Координационная теория Вернера.
Координационная теория Вернера.
Комплексные – соединения, содержащие сложные ионы и молекулы, способные к существованию как в кристаллическом виде, так и в растворах.
Реагирующие вещества | Kомплексные соединения | Kомплексные ионы |
CuSO4 + 4NH3 | [Cu(NH3)4] SO4 | [Cu(NH3)4]2+ |
Fe(CN)2 + 4KCN | K4[Fe(CN)6] | [Fe(CN)6]4– |
PtCl2 + 2NH3 | [Pt(NH3)2Cl2] | – |
Строение комплексных соединений рассматривают на основе координационной теории Вернера.
В соответствии с этой теорией в комплексных соединениях различают комплексообразователь, внешнюю и внутреннюю сферы.
· Комплексообразователем обычно является катион или нейтральный атом.
· Внутреннюю сферу составляет определенное число ионов или нейтральных молекул, которые прочно связаны с комплексообразователем. Их называют лигандами.
· Число лигандов определяет координационное число комплексообразователя (число связей, которые образует комплекообразователь) и дентантность лиганда (число связей, которые образует каждый лиганд).
Природа связи между центральным ионом (атомом) и лигандами может быть двоякой. С одной стороны, связь обусловлена силами электростатического притяжения. С другой – между центральным атомом и лигандами может образоваться связь по донорно-акцепторному механизму по аналогии с ионом аммония. Во многих комплексных соединениях связь между центральным ионом (атомом) и лигандами обусловлена как силами электростатического притяжения, так и связью, образующейся за счет неподеленных электронных пар комплексообразователя и свободных орбиталей лигандов.
Если заряд лигандов компенсирует заряд комплексообразователя, то такие комплексные соединения называют нейтральными: они состоят только из комплексообразователя и лигандов внутренней сферы [Pt(NH3)2Cl2].
Лигандами могут быть:
а) полярные молекулы – NH3, Н2О, CO, NO, NH2CH2CH2NH2 (этилендиамин)
б) простые ионы – F–, Cl–, Br –, I–, H–, H+ и т. д.;
в) сложные ионы – CN–, SCN–, NO2–, OH–, SO42–, SO32–, C2O42–
Число связей, которые образует лиганд – дентатность.
Лиганды бывают:
а) монодентатные – NH3, Н2О, CO, NO, CN–, SCN–, NO2–, OH–, F–, Cl–, Br –, I–, H–, H+ и т. д.
б) бидентантные –SO42–, SO32–, C2O42–, NH2CH2CH2NH2
в) полидентантные – этилендиамминтетраацетат, PO43–, порфирин
г) амбидентатные – CN-, NCX-, NO2-, SO32-
Хелатные комплексы – комплексы с полидентантными лигандами содержат циклы, которые включают центральный атом.
К группе хелатов относятся и внутрикомплексные соединения, у которых центральный атом связан с лигандами ковалентной связью по обменному механизму и донорно-акцепторному. Образование внутрикомплексного соединения сопровождается вытеснением из кислых функциональных групп одного или нескольких протонов ионом металла:
Соединения, для которых возможны различия в составе внутренней сферы и строении лигандов (ионизационные, гидратные, координационные, лигандные).
Оптическая изомерия
Оптическая изомерия связана со способностью некоторых комплексных соединений существовать в виде двух форм, не совмещаемых в трехмерном пространстве и являющихся зеркальным отображением друг друга.
Структурная изомерия
Гидратная изомерия заключается в различном распределении молекул растворителя между внутренней и внешней сферами комплексного соединения, в различном характере химической связи молекул воды с комплексообразователем. Например: [Cr(H2O)6]Cl3, [Cr(H2O)5Cl]Cl2 ∙ H2O, [Cr(H2O)4Cl2]Cl ∙ 2H2O.
Ионизационная изомерияопределяется различным распределением заряженных лигандов между внутренней и внешней сферами комплекса и характеризует способность координационных соединений с одним и тем же элементным составом давать в растворе разные ионы. [Co(NH3)5Br]SO4, [Co(NH3)5SO4]Br.
Координационная изомерия
Связана с переходом лигандов от одного комплексообразователя к другому: [Co(NH3)6][Cr(CN)6] [Cr(NH3)6][Co(CN)6].
Биокомплексы – металлоорганические соединения (органический лиганд связан с ионом металла)
· магний – хлорофилл
· железо (2) – гемоглобин
· железо (3) – миоглобин
· медь – гемоцианин
· цинк – инсулин
Теория энергии активации
обычные условия: молекулы не обладают энергией для преодоления энергетического барьера
Закон Вант – Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость увеличивается в Ƴ раз
Энергия активации – небольшой избыток над средней энергией молекул, необходимый для превращения реагентов в продукты (зависит от природы вещества и катализатора)
Активированные комплексы – наиболее выгодный путь протекания реакции, требующий наименьших энергетических затрат.
Уравнение Аррениуса: устанавливает зависимость константы скорости {\displaystyle k}химической реакции от температуры. Согласно простой модели столкновений, химическая реакция между двумя исходными веществами может происходить только в результате столкновения молекул этих веществ. Но не каждое столкновение ведёт к химической реакции. Необходимо преодолеть определённый энергетический барьер, чтобы молекулы начали друг с другом реагировать. То есть молекулы должны обладать некой минимальной энергией{\displaystyle E_{A}}, чтобы этот барьер преодолеть.
