Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Комплексные соединения



Очень интересной разновидностью химических соединений являются комплексные соединения,выделяемые в особый класс не по составу или свойствам, а по структуре. Наиболее известным комплексным соединением является чрезвычайно сложный по составу гемоглобин (молекулярная масса 64 600, в молекуле более 5000 атомов!), в котором молекула белка соединена с дополнительными группами атомов, содержащими четыре атома железа. Именно присутствие атомов железа делает гемоглобин комплексным соединением. Другое достаточно широко известное комплексное соединение - красная кровяная соль (гексацианоферрат(Ш) калия) K3[Fe(CN)6], применяв-

мая в фотографии. Многие могли видеть ампулы с розовым раствором витамина В12. Это тоже комплексное соединение, представляющее собой сложную органическую молекулу, соединенную с атомом кобальта. Многие обычные соли в виде кристаллогидратов также являются комплексными соединениями (раздел 3.5). Образование комплексного соединения меди с аммиаком было описано в опыте 2.2.

Обычно комплексные соединения образуются из сложных веществ. Латинское слово комплексус означает соединение чего-либо в единое целое. К этому сводилось первоначальное представление о комплексных соединениях. Однако образование из сложных веществ не является признаком одних только комплексных соединений. Кислородсодержащие кислоты, основания и соли также образуются соединением сложных веществ. Главный признак комплексного соединения заключается в том, что при его образовании в веществе появляется центральный атом, у которого координационное число превышает валентность. Такое явление нам уже знакомо на примере хлорида натрия, в котором одновалентный натрий окружен шестью атомами хлора. В аммиачном комплексе меди двухвалентная медь соединена с четырьмя молекулами аммиака, а в красной кровяной соли трехвалентное железо - с шестью группами CN. Если реакция соединения приводит к продукту, в котором имеется центральный атом с координационным числом, превышающим валентность, то этот продукт и есть комплексное соединение. Важно при этом, чтобы координационное число не просто превышало валентность, но чтобы в каждой структурной единице было соответствующее число атомов, присоединенных к центральному атому.

Комплексные соединения - это вещества, в структурных единицах которых число атомов, связанных сцентральным атомом, превышает его валентность.

Рассмотрим структурные формулы нескольких веществ, которые помогут лучше уяснить понятие цент-

рального атома и научиться отличать комплексные соединения от некомплексных:

Структурная формула (а) показывает связи железа с шестью атомами углерода, имеющимися в структурной единице вещества. Это комплексное соединение. Формула (б) представляет участок атомной структуры хлорида железа(Ш). Координационное число железа равно 6и превышает валентность, но в структурной единице вещества не шесть, а лишь три атома хлора, и это вещество не является комплексным соединением. Структурная формула (в) аммиачного комплекса меди подтверждает наличие всех признаков, отличающих комплексное соединение. Из структурной формулы серной кислоты (г) видно, что сера служит центральным атомом в этой молекуле, но это не комплексное соединение, так как координационное число не превышает валентность серы. Структурные формулы показывают наличиекоординации определенных атомов или атомных групп вокруг центрального атома. Поэтому комплексные соединения часто называют также координационными соединениями.

Как показывают обычные и структурные формулы, комплексное соединение состоит из комплексной инекомплексной частей. Комплексная часть соединения, заключенная в квадратные скобки, называетсявнутренней сферой, а некомплексная часть за скобками - внешней сферой. Частицы внешней сфе-

ры встречаются в обычных солях и кислотах. В одних случаях это металлы, в других - кислотные остатки. Они участвуют в реакциях обмена.

ОПЫТ 3.6. К сине-фиолетовому раствору аммиачного комплекса меди добавляют раствор хлорида бария ВаС12. Появляется оседающий на дно нерастворимый сульфат бария: [Cu(NH3)4]S04 + ВаС12 = [Cu(NH3)4]Cl2 + BaS04

Окраска раствора не изменяется, что указывает на неизменность внутренней сферы комплексного соединения.

