Номенклатура комплексных соединений.

Систематическая номенклатура комплексных соединений опре­де­ля­ет пра­вила за­писи формул и названий комплексных соединений.

При написании формулы комп­лек­са с однородным составом внут­рен­­ней сферы вна­чале записывается центральный атом, а затем лиганды с ука­за­нием нижним чис­ло­вым индексом их количества; всю внутреннюю сферу зак­лючают в квадратные скоб­ки и в зависимости от того является ли комплекс катионом или анионом слева или справа от комплекса помещают внеш­не­сфер­ный ион: Na[FeCl₄], Ba₃[Co(CN)₆]₂, [Cu(NH₃)₄]SO₄, [Zn(H₂O)₄](NO₃)₂. Для нейт­раль­ных комплексов, а также распрост­ра­нен­ных солей и кислот допускается за­пись их формул без квадратных скобок: Fe(CO)₅, K₂SO₃, UO₂(NO₃)₂.

Для смешанно-лигандного комплекса, содержащего лиганды с различным за­­рядом (L⁺, L, L^-), в формуле комплекса их располагают в следующем порядке: [M(L⁺)(L)(L^-)] – например, формула смешанно-лигандного комплекса железа (III) c NO⁺, NH₃ и Cl^- в качестве лигандов имеет вид [Fe(NO)(NH₃)₄Cl]SO₄.

Лиганды, одинаковые по типу заряда, но разные по химическому составу, за­пи­­сы­ва­ют справа налево в порядке увеличения относительной электроотри­ца­тель­ности их первых (слева) элементов независимо от сложности лигандов. Так, среди нейтраль­ных лигандов H₂О и NH₃ первым (слева) во внутренней сфе­ре комплекса реко­мен­ду­ет­ся записывать воду: [Co(H₂O)₄(NH₃)₂]Cl₃; среди от­рицательных лигандов C₂O₄^2- и ОН^- оксалатный лиганд рекомендуется за­пи­сы­вать левее чем гидроксидный: Na₃[Fe(C₂O₄)(OH)₄]. Если разные лиганды име­ет совпадающий первый элемент в их формуле, то порядок их расположения во внутренней сфере комплекса определяется увеличением числа разных элемен­тов в составе лиганда – вначале рекомендуется за­пи­сывать одноэлементный ли­ганд, затем двух-, трех и т.д. – например: [Ru(N₂)(NH₃)₄(NH₂OH)₂]²⁺.

При сокращенном буквенном обозначении лигандов (этилендиамин – En, ди­ме­тил­гли­оксим – DMG и др.) порядок их записи в формуле комплекса оп­ре­деляется теми же правилами, что и при использовании их химических формул.

Во избежание разночтений разные лиганды, входящие в состав смешанно-ли­ганд­ных комплексов, отделяются друг от друга круглыми скобками. Для ли­ган­дов, кото­рые при одинаковом составе могут иметь различный заряд, – н­а­при­мер: NO⁺, NO, NO^- или O₂^2-, O₂^-, в формуле комплекса допускается указание их за­ряда с помощью пра­во­го верхнего индекса у обозначения лиганда: [Pd{P(C₆H₅)}₂(O₂⁰)], [Co(CN)₅(O₂^-)]^4-.

Если в формуле комплексного соединения степень окисления централь­но­го ато­ма не очевидна, то она может быть указана в формуле комплекса с по­мощью правого верх­него индекса у символа центрального атома римскими циф­рами: [Сo^III(NH₃)₆][Cr^III(CN)₆].

Название комплексного соединения также состоит из названий лигандов и цент­раль­ного атома внутренней сферы и названия внешнесферного катиона или аниона.

Лиганды.

- название отрицательно заряженных лигандов образуется из пол­ного на­­звания ионов с добав­лени­ем соедини­тель­ной гласной –о: Br^- бромо-, О^2- ок­со-, О₂^- надпероксо-, О₂^2- пероксо-, Н^- гидридо-, N^3- нитридо-, S₂^2- ди­суль­фи­до(-2)-, OH^- гидроксо-, CN^- циано-, NH^2- амидо-, NH₂^- ими­до-, NCS^- тиоцианато- СО₃^2- карбонато-, P₂O₇^4- дифосфато-, НSO₃^- гидросульфато-, S₂O₃^2- тиосульфато- TeO₆^6- ортотеллурато-, ClO^- гипохлорито-. IO₅^6- ортопериодато-. Аналогично строятся названия лигандов ор­га­нических кислот: HCOO^- формиато-, C₂O₄^2- ок­са­лато-, HON=C(CH₃)C(CH₃)=NO^- диметиглиоксимато-, СH₃COO^- ацетато-, NH₂CH₂COO^- глицинато-, {OOCCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH₂COO)₂}^4- этилендиамин­тет­­раацетато-. По традиции ли­ганд S^2- называют тио-. Анионы углево­до­­родов в качестве лигандов назы­вают без соединительно гласной -о: CH₃^- метил, С₆Н₅^- фенил, С₅Н₅^- циклопентадиенил.

- если в качестве лигандов выступаю положительно заряженные частицы, то в их названиях либо сохраняется окончание – ий, либо его добавляют: N₂H₅⁺ -гидразиний, NO⁺ нитрозилий. Катион H⁺ по традиции называют гидро-.

- название нейтральных лигандов в составе внутренней сферы комплекса ос­тается не­изменным: N₂ диазот, O₂ дикислород, SO₂ диоксид серы, N₂H₄ гид­ра­зин, P(C₆H₅) три­фенилфосфин. По традиции для ряда лигандов используют спе­циальные названия: H₂O - аква, NH₃ - аммин, СО - карбонил, CS - тиокарбонил, NO - нитрозил.

Число одинаковых лигандов во внутренней сфере комплекса указывается прис­тавками: ди-, три-, тетра- и т.д., которые записывают слитно с названием ли­ганда: (Н₂О)₄ тетрааква-, Br₃ трибромо-, (SO₄)₂ дисульфато-, (NH₃)₅ пен­та­ам­мин. Если в названии самого сложного лиганда уже исполь­зу­ет­ся числовая прис­тавка, на­пример О₂ – дикислород, NH₂CH₂CH₂NH₂ – этилен­ди­а­мин, то для указания числа та­ких лигандов во внутренней сфере применяют умножающие приставки: 2 – бис, 3 – трис, 4 – тетракис и т.д., а на­зва­ние самого лиганда зак­лючают в скобки: (N₂)₂ – бис(диазот), (P(C₆H₅)₃)₃ – трис­(трифенилфосфин). Название лиганда также за­ключается в скобки, если в его названии исполь­зу­ют­ся цифры или символы хими­ческих элементов: (C₆H₅N)₂ – (2,2’-бипиридил), (NCS)^- - (тиоцианато-N). Название лиганда заклю­ча­ется также в скобки, если об­ра­зующееся при названии внутренней сферы словосочетание может првести к не­однозначности в природе лиганда: (N)₂ ди­(азот), что указывает на присут­ст­вие во внутренней сфере двух атомов азота, в отличие от (N₂) – диазот для од­ной молекулы азота. Рекомендуется также вы­де­лять круглыми скобками наз­ван­ия лигандов с характеристичными приставками – пер-, тио-, гидро-, орто-, мета-, и названия сложных органических лигандов.

Центральный атом (ион). Систематическое название центрального атома, ука­­зы­ва­емое после названия лигандов, зависит от заряда комплекса:

- для нейтральных комплексов применяютрусское название элемента комп­лек­сооб­ра­зо­вателя в именительном падеже:

[Co(NH₃)₃Cl₃] - трихло­ро­три­ам­мин­кобальт,

[Cr(H₂O)₃(C₂O₄)Cl] - хлорооксалатотриаквахром,

[Fe(NH₃)₂(NCS)₄] - тетра(тиоциа­на­то-N)ди­амминжелезо,

[MnH(CO)₅] - пента­кар­­бонилгидромарганец,

SO₂Cl₂ - дихлородиоксосера;

- для катионных комплексов русское название элемента комплексообра­зо­ва­те­ля да­ет­ся в родительном падеже с указанием римскими цифрами в круглых скоб­ках его степени окисления:

[Ag(NH₃)₂]⁺ диамминсеребра(I),

[Ru(NH₃)₅(N₂)]²⁺ (диазот)пен­та­амминрутения(II),

[UO₂]²⁺ диоксоурана(VI).

