Среди биологически активных веществ, содержащихся в организме, ионы металлов занимают особое место. Так, биокатионы являются наиболее чувствительными "химическими точками" организма. Эти биогенные элементы жизни находятся в организме, главным образом, в виде водных растворов их солей и комплексных (координационных) соединений.
Комплексными соединениями называются соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся сложные частицы (комплексные ионы), состоящие из центрального атома или иона и окружающих его нейтральных молекул или ионов. Комплексные ионы не разрушаются при переходе их в раствор или расплав.
Строение комплексных соединений получило объяснение в координационной теории А. Вернера (1893г). По координационной теории Вернера комплексные соединения характеризуются особым пространственным расположением частиц, составляющих их молекулы. Например: K + | CN - CN - | K +
| CN - Fe 2+ CN - | K 4
K + | CN - CN - | K +
Из приведенной координационной формулы видно, что один из ионов занимает центральное положение. Такой атом или ион называется комплексообразователем . Чаще всего комплексообразователями являются положительно заряженные ионы металлов, чаще металлы побочных подгрупп (d- и f-элементов), значительно реже - нейтральные атомы металлов (Fe, Ni) и отрицательно заряженные атомы неметаллов (N -3 , O -2 , S). Типичными комплексообразователями являются такие металлы, как Fe, Cu, Ag, Au, Hg, Co, Cr, Mn, Cd, Ni, Pt, и др. d- и f-элементы. Вблизи комплексообразователя в определенном порядке расположены полярные молекулы или ионы другого знака, иногда те и другие, их называют лигандами (аддендами), что значит "связанные". Важнейшими лигандами являются:
a) Нейтральные молекулы, имеющие дипольный характер: H 2 O, NH 3 , CO, NO, C 2 H 4 .
б) Ионы: H - , O -2 , OH - , Cl - , J - , Br - , CN - , HCO 3 - , а также биолиганды в виде макромолекул аминокислот и их производных, пептидов, белков, ферментов, гормонов, нуклеиновых кислот и их фрагментов.
Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу (обозначается квадратными скобками), а ионы, не вошедшие во внутреннюю сферы, образуют внешнюю сферу. Внутреннюю сферу часто заключают в квадратные скобки. Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов комплексообразователя и лигандов. Число лигандов, располагающихся в непосредственной близости от центрального иона, называютсякоординационным числом иона (к.ч.). Часто встречаются координационные числа 2, 4, 6. Обычно координационное число в два раза больше заряда комплексообразователя, исключением является ион Fe 2+ , для которого к.ч. равно 6, для Pt 4+ - 6.
Если лиганды связаны с комплексообразователем одной связью и занимают одно координационное место во внутренней сфере комплекса, такие лиганды называются монодентантными (OH - , Cl - , J - , Br - , CN), две - бидентантными (CO 3 2- , С 2 О 4 2-) - они занимают 2 координационных места. Некоторые лиганды присоединяются к центральному иону и большим числом координационных связей. Так, среди сложных органических соединений есть такие, которые могут выступать в роли три, тетра - и более - их называют полидентантными. Полидентантные органические лиганды, замыкаясь двумя или несколькими координационными связями, могут образовывать циклические комплексы.
Молекулы комплексных соединений отличаются вполне определенной геометрической структурой. Так, два лиганда часто располагаются около иона металла таким образом, что центральный ион и 2 лиганда оказываются на одной прямой. Три лиганда размещаются по углам треугольника, четыре - по углам квадрата или четырехгранника (тетраэдра), шесть - по углам восьмигранника (октаэдра), восемь - по углам куба. Если лиганды неодинаковы, то геометрические формы могут быть и не совсем правильными (искаженными), но, тем не менее, лиганды остаются фиксированными в определенных точках пространства вокруг центрального иона.
Комплексные соединения классифицируют по заряду комплексного иона и по типу лигандов. По заряду комплексного иона комплексы бывают катионными (комплекс с положительным зарядом), анионными (комплекс с отрицательным зарядом), нейтральными (комплекс с нулевым зарядом).
По типу лигандов комплексы бывают: ацидокомплексы, - лигандами являются остатки кислот (Cl - , J - , Br - , CN - , HCO 3 - , CO 3 2- , С 2 О 4 2-); гидроксикомплексы (ОН -); аквакомплексы (H 2 O); аминокомплексы (NH 3); смешанные, когда в комплекс входят несколько типов лиганд.
Отсюда, для правильного написания формулы комплексного соединения нужно знать: заряд (степень окисления) комплексообразователя; заряд лигандов; координационное число комплексообразователя; ионы внешней сферы.
При написании формул комплексного иона первым указывается символ комплексообразователя, затем указываются нейтральные лиганды в порядке H 2 O, NH 3 . После нейтральных лигандов следуют анионные лиганды. Анионные лиганды перечисляются в порядке: Н - , О -2 , ОН - , простые анионы, сложные анионы неорганических кислот, анионы органических кислот.
Формулы комплексных соединений читают строго справа налево, соблюдая в формуле порядок расположения лигандов. В названиях комплексных соединений сначала называют анион в именительном падеже, а затем катион в родительном падеже.
I. Если в соединение входит комплексный катион , то сначала называют лиганды по порядку расположения в комплексе, после чего следует название комплексообразователя (русское название элемента). В скобках римскими цифрами показывают степень окисления комплексообразователя. Нейтральные молекулы, выступающие в качестве лигандов, имеют свое обычное название, кроме аммиака - амин, воды - аква, СО - карбонил, NO - нитрозил. Отрицательно заряженные лиганды называют с окончанием на «о». Например, Н - - гидридо, О -2 - оксо, ОН - - гидроксо, F - - фторо, Cl - - хлоро, S -2 - тио, CN - - циано, SO 4 -2 - сульфато, СН 3 СОО - - ацетато, CNS - - тиоцианато, С 2 О 4 -2 - оксалато. Если лигандов несколько, то вначале называют ион внешней сферы, затем лиганды греческими числами: - 2-ди, 3-три и т.д.
Например: названия комплексных катионов
[Со Н 2 О (NH 3) 5 ] Cl 3 - хлорид пентаамминаквакобальта (III)
Cl 3 - хлорид хлоропентаамминплатины (IV)
NO 3 - нитрат гидроксодиамминакваплатины (II)
SO 4 - сульфат тетрааквамеди (II)
II. Если в соединение входит комплексный анион , то сначала называют лиганды по указанному выше порядку. Далее называют комплексообразователь, используя корень его латинского названия с добавлением слога – «ат», после чего в скобках римскими цифрами указывают степень окисления комплексообразователя. В последнюю очередь называется катион внешней сферы в родительном падеже. Например:
K - дицианоаргентат (I) калия
K 2 - тетрахлорокупрат (II) калия
K 3 - гексацианоферрат (III) калия
K 2 - динитродихлороплатинат (IV) калия
Наименование нейтральных комплексов составляются из названия лигандов и русского названия комплексообразователя в именительном падеже. При этом валентность комплексообразователя не указывается. Например: - трихлоротриамминкобальт.
Тетрахлородиамминплатина.
Внутренняя и внешняя сфера в молекулах комплексных соединений связана ионной связью. Комплексообразователь и лиганды связаны ковалентной связью по донорно-акцепторному механизму: лиганды играют роль донора электронной пары, а комплексообразователь - роль акцептора , на свободной орбитали которого располагается электронная пара лиганда.
Диссоциация комплексных соединений идет в две ступени. Первичная диссоциация комплексных соединений идет по типу ионизации сильных электролитов и протекает нацело: Cl → + + Cl -
Лиганды с комплексообразователем связаны более прочной связью и диссоциация комплексного иона протекает в меньшей степени. Этот вид диссоциации называется вторичной .
+ → Ag + + 2NH 3
Мерой устойчивости комплексного иона служит его константа нестойкости и обозначается К н.
Чем меньше константа нестойкости, тем устойчивее комплекс.
Комплексные соединения играют огромную роль в процессах жизнедеятельности растений и животных. В организме животных и растений комплексные соединения выполняют самые разнообразные функции: накопление и перемещение различных веществ и энергии; образование и расщепление химических связей; участие в процессах дыхания, фотосинтеза, биологического окисления и ферментативном катализе. Такие важнейшие в биологическом отношении вещества, как гемоглобин, хлорофилл, цианкоболамин, являются внутрикомплексными, хелатными соединениями. В них четыре координационных места занимает одна частица, называемая порфином, а комплексообразователем в гемоглобине является - Fe +2 , а в хлорофилле - Mg 2 , в витамине B 12 - Cо +3 .
Комплекс железа с порфирином имеет плоское строение, в котором ион железа соединен 4 координационными связями с 4 пиррольными кольцами, 5 связь идет на присоединение белка глобина, но шестое место в координационной сфере свободно. Это место и занимает молекула кислорода, переносимого гемоглобином в процессе дыхания.
В последнее время установлено, что комплексные соединения платины и палладия оказывают тормозящее действие на развитие злокачественных опухолей и с успехом могут применяться для терапевтических целей, образование хелатных (внутрикомплексных) соединений, используются при растворении солей в почечных камнях и снижении жесткости воды, обусловленной присутствием ионов кальция и магния. Известна высокая бактерицидная активность некоторых комплексных соединений серебра. Трилон Б (ЭДТА) способен образовывать комплексы со многими металлами, в том числе с Са +2 . Это дает возможность применять его при заболеваниях, сопровождающихся избыточным отложением солей кальция в организме.
Биогенные элементы
Изучение распространенности отдельных элементов и их изотопов позволяет отметить следующие закономерности.
1. Элементы с чётными порядковыми номерами характеризуются повышенной распространенностью. На Земле содержание чётных элементов составляет 97,21 % от массы всех элементов.
2. Наиболее распространены элементы, изотопы которых имеют массовое число, кратное 4. Примерами таких элементов могут служить He, O, Ne, Si, S, Ar, Fe, Ni и др.
На Земле непрерывно происходят ядерные процессы, ведущие, в конечном счёте, к изменению их изотопного состава. Однако, все эти процессы идут медленно. Результаты анализа вещества земной коры показывают, что изотопный состав элементов на Земле практически постоянен. Первые исследования о взаимосвязи земной коры и химического состава живых организмов сделаны русским учёным В.И Вернадским. Он, считал, что земная кора и живые организмы составляют единую систему. Единство живого и неживого заключается, прежде всего, в общности их элементарного состава. Вещества живой и неживой природы состоят из одних и тех же химических элементов, связанных ковалентной, ионной, водородной связями.
В результате длительного непрерывного воздействия на организм определённого по химическому составу потока атомов происходит подбор и распределение организмов по разным зонам Земли, а наряду с этим наступает и изменчивость организмов. Так, например, недостаточность йода в гористых местностях и по долинам рек, вызывает увеличение щитовидной железы и зоб у животных и человека. С ростом цивилизации в организм человека поступает всё больше биологически активных ненужных веществ, таких как: ртуть (из зубных пломб), свинец, сурьма, мышьяк (из газет), ионы металлов (из кухонной посуды).
Исследования учёных США указали на недостаток хрома в тканях организма жителей, в сравнении с обитателями Африки и Азии. Это вызвано излишком рафинированного сахара и других очищенных продуктов в рационе человека. Недостаток хрома объясняет рост числа сердечных заболеваний.
Элементы, играющие важную роль в физиологических и патологических процессах, в организме человека называются
менее 10 -5
| Li, Be, Pb, Mo, W, Cd, Ni, Ag | Se |
В зависимости от строения (электронной конфигурации) атома, биогенные элементы подразделяются на s, p, d -биоэлементы.
s-элементы ns 2: H, Na, Mg, Ca, Sr, Ba (6)
p-элементы ns 2 np 1-6: Al, C, Si, Sn, Pb, N, P, O, S, Se, F, Cl, I, Br, B (15)
d-элементы (n-1)d 1-10 ns 2: Cu, Zn, Cr , Mn, Fe, Co, Ni (7)
Класс: 11
Ключевые слова: соединения , комплексные ионы
Модульный урок
Структура модуля
УЭ-0. Интегрирующие дидактические цели.
УЭ-1. Повторение. Химическая связь, схема ее образования.
УЭ-2. Координационная теория Альфреда Вернера.
УЭ-3. Классификация комплексных соединений.
УЭ-4. Получение комплексных соединений.
УЭ-5. Применение, значение комплексов.
УЭ-6. Свойства комплексных соединений.
УЭ-7. Резюме.
УЭ-8. Контроль.
Оборудование к уроку. На демонстрационном столе:
- концентрированные растворы соляной кислоты и аммиака;
- растворы сульфата алюминия и гидроксида натрия, сульфата меди (П), хлорида железа (III), роданида калия; кристаллический калий железосинеродистый (красная кровяная соль);
- демонстрационные пробирки или цилиндры, экран с подсветкой;
- магнитная доска с набором аппликаций;
- плакат с изображением структурных формул молекул хлорофилла и гемоглобина;
- таблица "Состав комплексных соединений";
- вытяжка хлорофилла в этаноле.
УЭ-0. Интегрирующие дидактические цели
- Повторить механизм образования ковалентной связи.
- Познакомиться с новым классом соединений, классификацией.
- Изучить содержание теории комплексных соединений.
- Используя химический эксперимент, добиться усвоения получения, физических и химических свойств комплексных соединений.
- Комплексные соединения в окислительно-восстановительных реакциях.
- Познакомиться с применением веществ данного класса.
УЭ-1. Механизм образования ковалентной связи
Частные дидактические цели:
- Повторить механизм образования ковалентной связи.
- Образование ковалентной связи в молекулах воды, гидроксония, иона аммония.
Руководство. Запишите схему образования молекул: воды, иона гидроксония и аммония. Объясните механизм образования иона аммония.
Донорно-акцепторная связь в ионе аммония. Что является донором, а что является акцептором?
УЭ-2. Координационная теория Альфреда Вернера
Частные дидактические цели:
- Мотивация, постановка проблемы.
- Знакомство с новым классом соединений.
- Изучение строения комплексных соединений (комплексообразователь, лиганды, внутренняя сфера, внешняя сфера).
- Диссоциация комплексов на внешнюю и внутреннюю сферу.
- Уметь определять координационное число комплексообразователя.
- Определять вид химической связи между комплексообразователем и лигандами, внешней и внутренней сферой.
- Уметь называть комплексные соединения.
1. Руководство
В 1597 году немецкий алхимик и врач Либавий проводил опыты с медным купоросом в поисках лекарства для лечения ран, кожных болезней. Повторите старинный опыт, которому в 2007 году исполнилось 410 лет.
Налейте в химический стакан на 1/4 объема раствор сульфата меди(II) и небольшими порциями добавьте раствор аммиака.
Запишите уравнение химической реакции. Ваши наблюдения?
CuSO4 + NH3*H2O= ? + ?
Совпадают ли Ваши наблюдения с предполагаемым продуктом реакции? Объясните Ваши наблюдения, укажите цвет и агрегатное состояние полученного вещества.
Что кроется за калейдоскопом цветов?
Либавий не нашел объяснения случившемуся, бессильны оказались и все его современники. Так Либавий получил первое комплексное соединение, природу которого химики выяснили только в конце ХIХ века. Классическое учение о валентности, разработанное А. Кекуле, Э. Франклендом не могло объяснить, за счет чего объединяются валентно насыщенные молекулы.
Сможете ли вы объяснить проведенные опыты?
2. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, запишите основные понятия в тетрадь, ответьте на вопросы самоконтроля
Опорный конспект
В конце XIX века швейцарский химик А.Вернер в 1893 году разработал координационную теорию, в основе которой положения теории пространственного строения веществ и теория электролитической диссоциации.
Были ведены следующие понятия:1) комплексные соединения; 2) атом-комплексообразователь (или центральный атом); 3) лиганды (атомы, ионы, полярные молекулы или неполярные молекулы, связанные с центральным атомом);
4) координационное число центрального атома (число лигандов).
Комплексный ион - это ион, состоящий из комплексообразователя и лигандов(внутренняя сфера).
Комплексообразователь (центральный атом или ион) - это атом (или ион), к которому присоединено определённое число молекул или ионов.
Лиганд - молекула или ион, входящий в состав комплексного иона, связанный с центральным атомом (ионом) донорно-акцепторной связью. "Лиганд" переводится как "связанный".
Вакансия - свободная электронная ячейка d-металла, которая может быть использована для образования донорно-акцепторной связи с лигандами.
Комплексное соединение - сложное вещество, в состав которого входит комплексный ион.
1. Соединения, имеющие в своём составе комплексные ионы, относятся к комплексным соединениям.
Координационное число (К.Ч.) - число, указывающее количество лигандов, которое способен присоединить к себе комплексообразователь. Может иметь значения 2, 4, 6, 8, 10 и другие.
Суммарный заряд образовавшегося комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов центрального атома (иона) и лигандов.
Названия комплексных соединений: Na - тетрагидроксоалюминат натрия,
SO 4 - сульфат тетраамминмеди (II).
Вывод. Связи между комплексообразователем и лигандами осуществляются с помощью электронных пар. Оба электрона каждой связи предоставляются одним атомом, то есть связи образуются по донорно-акцепторному механизму. Донор электронов - лиганды (молекулы аммиака), а акцептор - центральный атом (ион - комплексообразователь Zn 2+) .
Пространственное строение комплексных соединений.
Ионы-комплексообразователи (акцепторы) предоставляют свои свободные орбитали, а лиганды (доноры) оба электрона. Пространственное строение комплексного иона определяется типом гибридизации орбиталей.
- , +
линейная молекула -- sp-гибридизация, тетраэдр sp-гибридизация.
Проверьте свои знания
Самоконтроль (УЭ-2)
I уровень
K 2 , Na 4 , (N0 3) 2 . (1балл)
Пример ответа: K 2 = 2К + + 2- .
2. Составить формулу комплексного соединения, если известно, что его молекула содержит ионы Ni 2+ , 3C1 , а также три молекулы NH 3 . (2балл а)
3. Определить внутреннюю и внешнюю сферы комплексного соединения, координационное число (к. ч.) металла, заряд центрального иона металла, заряд комплексного иона для соединений:
H 4 , S0 4 , K 4 , Cl 3 . (2балла)
Пример ответа: H 4 + , к. ч. = 6. внешняя, внутренняя сфера
II уровень
1. Написать уравнения диссоциации веществ:
K 4 ,
Na 2 ;
Cl 2 ;
[А1(Н 2 О) 6 ] С1 3 (1балл)
2. Напишите формулу комплексного иона, в котором комплексообразователь - ион Fe 3 + с к. ч. равным 6, а лиганды - ионы F. Каков заряд комплексного иона? (2балла)
3. Определите координационное число центрального атома в комплексах, внутреннюю и внешнюю сферу, заряд комплексного иона: C1; K 4 ; [Со(NН 3) 3 ]С1 3 . Запишите диссоциацию данных веществ. (2 балла )
Если вы набрали 4-5 баллов, приступайте к изучению следующего учебного элемента.
Если же вы набрали меньше 4 баллов, то вернитесь и прочитайте еще раз УЧЕБНЫЙ ЭЛЕМЕНТ-1 (УЭ-1), поработайте с опорным конспектом.
Ознакомьтесь с теоретическим материалом УЭ-3, проверьте свои знания самоконтролем.
УЭ-3. Классификация комплексных соединений
Частные дидактические цели:
1. Познакомиться с классификацией комплексных соединений по составу внутренней и внешней сферы;
В зависимости от природы лиганда различают:
1) аквакомплексы (Н 2 О): [Сг(Н 2 О) 6 ]С1 3 ;
2) аммиакаты (NH 3): SO 4 , Cl;
3) гидроксокомплексы (ОН~): K 2 , Na2;
4) ацидокомплексы (кислотные остатки): K 4 , K 2 ;
5) комплексы смешанного типа: Cl, C1 4 , C1О 4 .
Центральным атомом могут быть как ионы металла так и ионы неметалла.
Центральный атом - неметалл: К - тетрафтороборат(III) калия.
Центральный атом - металл: Na -тетрагидроксоалюминат натрия.
Состав комплексных соединений
| Состав | |||||
| Внутренняя сфера | (комплексный ион) | внешняя сфера | К.ч. центрального атома (иона) | ||
| комплексные соединения | названия комплексных соединений | центральный атом | лиганды | ||
| NH 4 C1 | Хлорид аммония | Н + | NH 3 | Cl | 1 |
| Na | Тетрагидроксоалюминат натрия | А1 3+ | 4ОН | Na+ | 4 |
| S0 4 | Сульфат тетраамминмеди (II) | Си 2+ | 4NH 3 | S0 | 4 |
| K 3 | Гексацианоферрат (III) калия | Fe | 6CN | ЗК + | 6 |
| Fe 3 2 | Гексацианоферрат (III) железа (II) | Fe | 6CN | 3Fe 2 + | 6 |
Проверьте свои знания
Самоконтроль (УЭ-3)
I уровень
1.Из предложенных ниже ответов выберите тот, который характеризует ион-комплексообразователь и его заряд в соединении Na 4 :
a) Fe 3+ ; б) CN; в) Fe 2 + ; г) Na + ; д) Na.
2. Какая из приведенных ниже формул соответствует гексагидроксоалюминату натрия:
а) [А1(Н 2 О) 6 ] С1 3 ; б) Na; в) Na [А1(ОН) 4 (Н 2 0) 2 ]; г) NaAlO 2 ; д) Na 3 ?
3.Какие ионы образует при электролитической диссоциации в воде хлорид тетраамминмеди (II) : C1 2: a) Си 2+ , Сl; б) 2+ , Сl; в) Cu 2+ , NH 3 , Сl; г) Сl; д) +, Сl?
II уровень
1. Из предложенных ниже ответов выберите тот, который характеризует центральный ион и его заряд в соединении Cl 2: a) Zn 2+ ; б) NН 3 ; в) 2+ ; г) Сl; д) N -3 .
2. Какая из приведенных ниже формул соответствует сульфату тетраамминмеди (II):
a) SO 4 -H 2 O;
б) К ;
в) Cl 2 ;
г) SO 4 ;
д) SO 4 ?
3. Какие ионы образует при электролитической диссоциации в воде диакватетрагидроксоалюминат натрия Na :
a) Na + ; б) Аl, ОН", Na + ;
в) Na + , - ;
г) Na + , ОН";
д) Na + , - ?
За каждый правильный ответ (1 балл)
УЭ-4. Получение комплексных соединений
Частные дидактические цели:
1. На практике получить комплексные соединения, исследовать их свойства.
2. Записывать химические реакции в молекулярном и ионном виде.
3. Уметь составлять химические формулы комплексных соединений, называть комплексы.
Опыт № 1 . Растворение амфотерных гидроксидов в избытке щелочи.
К раствору сульфата алюминия по капле добавьте щелочь, получите осадок, затем растворите его в избытке щелочи.
1. Объясните результаты проведенных опытов.
2. Запишите уравнения проведённых реакций.
3. Какое пространственное строение комплексного иона?
К раствору хлорида цинка добавьте по каплям гидроксид калия до появления белого студенистого осадка гидроксида цинка. Разделите в две пробирки: в одну добавьте избыток КОН, а в другую - раствор аммиака. Что наблюдаете?
1. Составьте уравнения всех проведенных реакций.
2. Определите координационное число иона Zn 2+ , заряд комплексного иона, внешнюю сферу.
К раствору роданита калия (KCNS ) добавьте хлорид железа(III), получите красную кровяную соль, запишите её формулу, назовите полученный комплекс.
KCNS + FeCl 3 = ? + KCl роданит калия
1. Допишите уравнение проведенной реакции.
2. Запишите краткое ионное уравнение.
3. Каково пространственное строение комплексного иона?
За каждый правильно оформленный опыт Вы получаете по 2 балла.
Задание. Уравняйте методом электронного баланса или методом полуреакций окислительно-восстановительные реакции, каждое уравнение (3балла).
В настоящее время золото извлекают из руд цианидным методом предложенным князем Петром Романовичем Багратионом - племянником героя войны 1812 г.
Пример 1: Au + NaCN + H 2 O + O 2 -> Na + NaOH
Пример 2: Растворение золота в "царской водке".
Au + HNO 3 + HCl -> H + NO + H 2 O
УЭ-5. Практическое применение, значение комплексных соединений
Частные дидактические цели:
1. Ознакомиться с применением комплексных соединений.
2.Качественные реакции на ионы металлов.
3. Природные комплексы (хлорофилл и гемоглобин).
Руководство. Познакомьтесь с применением комплексных соединений.
Великий Гете сказал: "Просто знать - еще не все, знания нужно уметь использовать".
Ряд комплексных соединений применяют для распознавания тех или иных ионов.
Желтая кровяная соль (K 4 ) служит реагентом на катионы железа Fe, а красная кровяная соль (K 3 ) реагентом на катионы железа Fe.
Опыт №4. Качественная реакция на ионы Fe .
К раствору хлорида железа(Ш) прилейте 2-3 капли раствора желтой кровяной соли K 4 4K + + 4--
4Fe 3+ +3 4- -> Fe 4 3+ 3 4--
берлинская лазурь (темно-синий осадок)
Образуется темно-синий осадок берлинской лазури, или гексацианоферрата(П) железа(Ш). Берлинская лазурь была случайно получена в 1704 г. немецким мастером Дисбахом, готовившим краски для художников. В России ее применяли для окраски тканей, бумаги, в иконописи и при создании фресок.
Желтая кровяная соль (синильно-кислый поташ, синь-кали) - вещество ядовитое. Это соединение получали из животных отбросов (кровь, копыта, шкуры, сухая рыба, кожа, мясо, шерсть и другое), поэтому оно имеет такое название. Закупать ее в России можно было только с разрешения полиции.
Опыт №5 . Качественная реакция на ионы Fe 2+ .
К раствору сульфата железа(П) прильем несколько капель раствора красной кровяной соли K 3 . В растворе эта соль диссоциирует на ионы.
K 3 3K + з-
3Fe +2 = Fe 3 2
турнбулева синь
Образуется темно-синий осадок турнбулевой сини, или гексацианоферрата(Ш) железа(П). Турнбулева синь названа в честь Турнбуля (дед английского физика и химика У. Рамзая), владевшего заводом, на котором производились вещества, применяемые для крашения тканей.
Таким образом, соединения K 4 являются важными аналитическими реагентами соответственно на катионы Fe 3+ и Fe 2+ .
Вывод: комплексные соединения чрезвычайно разнообразны по составу и строению, поскольку может быть много различных комбинаций не только из разных, но и из одних и тех же компонентов.
УЭ-6.Свойства комплексных соединений
Цели: рассмотреть влияние строения комплексов на их свойства.
1) Изучение влияния строения иона металла на окраску комплексов
Разное количество d-электронов, разное координационное число, отсюда, разная окраска.
2) Сравнение интенсивности окраски комплексных соединений меди.
Окраска зависит от силы влияния частиц, т.е. лигандов во внутренней сфере, изменяется цвет.
3) Цвет комплексов зависит от природы и числа лигандов, окружающих центральный атом (катион).
Получено и широко используется на практике несколько комплексных соединений кобальта, которые имеют одинаковый качественный состав, но различаются числом и характером связи компонентов. Эти вещества входят в состав красителей (кобальтовые краски). Они по-разному окрашены:
Цвет комплексов зависит от природы и числа лигандов, окружающих центральный атом (катион).
УЭ-7. Резюме. Подведение итогов урока.
1.Прочитайте цели урока (УЭ-0).
2. Достигли ли цели урока?
3. К чему пришли в результате овладения темой.
УЭ-8. Контроль
I уровень
1. Определите внешнюю и внутреннюю сферу, заряд комплексного иона, диссоциация комплекса:
3.* Уравняйте методом полуреакции:
Zn + NaOH + H 2 O -> Na 2 + H 2
Be + KOH + H 2 O -> K 2 +H 2
Задача. Какой объем водорода выделится, если "растворить": 140 г цинка с 10% примесей? 36 г бериллия, при выходе водорода 70%(н.у.)
II уровень
1. Запишите диссоциацию, определите степень окисления центрального иона, координационное число, назовите соединения:
3*. Уравняйте методом полуреакции:
I вариант
а) Si + HNO 3 + HF -> H 2 + NO + H 2 O
Задача. Какая масса кремния с 20% примесей растворится, если выделилось 67,5 л оксида азота(II) (н.у.)?
II вариант
а) Cu + KCN + H 2 O -> K + KOH + H 2
б) Какой объем водорода выделится при выходе 60%, если растворили 69 г меди с 10% примесей?
Строение комплексных соединений
Силы притяжения действуют не только между атомами, но и между молекулами. Взаимодействие молекул часто приводит к образованию других, более сложных молекул. Например, газообразные вещества при соответствующих условиях переходят в жидкое и твердое агрегатное состояние, любое вещество в какой-то мере растворимо в другом веществе. Во всех этих случаях наблюдается взаимная координация взаимодействующих частиц, которую можно определить как комплексообразование. Причиной комплексообразования может быть как электростатическое, так и донорно-акцепторное взаимодействие, осуществляемое между ионами и молекулами, между молекулами.
Основы современных представлений о строении комплексных соединений были заложены швейцарским химиком Альфредом Вернером в 1893 г.
Комплексные соединения - это соединения, характеризующиеся наличием хотя бы одной ковалентной связи, возникшей по донарно-акцепторному механизму.
В центре каждого комплекса находится атом, называемый центральным или комплексообразователем. Атомы или ионы, непосредственно связанные с центральным атомом, называются лигандами. Число, показывающее, сколько лигандов удерживает комплексообразователь, называют координационным числом. Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу . Внутренняя сфера отделяется от внешней - квадратными скобками. Вне комплекса располагаются ионы, имеющие противоположный по знаку заряд по сравнению с зарядом самого комплекса - эти ионы составляют внешнюю сферу.
Например: К3
внешняя внутренняя
сфера
Fe 3+ - комплексообразователь; СN - лиганд; 6 - координационное число;
3- - комплексный ион.
Номенклатура комплексных соединений
Для наименования комплексных соединений используют сложную систему номенклатурных правил.
1. Названия комплексных соединений состоят из двух слов, обозначающих внутреннюю и внешнюю сферу.
2. Для внутренней сферы указывается:
Число лигандов;
Название лиганда;
Центральный атом с валентностью.
3. По международной номенклатуре сначала называется катион, затем анион.
4. Если в соединение входит комплексный катион, то дается русское название элемента комплексообразователя.
5. Если в соединение входит комплексный анион, то комплексообразователю дается латинское название элемента с окончанием «-ат».
6. В нейтральных комплексах степень окисления центрального атома не указывается.
7. Название лигандов в большинстве случаев совпадают с обычными названиями веществ. К анионным лигандам добавляется суффикс «-о».
Например: CN - - циано, NO2 - - нитро, CI - - хлоро, ОН - - гидроксо, Н + -гидро, О 2- - оксо, S 2- - тио, CNS - - родано или тицианато, С2О4 2- - оксалато и т.д.
8. Лиганды – нейтральные молекулы имеют специфические названия:
Вода – аква, аммиак – амин, оксид углерода (II) – карбонил.
9. Число лигандов указывается латинскими или греческими числительными:
| Моно | |
| Ди | |
| Три | |
| Тетра | |
| Пента | |
| Гекса | |
| Гепта | |
| Окта |
10. В смешанно-лигандных комплексах сначала перечисляются анионные лиганды, а потом молекулярные. При наличии нескольких разных анионных или молекулярных лигандов они перечисляются по алфавиту.
Примеры
CI - хлорид диамминсеребра(I)
К - дицианоаргенат (I) калия
CI3 - хлорид хлоропентаамминплатина (IV) или трихлорид хлоропентаамминплатина
К - пентахлороамминплатинат (IV) калия
SO4 - сульфат хлоронитротриамминплатина(II).
К3- гексацианоферрат (III) калия,
- тринитротриамминкобальт.
3. Классификация комплексов.
По характеру электрического заряда различают катионные, анионные и нейтральные комплексы. Заряд комплекса представляет собой алгебраическую сумму зарядов образующих его частиц.
Катионный комплекс образован в результате координации вокруг положительного иона нейтральных молекул (Н2О, NН3 идр.)
Соединения, содержащие амминокомплексы (NН3), называются аммиакатами, содержащие аквакомплексы (Н2О) - гидратами.
В роли комплексообразователя в анионном комплексе выступает атом с положительной степенью окисления (положительный ион), а лигандами являются атомы с отрицательной степенью окисления (анионы). Например: К2 - тетрафторобериллат (II) калия.
Нейтральные комплексы образуются при координации вокруг атома молекул, а также при одновременной координации вокруг положительного иона-комплексообразователя отрицательных ионов и молекул. Например: - дихлородиамминплатина (II). Электронейтральные комплексы являются комплексными соединениями без внешней сферы.
Роль комплексообразователя может играть любой элемент периодической системы. Неметаллические элементы обычно дают анионные комплексы. Металлические элементы образуют комплексы катионного типа.
Лиганды. Различные комплексообразователи могут координировать около себя лиганды трех типов:
1. Лиганды анионного типа - элементарные и сложные отрицательно заряженные ионы, например гилид-, оксид-, гидроксид-, нитрат-, карбонат-ионы и др.
2. Нейтральными лигандами могут быть полярные молекулы воды, аммиака и т.д.
3. Лиганды катионного типа встречаются редко и координируются только вокруг отрицательно поляризованных атомов. Пример: положительно поляризованный атом водорода.
Лиганды, образующие одну связь с центральным атомом, называются бидентатными . Лиганды, способные образовывать три и более связей с центральным атомом, называются полидентатными. Комплексные соединения с би- и полидентатными лигандами называют хелатными комплексами .
Обычные лиганды, образующие одну связь с металлом называют монодентатными.
4. Диссоциация комплексных соединений. Константа нестойкости.
Комплексные соединения - электролиты, при диссоциации в водных растворах образуют комплексные ионы, например:
CI = + + CI -
Такая диссоциация протекает полностью. Комплексные ионы в свою очередь подвергаются вторичной диссоциации.
Комплексные соединения это молекулярные или ионные соединения, образующиеся путем присоединения к атому или иону металла или неметалла, нейтральных молекул или других ионов. Они способны существовать как в кристалле, так и в растворе.
Основные положения и понятия координационной теории.
Для объяснения строения и свойств комплексных соединений в 1893 г. швейцарским химиком А Вернером была предложена координационная теория в которую он ввел два понятия: о координации и о побочной валентности.
По Вернеру главной валентностью называется валентность посредством которой соединяются атомы с образованием простых соединений, подчиняющихся теории
валентности. Но, исчерпав главную валентность, атом способен, как правило, к дальнейшему присоединению за счет побочной валентности, в результате проявления которой и образуется комплексное соединение.
Под действием сил главной и побочной валентности атомы стремятся равномерно окружить себя ионами или молекулами и являются таким образом центром притяжения. Такие атомы называются центральными или комплексообразователями. Ионы или молекулы, непосредственно связанные с комплексообразователем, называются лигандами.
Посредством главной валентности присоединяются лиганды ионы, а посредством побочной валентности – ионы и молекулы.
Притяжение лиганд к комплексообразователю называется координацией, а число лиганд – координационным числом комплексообразователя.
Можно сказать, что комплексные соединения это соединения, молекулы которых состоят из центрального атома (или иона) непосредственно связанного с определённым числом других молекул или ионов, называемых лигандами.
В роли комплексообразователей чаще всего выступают катионы металлов (Со +3 , Рt +4 , Cr +3 , Cu +2 Au +3 и др.)
В качестве лигандов могут выступать ионы Cl - , CN - , NCS - , NO 2 - , OH - , SO 4 2- так и нейтральные молекулы NH 3 , H 2 O, амины, аминокислоты, спирты, тиоспирты, РН 3 , эфиры.
Число координационных мест, занимаемых лигандом около комплексообразователя, называется его координационной ёмкостью или дентатностью.
Лиганды, присоединенные к комплексообразователю одной связью, занимают одно координационное месть и называются монодентатнымия (Cl - , CN - , NCS -). Если же лиганд присоединён к комплексообразователю посредством нескольких связей, то он является полидентатным. Например: SO 4 2- , СО 3 2- являются бидентатными.
Комплексообразователь и лиганды составляют внутреннюю сферу соединения или комплекс (в формулах комплекс заключают в квадратные скобки). Ионы, не связанные непосредственно с комплексообразвателем, составляют внешнюю координационную сферу.
Ионы внешней сферы связаны менее прочно по сравнению с лигандами и пространственно удалены от комплексообразователя. Они легко замещаются другими ионами в водных растворах.
Например, в соединении К 3 комплексообразователем является Fe +2 , лигандами - CN - . Два лиганда присоединены за счет главной валентности, а 4 – за счет побочной валентности, следовательно координационное число равно 6.
Ион Fe +2 с лигандами CN - составляют внутреннюю сферу или комплекс , а ионы К + внешнюю координационную сферу:
Как правило координационное число равно удвоенному заряду катиона металла, например: однозарядные катионы имеют координационное число равное 2, 2-х зарядные – 4, а 3-х зарядные – 6. если элемент проявляет переменную степень окисления, то с увеличением её координационное число растет. Для некоторых комплексообразователей координационное число является постоянным, например: Со +3 , Рt +4 , Cr +3 имеют координационное число равное 6, у ионов В +3 , Ве +2 , Сu +2 , Au +3 координационное число равно 4. для большинства ионов координационное число является переменным и зависит от природы ионов внешней сферы и от условий образования комплексов.