Внутренняя сфера содержит центральный атом и связанные с ним одноатомные или многоатомные частицы, называемые лигандами. Центральным атомом чаще всего бывает металл. Одноатомными лигандами могут быть галогены, водород, кислород. Многоатомные лиганды - это молекулы воды, аммиака, разные органические молекулы, а также остатки кислот. Важной характеристикой комплексного соединения является координационное число центрального атома, т. е. число атомов, связанных с ним химическими связями. Наиболее часто встречаются координационные числа 4 и 6, реже 2, 3, 8 и др. Шесть лигандов размещаются вокруг центрального атома по вершинам воображаемого октаэдра, а четыре - по вершинам тетраэдра или по углам квадрата (рис. 3.2).

Примеры комплексных соединений с разными координационными числами представлены в табл. 3.5.

Рис. 3.2. Обычные виды размещения лигандов вокруг центрального атома в комплексных соединениях: а - октаэдр; б - тетраэдр; в - квадрат

Комплексное соединение может и не иметь внешней сферы. В этом случае вещество имеет молекулярную структуру. В табл. 3.5приведены формулы двух соединений такого типа.

Наиболее характерным химическим свойством комплексных соединений являются реакции замещения лигандов. Так, в комплексных соединениях платины хлор замещается на аммиак. Из красного раствора тетрахлорплатината(И) калия постепенно осаждается желтое вещество дихлородиамминплатина:

K2[PtCl4] + 2NH3 = [Pt(NH3)2Cl2]↓ + 2КС1

Таблица 3.5. Примеры комплексных соединений

задание 3.35.Органическое вещество этилендиамин C2H8N2 образует комплексное соединение с сульфатом меди:

На основании структурной формулы вещества сделайте вывод: всегда ли число лигандов и координационное число центрального атома совпадают? Можно ли сделать определенное предположение об относительной устойчивости данного вещества и аммиачного комплекса меди?

Для комплексных соединений принята специальная номенклатура. Названия обычно состоят из двух слов, обозначающих внутреннюю и внешнюю сферы. Для внутренней сферы указывается число частиц лиганда, название лиганда и центральный атом с его валентностью, выраженной римской цифрой. Если в формуле комплексного соединения на первом месте стоит атом металла внешней сферы, то название внутренней сферы имеет окончание -am. Для комплексных соединений этого типа берутся латинские названия центральных атомов, соответствующие символам химических элементов:

Na[CuCl2] - дихлорокупрат(I) натрия.

Если в формуле на первом месте стоит внутренняя сфера, то ее название ставится после названия внешней сферы. В этих комплексных соединениях центральные атомы обозначаются русскими названиями химических элементов:

[Cu(NH3)4]S04 - сульфат тетраамминмеди(II);

[Сг(Н20)5С1]С12 - хлорид хлоропентааквахрома(III).

Названия комплексных соединений, не имеющих внешней сферы, пишутся в одно слово без указания валентности центрального атома:

[Co(NH3)3(N02)3] - тринитротриамминкобальт;

[Zn(NH3)2Cl2] - дихлородиамминцинк.

задание 3.36.Внимательно рассмотрите формулы и названия перечисленных комплексных соединений. Как называются молекулы воды и аммиака, если они в качестве лигандов содержатся в комплексном соединении?

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. На с. 76 представлена структурная формула бромоуглерода. Чем это вещество похоже на комплексное соединение? Почему оно не считается комплексным соединением?

2. Напишите структурные формулы внутренней сферы комплексных соединений [Cu(C2H5N)4]SO4[Fe(CO)5], [Pt(NH3)2Cl2], Na[CuCl2].

3. Какие вам известны координационные числа у меди в комплексных соединениях?

4.Хлорид алюминия выделяется из раствора в виде кристаллов, содержащих 6 молекул воды на каждую структурную единицу: А1С13 • 6Н20. При прокаливании этих кристаллов остается твердый оксид алюминия. На основании этих данных представьте формулу вещества в виде комплексного соединения.

5. Напишите реакцию между растворами сульфата тетраамминцинка и хлорида кальция.

6. Какой объем аммиака выделится при нагревании 22,8 г сульфата тетраамминмеди(II)?

7. При действии избытка нитрата серебра на раствор, содержащий 0,1 моль вещества СrС13-6Н20 светло-зеленого цвета, в осадок выделяется 2,87 г хлорида серебра. Представьте формулу вещества в виде комплексного соединения. Координационное число Сr(III) - шесть.

Растворы