Для эле­мен­тов с постоянной степенью окисления допускается применение названий эле­мен­тов без указания на его степень окис­­ления: [Al(H₂O)₅(OH)]²⁺ гид­рок­со­пен­таак­ва­алюминия;

- название элемента комплексообразователя в анионных комплексах обра­зует­ся из латинского корня названия элемента с добавлением окончания –ат и ука­занием римскими цифрами в круглых скобках его степени окисления: [Fe(CN)₆]^4- - гекса­ци­а­ноферрат(II),

[HgI₄]^2- - тетраиодо­мер­курат(II),

[Pt(NO₂)₄Cl₂]^2- - дихлоротетра­нитро­пла­тинат(IV).

Для элементов с постоянной степенью окис­­ления допускается название элемента без указания его степени окис­ле­ния:

[Zn(OH)₄]^2- - тетрагидроксоцинкат,

[HF₂]^- - дифто­ро­гид­рогенат.

Полное название соединений с комплексным катионом или анионом вклю­чает так­же традиционное название внешнесферных ионов: [Ir(NH₃)₄(NCS)₂]ClO₄ - перхлорат ди­(тиоцанато-S)тетраамминирридия(III), (NH₄)₃[Pt(NH₃)(NO₂)₅] - пен­та­­нитроаммин­пла­ти­нат(IV) аммония,

H[AuCl₄] - тетрахлороаурат водорода,

(KAl)[Fe(CN)₆] - гекса­ци­ано­фер­рат(II) алюминия-калия,

[Co(NH₃)₆](SO₄)(HSO₄) - гидросульфат-сульфат гек­са­ам­минкобальта(III). Полное назва­ние комплексов катион-анионного типа состит из сис­те­матического названия комп­лек­с­ного аниона и комлексного аниона: [Pt(NH₃)₄][PtCl₄] - тетрахлороплатинат(II) тет­ра­­ам­минплатины(II), [Co(NH₃)₅Cl]₃[Cr(CN)₆]₂ - гексацианохромат(III) хлоропен­таам­ми­нкобальта(III).

Для различия геомерических цис-транс изомеров в формулах и названнях комп­­лек­сов используют соответствующие цис- и транс- приставки: транс-[Pd(NH₃)₂Cl₂] транс-дихлородиамминпалладий, транс-[CoEn₂(CN)₂]Cl хлорид транс-дициа­нобис­(эти­лендиамин)кобальта(III), цис-Na₃[Cr(OH)₄Cl₂] цис-дихло­ро­тетрагидроксохро­мат(III) натрия.

 

Упражнения:

11. Приведите названия лигандов в составе внутренней сферы ком­п­лек­сов: H^-, Cl^-, S^2-, OH^-, CN^-, N₃^-, NCS^-, NO₂^-, SO₄^2-, H₂O, NH₃, CO, NO, N₂, PPh₃ (Ph = C₆H₅), H₂NC₂H₄NH₂ (En), [(OOCCH₃)₂NCH₂CH₂N(CH₃COO)₂]^4- (Edta).

12. Напишите названия следующих нейтральных комплексов: триаммин-тригидроксокобальт, дигидразиндибромоиодоцианоплатина, тритио-цианатотриаквахром, дигидроксиламиндихлоропалладий, триаква-тринитрородий.

13. Приведите систематические названия следующих моноядерных соедине­ний: K₂MnO₄, H₂SO₄, Na[B(OH)₄], Ca[Fe(CN)₆], (NH₄)₂[HgI₄], H[AuCl₄], Al[Cr(NCS)₆], Na[PtCl(OH)₅], [Ag(NH₃)₂]Cl, [CuEn₂](NO₃)₂, [Zn(H₂O)₄]ClO₄, [Rh(NH₃)₄CO₃]NO₃, [Co(NH₃)₅NO₂]Cl₂, [Co(N₂)₃(N₂H₄)₂]Br₃, [Pt(NH₃)₂ClBr], [Cr(H₂O)₃С₂O₄I], Ni(CO)₄, K₂[PdCl₄], [Pt(PPh₃)₄], [Co(NH₃)₆][Co(CN)₃(SCN)₃], [Pd^II(NH₂OH)₄][Pt^IV(I)₃(CN)₃].

14. Напишите формулы следующих соединений: гексафторофосфат(V) натрия, тетра­ок­­соманганат(VI) калия, тетрагидроксоцинкат магния, тринитроди­хло­ро­­аква­ир­ри­дат(III) калия, тетраиододиамминплатина, роданодицианотри­ак­вакобальт, сульфито­ди­ам­минпалладий, нитрат транс-бисэтиленди­аминди­хло­ро­кобальта(III), гексафто­ро­хромат(III) гексааквахрома(III), тетрацианоплати­нат(II) тетраамминпалладия(II).

 

11. Соединения постоянного и переменного состава (дальтониды и бертоллиды)* - раздел для углубленного изучения.

 

Описание химических соединений с помощью молекулярных формул, отра­жа­ющих целочисленные количественные со­от­ношения меж­ду атомами хи­ми­чес­ких элементов в соединениях независимо от ме­тода их получения, осно­ва­но на законе постоянства состава, явля­ю­ще­гося одним из важнейших стехио­мет­ри­чес­ких законов в рамках атомно-моле­куляр­но­го учения. Соединениями пос­то­ян­но­го состава, которые называ­ют­ся стехио­мет­рическими [††] или дальтонидами, явля­ют­ся вещества моле­ку­ляр­но­го стро­е­ния, поскольку состав молекул однозначно опре­де­ля­ется строе­ни­ем об­разую­щих их атомов.

В начале XX века было установлено, что в кристаллическом сос­тоя­нии мно­гие вещества характеризуются переменным составом, зависящим от ус­ло­вий их об­разования. Такие соединения называются нестехиометрическими или бер­тол­лида­ми. В отличие от дальтонидов, бертоллиды в кристалли­чес­ком состо­я­нии характе­ри­зу­ют­ся не молекулярными, а атомными или ионными крис­­тал­ли­чес­кими решетками, в структуре которых в зависимости от условий их обра­зо­ва­ния возможно образование де­фектов двух типов. ­Так, в отличие от идеальной крис­тал­лической решетки соеди­не­ния АВ, атомы (ионы) А и В кото­ро­го зани­ма­ют строго фик­си­ро­ван­ные положения в уз­лах решетки, в реальных крис­тал­лах некоторые узлы решетки могут быть не заняты, тогда как в междоузлиях мо­гут располагаться избы­точ­ные частицы А и (или) В. Это при­водит к то­му, что по сравнению с идеальным составом АВ реальные образцы крис­тал­лического соединения взависимости от метода их получения, будут иметь пе­ре­мен­ный сос­тав А_1±xB_1±y. Например, в зависимости от метода получения, состав ок­­си­да тита­на (II) изменяется от Ti_0,7O до TiO_1,3.

Следует отметить, что среди неорганических соединений почти 95% не име­ют мо­ле­кулярного строения и, следовательно, являются нестехиомет­ри­чес­ки­ми соеди­не­ни­я­ми. Однако для большинства соединений непереходных эле­мен­тов отклонения от сте­хиометрического состава крайне незначительны и ими мож­но пренебречь. В то же время, оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды, гидри­ды пе­ре­ход­ных металлов образуют типично нестехиометрические соединения. Более то­го, в ряде случаев их соединения, состав которых соответствует мо­ле­ку­ляр­ной формуле (например - FeO), - неустойчивы и могут быть по­лу­че­ны только в особых условиях.

В зависимости от того, какую информацию требуется отобразить в форму­лах бер­то­ллидов, применяют различные обозначения. Общим обозначением бер­толлида явля­ет­ся математический знак «»» (приблизительно), который ста­вят перед молекулярной формулой:»FeO,»TiO,»FeS,»Cu₂O. Для более пол­но­го обозначения в формулу вво­дят переменный коэффициент «х»: Fe_1-xS, TiO_1+x. Если хотят показать, что отклонение от стехиометрического состава невелико, то вместо «х» применяют «d»: NaCl_1-d. Для бертоллидов известного состава ука­зы­вают численное значение «х»: Fe_1-0,123S или Fe_0,877S. Пределы воз­мож­но­го из­ме­нения количественного состава указывают пос­ле формулы в круглых скоб­ках: PbS_1+d (0 ≤ d ≥ 0,005), TiO_1+x (-0,23 ≤ x ≥ 0,3).

Для отражения нестехиометричности к названию соединения с молеку­ляр­ным составом в скобках добавляют указание на нестехиометричность: Fe_1-xS суль­­фид же­ле­за(II) (недостаток железа), MnO_1+x оксид марганца(II) (избыток кис­лорода).

 

12. Аддукты* - раздел для углубленного изучения.

 

Если химическая связь между составными частями соединения отно­сит­ся к раз­личным типам сильного или слабого межмолекулярного вза­и­­мо­действия или природа этой связи выяснена недостаточно, то она фор­му­лах обозначается «точкой» (8Ar×46H₂O) и такие соединения называют аддук­та­ми. При донорно-акцеп­тор­ном ха­рак­тере межмолекулярного взаимодействия «точ­ку» заменяют «стрелкой», на­прав­лен­ной от донора к акцептору – напри­мер: H₃N®BF₃. Водородная связь между составными частями аддукта изобра­жа­ется тремя точками “…” между символами элементов: HF×××HF, H₂O×××H₂O, H₂O×××NH₃.

Названия аддуктов. Продукты присоединения воды к простым и сложным ве­щест­вам носят групповое название гидраты. Количество молекул воды ука­зы­­вается чис­ло­выми приставками – ди-, три-, тетра-, поли-: Ca(NO₃)₂×4H₂O тет­­рагидрат нит­ра­та кальция, Cl₂×6H₂O гексагидрат хлора. Если состав гидрата бо­лее сложен, то названия так­же начинаются со слова гидрат, затем называют другую составную часть, а в кон­це указывают в круглых скобках арабскими циф­ра­ми в виде дроби стехиомет­рическое соотношение составных частей: 3CdSO₄×8H₂O гидрат сульфата кадмия (8/3).

Названия других аддуктов на основе сольватов образуют из названий сос­тав­ных частей в именительном падеже, которые разделяют тире; стехиомет­ри­чес­кое отно­ше­ние указывается арабскими цифрами в виде дроби в круглых скоб­ках причем, первая цифра отвечает первой составной части: 2Na₂CO₃×3H₂O₂ кар­бонат натрия – пероксид водорода (2/3), 10PCl₃×29Br₂ хлорид фосфора (III) – ди­бром (10/29), I₃N×nNH₃ нитрид иода (I) – аммиак (1/n).

Важными представителями аддуктов являются соединения включения, ко­то­рые на­зы­вают также клатратами. К клатратам, например, относятся гидраты га­зов, которые образуются за счет включения в междоузельные пространства крис­талла льда (хозя­ин) раз­лич­ных молекул газов (гость): Cl₂, CH₄, H₂S, SO₂, Ar, Xe и др. В одной из мо­ди­фикаций льда на 46 молекул воды приходится 6 свободных полостей. В результате этого состав таких клатратов приблизи­тель­но отвечает формуле 6X×46H₂O. Известны клатраты, полости хозяев, которых об­­разованы кристаллическими решетками и дру­гих веществ с водородными свя­­зями – например: гидрохинон, фенол, толуол. Назва­ния клатратов обра­зу­ют­ся подобно другим аддуктам: 6Xe×46H₂O ксенон-вода (6/46).

Лабораторная работа

«Основные классы неорганических соединений».

Оксиды

Опыт 1. (групповой опыт, под тягой). Поместить в ложечку для сжигания (вставленную в корковую пробку) кусочек серы вели­чи­ной с го­­­ро­шину и под­жечь ее в пламени спиртовки. Отметить цвет пламени го­ря­щей серы. Внес­ти горящую серу в колбу с ~5 мл воды и 5-6 кап­. метилового оранжевого, закрыть колбу пробкой. Отметить изменение цвета индикатора. Обосновать на­блюдения, назвать хими­чес­кие со­е­­динения.

