Cl2 заряд

Cl2 заряд

II.1. Понятие и определение.

Комплексные соединения – наиболее многочисленный класс неорганических соединений. Дать краткое и исчерпывающее определение этим соединениям трудно. Комплексные соединения также называют координационными. В химии координационных соединений переплетаются органическая и неорганическая химия.

До конца XIX века изучение комплексных соединений носило чисто описательный характер. 1893 год швейцарский химик Альфред Вернер создал координационную теорию. Суть ее заключается в следующем: в комплексных соединениях имеется правильное геометрическое размещение атомов или групп атомов, называемых лигандами или аддендами, вокруг центрального атома – комплексообразователя.

Таким образом, химия комплексных соединений изучает ионы и молекулы, состоящие из центральной частицы и координированных вокруг нее лигандов. Центральная частица – комплексообразователь и непосредственно связанные с ней лиганды, образуют внутреннюю сферу комплекса. Для неорганических лигандов, чаще всего, число их совпадает с координационным числом центральной частицы. Таким образом, координационное число – это общее число нейтральных молекул или ионов (лигандов), связанных с центральным атомом в комплексе

Ионы, находящиеся за пределами внутренней сферы, образуют внешнюю сферу, комплексного соединения. В формулах внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки.

лиганды

K4 [Fe(CN)6] [Fe(CN)6]4- — внутренняя сфера или комплексный ион

ион-комплексообразователь координационное

число

Комплексообразователями служат:

1) положительные ионы металлов (чаще d-элементы): Ag+ , Fe2+, , Fe3+, Cu2+, Al3+ , Co3+ ; и др. ( ионы- комплексообразователи).

2) реже — нейтральные атомы металлов, относящиеся к d-элементам: (Сo, Fe, Mn и др.)

3) некоторые атомы неметаллов с различной положительной степенью окисления — B+3, Si+4, P+5 и др.

Лигандами могут быть:

1) отрицательнозаряженные ионы (OH , Hal , CN -цианогруппа, SCN — тиоцианогруппа, NH2 -аминогруппа, и др.)

2) полярные молекулы: H2O (название лиганда — «аква»), NH3 («аммин»),

CO («карбонил»).

 

Таким образом, комплексными соединениями (координационными соединениями) называются сложные химические соединения, в составе которых имеются комплексные ионы, образованные центральным атомом в определенной степени окисления (или с определенной валентностью) и связанными с ним лигандами.

 

II.2. Классификация

I. По характеру лигандов:

1. Аквакомплексы (H2O)

2. Гидроксокомплексы (OH)

3. Амминкомплексы (NH3) — аммиакаты

4. Ацидокомплексы (с кислотными остатками — Сl, SCN, S2O32- и другие)

5. Карбонилкомплексы (СО)

6. Комплексы с органическими лигандами ( NH2-CH2-CH2-NH2 и др.)

7. Анионгалогенаты (Na [I Cl4])

8. Аминокомплексы (NH2)

II. По заряду комплексного иона:

1. Катионного типа — заряд комплексного иона — положительный

2. Анионного типа — заряд комплексного иона — отрицательный.

 

Для правильного написания комплексного соединения необходимо знать степень окисления центрального атома, его координациооное число, природу лигандов и заряд комплексного иона.

 

II.3. Координационное число можно определить как число σ — связей между нейтральными молекулами или ионами (лигандами) и центральным атомом в комплексе.

Величина координационного числа определяется, главным образом, размерами, зарядом и строением электронной оболочки комплексообразователя. Наиболее часто встречается координационное число 6. Оно характерно для следующих ионов: Fe2+, Fe3+, Co3+, Ni3+, Pt4+, Al3+, Cr3+, Mn2+ , Sn4+.

K3[Fe(CN)6] , Na3[Co(NO2)6], [Cr(H2O)6] Cl3

гексацианоферрат (Ш) гексанитрокобальтат(Ш) гексааквахрома (Ш)хлорид

калия натрия

Координационное число 4 встречается у 2-хзарядных ионов и у алюминия или золота: Hg2+ , Cu2+ , Pb2+ , Pt 2+,Au3+ , Al3+.

[Cu(NH3)4] (OH)2 — тетрааммин меди(II) гидроксид;

Na2[Cu(OH)4 ] – тетрагидроксокупрат (II) натрия

K2 [HgI4] – тетраиодомеркурат (II) калия;

H[AuCl4] – тетрахлороаурат(III) водорода.

 

 

Часто координациооное число определяется как удвоенная степень окисления иона-комплексообразователя: у Hg2+ , Cu2+ , Pb2+ — координационное число равно 4; у Ag+, Cu+ — координационное число равно 2.

Для определения, расположения иоов во внутренней или внешней сфере нужно провести качественные реакции. Например, у K3[Fe(CN)6] -гексацианоферрата(III) калия. Известно, что ион железа (+3) образует с роданид (тиоционат)- анионом роданид железа (+3) темно-красного цвета.

Fe3+ +3 NH4 SCN à Fe (SCN)3 + 3NH4+

При добавлении раствора роданида аммония или калия к раствору гексацианоферрата(III) калия окраски не наблюдается. Это говорит об отсeтствии ионов железа Fe3+ в растворе в достаточном количестве. Центральный атом связан с лигандами ковалентной полярной связью (донорно-акцепторный механизм образования связи), поэтому реакция ионного обмена не идет. Наоборот, внешняя и внутренняя сферы связаны ионной связью.

 

II.4. p Строение комплексного иона с точки зрения электронного строения комплексообразователя.

Разберем строение катиона тетраамминмеди (II):

а) электронная формула атома меди:

 

29Сu +29 ) ) ) )

2 8 18 1 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

3d10

4s1

б) электронная формула катиона Cu2+:

 
 

Cu2+ ) ) ) ) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 4p0

2 8 17 0 3d9

4so:NH3 :NH3 : NH3 : NH3

 

CuSO4 + 4: NH3 -à [Cu(NH3)] SO4

 

[Cu(NH3)] SO4 à [Cu(NH3)4 ]2+ + SO42-

ионная связь

ков. связь

по донорно- акцепторному механизму.

 

 

 

rУпражнение для самостоятельного решения:

Изобразите строение комплексного иона [Fe(CN)6]3- по алгоритму:

а) напишите электронную формулу атома железа;

б) напишите электронную формулу иона железа Fe3+, убрав электроны с 4s подуровня и 1 электрон с 3d- подуровня;

в) перепишите электронную формулу иона еще раз, переведя электроны 3d- подуровня в возбужденное состояние путем их спаривания в ячейках этого подурвня

г) подсчитайте число всех свободных ячеек на 3d, 4s, 4p — подуровнях

д) расположите под ними цианид-анионы CN и проведите стрелки от ионов к пустым ячейкам.

 

II.5. Определение заряда комплексообразователя и комплексного иона:

1.Заряд комплексного иона равен заряду внешней сферы с обратным знаком; он также равен сумме заряда комплексообразователя и всех лигандов.

+2 -1 х

K2[HgI4] +2+ (- 1) ·4 =х х = -2

 

2. Заряд комплексообразователя равен алгебраической сумме зарядов лигандов и внешней сферы (с обратным знаком).

х 0 -1

[Ag(NH3)2] Cl х +0·2 +(–1)·2 = 0; х=2-1= +1

х 0 2-

[Cu(NH3)4] SO4 х+ 4· 0 -2 = 0 х = +2

3.Чем больше заряд центрального атома и меньше заряд лиганда, тем больше координационное число.

 

II.6. Номенклатура.

Существует несколько способов названий комплексных соединений. Выберем более простой с использованием валентности (или степени окисления) центрального атома

II.6.1. Название комплексных соединений катионного типа:

Комплексные соединения относятся к катионному типу, если заряд комплексного иона положительный.

При названии комплексных соединений:

1) сначала называется координационное число с помощью греческих приставок (гекса, пента, три);

2) затем, заряженные лиганды с добавлением окончания «о»;

3) затем, нейтральные лиганды (без окончания «о»);

 

 

4) комплексообразователь на русском языке в родительном падеже, указывается его валентность или степень окисления и после этого называется анион. Аммиак – лиганд называется «аммин» без «о», вода –«аква»

Примеры:

[Cu(NH3)4] SO4 тетрааммин меди (II) сульфат;

[Ag(NH3)2] Cl диаммин серебра (I) хлорид;

[CoI6] Cl3 – гексаиодокобальта (Ш) хлорид;

[Al(C2O4)(H2O)5] Cl – оксалатопентаакваалюминия(Ш) хлорид

( окалат — двухзарядный анион щавелевой кислоты);

[Fe(H2O)6]Cl3 –гексаакважелеза(Ш) хлорид.