3) катализатор:
· катализатор – вещество, ускоряющее реакцию за счет понижения энергии активации
· ингибитор – увеличивает энергию активации
· промотор – вещество, повышающее активность катализатора
· каталитический яд – снижает активность катализатора, разрушает активированные комплексы (группировка атомов в решающий момент элементарного акта химической реакции)
Теория катализа
· гомогенный катализ: реагенты и катализатор в одной фазе, катализатор образует промежуточное неустойчивое соединение с одним из реагентов
· гетерогенный катализ: реагенты и катализатор в разных фазах, реакция идет на поверхности катализатора (поверхность катализатора содержит «активные центры», молекулы адсорбируются на поверхности катализатора)
Ферментативный катализ (биокатализ) – ускорение биохимических реакций при участии белковых макромолекул. называемых ферментами (энзимами).
Особенности ферментативного катализа:
1) в организме катализаторы – ферменты
2)ферменты обладают высокой активностью и селективностью
3) в процессе катализа ферменты разрушаются
4) действие ферментов зависит от реакции среды и температуры
5) скорость ферментативной реакции зависит от концентрации фермента или субстрата только при очень небольших концентрациях
6) 1 моль каталазы при 0 градусов обеспечивает разложение 5 млн. молекул перекиси водорода за 1 минуту
Закон действующих масс: скорость реакции прямо пропорциональна произведению С реагирующих веществ, взятых в степенях равных порядку реакции
· Физический смысл константы скорости заключается в том, что она равна скорости реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ
Для реакции с участием газов давление оказывает такое же воздействие, как и концентрация.
Порядок реакции – величина, которая показывает влияние С данного вещества на скорость реакции
Константа скорости:
1) природа веществ
2) температура
3) катализатор
4) не зависит от С
Химическое равновесие
· обратимые реакции – реакции, при которых реагенты превращаются в продукты, а продукты – в реагенты (протекают 2 противоположные реакции)
равновесие: скорость прямой реакции = скорость обратной реакции
Константа равновесия:
1) природа веществ
2) температура
3) не зависит от С и катализатора
Принцип Ле Шателье
Если на находящуюся в равновесии систему оказать внешне воздействие, то равновесие сместится в сторону, уменьшающую это воздействие.
Биологическое значение:
· действие антидотов при отравлении СО основано на вытеснении СО из НвСО
НвО2 + СО = НвСО + О2
· насыщение венозной крови происходит при повышении давления на кислород (г)
Координационная теория Вернера.
Комплексные – соединения, содержащие сложные ионы и молекулы, способные к существованию как в кристаллическом виде, так и в растворах.
Реагирующие вещества | Kомплексные соединения | Kомплексные ионы |
CuSO4 + 4NH3 | [Cu(NH3)4] SO4 | [Cu(NH3)4]2+ |
Fe(CN)2 + 4KCN | K4[Fe(CN)6] | [Fe(CN)6]4– |
PtCl2 + 2NH3 | [Pt(NH3)2Cl2] | – |
Строение комплексных соединений рассматривают на основе координационной теории Вернера.
В соответствии с этой теорией в комплексных соединениях различают комплексообразователь, внешнюю и внутреннюю сферы.
· Комплексообразователем обычно является катион или нейтральный атом.
· Внутреннюю сферу составляет определенное число ионов или нейтральных молекул, которые прочно связаны с комплексообразователем. Их называют лигандами.
· Число лигандов определяет координационное число комплексообразователя (число связей, которые образует комплекообразователь) и дентантность лиганда (число связей, которые образует каждый лиганд).
Природа связи между центральным ионом (атомом) и лигандами может быть двоякой. С одной стороны, связь обусловлена силами электростатического притяжения. С другой – между центральным атомом и лигандами может образоваться связь по донорно-акцепторному механизму по аналогии с ионом аммония. Во многих комплексных соединениях связь между центральным ионом (атомом) и лигандами обусловлена как силами электростатического притяжения, так и связью, образующейся за счет неподеленных электронных пар комплексообразователя и свободных орбиталей лигандов.
Если заряд лигандов компенсирует заряд комплексообразователя, то такие комплексные соединения называют нейтральными: они состоят только из комплексообразователя и лигандов внутренней сферы [Pt(NH3)2Cl2].
Лигандами могут быть:
а) полярные молекулы – NH3, Н2О, CO, NO, NH2CH2CH2NH2 (этилендиамин)
б) простые ионы – F–, Cl–, Br –, I–, H–, H+ и т. д.;
в) сложные ионы – CN–, SCN–, NO2–, OH–, SO42–, SO32–, C2O42–
Число связей, которые образует лиганд – дентатность.
Лиганды бывают:
а) монодентатные – NH3, Н2О, CO, NO, CN–, SCN–, NO2–, OH–, F–, Cl–, Br –, I–, H–, H+ и т. д.
б) бидентантные –SO42–, SO32–, C2O42–, NH2CH2CH2NH2
в) полидентантные – этилендиамминтетраацетат, PO43–, порфирин
г) амбидентатные – CN-, NCX-, NO2-, SO32-
Хелатные комплексы – комплексы с полидентантными лигандами содержат циклы, которые включают центральный атом.
К группе хелатов относятся и внутрикомплексные соединения, у которых центральный атом связан с лигандами ковалентной связью по обменному механизму и донорно-акцепторному. Образование внутрикомплексного соединения сопровождается вытеснением из кислых функциональных групп одного или нескольких протонов ионом металла: