Координационное число Комплексообразователь
2 Ag+, Au+, Cu+;
3 Au3+, Cu2+,Hg2+, Cd2+, Pb2+, Pt2+;
6 Fe2+, Fe3+, Cr3+, Zn2+, Pb4+, Pt4+;
8 Ca2+, Sr2+, Ba2+.
Типичными комплексообразователями являются d –элементы периодической системы Д.И.Менделеева(Ag+, Au+, Cu2+,Hg2+, Zn2+, Fe2+, Fe3+, Ni2+ и др.)
Важнейшими лигандами могут быть нейтральные молекулы, имеющие дипольный характер(H2O, NH3, CO и др.), ионы (CN-, Cl-, OH- и др.).
Ионами внешней сферы являются ионы щелочных и щелочноземельных металлов, аммония и др.
Так, в соединении K2[PtCl6] ион Pt4+ – комплексообразователь, ионы Cl- – лиганды, во внешней сфере находятся ионы К+. Координационное число 6.
Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов составляющих его простых ионов. Например, заряд иона [PtCl6] равен +4+(-6)= -2, следовательно, его формула [PtCl6]2-. Входящие в состав комплекса электронейтральные молекулы не влияют на величину его заряда. В целом же комплексные соединения нейтральны.
Название комплексных солей образуют по правилу: сначала называют анион (в именительном падеже), затем катион (в родительном падеже).
Если в соединение входит комплексный катион, то сначала указывают количество (ди-, три-, тетра-, пента- и т.д.) и название отрицательно заряженных лигандов с окончанием «о» (Cl- - хлоро, OH- - гидроксо, NO3--нитрато и т.д.); далее указывают количество и названия нейтральных лигандов (NH3 – аммин, H2O – аква и т.д.). Названия наиболее распространенных лигандов приведены в приложении 2. Последним указывают русское название элемента комплексообразователя и степень его окисления. В случае неизвестной степени окисления комплексообразователя указывают заряд всего катиона в скобках арабскими цифрами.
Название комплексного аниона составляют аналогично названию катиона и заканчивают суффиксом «ат».
Для целого ряда элементов-комплексообразователей вместо русских используются корни их латинских названий: Ag - аргент- ; Au - аур- ; Cu - купр- ; Fe - ферр- ; Hg - меркур- ; Mn - манган- ; Ni - никкол- ; Pb - плюмб- ; Sb - стиб- ; Sn - станн-.
Название нейтральных комплексных частиц составляют из названий лигандов и обычных русских названий центральных атомов в именительном падеже. При этом указание степени окисления опускается.
В комплексных неэлектролитах вся молекула представляет собой единую сферу, поэтому в водной среде она гидратируется как единое образование и диссоциации не подвергается.
В водном растворе комплексные электролиты диссоциируют на комплексные ионы и ионы, составляющие внешнюю сферу. Такая диссоциация называется первичной, например:
[Cu(NH3)4]SO4 <=> [Cu(NH3)4]2+ + SO42-
Лиганды связаны с центральным атомом прочно, поэтому распад внутренней сферы комплексного соединения (вторичная диссоциация) протекает в незначительной степени:
[Cu(NH3)4]2+ <=> Cu2+ + 4NH3
Диссоциация комплексного иона характеризуется константой равновесия, называемой константой нестойкости.
[Cu2+] · [NH3]4
Кнест = [[Cu(NH3)4]2+ ] = 2,1*10-13
Чем больше величина константы нестойкости, тем сильнее комплексный ион диссоциирует в растворе и тем менее он устойчив.
Соединения с малоустойчивой внутренней сферой называют двойными солями. Обозначают их как соединения молекул, например К2SO4*Al2(SO4)3. Принципиальной же разницы между двойными солями и комплексными соединениями нет. В растворе двойной соли имеется некоторое количество комплексных ионов (например, [Al(SO4)2]-). Двойная соль отличается от комплексной соли лишь диссоциацией комплексного иона: у первой она практически полная, а у второй – незначительная.
Для комплексных соединений прежде всего характерны те же свойства, что и для обычных соединений тех же классов (соли, кислоты, основания). Проявляют комплексные соединения себя также как сильные кислоты и основания, что обусловлено наличием ионов H3O+или OH-.
Кроме этого, комплексные кислоты, основания и соли вступают в обычные реакции обмена, например:
[Cu(NH3)4]SO4 + BaCl2 = BaSO4 + [Cu(NH3)4]Cl2
В реакцию может вступать и сама комплексная частица, причем тем активнее, чем она менее устойчива. Обычно это реакции замещения лигандов, протекающие в растворе, например:
[Cu(H2O)4]2++ 4NH3 = [Cu(NH3)4]2++ 4H2O,
а также кислотно-основные реакции типа:
[Zn(OH)4]2++ 2H3O+= [Zn(H2O)2(OH)2]+ 2H2O
[Zn(H2O)4]2++ 2OH- = [Zn(H2O)2(OH)2]+ 2H2O
Образующийся в этих реакциях [Zn(H2O)2(OH)2] после выделения и высушивания превращается в гидроксид цинка:
[Zn(H2O)2(OH)2] = Zn(OH)2 + 2H2O
Последняя реакция – простейший пример разложения комплексного соединения. В данном случае она протекает при комнатной температуре. Другие комплексные соединения разлагаются при нагревании, например:
[Cu(NH3)4]SO4 * H2O = CuSO4 + 4NH3 + H2O (выше 300 oС)
4K3[Co(NO2)6] = 12KNO2 + 4CoO + 4NO + 8NO2 (выше 200 oС)
Пример 1.
Назовите комплексные соединения и ионы: [Co(NH3)5Br]SO4, K[Fe(NH3)2(CN)4], [PtCl4(NH3)2], [Ag(NH3)2]+, [Cr2(NH3)9(OH)2]4+, [Hg2(H2O)2]2+, [Al(H2O)2(OH)4]
Решение: [Co(NH3)5Br]SO4 – cульфат бромопентаамминокобальта (III).
Название соединения строится следующим образом: называем анион в И.п.(SO42- - сульфат), затем комплексный катион в Р.п.: сначала указываем название отрицательно заряженного лиганда (Br - - бромо-), далее количество и название нейтрального лиганда (5-пента-, NH30– аммин-), последним называем комплексообразователь в Р.п. (Сo3+ – кобальта) и указываем степень его окисления (III).
K[Fe(NH3)2(CN)4] – тетрацианодиамминферрат (III) калия.
Сначала перечисляем количество и название отрицательно заряженного лиганда (4 – тетра-, CN- - циано-), затем нейтрального лиганда (2 –ди-, NH30 – аммин-), комплексообразователь (Fe3+ - феррат) и его степень окисления (III), затем называем катион в Р.п. (К+ - калия).
[PtCl4(NH3)2] – диамминтетрахлороплатина.
Название нейтральных комплексных частиц составляют из количества и названия нейтрального лиганда (2 –ди-, NH30 – аммин-), количества и названия отрицательно заряженного лиганда (4 – тетра-, Cl- - хлоро-) и комплексообразователя в И.п. без указания степени окисления (Pt – платина).
[Ag(NH3)2]+ – катион диамминсеребра(I).
В названии комплексного катиона сначала пишется слово «катион», затем указываем количество и название нейтрального лиганда (2 –ди-, NH30 – аммин-), далее комплексообразователь в Р.п. (Ag+–серебра) и указываем степень его окисления (I). В случае неизвестной степени окисления комплексообразователя указывают заряд всего катиона в скобках арабскими цифрами (например, [Hg2(H2O)2]2+ катион диаквадиртути (2+)).
[Al(H2O)2(OH)4] – – тетрагидроксодиакваалюминат (III)-ион
В названии комплексного аниона сначала указываем количество и название отрицательно заряженного лиганда (4 – тетра-, ОН- - гидроксо-), далее количество и название нейтрального лиганда ( 2-ди-, Н2О0 –аква-), последним называем комплексообразователь, заканчивая суффиксом «ат» (Al3+ –алюминат), указываем степень его окисления (III), далее слово «ион».
Пример 2.
Определите степень окисления, координационное число комплексообразователя и заряд комплексного иона в соединении Na3[Co(NO2)6]. Составьте уравнение диссоциации его в водном растворе. Напишите выражение константы нестойкости комплексного иона.
Решение: Диссоциация комплексного соединения Na3[Co(NO2)6] протекает следующим образом:
первичная диссоциация Na3[Co(NO2)6] <=> 3Na+ + [Co(NO2)6]3-
вторичная диссоциация [Co(NO2)6]3- <=> Co3+ + 6NO2-
Таким образом, степень окисления комплексообразователя Co равна +3, координационное число соответствует 6. Заряд комплексного иона равен сумме зарядов составляющих его простых ионов: +3+(-6)= -3.
[Co3+]*[ NO2-]6
Кнест = [[Co(NO2)6]3-]
Вопросы и задачи
101-125. Назовите комплексное соединение. Укажите комплексообразователь, лиганды, внутреннюю и внешнюю сферы; определите заряд комплексной частицы, степень окисления комплексообразователя и его координационное число. Напишите реакции первичной и вторичной диссоциации комплексных соединений. Составьте выражения для констант нестойкости комплексных ионов.
101. Na[Sb(OH)6]
102. [Pt(NH3)3NO2]Cl
103. [Cr(H2O)6]Cl3
104. Na2[Zn(OH)4]
105. [Ag(NH3)2]Br
106. [Cu(NH3)4](OH)2
107. [Со (NН3)5(Н2О)]Cl3
108. K3[Co(NO2)6]
109. Ca[Cr(NH3)2(NCS)4]2
110. K4[Mg(CN)6]
111. [Pt(NH3)4]Cl2
112. [Ni(NH3)6]SO4
113. K2[HgI4]
114 [Co(NH3)2(NO2)4]Cl2
115. [Zn(NH3)4](NO3)2
116. K2[Co(NH3)2(NO2)4]
117. [Cu(NH3)4](NO3)2
118. Cs[Co(H2O)3Br3]
119. K3[Fe(CN)6]
120. [Ag (NH3)2]Cl
121. Na3[Co(NO2)6]
122. K2[Cu(CN)4]
123. [Co(H2O)(NH3)4CN]Br2
124. [Ni(NH3)6]Cl3
125. [Pd(NH3)3Cl]Cl