Комплексні сполуки

Сполуки, в яких елемент виявляє свою звичайну можливу валентність, називаються валентнонасиченими сполуками або сполуками першого порядку. При взаємодії цих сполук утворюються сполуки вищого порядку. Наприклад, можлива взаємодія таких валентнонасичених сполук:

CuSO₄ + 4NH₃ ®[Cu(NH₃)₄]SO₄, або CuSO₄ + 4NH₄ОН ®[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4Н₂О;

Ag₂ S₂O₃ + 3Na₂ S₂O₃ ® 2Na₃ [Ag(S₂O₃)₂];

Fe(CN)₃ + 3KCN ® K₃[Fe(CN)₆ ].

Швейцарський хімік А.Вернер запропонував основи теорії цих сполук і назвав їх комплексними сполуками. Основні положення цієї теорії у сучасному вигляді такі:

1. Комплексні сполуки мають зовнішню і внутрішню сфери. Внутрішню сферу, як правило, записують у квадратних дужках. В наших прикладах внутрішні сфери - [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Ag (S₂O₃)₂]^3-, [Fe(CN)₆]^3-, зовнішні сфери - SO₄^2-, Na⁺, K⁺.

2. Внутрішня сфера складається з комплексоутворювача і лігандів або адендів. Заряд внутрішньої сфери чисельно дорівнює заряду зовнішньої сфери і має протилежний знак. Є і нейтральні комплекси, які мають тільки внутрішню сферу, наприклад [Co(NH₃)₃Cl₃].

3. Комплексоутворювачем (КУ) або ядром комплексу може бути будь-яка частина, у якої є вакантні електронні орбіталі. Найчастіше це іони d-елементів, але можуть бути іони s- і р-елементів, деякі нейтральні молекули і атоми. В наших прикладах комплексоутворювачами є іони купруму, аргентуму та феруму. КУ характеризується координаційним числом (КЧ) - кількістю місць у внутрішній сфері комплексу, які можуть бути зайняті лігандами. Найчастіше зустрічаються КЧ 2, 4, 6. Ці числа відповідають найбільш стійким конфігураціям комплексів: октаедричній (6), тетраедричній (4) і лінійній (2). Для деяких іонів координаційні числа такі:

2 – Cu ⁺, Ag⁺;

4 – Cu ²⁺, Au³⁺, Cd²⁺ , Bi³⁺ , In³⁺ , Pb²⁺ , Al³⁺ , Pt²⁺ ;

6 - Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Mg²⁺, Co²⁺, Co³⁺, Pt⁴⁺, Ni²⁺, Аl³⁺ тощо.

Зустрічаються також КЧ 1, 3, 5, 7, 8, 9, 12. КЧ залежить від природи комплексоутворювача, лігандів і їх розмірів. Чим вище ступінь окислення комплексоутворювача , тим більше КЧ. Нейтральні ліганди звичайно приєднуються у більшої кількості, ніж заряджені ([Co(H₂O)₆]²⁺, [CoCI₄]^2-).

Заряд КУ дорівнює алгебраїчній сумі зарядів всіх інших іонів і має протилежний знак.

4. Ліганди або аденди – це молекули або іони, які координуються навколо комплексоутворювачів. Вони завжди мають неподільні електронні пари. Це можуть бути нейтральні молекули H₂O, NH₃, СО, NO або іони Cl^-, Br ^-, F^-, I^-, NO₂^-, NO₃^-, SO₄^2-, CN^- та ін. Ліганди можуть бути монодентатні, вони здатні утворювати тільки один зв’язок з комплексоутворювачем, бідентатні – здатні утворювати з комплексоутворювачем два зв’язки, та полідентатні. Наприклад, Н₂О – монодентатний ліганд, в якому одна з неподілених електронних пар Оксигену бере участь у зв’язку (друга електронна пара не утворює зв’язку внаслідок стеричних перешкод); оксалатна кислота СООН - СООН – най-простіший бідентатний ліганд, має дві неподільні пари електронів, які утворюють координаційні зв’язки:

. . :О О:

Н – О – Н; С – С .

^-О О^-

Приклад 1. Записати формули п’яти координаційних сполук, які скла- даються з Со³⁺, Сl^-, NH₃, Na⁺.

Розв’язок:

З цих іонів комплексоутворювачем може бути тільки Со³⁺. Його координаційне число дорівнює 6. Лігандами можуть бути Сl^- та NH₃. Формули координаційних сполук такі: [Co(NH₃)₆]Cl₃, [Co(NH₃)₄Cl₂]Cl, Na₃[CoCl₆], Na₂[CoCl₅(NH₃)], [Co(NH₃)₃Сl₃].