Лабораторна робота №5
Комплексні (координаційні) сполуки
Комплексні (координаційні) сполуки - це сполуки, в яких хоча б одна з ковалентних зв'язків утворена по донорно-акцепторного механізму.
Все координаційні сполуки складаються з внутрішньої сфери (комплексної частинки), а в разі катіонних і аніонних координаційних з'єднань - і з зовнішньої сфери. Між внутрішньою і зовнішньою сферою координаційної сполуки зв'язок іонна.
Внутрішня сфера (комплексна частка) складається з центрального атома (атома металу-комплексоутворювача) і лігандів.
У формулі комплексних сполук внутрішня сфера полягає в квадратні дужки. Внутрішня сфера не має заряду в нейтральних комплексах, позитивно заряджена в катіонних, а негативно - в аніонних координаційних сполуках. Заряд внутрішньої сфери - алгебраїчна сума зарядів центрального атома і лігандів.
Центральний атом - це найчастіше іон d - елементи: Ag +, Cu2 +, Hg2 +, Zn2 +, Ni2 +, Fe3 +, Pt4 + і ін.
Координаційне число центрального атома - число ковалентних зв'язків між комплексоутворювачем і лігандами.
Як правило, координаційне число в два рази перевищує заряд центрального атома. У більшості комплексних сполук координаційні числа рівні 6 і 4, рідше 2, 3, 5 і 7.
Ліганди - аніони або молекули, пов'язані з центральним атомом ковалентними зв'язками, утвореними за донорно-акцепторного механізму. Лігандами можуть бути полярні молекули (H2O, NH3, CO та ін) і аніони (CN-, NO2-, Cl-, Br-, I-, OH- та ін.).
Дентатність лиганда - це число ковалентних зв'язків, якими даний ліганд сполучений з комплексоутворювачем.
Ліганди діляться на монодентатно (H2O, NH3, CO, CN-, NO2-, Cl-, Br-, I-, OH-), бідентатні (C2O42-, SO42- і ін.) І полідентатними.
Наприклад, в аніонів комплексному поєднанні K3 [Fe (CN) 6]: внутрішня сфера - [Fe (CN) 6] 3-, зовнішня сфера - 3K +, центральний атом - Fe3 +, координаційне число центрального атома - 6, ліганди - 6CN-, їх дентатність -1 (монодентатно).
При написанні формули комплексної частинки (іони) спочатку записується символ центрального атома, потім ліганди в алфавітному порядку їх символів, але першими аніонні ліганди, а потім нейтральні молекули. Формула полягає в квадратні дужки.
У назві координаційної сполуки першим вказується катіон (для всіх типів з'єднань), а потім аніон. Катіонні і нейтральні комплекси не мають спеціального закінчення. У назвах аніонних комплексів до назви центрального атома (комплексоутворювача) додається закінчення -ат. Ступінь окислення комплексоутворювача вказується римською цифрою в круглих дужках.
Назви деяких лігандів: NH3 - аммін, H2O - аква (АКВО), CN- - ціано, Cl- - хлоро, OH- - гідроксо. Кількість однакових лігандів в координаційній з'єднанні позначається префіксом: 2 ді, 3 три, 4 тетра, 5 пента, 6 гекса.
У російськомовній хімічної літературі допускається називати спочатку аніон (в називному відмінку), а потім катіон (в родовому відмінку).
[Ag (NH3) 2] Cl диамминсеребра (I) хлорид або
K2 [PtCl4] калію тетрахлороплатінат (II) або
Класифікація координаційних з'єднань
Існує кілька класифікацій координаційних з'єднань: по заряду комплексної частинки, типу лігандів, числу комплексообразователей і т. Д.
Залежно від заряду комплексної частинки координаційні сполуки діляться на катіонні, аніонні і нейтральні.
У катіонних комплексах внутрішня сфера утворена тільки нейтральними молекулами (H2O, NH3, CO та ін.), Або молекулами і аніонами одночасно.
[Fe (H2O) 6] Cl3 гексаакважалеза (III) хлорид
[Cu (NH3) 4] SO4 тетрааммінмеді (II) сульфат
[PtCl2 (NH3) 4] Cl2 тетраамміндіхлороплатіни (IV) хлорид
У аніонних комплексах внутрішня сфера утворена тільки аніонами, або аніонами і нейтральними молекулами одночасно.
K3 [Fe (CN) 6] калію гексаціаноферрат (III)
Na [Al (OH) 4] натрію тетрагідроксоалюмінат (III)
Na [Al (OH) 4 (H2O) 2] натрію діакватетрагідроксоалюмінат (III)
Нейтральні (електронейтральні) комплекси утворюються при одночасній координації до центрального атому аніонів і молекул (іноді тільки молекул).
Залежно від типу лігандів координаційні сполуки поділяються на: ацидокомплексів (лігандами є кислотні залишки CN-, NO2-, Cl-, Br-, I- і ін.); Аквакомплекси (лігандами є молекули води); амінокомплекси (лігандами є молекули аміаку); гідроксокомплекси (лігандами є OH- групи) і т. д.
Дисоціація та іонізація координаційних з'єднань
Катіонні і аніонні координаційні сполуки в розчині повністю дисоціюють по іонної зв'язку на внутрішню і зовнішню сфери:
K4 [Fe (CN) 6] → 4K + + [Fe (CN) 6] 4
[Ag (NH3) 2] NO3 → [Ag (NH3) 2] + + NO3-
Комплексні іони піддаються іонізації (диссоциируют) поступово як слабкі електроліти:
[Ag (NH3) 2] + # 8644; [Ag (NH3)] + + NH3
[Ag (NH3)] + # 8644; Ag + + NH3
Освіта координаційних з'єднань
Освіта комплексних частинок (іонів) в розчинах з іонів металу-комплексоутворювача і лігандів відбувається поступово:
Ag + + NH3 # 8644; [Ag (NH3)] +
[Ag (NH3)] + + NH3 # 8644; [Ag (NH3) 2] +
і характеризується ступінчастими константами освіти:
Для характеристики стійкості координаційних з'єднань в розчинах зазвичай використовують загальні константи освіти # 946; n, відповідні процесу приєднання n лігандів до одного центрального атому:
Ag + + NH3 # 8644; [Ag (NH3)] +
Ag + + 2NH3 # 8644; [Ag (NH3) 2] +
Чим більше числове значення # 946; n, тим міцніше (стійкіше) комплексний іон.
Отримання координаційних з'єднань
Координаційні сполуки найчастіше отримують наступними способами.
1. Взаємодією іонів металу-комплексоутворювача (зазвичай розчин солі даного металу) з лігандами (розчин солі, кислоти, підстави та ін.):
FeCl3 + 6KCN → K3 [Fe (CN) 6] + 3KCl
Fe3 + + 6CN- → [Fe (CN) 6] 3
2. Повної або часткової заміною одних лігандів в координаційній з'єднанні на інші:
K3 [Fe (SCN) 6] + 6KF → K3 [FeF6] + 6KSCN
[Fe (SCN) 6] 3 + 6F- → [FeF6] 3 + 6SCN-
# 946; 6 1,70 · 103 1,26 · 1016
Нове координаційну сполуку утворюється, якщо його константа освіти більше константи утворення вихідного координаційної сполуки.
3.Заменіть в координаційній з'єднанні металу-комплексоутворювача при збереженні лігандів. Як і в попередньому випадку, дане перетворення можливо, якщо при цьому утворюється більш стійке координаційну сполуку.
[Zn (NH3) 4] SO4 + CuSO4 → [Cu (NH3) 4] SO4 + ZnSO4
[Zn (NH3) 4] 2+ + Cu2 + → [Cu (NH3) 4] 2+ + Zn2 +
# 946; 4 2,51 · 109 1,07 · 1012
експериментальна частина
Досвід 1. Отримання і руйнування гідроксокомплексів
У дві пробірки налийте по 1 мл розчинів солей цинку і алюмінію (сульфатів, хлоридів або нітратів). В кожну з пробірок додайте по краплях 0,1 моль / л розчин NaOH або KOH до утворення опадів відповідних гідроксидів. Напишіть рівняння реакцій в іонно-молекулярному вигляді, вкажіть колір опадів.
ZnSO4 + 2NaOH → Zn (OH) 2¯ + Na2SO4
AlCl3 + 3NaOH → Al (OH) 3¯ + 3NaCl
Перевірте розчинність отриманих опадів в 2 моль / л розчині гідроксиду натрію або калію. Відзначте Ваші спостереження. Напишіть рівняння реакцій в іонно-молекулярному вигляді, вкажіть колір утворилися розчинів.
Zn (OH) 2 + 2NaOH → Na2 [Zn (OH) 4]
Al (OH) 3 + NaOH → Na [Al (OH) 4] або Na3 [Al (OH) 6]
Для руйнування гідроксокомплексів в отримані розчини додайте по краплях 2 моль / л розчин кислоти (HCl, H2SO4 або HNO3). Зверніть увагу на те, що в міру додавання кислоти спостерігається помутніння розчинів або утворення опадів відповідних гідроксидів, які потім розчиняються в надлишку кислоти. Напишіть рівняння реакцій в іонно-молекулярному вигляді.
Zn (OH) 2 + 2HNO3 → Zn (NO3) 2 + 2H2O
Al (OH) 3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
(CuOH) 2SO4 + 6NH3 + (NH4) 2SO4 → 2 [Cu (NH3) 4] SO4 + 2H2O
Отриманий розчин сульфату тетрааммінмеді (II) розділіть на дві пробірки. В першу пробірку додайте 2 моль / л розчин сірчаної кислоти, а в другу - розчин сульфіду натрію. Відзначте зміна кольору розчину в першій пробірці і колір утвореного осаду в другій пробірці. Розставте коефіцієнти і напишіть рівняння реакцій в іонно-молекулярному вигляді. Під формулами вкажіть колір забарвлених вихідних речовин і продуктів реакцій.
Досвід 3 Дисоціація комплексних сполук
У пробірку налийте 3-5 крапель розчину хлориду калію і додайте невелику кількість (на кінчику шпателя) кристалічного гексанітрокобальтата (III) натрію Na3 [Co (NO2) 6]. Зверніть увагу на освіту жовтого осаду K2Na [Co (NO2) 6]. Дана реакція є якісною на іони калію.
2 K + + Na + + [Co (NO2) 6] 3 → K2Na [Co (NO2) 6]¯
В іншу пробірку налийте 3-5 крапель розчину хлориду заліза (III), а потім додайте 2-3 краплі розчину тіоціанат амонію або калію. Зверніть увагу на зміну забарвлення розчину. Дана реакція є якісною на іон Fe3 +.
FeCl3 → Fe3 + + 3Cl-
Fe3 + + 6SCN- # 8644; [Fe (SCN) 6] 3
Проведіть відповідні якісні реакції на іони К + і Fe3 + в розчині гексаціаноферрата (III) калію K3 [Fe (CN) 6]. Відзначте Ваші спостереження.
Яке з двох, наведених нижче, рівнянь дисоціації K3 [Fe (CN) 6] у водному розчині:
K3 [Fe (CN) 6] → 3K + + [Fe (CN) 6] 3
K3 [Fe (CN) 6] → 3K + + Fe3 + + 6CN-
узгоджується з Вашими спостереженнями?
Сформулюйте висновок про характер дисоціації комплексних (координаційних) сполук у водних розчинах.