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^–, SO₄^2–, SO₃^2–, C₂O₄^2–

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 –SO₄^2–, SO₃^2–, C₂O₄^2–, NH₂CH₂CH₂NH₂

в) полидентантные – этилендиамминтетраацетат, PO₄^3–, порфирин

г) амбидентатные – CN-, NCX-, NO₂^-, SO₃^2-

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^–, SO₄^2–, SO₃^2–, C₂O₄^2–

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 –SO₄^2–, SO₃^2–, C₂O₄^2–, NH₂CH₂CH₂NH₂

в) полидентантные – этилендиамминтетраацетат, PO₄^3–, порфирин

г) амбидентатные – CN-, NCX-, NO₂^-, SO₃^2-

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: