Para dar una definición más o menos precisa de lo que son los compuestos complejos, la química moderna tiene que basarse en las principales disposiciones de la teoría de la coordinación, que fue propuesta por A. Werner en 1893. La complejidad de este tema radica en la diversidad y multiplicidad de los más diversos compuestos químicos incluidos en la definición de complejo.
En términos generales, los compuestos complejos son aquellos que contienen un número de partículas complejas. Hasta ahora, la ciencia no tiene una definición estricta del concepto de "partícula compleja". A menudo se utiliza la siguiente definición: una partícula compleja se entiende como una partícula compleja que es capaz de existir independientemente tanto en un cristal como en una solución. Se compone de otras partículas simples, que a su vez tienen la capacidad de existir de forma independiente. Además, las partículas químicas complejas a menudo se incluyen en la definición de partículas complejas, en las que todos los enlaces o parte de ellos se forman de acuerdo con el principio donante-receptor.
Una característica común que tienen todos los compuestos complejos es la presencia en su estructura de un átomo central, que ha recibido el nombre de "agente complejante". Dada la diversidad que poseen estos compuestos, no es necesario hablar de características comunes de este elemento. A menudo, el agente complejante es un átomo que forma un metal. Pero esto no es un signo estricto: se conocen compuestos complejos en los que el átomo central es un átomo de oxígeno, azufre, nitrógeno, yodo y otros elementos que son no metales brillantes. Hablando de la carga del agente complejante, podemos decir que en su mayoría es positiva, y en la literatura científica se le llamó centro metálico, pero se conocen ejemplos en los que el átomo central tenía carga negativa, e incluso cero.
En consecuencia, los grupos aislados de átomos o átomos individuales que se encuentran alrededor del agente complejante se denominan ligandos. Estas también pueden ser partículas que antes de entrar en la composición del compuesto complejo fueron moléculas, por ejemplo, agua (H2O), (CO), nitrógeno (NH3) y muchas otras, también pueden ser aniones OH–, PO43–, Cl–, o el catión hidrógeno H+.
Un intento de clasificar los compuestos complejos según el tipo de carga del complejo divide estos compuestos químicos en complejos catiónicos, que se forman alrededor de un ion cargado positivamente de moléculas neutras. También existen complejos aniónicos en los que el agente complejante es un átomo con un anión positivo Los aniones simples y complejos son ligandos. Los complejos neutros se pueden distinguir como un grupo separado. Su formación se produce por coordinación alrededor del átomo neutro de las moléculas. Además, esta categoría de sustancias complejas incluye compuestos formados por coordinación simultánea alrededor de un ion y moléculas cargados positivamente, e iones cargados negativamente.
Si tenemos en cuenta el número de lugares ocupados por los ligandos en la llamada esfera de coordinación, se determinan los ligandos monodentados, bidentados y polidentados.
Preparación de compuestos complejos diferentes caminos permite la clasificación según la naturaleza del ligando. Entre ellos, se distinguen los amoniacos, en los que los ligandos están representados por moléculas de amoníaco, complejos acuáticos, donde los ligandos son agua, carbonilos: el monóxido de carbono desempeña el papel de un ligando. Además, existen complejos ácidos en los que el átomo central está rodeado de residuos ácidos. Si está rodeado de iones de hidróxido, los compuestos se clasifican como complejos hidroxo.
Los compuestos complejos juegan un papel importante en la naturaleza. Sin ellos, la vida de los organismos vivos es imposible. Además, el uso de compuestos complejos en la actividad humana hace posible llevar a cabo operaciones tecnológicas complejas.
Química analítica, extracción de metales de minerales, electroformado, producción de barnices y pinturas: esta es solo una breve lista de industrias en las que se han utilizado productos químicos complejos.
Formado a partir de otras partículas más simples, también capaces de existencia independiente. A veces, las partículas complejas se denominan partículas químicas complejas, todos o parte de los enlaces en los que se forman a lo largo.
agente complejante es el átomo central de una partícula compleja. Normalmente, el agente complejante es un átomo de un elemento formador de metales, pero también puede ser un átomo de oxígeno, nitrógeno, azufre, yodo y otros elementos no formadores de metales. El agente complejante suele estar cargado positivamente y en este caso se hace referencia en la literatura científica moderna centro metalico; la carga del agente complejante también puede ser negativa o igual a cero.
Denticidad del ligando está determinado por el número de sitios de coordinación ocupados por el ligando en la esfera de coordinación del agente complejante. Hay ligandos monodentados (no identificados) conectados al átomo central a través de uno de sus átomos, es decir, un enlace covalente), bidentados (conectados al átomo central a través de dos de sus átomos, es decir, dos enlaces), tri-, tetradentado , etc .
Poliedro de coordinación- un poliedro molecular imaginario, en el centro del cual hay un átomo complejante, y en los vértices - partículas de ligandos directamente asociadas con el átomo central.
tetracarbonilníquel
- diclorodiaminoplatino(II)
Según el número de lugares ocupados por ligandos en la esfera de coordinación
1) Ligandos monodentados. Dichos ligandos son neutros (moléculas H 2 O, NH 3, CO, NO, etc.) y cargados (iones CN - , F - , Cl - , OH - , SCN - , S 2 O 3 2 - y otros).
2) Ligandos bidentados. Los ejemplos son ligandos: ion ácido aminoacético H 2 N - CH 2 - COO - , ion oxalato - O - CO - CO - O - , ion carbonato CO 3 2 - , ion sulfato SO 4 2 - .
3) ligandos polidentados. Por ejemplo, las complexonas son ligandos orgánicos que contienen en su composición varios grupos -C≡N o -COOH (ácido etilendiaminotetraacético - EDTA). Los complejos cíclicos formados por algunos ligandos polidentados se denominan complejos quelatos (hemoglobina, etc.).
Por la naturaleza del ligando
1) Amoníaco- complejos en los que las moléculas de amoníaco sirven como ligandos, por ejemplo: SO 4, Cl 3, Cl 4, etc.
