Структура, класифікація, номенклатура комплексних сполук
Як відомо, метали мають властивість втрачати електрони і, тим самим, утворювати катіони. Позитивно заряджені іони металів можуть перебувати в оточенні аніонів або нейтральних молекул, утворюючи частинки, звані комплексними і здатні до самостійного існування в кристалі або розчині. А сполуки, що містять у вузлах своїх кристалів комплексні частки, називаються комплексними сполуками.
Структура комплексних сполук
- Більшість комплексних сполук мають внутрішню і зовнішню сфери. Записуючи хімічні формули комплексних сполук, внутрішню сферу укладають у квадратні дужки. Наприклад, в комплексних з'єднаннях До [Al (OH) 4] і [Ca (NH3) 8] Cl2. внутрішньої сферою є групи атомів (комплекси) - [Al (OH) 4] - і [Ca (NH3) 8] 2+. а зовнішньої сферою - іони К + і Сl - відповідно.
- Центральний атом або іон внутрішньої сфери називаюткомплексообразователем. Зазвичай, в якості комплексоутворювачів виступають атоми або іони металів з достатньою кількістю вільних орбіталей - це p-, d-, f- елементи: Cu 2+. Pt 2+. Pt 4+. Ag +. Zn 2+. Al 3+ і ін. Але це може бути і атоми елементів, що утворюють неметали. Заряд комплексоутворювача зазвичай позитивний, але також може бути негативним або рівним нулю і дорівнює сумі зарядів всіх інших іонів. У наведених вище прикладах комплексоутворювачами є іони Al 3+ і Ca 2+.
- Комплексоутворювач оточений і пов'язаний сигма-зв'язком з іонами протилежного знака або нейтральними молекулами, так званими лигандами. Як лігандів в комплексних з'єднаннях можуть виступати такі аніони, як F -. OH -. CN -. CNS -. NO2 -. CO3 2-. C2 O4 2- і ін. Або нейтральні молекули Н2 О, NН3. СО, NО і ін. В наших прикладах це - іони OH - і молекули NH3. Кількість лігандів в різних комплексних з'єднаннях лежить в межах від 2 до 12. А саме число лігандів (число сигма-зв'язків) називається координаційним числом (к.ч.) комплексообразователя. У розглянутих прикладах к.ч. дорівнює 4 і 8.
- Заряд комплексу (внутрішньої сфери) визначається як сума зарядів комплексоутворювача і лігандів.
- Зовнішню сферу утворюють іони, пов'язані з комплексом іонної або міжмолекулярної зв'язком і мають заряд, знак якого протилежний знаку заряду комплексоутворювача. Числове значення заряду зовнішньої сфери збігається з числовим значенням заряду внутрішньої сфери. У формулі комплексної сполуки записуються вони за квадратними дужками. Зовнішня сфера може і зовсім бути відсутнім, в разі, якщо внутрішня сфера нейтральна. У наведених прикладах, зовнішню сферу утворюють 1 іон K + і 2 іона Cl - відповідно.
Класифікація комплексних сполук
Грунтуючись на різних принципах, комплексні сполуки можна класифікувати різними способами:
- За електричномузаряду: катіонні, аніонні і нейтральні комплекси.
- Катіонні комплекси мають позитивний заряд і утворюються якщо навколо позитивного іона координовані нейтральні молекули. Наприклад, [Al (H2 O) 6] Cl3. [Ca (NH3) 8] Cl2
- Аніонні комплекс и мають негативний заряд і утворюються, якщо навколо позитивного іона координовані атоми з негативною ступенем окислення. Наприклад, К [Al (OH) 4], K2 [BF4]
- Нейтральні комплекси мають заряд рівний нулю і не мають зовнішньої сфери. Вони можуть утворитися при координації навколо атома молекул, а також при одночасній координації навколо центрального позитивно зарядженого іона негативних іонів і молекул.
- За кількістю комплексообразователей
- Одноядерні - комплекс містить один центральний атом, наприклад, K2 [Be (SO4) 2]
- Багатоядерних е - комплекс містить два і більше центральних атомів, наприклад, [CrFe (NH3) 6 (CN) 6]
- За типом лиганда
- Гідрати - містять АКВО-комплекси, тобто в якості лігандів виступають молекули води. Наприклад, [Cr (H2 O) 6] Br3. [Co (H2 O) 6] Br2
- Аміакати - містять аммін-комплекси, в яких в якості лігандів виступають молекули аміаку (NН3-). Наприклад, [Zn (NH3) 4] Cl2. [Ag (NH3) 2] Cl
- Карбоніли - в таких комплексних з'єднаннях, як ліганди виступають молекули монооксиду вуглецю. Наприклад, [Ni (CO) 4].
- Ацидокомплексів - комплексні сполуки, що містять в якості лігандів кислотні залишки як кисневмісних, так і безкисневих кислот (F -. Cl -. Br -. I -. CN -. NO2 -. SO4 2-. PO4 3- і ін. А також ОН -). Наприклад, K4 [Ni (CN) 6], Na2 [FeCl4]
- Гідроксокомплекси - комплексні сполуки, в яких в якості лігандів виступають гідроксид-іони: K2 [Zn (OH) 4], Cs2 [Sn (OH) 6]
Комплексні сполуки можуть містити ліганди, що відносяться до різних класів наведеної класифікації. Наприклад: До [Pt (H2 O) -3 Br3], [Cr (NH3) 4 Br2] Br
У координаційній сфері ліганди можуть займати одне або кілька місць, тобто утворювати з центральним атомом одну або кілька зв'язків. За цією ознакою розрізняють:
- Монодентатно ліганди - це такі ліганди як молекули Н2 О, NH3. CO, NO і ін. І нони CN -. F -. Cl -. OH -. SCN -. та ін.
- Бідентатні ліганди. До такого типу лігандів відносяться іони H2 N-CH2 -COO -. СО3 2-. SO4 2-. S2 O3 2. молекула етілендіаміна H2 N-CH2 -CH2 -H2 N (скорочено en).
- Полідентатними ліганди. Це, наприклад, органічні ліганди, що містять кілька груп - CN або -COOH (ЕДТА). Деякі полідентантние ліганди здатні утворити циклічні комплекси, звані хелатними (наприклад, гемоглобін, хлорофіл та ін.)
Номенклатура комплексних сполук
Щоб записати формулу комплексної сполуки, необхідно пам'ятати, що, як і будь-який іонну з'єднання, спочатку записується формула катіону, а після - формула аниона. При цьому, формулу комплексу записують в квадратних дужках. де спочатку записують комплексообразователь, потім ліганди.
А ось кілька правил, дотримуючись яких скласти назву комплексної сполуки не складе ніяких труднощів:
- У назвах комплексних сполук, як і іонних солей, першим вказують аніон, а потім - катіон.
- У назві комплексу спочатку вказують ліганди, а після - комплексоутворювач. Ліганди перераховують в алфавітному порядку.
- Нейтральні ліганди називаються також, як молекули. до аніонних лигандам додають закінчення -о. У таблиці нижче дані назви найбільш поширених лигандов
- Якщо кількість лігандів більше одиниці, то їх число вказують грецькими приставками:
2-ди, 3-три-, 4-тетра, 5-пента-, 6-гекса-, 7-гепта-, 8-окта-, 9-нона-, 10-дека-.
Якщо ж в назві самого ліганду вже присутня грецька приставка, то назва лиганда записують в дужках і до нього додають приставку типу:
Наприклад, з'єднання [Co (en) 3] Cl3 називають - трис (етилендіамін) кобальт (III).
- Назви комплексних аніонів закінчуються суфіксом - ат
- Після назви металу в дужках вказують римськими цифрами його ступінь окислення.
Наприклад, назвемо такі сполуки:
Почнемо з лігандів. 4 молекули води позначаються як тетрааква, а 2 хлорид-іона - як дихлоро.
Далі вказуємо комплексообразователь - це хром і його ступінь окислення дорівнює III.
Нарешті, аніоном в даному з'єднанні є хлорид-іон.
Отже, повна назва така - хлорид тетрааквадіхлорохрома (III)
Почнемо з лігандів: в комплексному аніоні міститься 4 ліганда CN -. які називаються тетраціано.
Далі вказуємо комплексообразователь - це нікель і його ступінь окислення дорівнює нулю.
Так як метал входить до складу комплексного аніона, то він називається нікелат (0).
Отже, повна назва така - тетраціанонікелат (0) калію