Комплексные соединения

Комплексные соединения


Проект по химии

МОУ « Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов № 32»

города Прокопьевска

Презентацию разработали и выполнили учащиеся 11 – в классаРуководитель : учитель химии - Бедарева Наталья Анатольевна

2009

Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл. 2

Программа курсаПрограмма курса

30.04.09.

Введение

Координационная теория А. Вернера

Строение комплексных соединений

Классификация и номенклатура

Химические свойства

Получение

Применение

Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл. 330.04.09.

В различных реакциях, протекающих в растворе, мы обнаруживаем участие неизменных группировок атомов, выступающих либо в виде ионов (SO4

2-, OH-, NO2- , CO3

2-, NO2+ и т.д.), либо в виде нейтральных молекул (, NH3, CO, NO и других). Эти неизменные группировки атомов способны к взаимодействию в растворе с ионами металлов или нейтральными молекулами с образованием более сложных частиц.

Проделаем несколько качественных реакций: 1. Между растворами сульфата железа(II) и гексацианоферрата(III) калия;2. Между растворами хлорида железа(III) и роданида аммония;3. Между растворами сульфата меди(II) и гидроксида аммония.

Введение


Результаты опытовРезультаты опытов

30.04.09.

В результате проделанных реакций наблюдаем изменение цвета раствора или выпадение осадка. 1. Результатом реакции между растворами сульфата железа(II) и гексацианоферрата(III) калия является образование синего осадка турнбулевой сини . Ион Fe2+ легко присоединяет ионы CN- ,

образуя сложный анион: Fe2+ + 6 CN- = [Fe(CN)6]4-



30.04.09.

2. Результатом реакции между растворами хлорида железа(III) и роданида аммония наблюдается характерное ярко – красное окрашивание. Ион Fe3+ легко присоединяет ионы CNS- , образуя кроваво-красный тиоционатный комплекс железа [Fe(CNS)4]

-

Fe3+ + 4 CNS = [Fe(CNS)4]-



30.04.09.

3. Результатом реакции между растворами сульфата меди(II) и гидроксида аммония является образование ярко –голубого осадка. Ион Cu2+ взаимодействует в растворе с молекулами NH3 по обратимой реакции с образованием ярко-синего раствора (сложный катион): Cu2+ + 4 NH3 = [Cu(NH3)4]2+


В ходе проделанных качественных реакций на катионы Cu2+ , Fe2+, Fe3+мы наблюдали образование комплексных катионов и анионов. Металлы: медь и железо относятся к металлам побочных подгрупп. Следовательно,комплексные соединения образуют металлы побочных подгрупп. Но почему?Задание ученику:

Составьте электронные формулы элементов металлов побочных подгрупп:

Сu 1s22s22p63s23p64s13d10

Fe 1s22s22p63s23p64s23d6

Cr 1s22s22p63s23p64s13d5

Zn 1s22s22p63s23p64s23d10

Mn 1s22s22p63s23p64s23d5


ВыводВывод

30.04.09.

На основании проделанной работы делаем вывод о том, что чаще всегокомплексные соединения образуют металлы побочных подгрупп, имеющие 2 s-электрона( реже один) на последнем электронном слое и, как правило, Незавершенный d- подуровень предыдущего. Реже металлы s- элементов.

Поэтому окончание квантовой формулы для этих элементов в общем виде можно записать так:

nS2(1)(n-1)d1-10

где n- номер последнего электронного слоя.

В состав комплексного соединения металл входит в виде иона. Поскольку у d- элементов в большинстве случаев остается незаполненным

последний электронный слой, то можно предположить, что не только d-электроны, но и свободные электронные ячейки элементов могут

участвовать в образовании комплексных соединений.

Комплексные соединения образуют прежде всего d-металлы, и это связано с особенностями строения их атомов.


Координационная теория А. Вернера

Природу химических связей в комплексах, их строение и принципы их образования объясняет координационная теория Альфреда Вернера, созданная в 1893 году. В основу теории легли положения пространственного строения веществ и теории электролитической диссоциации.1. Атомы могут проявлять не только обычную «главную» валентность, но

и побочную «дополнительную». Побочные валентности насыщаются только при образовании комплексных соединений. Главные валентности катионов металлов насыщаются только отрицательно заряженными ионами, побочные валентности могут насыщаться и отрицательно заряженными ионами и нейтральными молекулами. Главные и побочные «вернеровские» валентности в ядрах комплексов не различаются по своей прочности и природе.

2. В каждом комплексном ионе имеется центральный атом(комплексообразователь), вокруг которого располагаются координированные им ионы и молекулы.


3. Каждый комплекс характеризуется «координационным числом», которое показывает сколько атомов, ионов или молекул размещено вокруг

центрального атома. Координационное число может быть высоким и низким. От 1 до 12-14. Чаще небольшое нечетное число – 2,4.

4. Координационные атомы находятся во внутренней сфере комплексных соединений. Они называются аддентами ( или лигандами, по современной номенклатуре).

5. Центральный атом и внутреннюю сферу выделяют квадратными скобками. Она может быть нейтральной или заряженной ( как положительно, так и отрицательно).

6. Если внутренняя сфера комплексных соединений заряжена, то комплекс имеет внешнюю сферу, поскольку заряженный комплекс (точнее его ядро) может притягивать противоположно заряженные ионы.

[Cu(NH3)4]SO4

Внутренняя сфера Внешняя сфера

Центральный атомЛиганда

Координационное число


Комплексными соединениями называются определенные химические соединения, образованные сочетанием отдельных компонентов и представляющие собой сложные ионы или молекулы, способные к существованию как в кристаллическом, так и в растворенном состоянии.Итак, теория Вернера позволила систематизировать имеющиеся в то время сведения о комплексных соединениях и предпринять направленный систематический поиск новых соединений. Например, на основе координационной теории в наши дни объясняетсяхимическое строение хлорофилла и гемоглобина.

Молекула гемоглобина Молекула хлорофилла


Задания ученику. Запишите определения следующих понятий:

Комплексный ион – это ион, состоящий из d-металла и лигандов.

Лиганд – молекула или ион, входящий в состав комплексного иона, связанный с d-металлом донорно-акцепторной связью.

Координационное число – нейтральный атом, положительно или отрицательно заряженный условный ион, объединяющий (координирующий) вокруг себя другие атомы, ионы или молекулы

Вакансия - свободная электронная ячейка d-металла, которая может быть использована для образования донорно- акцепторной связи с лигандами.

Комплексное соединение – сложное вещество, в состав которого входит комплексный ион.


Строение комплексных соединений

Почему многие устойчивые молекулы способны присоединяться ккомплексообразователю?Рассмотрим комплексообразование на следующем примере. При действии аммиака на раствор соли цинка выпадает осадок. При избытке аммиака осадок растворяется. Что при этом происходит?Из раствора можно выделить соль – аммиакат цинка ZnCl2.4NH3 .Это соединение комплексное. Оно образовано комплексными катионами [Zn(NH3)4]2+ и простыми анионами Сl. Происходящие реакции можно выразить следующим суммарным уравнением:

Образование комплекса объясняется донорно-акцепторным взаимодействием иона Zn2+ с молекулами NH3 . У иона Zn2+

имеются свободные валентные орбитали - одна S и три Р орбитали.Поэтому ион Zn2+ может выступать в качестве акцептора четырех электронных пар. Молекула NH3 имеет неподеленную электронную

пару и, может выступать в качестве донора электронной пары.

Zn2+ + 4 NH3 = [Zn(NH3)4]2+


NH3

Zn2+ + 4 NH3 Zn

NH3

NH3 NH3

Вследствие SP3 - гибридизации орбиталей цинка ион [Zn(NH3)4]2+ имеет форму тетраэдра.

акцептор

донор

2+

Связь между внешней и внутренней сферами комплексного

соединения имеет ионный характер и легко разрушается

в воде с образованием ионов:

[Zn(NH3)4]Cl ↔ [Zn(NH3)4]2+ + 2Cl-


СТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

NH4Cl

КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЬ

ЛИГАНДЫ

КООРДИНАЦИОННОЕ ЧИСЛО - 4ВНУТРЕННЯЯ СФЕРА

ВНЕШНЯЯ СФЕРА

КОМПЛЕКСНЫЙ ИОН

30.04.09.


Задания ученику:

1. Укажите внутреннюю и внешнюю сферы, комплексообразователь (центральный атом) и лиганды в следующих комплексных соединениях:

2. Определите степень окисления комплексообразователя в комплексных соединениях:

А). Na3[FeF6]; [Cr(C6H6)2]; [Ni(NH3)6]Cl2

Б). Na[Sb(OH)6]; K2[HgI4]; [Cr(H2O)6]Cl3

А). K3[Co(C2O4)3]; [Zn(NH3)4](NO3)2; Sr2[Cu(OH)6]

Б). [Cr(CO)6]; Na3[Co(NO2)6] . H2O; Ca[Cr(NH3)2(NCS)4]2


По характеру электрического заряда

АнионныеКомплексыSr2[Cu(OH)6]

Катионныекомплексы[Ni(NH3)6]Cl2

НейтральныеКомплексы

[Al2Cl6]

30.04.09.

Классификация и номенклатура


Монодентатные

Бидентатные

Тридентатные

Полидентатные

Полидентатные лиганды могут выступать в роли мостиковых лигандов, объединяющих два и более центральных атома. Например, этилендиаминтет-рауксуснаякислота (EDTA), способная занять шесть координационных мест.

30.04.09.

Если лиганд связан с комплексо-образователем через один из своих атомов одной двухцентровой химической

связью. Это: галогенид-ионы, цианид-ион, аммиак, вода и другие.

Каждая молекула или ион биден-татного лиганда образует с комплексообра-зователем две химические связи в соответствии с особенностями своего строения.Это: этилен- диамин, карбонат-ион, оксалат-ион .

Число занимаемых лигандом координационных мест центрального атома (или атомов), называется дентатностью

Если лигандобразует с комплексо-образователем три химические связи. Например,

По дентатности ( для лигандов)

NH2CH2 -CHNH2 –

CH2N H2

триаминопропан


КислотыH[AuCl4]

Основания[Cu(NH3)4](OH)2

СолиNa3[FeF6]

по классампо классам

классифицируются

30.04.09.



Номенклатура комплексовНоменклатура комплексов

30.04.09.

Комплексные соединения называли, руководствуясь их внешним видом, например, пурпуреосоль (красная соль) [Co(NH3)5Cl]Cl2, лутеосоль (желтая соль) состава [Co(NH3)6]Cl3 , либо происхождением, например, красная кровяная соль K3[Fe(CN)6] и т.п.

Немало комплексных соединений получили имена химиков, синтезировавших их: соль Фишера K3[Co(NO2)6] , соль Рейнеке NH4[Cr(NH3)2(NCS)4] и др.

Современная номенклатура комплексных соединений основана на рекомендациях ИЮПАК (Международный союз общей и прикладной химии) и адаптирована к традициям русского химического языка.


Давая название комплексу, сначала называют анион, потом катион, как бы читая формулу комплексного соединения с конца к началу.

В названиях комплексных соединений используются приставки: ди- два; три- три; тетра-четыре; пента-пять; гекса- шесть и т.д.

Далее называют лиганды. Если центральный ион входит в состав комплексного аниона, то анион называется: Fe – феррат, Cu – купрат, Ag – аргентат, Au – аурат, Hg – меркурат, Zn – цинкат, Al – алюминат и т. д.

После названия центрального иона в скобках указывается его валентность, равная заряду. Если центральный ион входит в состав комплексного катиона, то он называется по русски.


Названия лигандов

NH3 Аммин H+ Гидро- ОН- Гидроксо-

H2O Аква NO+ Нитрозилий F- Фторо-

СО Карбонил NO2+ Нитроилий Сl- Хлоро-

NO Нитрозил N2H5+ Гидразиний Br- Бромо-

SO2 Диоксера SO32- Сульфито- J- Иодо-

S2- Тио O22- Пероксо- CN- Циано-

O2-

Оксо C2O4

2- Оксалато- CO32- Карбонато-


Задания ученику: 1. Составьте названия комплексных соединений:

[Cu(NH3)4](OH)2 Гидроксид тетрааммин меди (II)

Na[Zn(OH)4] Тетрагидроксоцинкат натрия

K3[Cr(CN)6] Гексацианохромат(III) калия

Fe(CO)5 Пентакарбонилжелезо (0)

[Ag(NH3)2] Cl Хлорид диаммин серебра (I)

2. Построить формулы веществ по названиям:

Тетрагидроксоцинкат калия K2[Zn(OH)4]

Гексацианоферрат(II) натрия Na4[Fe(CN)6]

Сульфат тетраамминмеди(II) [Cu(NH3)4]SO4

Нитрат гексаакваалюминия (III) [Al(H2O)6]NO3


РАССТАВЬТЕ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ ИОНА

КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЯ:

Na3[AlF6] Ответ: Na+3[Al+3F-

6]

K[MgCl3]

Na[Al(OH)4]

Na4[Fe(CN)6]

Na3[Al(OH)6]

[Cu(NH3)4]Cl2

Ответ: Na+[Al+3(OH)-4]

Ответ: K+[Mg+2Cl-3]

Ответ:Na+4[Fe+2(CN)-

6]

Ответ:Na+3[Al+3(OH)-

6]

Ответ:[Cu+2(NH3)04]Cl-

2

30.04.09.