Опыт 2. В пробирку налить ~3 мл воды и добавить 5-6 кап. лакмуса. В ре­зуль­­тате взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой в аппарате Кип­па получить уг­ле­­кислый газ. С помощью горящей лучинки установить под­дер­жи­ва­ет ли он горение. Про­­пустить ток углекислого газа из аппарата Киппа через воду в пробирке и наблюдать из­ме­нение окраски индикатора. Обосновать наблюдения, назвать химические со­е­ди­нения.

0пыт 3. Зажать в тигельных щипцах или пинцете кусочек магниевой ленты и под­жечь ее в пла­мени спиртовки. Продукт реакции перенести в пробирку, налить ~2 мл во­ды и до­ба­вить 2-3 капли фенолфталеина. Отметить окраску индикато­ра. Обос­новать наблю­де­ния, назвать химические соединения.

Опыт 4. В две пробирки внести шпателем по щепотке оксида цинка. В одну прилить ~2 мл раз­бав­­лен­ной соляной кислоты, а в другую ~2 мл концентрированного раст­во­ра гид­рок­си­да нат­рия. Наблюдать растворение осадка. Обосновать наблюде­ние. Наз­ва­ть хи­ми­ческие со­е­­ди­­не­ния.

На основании опытов 1-4 сделать вы­вод о свойствах ок­си­дов.

Гидроксиды

Опыт 5. В две пробирки налить по ~2 мл хлорида алюминия и хлорида хрома (III). В каж­дую из пробирок по каплям добавить разбавленный раствор гидрок­си­да натрия до об­разования осадков. Отметить цвет осадков и в отдельных про­бир­­ках испытать их раст­во­римость в разбавленной соляной кислоте и избытке ще­­лочи. Обосновать наб­лю­дения. Назвать химические соединения.

Опыт 6. (групповой опыт, под тягой). В кристаллизатор с водой добавить 5-6 кап. фе­нол­­фта­ле­и­на и с помощью щипцов осторожно опустить маленький (величиной с горо­ши­ну) кусо­чек натрия, предварительно очищенного от верхнего окислен­но­го слоя и осу­шен­ного фильт­ровальной бумагой. Отметить изменение цвета раст­вора и выделение га­за. Обос­но­­вать наблюдения.

На основании опытов 5-6 сделать вывод о кислотно-основных свойствах гид­­рок­­си­дов алюминия, хрома (III) и натрия.

Кислоты

Опыт 7. В пробирки налить 0.5 – 1 мл раствора силиката натрия (силикатный клей). Добавить такой же объем разбавленной соляной кислоты и отметить об­ра­зование студенистого осадка. Обосновать наблюдение. Назвать химические сое­ди­нения.

Опыт 8. В отдельные пробирки поместить по небольшому количеству порошка цинка и несколько кусочков тонкой ме­дной проволоки. Испытать взаимодействие с металлами разбавленной соляной кис­­­ло­ты, раз­бав­­­лен­ных и концентрированных серной и азотной кислот. Обос­но­вать наблюдения. Наз­­вать химические соединения.

Соли

Опыт 9. В три пробирки налить по ~2 мл раствора нитрата свинца (II) и доба­вить: в пер­­вую раствор хлорида натрия, во вторую – сульфата магния и в третью – йодида калия. Наблюдать образование осадков. Классифицировать хи­мичес­кие реакции и назвать продукты реакций.

Опыт 10. В три пробирки налить по ~2 мл растворов – сульфата меди (II), суль­фа­та нат­рия и ацетата свинца (II). В каждый раствор внести предварительно зачищенную гранулу цинка. Что наб­лю­да­ется? Обосновать наблюдения. Классифицировать хи­мичес­кие реакции и назвать продукты реакций.

Опыт 11. Налить в пробирку ~3 мл «известковой воды» и пропустить из ап­па­ра­та Кип­па углекислый газ. Наблюдать последовательное образование и раст­во­рение осад­ка. Обос­но­вать наблюдения. Классифицировать хи­мичес­кие реакции и назвать продукты реакций.

Опыт 12. В пробирку с ~1 мл раствора сульфата меди (II) по каплям добавлять раст­вор карбоната натрия и наблюдать образование осадка основной соли. Обос­­­но­вать наб­лю­дение. Назвать продукты реакции.