2) Aquacomplejos- en los que el agua actúa como ligando: Cl 2, Cl 3, etc.
3) carbonilos- compuestos complejos en los que los ligandos son moléculas de monóxido de carbono (II): , .
4) complejos acido- complejos en los que los ligandos son residuos ácidos. Estos incluyen sales complejas: K 2 , ácidos complejos: H 2 , H 2 .
5) hidroxocomplejos- compuestos complejos en los que los iones de hidróxido actúan como ligandos: Na 2, Na 2, etc.
Nomenclatura
1) En el nombre del compuesto complejo, primero se indica la parte cargada negativamente: anión, luego la parte positiva: catión.
2) El nombre de la parte compleja comienza con una indicación de la composición de la esfera interior. En la esfera interna, en primer lugar, los ligandos se denominan aniones, agregando la terminación "o" a su nombre en latín. Por ejemplo: Cl - - cloro, CN - - ciano, SCN - - tiocianato, NO 3 - - nitrato, SO 3 2 - - sulfito, OH - - hidroxo, etc. En este caso, se utilizan los términos: para amoníaco coordinado - amina, para agua - aqua, para monóxido de carbono (II) - carbonilo.
(NH 4) 2 - dihidroxotetracloroplatinato de amonio (IV)
[Cr(H 2 O) 3 F 3] - trifluorotriacuacromo
[Сo (NH 3) 3 Cl (NO 2) 2] - dinitriteclorotriaminocobalto
Cl 2 - cloruro de diclorotetraaminoplatino (IV)
NO 3 - nitrato de tetraacualicio
Historia
El fundador de la teoría de la coordinación de compuestos complejos es el químico suizo Alfred Werner (1866-1919). La teoría de la coordinación de Werner de 1893 fue el primer intento de explicar la estructura de los compuestos complejos. Esta teoría fue propuesta antes del descubrimiento del electrón por Thomson en 1896, y antes del desarrollo de la teoría electrónica de valencia. Werner no tenía ningún método de investigación instrumental a su disposición, y toda su investigación se realizó mediante la interpretación de reacciones químicas simples.
Las ideas sobre la posibilidad de la existencia de "valencias adicionales", que surgieron en el estudio de las aminas cuaternarias, Werner las aplica también a los "compuestos complejos". En "Sobre la teoría de la afinidad y la valencia", publicado en 1891, Werner define la afinidad como "una fuerza que emana del centro del átomo y se propaga uniformemente en todas las direcciones, cuya expresión geométrica no es, por tanto, un cierto número de direcciones principales , pero superficie esférica. Dos años más tarde, en el artículo "Sobre la estructura de los compuestos inorgánicos", Werner presentó una teoría de la coordinación, según la cual los átomos formadores de complejos forman el núcleo central en los compuestos moleculares inorgánicos. Alrededor de estos átomos centrales están dispuestos en forma de poliedro geométrico simple un cierto número de otros átomos o moléculas. Al número de átomos agrupados alrededor del núcleo central, Werner lo llamó número de coordinación. Él creía que con un enlace de coordinación hay un par común de electrones, que una molécula o átomo le da a otra. Dado que Werner sugirió la existencia de compuestos que nadie había observado o sintetizado nunca, muchos químicos famosos desconfiaron de su teoría, quienes creían que complicaba innecesariamente la comprensión de la estructura química y los enlaces. Por lo tanto, durante las próximas dos décadas, Werner y sus colaboradores crearon nuevos compuestos de coordinación, cuya existencia fue predicha por su teoría. Entre los compuestos que crearon había moléculas que exhibían actividad óptica, es decir, la capacidad de desviar la luz polarizada, pero que no contenían átomos de carbono, que se pensaba que eran necesarios para la actividad óptica de las moléculas.
En 1911, la síntesis de Werner de más de 40 moléculas ópticamente activas que no contenían átomos de carbono convenció a la comunidad química de la validez de su teoría.
En 1913, Werner fue galardonado con el Premio Nobel de Química "en reconocimiento a su trabajo sobre la naturaleza de los enlaces de los átomos en las moléculas, lo que permitió revisar los resultados de estudios anteriores y abrió nuevas oportunidades para la investigación". trabajo, especialmente en el campo de la química inorgánica". Según Theodor Nordström, quien lo representó en nombre de la Real Academia Sueca de Ciencias, el trabajo de Werner "impulsó el desarrollo de la química inorgánica", estimulando un resurgimiento del interés en este campo después de haber sido descuidado durante algún tiempo.
Estructura y estereoquímica
La estructura de los compuestos complejos se considera sobre la base de la teoría de la coordinación propuesta en 1893 por el químico suizo Alfred Werner, premio Nobel. Su actividad científica se desarrolló en la Universidad de Zúrich. El científico sintetizó muchos compuestos complejos nuevos, sistematizó compuestos complejos previamente conocidos y recién obtenidos y desarrolló métodos experimentales para probar su estructura.
De acuerdo con esta teoría, en compuestos complejos, se distinguen un agente complejante, esferas externas e internas. agente complejante normalmente es un catión o un átomo neutro. esfera interior constituye un cierto número de iones o moléculas neutras que están fuertemente asociadas con el agente complejante. Se les llama ligandos. El número de ligandos determina el número de coordinación (CN) del agente complejante. La esfera interior puede tener carga positiva, negativa o cero.
El resto de los iones que no se encuentran en la esfera interior se encuentran a mayor distancia del ion central, formando esfera de coordinación externa.
Si la carga de los ligandos compensa la carga del agente complejante, dichos compuestos complejos se denominan complejos neutros o no electrolíticos: consisten solo en el agente complejante y los ligandos de la esfera interna. Tal complejo neutro es, por ejemplo, .
La naturaleza del enlace entre el ion central (átomo) y los ligandos puede ser doble. Por un lado, la conexión se debe a las fuerzas de atracción electrostática. Por otro lado, se puede formar un enlace entre el átomo central y los ligandos por el mecanismo donador-aceptor, por analogía con el ion amonio. En muchos compuestos complejos, el enlace entre el ion central (átomo) y los ligandos se debe tanto a las fuerzas de atracción electrostática como al enlace formado debido a los pares de electrones no compartidos del agente complejante y los orbitales libres de los ligandos.
Los compuestos complejos con una esfera exterior son electrolitos fuertes y en soluciones acuosas se disocian casi por completo en un ion complejo e iones de la esfera exterior.
En las reacciones de intercambio, los iones complejos pasan de un compuesto a otro sin cambiar su composición.
Los agentes complejantes más típicos son los cationes de los elementos d. Los ligandos pueden ser:
a) moléculas polares - NH 3, H 2 O, CO, NO;
b) iones simples -F-, Cl-, Br-, I-, H+;
c) iones complejos - CN - , SCN - , NO 2 - , OH - .
Para describir la relación entre la estructura espacial de compuestos complejos y sus propiedades fisicoquímicas, se utilizan representaciones de estereoquímica. El enfoque estereoquímico es una técnica conveniente para representar las propiedades de una sustancia en términos de la influencia de uno u otro fragmento de la estructura de una sustancia sobre la propiedad.
Los objetos de la estereoquímica son compuestos complejos, sustancias orgánicas, compuestos sintéticos y naturales de alto peso molecular. A. Werner, uno de los fundadores de la química de coordinación, hizo grandes esfuerzos para desarrollar la estereoquímica inorgánica. La estereoquímica es central en esta teoría, que sigue siendo un hito en la química de coordinación.
Isomería de compuestos de coordinación.
Hay dos tipos de isómeros:
1) compuestos en los que la composición de la esfera interna y la estructura de los ligandos coordinados son idénticas (posición de coordinación geométrica, óptica, conformacional);
2) compuestos para los que son posibles diferencias en la composición de la esfera interna y la estructura de los ligandos (ionización, hidrato, coordinación, ligando).
Isomería espacial (geométrica)
2. Primero se llenan los orbitales con menor energía.
Dadas estas reglas, cuando el número de electrones d en el agente complejante es de 1 a 3 u 8, 9, 10, se pueden organizar en orbitales d de una sola manera (de acuerdo con la regla de Hund). Con el número de electrones de 4 a 7 en un complejo octaédrico, es posible ocupar orbitales que ya están llenos con un electrón o llenar orbitales dγ libres de mayor energía. En el primer caso, se requiere energía para vencer la repulsión entre electrones ubicados en el mismo orbital, en el segundo caso, para pasar a un orbital de mayor energía. La distribución de electrones en los orbitales depende de la relación entre las energías de división (Δ) y apareamiento de electrones (P). A valores bajos de Δ ("campo débil"), el valor de Δ puede ser< Р, тогда электроны займут разные орбитали, а спины их будут параллельны. При этом образуются внешнеорбитальные (высокоспиновые) комплексы, характеризующиеся определённым магнитным моментом µ. Если энергия межэлектронного отталкивания меньше, чем Δ («сильное поле»), то есть Δ >P, el apareamiento de electrones se produce en los orbitales dε y la formación de complejos intraorbitales (de espín bajo), cuyo momento magnético µ = 0.
Solicitud
Los compuestos complejos son importantes para los organismos vivos, por lo que la hemoglobina de la sangre forma un complejo con el oxígeno para entregarlo a las células, la clorofila que se encuentra en las plantas es un complejo.
Los compuestos complejos son ampliamente utilizados en diversas industrias. Los métodos químicos para extraer metales de minerales están asociados con la formación de CS. Por ejemplo, para separar el oro de la roca, el mineral se trata con una solución de cianuro de sodio en presencia de oxígeno. El método de extracción de oro de minerales utilizando soluciones de cianuro fue propuesto en 1843 por el ingeniero ruso P. Bagration. Para obtener hierro puro, níquel, cobalto, se utiliza la descomposición térmica de carbonilos metálicos. Estos compuestos son líquidos volátiles, que se descomponen fácilmente con la liberación de los metales correspondientes.
Los compuestos complejos se han utilizado ampliamente en química analítica como indicadores.
Muchos CS tienen actividad catalítica, por lo que son ampliamente utilizados en síntesis orgánica e inorgánica. Así, con el uso de compuestos complejos, se asocia la posibilidad de obtener una variedad de productos químicos: barnices, pinturas, metales, materiales fotográficos, catalizadores, medios confiables para procesar y conservar alimentos, etc.
Los compuestos complejos de cianuros son importantes en el electroformado, ya que a veces es imposible obtener un recubrimiento tan fuerte a partir de la sal común como cuando se usan complejos.
Enlaces
Literatura
- Ajmetov N. S. Química general e inorgánica. - M.: Escuela de posgrado, 2003. - 743 págs.
- Glinka N. L. Química General. - M.: Escuela Superior, 2003. - 743 p.
- Kiselev Yu. M. Química de los compuestos de coordinación. - M.: Integral-Prensa, 2008. - 728 p.
compuestos complejos
Lección-conferencia Grado 11
La lección presentada para la competencia "Voy a la lección", la paso en la clase 11 de biología y química, donde se asignan 4 horas a la semana para estudiar química.
Tomé el tema “Compuestos complejos”, en primer lugar, porque este grupo de sustancias tiene exclusivamente gran importancia en naturaleza; segundo, muchos USAR asignaciones incluir el concepto de compuestos complejos; en tercer lugar, los estudiantes de esta clase eligen profesiones relacionadas con la química y se encontrarán con un grupo de compuestos complejos en el futuro.
Objetivo. Formar el concepto de la composición, clasificación, estructura y nomenclatura básica de los compuestos complejos; considerar sus propiedades químicas y mostrar el significado; Ampliar la comprensión de los estudiantes sobre la diversidad de sustancias.
Equipo. Muestras de compuestos complejos.
Plan de estudios
II. Aprendiendo material nuevo (conferencia).
tercero Resumir y establecer la tarea.
plan de clase
1. Variedad de sustancias.
2. Teoría de la coordinación de A. Werner.
3. Estructura de los compuestos complejos.
4. Clasificación de compuestos complejos.
5. La naturaleza del enlace químico en compuestos complejos.
6. Nomenclatura de compuestos complejos.
7. Propiedades químicas compuestos complejos.
8. El valor de los compuestos complejos.
DURANTE LAS CLASES
I. Momento organizacional
II. Aprendiendo nuevo material
Variedad de sustancias
El mundo de las sustancias es diverso, y ya conocemos el grupo de sustancias que pertenecen a compuestos complejos. Estas sustancias han sido estudiadas desde el siglo XIX, pero era difícil comprender su estructura desde el punto de vista de las ideas existentes sobre la valencia.
A. Teoría de la coordinación de Werner
En 1893, el químico inorgánico suizo Alfred Werner (1866-1919) formuló una teoría que permitió comprender la estructura y algunas propiedades de los compuestos complejos y la denominó teoría de la coordinación*. Por lo tanto, los compuestos complejos a menudo se denominan compuestos de coordinación.
Los compuestos, que incluyen iones complejos que existen tanto en un cristal como en solución, se denominan complejos o de coordinación.
La estructura de los compuestos complejos.
Según la teoría de Werner, la posición central en los compuestos complejos suele estar ocupada por un ión metálico, al que se denomina ión central o agente complejante.
agente complejante - una partícula (átomo, ion o molécula) que coordina (situa) alrededor de sí misma otros iones o moléculas.
El agente complejante suele tener una carga positiva, es D-elemento, exhibe propiedades anfóteras, tiene un número de coordinación de 4 o 6. Moléculas o residuos ácidos - ligandos (añadidos) se ubican (coordinan) alrededor del agente complejante.
ligandos - partículas (moléculas e iones) coordinadas por el agente complejante y que tienen enlaces químicos directos con él (por ejemplo, iones: Cl-, I-, NO3-, OH-; moléculas neutras: NH3, H2O, CO ).
Los ligandos no están unidos entre sí, ya que entre ellos actúan fuerzas repulsivas. Cuando las moléculas son ligandos, es posible la interacción molecular entre ellas. La coordinación de ligandos alrededor del agente complejante es característica compuestos complejos (Fig. 1).
Número de coordinación - es el número de enlaces químicos que forma el agente complejante con los ligandos.
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Arroz. 2. Estructura tetraédrica del ion - |
El valor del número de coordinación del agente complejante depende de su naturaleza, grado de oxidación, naturaleza de los ligandos y condiciones (temperatura, concentración) bajo las cuales transcurre la reacción de complejación. El número de coordinación puede tener valores de 2 a 12. Los más comunes son los números de coordinación 4 y 6. Para el número de coordinación 4, la estructura de las partículas complejas puede ser tetraédrica (Fig. 2) y en forma de plano cuadrado (Fig. 3). Los compuestos complejos con un número de coordinación de 6 tienen una estructura octaédrica de 3– (Fig. 4).
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Arroz. 4. Ion 3 - estructura octaédrica |
El agente complejante y sus ligandos circundantes constituyen el interior del complejo. Una partícula que consta de un agente complejante y ligandos circundantes se denomina ion complejo. Cuando se representan compuestos complejos, la esfera interna (ion complejo) está limitada por corchetes. Los componentes restantes del compuesto complejo se encuentran en esfera externa(Figura 5).
La carga total de los iones de la esfera exterior debe ser igual en valor y de signo opuesto a la carga del ion complejo:
Clasificación de compuestos complejos
Una gran variedad de compuestos complejos y sus propiedades no permite crear una clasificación unificada. Sin embargo, las sustancias se pueden agrupar según algunas características individuales.
1) Por composición.
2) Según el tipo de ligandos coordinados.
a) Aquacomplejos- estos son cationes complejos en los que las moléculas de H 2 O son ligandos. Están formados por cationes metálicos con un estado de oxidación de +2 o más, y la capacidad de formar complejos acuáticos en metales de un grupo del sistema periódico disminuye de arriba a abajo fondo.
Ejemplos de complejos acuáticos:
Cl3, (NO3)3.
B) hidroxocomplejos son aniones complejos en los que los ligandos son iones hidróxido OH-. Los agentes complejantes son metales propensos a la manifestación de propiedades anfóteras: Be, Zn, Al, Cr.
Por ejemplo: Na, Ba.
v) Amoníaco son cationes complejos en los que las moléculas de NH 3 son ligandos. Los agentes complejantes son D-elementos.
Por ejemplo: SO 4 , Cl.
GRAMO) complejos acido son aniones complejos en los que los ligandos son aniones de ácidos orgánicos e inorgánicos.
Por ejemplo: K 3 , Na 2 , K 4 .
3) Por la carga de la esfera interior.
La naturaleza del enlace químico en compuestos complejos.
En la esfera interna, existen enlaces covalentes entre el agente complejante y los ligandos, que también se forman por el mecanismo donador-aceptor. Para la formación de dichos enlaces es necesaria la presencia de orbitales libres en algunas partículas (disponibles en el agente complejante) y pares de electrones no compartidos en otras partículas (ligandos). El papel de donante (suministrador de electrones) lo desempeña el ligando, y el aceptor que acepta electrones es el agente complejante. El enlace donante-aceptor surge como resultado de la superposición de los orbitales de valencia libres del agente complejante con los orbitales donantes llenos.
Hay un enlace iónico entre las esferas exterior e interior. Tomemos un ejemplo.
La estructura electrónica del átomo de berilio:
La estructura electrónica del átomo de berilio en estado excitado:
La estructura electrónica del átomo de berilio en el ion complejo 2:
Las flechas punteadas muestran electrones de flúor; dos de los cuatro enlaces están formados por el mecanismo donante-aceptor. En este caso, el átomo de Be es un aceptor y los iones de flúor son donantes, sus pares de electrones libres llenan orbitales hibridados ( sp 3 - hibridación).
Nomenclatura de compuestos complejos
La más extendida es la nomenclatura recomendada por la IUPAC. Nombre anión complejo comienza con la designación de la composición de la esfera interna: el número de ligandos se indica con números griegos: 2-di, 3-tres, 4-tetra, 5-penta, 6-hexa, etc., seguido de los nombres de los ligandos, a los que se añade la vocal conectora “o” »: Cl - - cloro-, CN - - ciano-, OH - - hidroxo-, etc. Si el agente complejante tiene un estado de oxidación variable, entonces su estado de oxidación se indica entre paréntesis en números romanos, y su nombre con el sufijo -at: Zn - zinc en, Fe-ferr en(III), Au - aur en(III). El apellido es el catión de la esfera exterior en caso genitivo.
K 3 - hexacianoferrato de potasio (III),
K 4 - hexacianoferrato de potasio (II),
K 2 - tetrahidroxozincato de potasio.
Nombres de compuestos que contienen catión complejo, se construyen a partir de los nombres de los aniones del entorno externo, después de lo cual se indica el número de ligandos, se da el nombre latino del ligando (molécula de amoníaco NH 3 - amina, molécula de agua H 2 O - aqua del nombre latino de agua) y el nombre ruso del elemento complejante; el número romano entre paréntesis indica el grado de oxidación del elemento complejante, si es variable. Por ejemplo:
SO 4 - sulfato de tetraamina cobre (II),
Cl 3 - cloruro de aluminio hexaaqua.
Propiedades químicas de compuestos complejos.
1. En solución, los compuestos complejos se comportan como electrolitos fuertes; se disocia completamente en cationes y aniones:
Cl 2 \u003d Pt (NH 3) 4] 2+ + 2Cl -,
K 2 \u003d 2K + + 2–.
La disociación de este tipo se llama primaria.
La disociación secundaria está asociada con la eliminación de ligandos de la esfera interna del ion complejo:
2– PtCl 3 – + Cl – .
La disociación secundaria ocurre en pasos: los iones complejos (2–) son electrolitos débiles.
2. Bajo la acción de ácidos fuertes, los complejos hidroxo se destruyen, por ejemplo:
a) con falta de ácido
Na 3 + 3HCl \u003d 3NaCl + Al (OH) 3 + 3H 2 O;
b) con un exceso de ácido
Na 3 + 6HCl \u003d 3NaCl + AlCl 3 + 6H 2 O.
3. El calentamiento (termólisis) de todos los amoníacos conduce a su descomposición, por ejemplo:
SO4CuSO4 + 4NH3.
El valor de los compuestos complejos.
Los compuestos de coordinación son extremadamente importantes en la naturaleza. Baste decir que casi todas las enzimas, muchas hormonas, medicamentos, sustancias biológicamente activas son compuestos complejos. Por ejemplo, la hemoglobina de la sangre, debido a que el oxígeno se transfiere de los pulmones a las células de los tejidos, es un compuesto complejo que contiene hierro (Fig. 6), y la clorofila, responsable de la fotosíntesis en las plantas, es un compuesto complejo de magnesio (Fig. 7) .
Una parte importante de los minerales naturales, incluidos los minerales polimetálicos y los silicatos, también se compone de compuestos de coordinación. Además, los métodos químicos para extraer metales de minerales, en particular cobre, tungsteno, plata, aluminio, platino, hierro, oro y otros, también están asociados con la formación de complejos fácilmente solubles, de bajo punto de fusión o volátiles. Por ejemplo: Na 3 - criolita, KNa 3 4 - nefelina (minerales, compuestos complejos que contienen aluminio).
La industria química moderna utiliza ampliamente compuestos de coordinación como catalizadores en la síntesis de compuestos macromoleculares, en el procesamiento químico del petróleo y en la producción de ácidos.
tercero Resumen y puesta en escena tarea
Tarea.
1) Prepárese para una conferencia para una lección práctica sobre el tema: "Compuestos complejos".
2) Dar una descripción escrita de los siguientes compuestos complejos por estructura y clasificar según sus características:
K 3, (NO 3) 3, Na 2, OH.
3) Escribe las ecuaciones de reacción con las que puedes realizar transformaciones:
* Por el descubrimiento de este nuevo campo de la ciencia, A. Werner recibió el Premio Nobel en 1913.
Los compuestos se llaman complejos, en los nodos de los cristales de los cuales hay complejos (iones complejos) capaces de existencia independiente.
El valor de los compuestos complejos para varios campos de la tecnología es muy alto. La capacidad de las sustancias para formar compuestos complejos se utiliza para desarrollar metodos efectivos producción de metales químicamente puros a partir de minerales, metales raros, materiales semiconductores ultrapuros, catalizadores, tintes, medicamentos, tratamiento de aguas naturales y residuales, disolución de incrustaciones en generadores de vapor, etc.
Los primeros compuestos complejos se sintetizaron a mediados del siglo XIX. El fundador de la teoría de los compuestos complejos fue el científico suizo Werner, quien desarrolló en 1893 teoría de la coordinación . Los científicos rusos L.A. hicieron una gran contribución a la química de compuestos complejos. Chugaev, I. I. Chernyaev y sus alumnos.
Estructura de compuestos complejos:
1. En cada compuesto complejo, esferas interior y exterior. La esfera interior se llama el complejo. Al escribir fórmulas químicas de compuestos complejos, la esfera interior se encierra entre corchetes. Por ejemplo, en compuestos complejos a) K 2 [BeF 4], b) Cl 2, la esfera interior está formada por grupos de átomos - complejos a) [BeF 4] 2- y b) 2+, y la esfera exterior está formado, respectivamente, por los iones a) 2K + yb) 2Cl - .
2. En la molécula de cualquier compuesto complejo, uno de los iones, generalmente cargado positivamente, o un átomo del medio interno ocupa un lugar central y se llama agente complejante. En la fórmula de un complejo (esfera interior), el agente complejante se indica primero. En los ejemplos dados, estos son iones a) Be 2+ yb) Zn 2+.
Los agentes complejantes son átomos. o más a menudo iones metálicos relacionados con elementos p-, d-, f- y que tienen un número suficiente de orbitales libres (Cu 2+, Pt 2+, Pt 4+, Ag +, Zn 2+, Al 3+, etc. ).
3. Alrededor del agente complejante se encuentra (o, como se suele decir, coordinado) un cierto número de iones de carga opuesta o moléculas eléctricamente neutras, llamados ligandos(o sumandos). En este caso, estos son a) iones F - yb) moléculas de NH 3 .
Aniones F - , OH - , CN - , CNS - , NO 2 - , CO 3 2- , C 2 O 4 2- , etc., moléculas neutras H 2 O, NH 3 , CO, NO y etc.
El número de sitios de coordinación ocupados por ligandos alrededor del agente complejante (en los casos más simples, el número de ligandos que rodean al agente complejante) se denomina número de coordinación (c.h.) del agente complejante. Los números de coordinación de varios agentes complejantes oscilan entre 2 y 12.
A continuación se comparan los números de coordinación más característicos en soluciones y la carga del ion central (agente complejante):
Nota: los números de coordinación más comunes están subrayados cuando son posibles dos. varios tipos coordinación.
En los ejemplos considerados, los números de coordinación de los agentes complejantes son: a) k.ch. (Ser 2+) = 4, b) c.h. (Zn2+) = 4.
B. Luego llaman a los números y nombres de ligandos neutrales:
B. El apellido es el formador de complejos en caso genitivo, indicando el grado de su oxidación (entre paréntesis en números romanos después del nombre del formador de complejos).
Por ejemplo, Cl es cloruro de clorotriaminoplatino (II).
Si el metal forma un ion con un estado de oxidación, es posible que no se incluya en el nombre del complejo. Por ejemplo, Cl 2 es dicloruro de tetraaminzinc.
2. Nombre del anión complejo formado de manera similar, con la adición del sufijo "at" a la raíz del nombre latino del agente complejante (por ejemplo, ferrato, niquelato, cromato, cobaltato, cuprato, etc.). por ejemplo:
K 2 - hexacloroplatinato de potasio (IV);
Ba 2 - cromato de tetrarodanodiamina de bario (III);
K 3 - hexacianoferrato (III) de potasio;
K 2 - tetrafluoroberilato de potasio.
3. Nombres de partículas complejas neutras se forman de la misma manera que los cationes, pero el agente complejante se llama en el caso nominativo, y no se indica el grado de su oxidación, porque está determinada por la electroneutralidad del complejo. Por ejemplo:
diclorodiaminoplatino;
tetracarbonil níquel.
Clasificación de compuestos complejos. Los compuestos complejos son muy diversos en estructura y propiedades. Sus sistemas de clasificación se basan en varios principios:
1. Según la naturaleza de la carga eléctrica se distinguen complejos catiónicos, aniónicos y neutros.
Un complejo con carga positiva se llama catiónico, por ejemplo 2+, con carga negativa - aniónico, por ejemplo 2-, con carga cero - neutro, por ejemplo.
2. Los tipos de ligandos son:
a) ácidos, por ejemplo:
H es tetracloroaurato de hidrógeno (III);
H2 - hexacloroplatinato (IV) hidrógeno;
b) motivos, por ejemplo:
(OH) 2 - hidróxido de tetraamina cobre (II);
OH - hidróxido de diaminoplata;
c) sal, por ejemplo:
K 3 - hexahidroxoaluminato de potasio;
Cl 3 - cloruro de hexaacuacromo (III);
d) no electrolitos, por ejemplo, diclorodiaminoplatino.
Formación de enlaces químicos en compuestos complejos. Para explicar la formación y las propiedades de los compuestos complejos, actualmente se utilizan varias teorías:
1) método de enlaces de valencia (MVS);
2) la teoría del campo cristalino;
3) el método de los orbitales moleculares.
Según el MVS durante la formación de complejos entre el agente complejante y los ligandos, surge un enlace covalente a lo largo mecanismo donante-aceptor . Los agentes complejantes tienen orbitales vacíos; desempeñar el papel de aceptores. Como regla, varios orbitales vacantes del agente complejante están involucrados en la formación de enlaces, por lo tanto, se produce su hibridación. Los ligandos tienen pares de electrones solitarios y desempeñan el papel de donantes en el mecanismo donante-aceptor de formación de enlaces covalentes.
Por ejemplo, considere la formación del complejo 2+. Fórmulas electrónicas de electrones de valencia:
átomo de Zn - 3d 10 4s 2 ;
Agente complejante de iones de zinc
Zn 2+ - 3d 10 4s 0
Como puede verse, el ion zinc en el nivel electrónico exterior tiene cuatro orbitales atómicos vacantes de energía cercana (uno 4s y tres 4p), que sufrirán una hibridación sp 3; el ion Zn 2+, como complejante, tiene c.h.=4.
Cuando un ion de zinc interactúa con moléculas de amoníaco, cuyos átomos de nitrógeno tienen pares de electrones solitarios (: NH 3), se forma un complejo:
La estructura espacial del complejo está determinada por el tipo de hibridación de los orbitales atómicos del agente complejante (en este caso, un tetraedro). El número de coordinación depende del número de orbitales vacantes del agente complejante.
En la formación de enlaces donante-aceptor en complejos, no solo se pueden usar los orbitales s y p, sino también los orbitales d. En estos casos, la hibridación ocurre con la participación de orbitales d. La siguiente tabla muestra algunos tipos de hibridación y sus correspondientes estructuras espaciales:
Así, el MVS permite predecir la composición y estructura del complejo. Sin embargo, este método no puede explicar propiedades de los complejos como la fuerza, el color y las propiedades magnéticas. Las propiedades anteriores de los compuestos complejos se describen mediante la teoría del campo cristalino.
Disociación de compuestos complejos en soluciones. Las esferas interior y exterior de un compuesto complejo difieren mucho en cuanto a la estabilidad.
Las partículas ubicadas en la esfera exterior están asociadas con el ion complejo principalmente por fuerzas electrostáticas (enlace iónico) y se separan fácilmente en una solución acuosa, como iones de electrolitos fuertes.
La disociación (descomposición) de un compuesto complejo en iones de la esfera exterior y un ion complejo (complejo) se llama primario. Procede casi por completo, hasta el final, según el tipo de disociación de electrolitos fuertes.
Por ejemplo, el proceso de disociación primaria durante la disolución del tetrafluoroberilato de potasio se puede escribir de acuerdo con el esquema:
K 2 [BeF 4] = 2K + + [BeF 4] 2-.
ligandos, ubicados en la esfera interna del compuesto complejo, están asociados con el agente complejante por fuertes enlaces covalentes formados de acuerdo con el mecanismo donante-aceptor, y la disociación de iones complejos en solución ocurre, por regla general, en pequeña medida por la tipo de disociación de electrolitos débiles, es decir reversible hasta que se establece el equilibrio. El decaimiento reversible de la esfera interna de un compuesto complejo se llama disociación secundaria. Por ejemplo, el ion tetrafluoroberilato solo se disocia parcialmente, lo que se expresa mediante la ecuación
[BeF 4 ] 2- D Be 2+ + 4F - (ecuación de disociación secundaria).
La disociación de un complejo como proceso reversible se caracteriza por una constante de equilibrio llamada la constante de inestabilidad del complejo K n.
Para el ejemplo en cuestión:
K n - valor tabular (referencia). Las constantes de inestabilidad, cuyas expresiones incluyen las concentraciones de iones y moléculas, se denominan constantes de concentración. Más estrictos e independientes de la composición y la fuerza iónica de la solución son K n, que contienen en lugar de la concentración de la actividad de iones y moléculas.
Los valores de Kn de varios complejos varían ampliamente y pueden servir como medida de su estabilidad. Cuanto más estable es el ion complejo, menor es su constante de inestabilidad.
Así, entre compuestos similares con diferentes valores de constantes de inestabilidad
el complejo más estable es , y el menos estable es .
Como toda constante de equilibrio, inestabilidad constante depende solo de la naturaleza del ion complejo, agente complejante y ligandos, solvente, así como de la temperatura y no depende de la concentración (actividad) de las sustancias en solución.
Cuanto mayores sean las cargas del agente complejante y los ligandos y menor sea su radio, mayor será la estabilidad de los complejos. . La fuerza de los iones complejos formados por los metales de los subgrupos secundarios es mayor que la fuerza de los iones formados por los metales de los subgrupos principales.
El proceso de descomposición de iones complejos en solución se desarrolla en muchas etapas, con eliminación sucesiva de ligandos. Por ejemplo, la disociación del ion cobre (II) 2+ amoníaco ocurre en cuatro pasos, correspondientes a la separación de una, dos, tres y cuatro moléculas de amoníaco:
Para una evaluación comparativa de la fuerza de varios iones complejos, no usan la constante de disociación de los pasos individuales, sino la constante de inestabilidad general de todo el complejo, que se determina multiplicando las correspondientes constantes de disociación por pasos. Por ejemplo, la constante de inestabilidad del ion 2+ será igual a:
K H \u003d K D1 K D2 K D3 K D4 \u003d 2.1 10 -13.
Para caracterizar la fuerza (estabilidad) de los complejos también se utiliza el recíproco de la constante de inestabilidad, se le llama constante de estabilidad (Kst) o constante de formación de complejos:
El equilibrio de disociación de un ion complejo puede cambiarse por un exceso de ligandos en la dirección de su formación, y una disminución en la concentración de uno de los productos de disociación, por el contrario, puede conducir a la destrucción completa del complejo.
Con la ayuda de la calidad reacciones químicas por lo general, solo se encuentran iones de esfera exterior o iones complejos. Aunque todo depende del producto de solubilidad (SP) de la sal, cuya formación procedería con la adición de soluciones adecuadas en reacciones cualitativas. Esto se puede ver en las siguientes reacciones. Si una solución de cualquier cloruro actúa sobre una solución que contiene un ion complejo +, entonces no se forma precipitado, aunque se libera un precipitado de cloruro de plata de las soluciones de sales de plata ordinarias cuando se agregan cloruros.
Obviamente, la concentración de iones de plata en la solución es demasiado baja, por lo que incluso cuando se introduce en ella un exceso de iones de cloruro, sería posible alcanzar el valor del producto de solubilidad del cloruro de plata (PR AgCl = 1,8 10 - 10). Sin embargo, después de la adición del complejo de yoduro de potasio a la solución, precipita un precipitado de yoduro de plata. Esto prueba que los iones de plata todavía están presentes en la solución. No importa cuán pequeña sea su concentración, pero resulta ser suficiente para la formación de un precipitado, porque. PR AgI \u003d 1 10 -16, es decir mucho menor que la del cloruro de plata. Del mismo modo, bajo la acción de una solución de H 2 S, se obtiene un precipitado de sulfuro de plata Ag 2 S, cuyo producto de solubilidad es 10 -51.
Las ecuaciones ion-moleculares de las reacciones en curso tienen la forma:
I - D AgI↓ + 2NH 3
2 + + H 2 S D Ag 2 S↓ + 2NH 3 + 2NH 4 + .
Los compuestos complejos con una esfera interna inestable se denominan sales dobles. Se designan de manera diferente, a saber, como compuestos de moléculas. Por ejemplo: CaCO 3 Na 2 CO 3; CuCl2·KCl; KCl·MgCl2; 2NaCl·CoCl2. sales dobles pueden considerarse como compuestos en los sitios de la red cristalina de los cuales hay aniones idénticos, pero cationes diferentes; Los enlaces químicos en estos compuestos son predominantemente de naturaleza iónica y por lo tanto en soluciones acuosas se disocian casi por completo en iones individuales. Si, por ejemplo, se disuelven en agua cloruro de potasio y cloruro de cobre (II), la disociación se produce según el tipo de electrolito fuerte:
CuCl 2 KCl \u003d Cu 2+ + 3Cl - + K +.
Todos los iones formados en una solución de doble sal pueden detectarse usando reacciones cualitativas apropiadas.
Reacciones en soluciones de compuestos complejos. El cambio de equilibrio en las reacciones de intercambio en soluciones de electrolitos con la participación de iones complejos está determinado por las mismas reglas que en soluciones de electrolitos simples (no complejos), a saber: el equilibrio se desplaza en la dirección de la unión más completa de iones (complejamiento agente, ligandos, iones de la esfera externa), a la formación de sustancias insolubles, poco solubles o electrolitos débiles.
En este sentido, en soluciones de compuestos complejos, son posibles reacciones:
1) intercambio de iones de la esfera exterior, en el que la composición del ion complejo permanece constante;
2) intercambio intraesfera.
El primer tipo de reacción. se realiza en aquellos casos en que conduce a la formación de compuestos insolubles y poco solubles. Un ejemplo es la interacción de K 4 y K 3, respectivamente, con los cationes Fe 3+ y Fe 2+, lo que da un precipitado de azul de Prusia Fe 4 3 y azul Turnbull Fe 3 2:
3 4- + 4Fe 3+ = Fe 4 3 ↓,
azul de Prusia
2 3- + 3Fe 2+ = Fe 3 2 ↓.
Turnbull azul
Reacciones del segundo tipo son posibles en aquellos casos en que esto conduce a la formación de un complejo más estable, es decir, con un valor más bajo de K n, Por ejemplo:
2S 2 O 3 2- D 3- + 2NH 3.
K n: 9.3 10 -8 1 10 -13
A valores cercanos de K n, la posibilidad de tal proceso está determinada por el exceso del ligando competidor.
Para compuestos complejos, también son posibles las reacciones redox, que tienen lugar sin cambiar la composición atómica del ion complejo, pero con un cambio en su carga, por ejemplo:
2K 3 + H 2 O 2 + 2KOH \u003d 2 K 4 + O 2 + 2H 2 O.
C 5. Los ligandos directamente asociados con el agente complejante forman junto con él interno (coordinación) esfera del complejo. Así, en el catión complejo 2+, la esfera interna está formada por el átomo del agente complejante, el cobre (II), y las moléculas de amoníaco unidas directamente a él. La esfera interior se indica entre corchetes: 3 , 2 , 2 . Dependiendo de la proporción de la carga total de los ligandos y el agente complejante, la esfera interna puede tener carga positiva, por ejemplo, 3+ , ya sea negativo, por ejemplo, 3 , o cargo cero, por ejemplo, como para 0 .
Los iones que neutralizan la carga de la esfera interna, pero que no están unidos covalentemente al agente complejante, forman la esfera exterior del compuesto complejo. Por ejemplo, en el compuesto complejo Cl 2, dos iones Cl están en la esfera exterior:
Los iones Cl de la esfera exterior se encuentran a mayor distancia del agente complejante que las moléculas de NH 3, en otras palabras, la distancia Zn - Cl es mayor que la longitud del enlace químico Zn - N. Además, el enlace químico del catión complejo 2+ y los iones de cloruro Cl - tiene un enlace iónico carácter, mientras que el amoníaco NH 3 que ingresa a la esfera interna forma enlaces covalentes con el agente complejante Zn (II) de acuerdo con el mecanismo donador-aceptor (el donante de pares de electrones no compartidos son átomos de nitrógeno en NH 3). Entonces la diferencia entre ligandos de la esfera interna y iones de la esfera externa muy significativo.
En (OH) 2 y K 2 los iones de la esfera externa son iones OH y K +, respectivamente. Está bastante claro que en los complejos neutros 0 y 0 falta la esfera exterior.
C 5. Por lo general, la esfera exterior se compone de simples monoatómico o iones poliatómicos. Sin embargo, hay casos en que el CS consiste de dos o más esferas interiores, realizando las funciones de las partes catiónica y aniónica del compuesto. Aquí cada una de las esferas internas es externa a la otra. Por ejemplo, en los compuestos y 2, formalmente, las funciones de los iones de la esfera externa se pueden realizar mediante:
cationes complejos 2+ y 2+,
aniones complejos 2 y 4
1.6. Complejos multinucleares
C 8. Si el ion complejo o complejo neutro contiene dos o más agentes complejantes, entonces este complejo se llama multinúcleo. Entre los complejos multinucleares, hay puente, grupo y complejos multinucleares tipo mixto.
Los átomos del agente complejante se pueden unir entre sí a través de ligandos puente, cuyas funciones son realizadas por los iones OH , Cl , NH 2 , O 2 2 , SO 4 2 y algunos otros. Entonces, en el compuesto complejo (NH 4) 2 puente atender ligandos de hidróxido bidentados (2 enlaces):
Cuando los átomos del agente complejante están directamente enlazados, el complejo multinuclear se denomina tipo de clúster. Así, el grupo es el anión complejo 2
en el cual enlace cuádruple Re-Re:un enlace σ, dos enlaces π y un enlace δ . Un número particularmente grande de complejos de racimo se encuentran entre los derivados D-elementos.
Complejos multinucleares tipo mixto contener como enlace agente complejante – agente complejante, y puente ligandos Un ejemplo de complejo de tipo mixto es el complejo de carbonilo de cobalto con la composición , que tiene la siguiente estructura: 
Aquí hay un enlace simple Co - Co y dos ligandos carbonilo bidentados CO, que llevan a cabo la conexión del puente de los átomos complejantes.