Химические свойства

1. Диссоциация. [ Cu(NH3)4]SO4 ↔ [Cu(NH3)4]2+ + SO42-

K3[Co(NO2)6]↔ 3 K+ + [Co(NO2)6]3-

Комплексные ионы диссоциируют как слабые электролиты:

[Cu(NH3)4]2+ ↔ Cu2+ + 4 NH3

2. Реакции ионного обмена по внешней сфере : [Cu(NH3)4]SO4 + BaCl2 = [Cu(NH3)4]Cl2 + BaSO4↓

3. Реакции с участием лигандов: [Cu(NH3)4]SO4 + 4HCl = 4 NH4Cl + CuSO4


4. Реакции по центральному иону: а). обменные: [Ag(NH3)2] Cl + KJ = AgJ↓ + KCl + 2NH3

б). окислительно-восстановительные : (взаимодействие глюкозы с реактивом Толленса) CH2OH(CHOH)4COH + [Ag(NH3)2]OH = = CH2OH(CHOH)4COONH4 + 2Ag↓+ 2H2O + 3 NH3

5. Реакция изомеризации: [Cr(H2O)6]3+ + 3Cl- = [Cr(H2O)5Cl]Cl2 .H2O

У соли хрома возможно существование трех изомеров, различных по цвету : светло – зеленый - [Cr(H2O)5Cl]Cl2. H2O

темно – зеленый - [Cr(H2O)4Cl2]Cl. H2O фиолетовый - [Cr(H2O)6]Cl3


Получение

Опыт № 1. Получение комплексного соединения меди (II). Получите осадок гидроксида меди (II) и прилейте к нему избыток концентрированного раствора аммиака. Как изменился цвет осадка при действии на него раствором аммиака? Чем это объяснить? Составьте уравнение происходящей химической реакции и назовите полученное комплексное соединение.


Опыт № 2. Получение комплексного соединения алюминия.Налейте в пробирку 1-2 мл раствора хлорида алюминия, затем постепенно добавьте к нему концентрированный раствор гидроксида натрия до исчезновения осадка. Почему вначале образовался осадок? Почему при избытке гидроксида натрия осадок исчез? Составьте уравнения происходящих реакций в молекулярном и ионном виде и назовите образовавшиеся вещества. Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4

Опыт № 3. Получение комплексного соединения серебра.Получите осадок хлорида серебра, добавьте к нему раствор аммиака до полного растворения.Напишите уравнение реакции образования комплексного соединения. AgCl + 2 NH3 = [Ag(NH3)2] Cl

Опыт № 4. Цветная реакция на фенол.В пробирку с раствором фенола прибавляют 2-3 капли раствора хлорида железа (III). Какие произошли изменения? Напишите уравнение реакции образования комплексного соединения.

FeCl3 + 4C6H5OH + 2H2O = H[Fe(O-C6H5)4 (H 2O)2] + 3HCl


Опыт № 5. Образование глицерата меди (II).К 1 мл раствора щелочи в пробирке добавьте равное количество раствора CuS04. К образовавшемуся гидроксиду меди (II) добавьте 0,5 мл глицерина. Какие произошли изменения? Составьте уравнения реакций.


Применение

Аналитическое определение металлов, использование для очистки природных и сточных вод.


Получение чистых и сверхчистых веществ. Например, для отделения примесей от урана широко используется его способность образовывать комплексные карбонаты. Аналогичным образом очищают от примесей торий и плутоний.


Получение покрытий электрохимическим методом. Всем известны декоративные и защитные покрытия на металлических изделиях – оцинкованных, луженых, никелированных, хромированных, медненых, золоченых, посеребренных. Оказалось, что особенно плотные ровные покрытия получаются при электролизе растворов комплексных солей. Комплексные соединения электролизуются медленнее, чем обычные, и это способствует отложению мельчайших зерен металла, плотно покрывающих поверхность всего катода.


Катализ. Комплексные соединения непереходных и особенно

переходных металлов катализируют самые разнообразные реакции: полимеризацию, окисление олефинов в альдегиды и кетоны, образование эфиров.


Роль комплексных соединений в живых организмах ( гемоглобин, хлорофилл, ферменты, витамины).


Краски. Лаки. Цвет хаки, например, возникает при обработке хлопчатобумажных

тканей солями железа и хрома, а затем щелочными растворами. При этом идет осаждение на ткани многоядерных гидроксокомплексов.

Фталоцианин меди - монастраль голубой ценится блестящим оттенком, высокой красящей способностью, прочностью и нерастворимостью в воде, устойчивостью к нагреванию.

Алый диметилглиоксимат Ni (II) входит в состав губной помады.


Ионный контроль. В различных производствах возникают мешающие ионы металлов,

которые удаляются или маскируются комплексами. Содержащиеся в «жесткой» воде ионы кальция и магния связывают в растворимые комплексы (умягчают воду) полифосфатами или полиаминокислотами, например, ЭДТА. Желтая кровяная соль К4 [Fe (CN)6] используется в виноделии: ее добавляют к созревшему вину для очистки и осветления.


Кино и фотография, производство зеркал. В основе обработки фотоматериалов лежит комплексообразование.

Прежде всего оно используется в процессе фиксирования, где неэкспонированное серебро (I) связывается и переводится в раствор:

2AgBr + 3Na2S2O3 = Na4[Ag2(S2O3)3] + 2NaBr


Благодарим за внимание!

Documents

Комплексные соединения