а хлорофилл, ответственный за фотосинтез в
растениях, – комплексным соединением магния
(рис. 7).

Значительную часть природных
минералов, в том числе полиметаллических руд и
силикатов, также составляют координационные
соединения. Более того, химические методы
извлечения металлов из руд, в частности меди,
вольфрама, серебра, алюминия, платины, железа,
золота и других, также связаны с образованием
легкорастворимых, легкоплавких или летучих
комплексов. Например: Na₃[AlF₆] –
криолит, KNa₃[AlSiO₄]₄ – нефелин
(минералы, комплексные соединения, содержащие
алюминий).

Современная химическая отрасль
промышленности широко использует
координационные соединения как катализаторы при
синтезе высокомолекулярных соединений, при
химической переработке нефти, в производстве
кислот.

III. Подведение итогов и постановка
домашнего задания

Домашнее задание.

1) Приготовиться по лекции к уроку-практикуму по
теме: «Комплексные соединения».

2) Письменно дать характеристику следующим
комплексным соединениям по строению и
классифицировать по признакам:

K₃[Cr(OH)₆], [Cr(H₂O)₆](NO₃)₃,
Na₂[Zn(CN)₄], [Ag(NH₃)₂]OH.

3) Написать уравнения реакций, при помощи
которых можно осуществить превращения:

---

* За открытие этой
новой области науки А.Вернер в 1913 г. был
удостоен Нобелевской премии.

Н.Н.ТОПОЕВА,
учитель химии
Аскизского лицея-интерната
(с. Аскиз, Республика Хакасия)