 

II.6.2. Название комплексных соединений анионного типа.

Называется катион, координационное число, лиганды и, затем, комплексообразователь — центральный атом. Комплексообразователь называется на латинском языке в именительном падеже с окончанием «ат».

Примеры:

K3[FeF6] – калия гексафтороферрат(Ш);

Na3[Co(NO2)6] – натрия гексанитрокобальтат (III);

NH4 [Hg(CO)2 (SCN)2] –аммония дитиоцианодикарбонил меркуриат (I)

 

Нейтральный комплекс: [Fe(CO)5] – пентакарбонил железо.

 

r ПРИМЕРЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

 

Пример 1. Классифицировать, полностью охарактеризовать и дать названия следующим комплексным соединениям: а) K3[Ag(SO3S)2] –; б) [Co(NH3)4Cl2]Cl ; в) [W(CO)6] .

Решение и ответ:

а)

1) K3[Ag(SO3S)2] — 3 иона К+ — внешняя сфера, ее общий заряд +3, [Ag(SO3S)2]3- — внутренняя сфера, ее общий заряд равен заряду внешней сферы, взятому с противоположным знаком — (3-)

2) Комплексное соединение анионного типа, так как заряд внутренней сферы — отрицательный ;

3) Центральный атом — комплексообразователь — ион серебра Ag+

4) Лиганды — два двухзарядных остатка тиосерной кислоты H2S2O3, относится к ацидокомплексам

5) Координационное число комплексообразователя в данном случае как исключение равно 4 (у двух остатков кислоты 4 валентных σ — связи без 4-х катионов водорода);

 

 

6) Заряд комплексообразователя равен +1:

+1 х -2 0

K3[Ag(SO3S)2] : +1 · 3 + Х + (-2) · 2 = 0 à X= +1

7) Название: – калия дитиосульфатоаргентат (I).

б)

1) [Co(NH3)4Cl2]Cl — 1 ион — Сl — внешняя сфера, ее общий заряд -1, — [Co(NH3)4Cl2] — внутренняя сфера, ее общий заряд равен заряду внешней сферы, взятому с противоположным знаком — (3+)

2) Комплексное соединение катионного типа, так как заряд внутренней сферы — положительный.

3) Центральный атом — комплексообразователь — ион кобальта Со, вычисляем его заряд:

х 0 -1 1+

[Co(NH3)4Cl2] : Х + 0 · 4 + (-1) · 2 = +1 à Х = 0 +2 +1 = +3

4) Комплексное соединение смешанного типа, так как в его составе разные лиганды; ацидокомплекс (Cl— остаток хлороводородной кислоты) и амминкамплекс — аммиакатный (NH3 — аммиак-нейтральное соединение)

5) Координационное число комплексообразователя равно 6 ;

6) Название – дихлоротетраамминкобальта(III) хлорид.

в)

1) [W(CO)6] — внешней сферы нет

2) Комплексное соединение нейтрального типа, так как заряд внутренней сферы = 0.

3) Центральный атом — комплексообразователь — атом вольфрама,

его заряд =0

4) Карбонилкомплекс, так как лигандом является нейтральная частица — карбонил — СО;

5) Координационное число комплексообразователя равно 6 ;

6) Название: – гексакарбонилвольфрам

 

Задание 1. Охарактеризуйте комплексные соединения:

а) Li3 Cr (OH)6]

б) [Zn(H2O)3 F] I2

в) [ Pt Cl2 (NH3)2] и дайте им названия.

Задание 2.Назовите комплексные соединения: [Co(NH3)4(NO2)2]NO3,

K3[Al (C2O4)3 ], Na3[Co(NO2)6], H[AuCl4], Fe3[ Cr (CN)6]2

II.7. Диссоциация.

Комплексные соединения диссоциируют на ионы внутренней и внешней сферы, например:

Cu3[ Cr (CN)6]2 = 3Cu2+ + 2 [ Cr (CN)6]3-

[Zn(H2O)4 ] I2 = [Zn(H2O)4 ]2+ +2I

26

 

rУпражнение для самостоятельного решения:

Напишите уравнения диссоциации для комплексных соединений:

H2[PtBr6], [Fe(H2O)6]2 (SO)4, Ca[Sn(OH)6] ,Mg3[ Al (CN)6]2.

 

p Комплексные ионы могут ионизировать далее, но поскольку связь между комплексообразователем и лигандами — ковалентная неполярная, то ионизации идет слабо, ступенчато. Например:

[ Cr (CN)4][Cr (CN)3] 0 + CN (1 ступень)

 

[ Cr (CN)3] 0 [Cr (CN)2] + + CN (2 ступень)

[ Cr (CN)2] + [Cr (CN)] 2+ + CN (3 ступень)

 

[ Cr (CN)] 2+ Cr 3+ + CN (4 ступень)

________________________________

 

Суммарное уравнение:

[ Cr (CN)4]Cr 3+ + 4CN

 

Об устойчивости комплексных ионов (комплексов) судят по константе устойчивости или константе нестойкости комплексного иона:

для 2-ой ступени константа нестойкости будет иметь вид:

[[Cr (CN)2] +]* · [CN]*

К нест. =

[[ Cr (CN)3] 0] *

· здесь величины в квадратных скобках — равновесные молярные концентрации ионов (моль/л).

Чем больше величина константы нестойкости, тем менее прочный комплексный ион.

Величина обратная константе нестойкости называется константой устойчивости. Чем больше ее значение, тем устойчивее ион:

[[ Cr (CN)3]] 0

К уcт. =

[[Cr (CN)2] +] · [CN]

 

II.8. Получение некоторых комплексных соединений:

1. AgBr + 2 Na2S2O3 à Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr

натрия дитиосульфатоаргенат (I)

К осадку бромида серебра прилить раствор тиосульфата натрия. Наблюдается растворение соли. Получается комплексное соединение.

 

 

 

2. К свежеприготовленному осадку хлорида серебра прилить раствор 10 %-го раствора гидроксида аммония. Осадок растворяется. Реакция протекает по уравнению:

AgCl + 2 NH4OH à [Ag(NH3)4]Cl + 2 H2O

хлорид тетраамминсеребра (1)

Данное комплексное соединение можно разрушить, например, при помощи азотной кислоты:

[Ag(NH3)4]Cl + 2 HNO3 à 2 NH4NO3 + AgClI

[Ag(NH3)4]+ + Cl + 2 H+ à 2 NH4+ + AgClI

p Катион аммония, который может быть представлен как комплекс, является более устойчивым, чем комплекс тетраамминсеребра (I). Его константа нестойкости меньше, а константа устойчивости больше последнего.

 

3. При растворении бурого осадка оксида серебра (I) в растворе аммиака происходит образование бесцветногораствора комплексного соединения гидроксида тетраамминсеребра (I) гидроксида:

Ag2О + 4 NH4OH à 2 [Ag(NH3)4]ОН + 3 H 2O

4. Получение комплексных соединений меди (+2) – аммиакатов из нерастворимых гидроксида меди (+2) и гидроксосульфата меди (+2) . Цвет полученных растворов — темно-синий, очень насыщенный. В реакцию берут свежеприготовленные осадки:

A) CuSO4 + 2 NaOH à Cu(OH)2↓ + Na2SO4

Cu(OH)2 + NH4OH à [Cu(NH3)4](OH)2

тетраамминмеди(+2) гидроксид

Б) 2 CuSO4 + 2 NH4OH à (CuOH)2SO4 ↓ + (NH4)2SO4

гидроксосульфат меди (+2)

(CuOH)2SO4 + 6 NH4OH + (NH4)2SO4 à 2 [Cu(NH3)4] SO4 + 8 H2O

 

Суммарно: CuSO4 + + 4 NH4OH à [Cu(NH3)4] SO4 + 4 H2O

тетраамминмеди(+2) сульфат

 



Источник: megaobuchalka.ru


Добавить комментарий