Константы образования и прочность комплексов
Обратным процессу диссоциации комплекса является процесс его образования.
Co2+ + Cl- ↔ [CoCl]+
[CoCl]+ + Cl- ↔ [CoCl2]0
[CoCl2]0 + Cl- ↔ [CoCl3]-
[CoCl3]-+ Cl- ↔ [CoCl4]2-
Равновесие при комплексообразовании характеризуется с помощью полных (или суммарных) констант образования данного комплекса bi(обр):
Полная константа образования комплекса bn(обр) характеризует устойчивость комплексного соединения и равна произведению ступенчатых констант:
Ступенчатое комплексообразование можно проиллюстрировать примером взаимодействия иона Hg2+ (как комплексообразователя) с ионами Cl- (как лигандом):
Hg2+ + Cl- ↔ [HgCl]+; K1(обр) = 1,85 . 105
[HgCl]+ + Cl- ↔ [HgCl2]; K2(обр) = 3,22 . 107
[HgCl2] + Cl- ↔ [HgCl3]- ; K3(обр) = 14,28
[HgCl3]- + Cl- ↔ [HgCl4]2- ; K4(обр) = 10,00
Hg2+ + 4Cl- - ↔ [HgCl4]2; Kобр. = K1обр. ∙ K2обр. ∙ K3обр. ∙ K4обр. = 0,85 ∙ 1015
Ступенчатые и общие константы образования и нестойкости комплексов соотносятся друг с другом как обратные величины:
βn(обр) = 1 / β n(нест); βn(обр) = 1 / βn(нест),
поэтому для сравнения прочности комплексов могут использоваться справочные данные как по значениям констант образования, так и констант нестойкости.
Так, константа образования (устойчивости) коплексного иона [HgCl4]2- равна частному деления единицы на константу нестойкости этого же иона:
Kобр. [HgCl4]2- = 1/Kнест. [HgCl4]2- = 1/(1,17 ∙ 10-15) = 0,85 ∙ 1015
Чем больше значение βn(обр), тем более устойчив комплекс данного состава. Например, сравнивая константы образования катиона диамминсеребра(I) и дицианоаргентат(I)-иона:
(1) Ag+ + 2 NH3 ↔ [Ag(NH3)2]+; βо(обр) = 2,5 · 106
(2) Ag+ + 2 CN- ↔ [Ag(CN)2]-; βо(обр) = 1,2 · 1021
сделаем очевидный вывод о большей прочности второго комплекса – аниона [Ag(CN)2]- , поскольку, судя по большему значению константы образования, равновесие в реакции (2) сильнее сдвинуто вправо, чем в (1).
Индекс n у константы образования комплекса равен координационному числу центрального атома в том комплексном соединении, которое оценивается.
Таким образом, величина bn(обр) связана со ступенчатыми константами образования Ki(обр) соотношением:
bn(обр) = K1(обр) ∙ K2(обр) ∙ K3(обр) ∙ … Kn(обр)
В растворах КС имеет место первичная и вторичная диссоциация (в расплавах КС происходит их термическая диссоциация). Первичная диссоциация протекает по типу сильных электролитов - практически необратимо:
K4[Fe(CN)6] → 4K+ + [Fe(CN)6]4-
[Co(NH3)6]Cl3 → [Co(NH3)6]3+ + 3Cl-
Первичной диссоциации не подвергаются комплексы без внешней сферы: [Pt(NH3)2Cl2], [Co(NH3)3(NO3)3]. Вторичная диссоциация характеризует диссоциацию самого комплекса. Она протекает в незначительной степени, подчиняется закону действия масс. Этот процесс характеризуют константой диссоциации. Так как величина этой константы фактически определяет прочность комплекса, то ее обычно называют константой нестойкости (K). Вторичная диссоциация протекает по типу слабого электролита - обратимо и ступенчато:
[Ag(NH3)2]+ → [Ag(NH3)]+ + NH3
[Ag(NH3)]+ → Ag+ + NH3
В целях упрощения формы записи обычно записывают суммарное уравнение вторичной диссоциации:
[Ag(NH3)2] → Ag+ + 2NH3
Выражение константы нестойкости имеет вид:
Общая константа нестойкости комплекса равна произведению констант диссоциации по всем ступеням:
Кнест. = К1нест.·К2нест.
Величину, обратную константе нестойкости, называют константой устойчивости или константой образования комплекса.
Значения констант нестойкости, приводимые в справочниках, используют для характеристики устойчивости комплексов, нахождения концентраций частиц (комплекса, комплексообразователя, лигандов) в растворе КС, для определения направленности химических реакций с участием комплексных соединений и др. Например, равновесие в реакции:
[Ag(NH3)2]Cl + 2KCN = K[Ag(CN)2] + 2KCl + 2NH3
будет смещено вправо, так как Kнест.([Ag(NH3)2]+) = 9,3·10-8, а Kнест.([Ag(CN)2]-) = 8,0·10-22, т.е. второй комплексный ион значительно прочнее первого:
