Структура комплексных соединений

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 История открытия комплексных соединений

1.2 Общие свойства комплексных соединений

1.2.1 Строение комплексных соединений

1.2.2 Классификация комплексных соединений

1.2.3 Номенклатура комплексных соединений

1.2.4 Химические свойства

1.3 Применение комплексных соединений

1.4 Комплексные соединения железа

    1.4.1 Соль Море

     1.4.2 Железоаммонийные квасцы

1.1 История открытия комплексных соединений

В 1893 г. в третьем томе немецкого журнала неорганической химии была опубликована статья А. Вернера «О строении неорганических соединений». В этом обширном трактате, занявшем в журнале почти семьдесят страниц, А. Вернер высказал о строении комплексных соединений оригинальные идеи и весьма необычные представления. Автор не занимался надстройкой и «украшением» существовавших теоретических воззрений, наоборот, он их решительно отверг. Каковы были предпосылки для создания новой теории и в чем заключались ее основные положения?
Основными предпосылками и истоками координационной теории, позволившими в 1892—1893 гг. ввести новые представления о строении комплексных соединений, являются: 1) разработка стереохимических представлений в органической химии; 2) утверждение в химии теории электролитической диссоциации Аррениуса; 3) развитие учения о сродствоемкости1; 4) накопление фактического материала по химии комплексных соединений кобальта, платины, хрома, иридия, никеля, меди, железа и других металлов, что позволяло сопоставить их состав и свойства.
Анализ всех данных, по-видимому, и привел к знаменитой «вспышке» гения, когда в одну из декабрьских ночей 1892 г. А. Вернеру пришла новая идея о строении комплексных соединений: в центре молекулы комплексного соединения находится атом какого-либо элемента (чаще всего металла), играющего роль комплексообразователя. Вокруг него располагаются, однако, не все атомы, атомные группы или молекулы, находящиеся в данном соединении, а только те, которые характеризуются химической стабильностью. Они получили впоследствии название аддендов или лигандов. Таким образом, только лиганды связаны с центральным атомом-комплексообразователем прямой связью. Атомы и атомные группы, отличающиеся химической подвижностью, удалены от центрального атома и поэтому связаны с ним непрямой связью. Например, в молекуле лутеосоли СоС13 • 6NH3 с центральным атомом кобальта связаны прямой связью близко расположенные шесть молекул аммиака, а удаленные от центрального атома три подвижных кислотных остатка (С1) связаны с ним непрямой связью.
Комплексные соединения, таким образом, состоят, как правило, из двух сфер — первой (внутренней) и второй (внешней). В первой сфере находится центральный атом и все атомные группы, соединенные с ним непосредственно, т. е. прямой связью. Во второй сфере располагаются группы, удаленные от центрального атома, связанные с ним непрямой связью. Например, в соли Гро Pt С14 • 4NH3 два атома хлора связаны непосредственно с центральным атомом платины прямой не-ионогенной связью, поэтому они и не обнаруживаются соответствующими качественными реакциями на ион С1. При растворении соли Гро в воде эти два атома хлора остаются соединенными с платиной, входя в сложный комплексный катион: (NH3)4
Два других атома хлора связаны непрямой ионоген ной связью, и при растворении соли Гро они отщепляются в виде хлорид анионов. Так впервые была создана модель молекулы комплексного соединения с центральным атомом, которая полностью соответствовала физико-химическим свойствам данного соединения.
В свете этих воззрений комплексные соединения изображались А. Вернером новыми оригинальными формулами. Например, для соли 6NH3 была предложена формула [Со (NH3)e] С1з.
А. Вернер ввел в науку ранее до него в химии не существовавшее понятие о координационном числе, показывающем, сколько атомов, атомных групп, молекул может прямо связаться с центральным атомом-комплексообразователем, или, говоря словами А. Вернера, может координироваться центральным атомом. Характеризуя координационное число, А. Вернер так сформулировал его отличие от валентного числа: «Валентное число означает максимальное число одновалентных атомов, которые без участия других элементарных атомов могут быть непосредственно связаны с данным атомом. Координационное число означает максимальное число атомов и групп, которые могут стоять в прямой связи с данным атомом»1.
А. Вернер придавал громадное значение координационному числу в уяснении строения комплексных соединений. «Координационное число, — писал он,—для теории строения большого класса комплексных соединений, образующихся путем сочетания различных простых молекул, имеет такое же значение, как валентное число для теории строения простых соединений, особенно соединений углерода»2.
История открытия А. Вернера была бы неполной, если не упомянуть еще об одной новой идее, которую без преувеличения можно считать гениальной, — раскрыть пространственное строение комплексных соединений. Для комплексных соединений с координационным числом шесть А. Вернер избрал модель октаэдра, а для соединений с координационным числом четыре — модель плоского квадрата. С присущей ему решительностью и смелостью ученый в 1893 г. заявил: «Рядом со стереохимией соединений углерода и соединений азота становится теперь стереохимия соединений кобальта и соединений платины» (курсив нат. — Авт.у. Это обобщение знаменовало новый этап в истории неорганической химии, поворотный пункт в ее развитии.
А. Вернер систематизировал и классифицировал комплексные соединения по двум основным типам: [Me(NHa)e]X2, [Ме(МНз)4]Х2.

 

 

     

 

  1.2 Общие свойства комплексных соединений

Комплексное соединение — химическое вещество, в состав которого входят комплексные частицы.

Комплексная(координационная) частица — сложная частица, способная к самостоятельному существованию в кристалле или растворе, образованная из других, более простых частиц, также способных к самостоятельному существованию. Иногда комплексными частицами называют сложные химические частицы, все или часть связей в которых образованы по донорно-акцепторному механизму.

Комплексообразователь — центральный атом комплексной частицы. Обычно комплексообразователь — атом элемента, образующего металл, но это может быть и атом кислорода, азота, серы, йода и других элементов, образующих неметаллы. Комплексообразователь обычно положительно заряжен и в таком случае именуется в современной научной литературе металлоцентром; заряд комплексообразователя может быть также отрицательным или равным нулю.

 

По типу лиганда

• Гидраты – содержат акво-комплексы, т.е. в качестве лигандов выступают молекулы воды. Например, [Cr(H2O)6]Br3, [Co(H2O)6]Br2
• Аммиакаты – содержат аммин-комплексы, в которых в качестве лигандов выступают молекулы аммиака (NН3­). Например, [Zn(NH3)4]Cl2, [Ag(NH3)2]Cl
• Карбонилы – в таких комплексных соединениях, в качестве лигандов выступают молекулы монооксида углерода. Например, [Ni(CO)4],.
• Ацидокомплексы – комплексные соединения, содержащие в качестве лигандов кислотные остатки как кислородсодержащих, так и бескислородных кислот (F–, Cl–, Br–, I–, CN–, NO2–, SO42–, PO43–и др., а также ОН–). Например, K4[Ni(CN)6], Na2[FeCl4]
• Гидроксокомплексы— комплексные соединения, в которых в качестве лигандов выступают гидроксид-ионы: K2[Zn(OH)4], Cs2[Sn(OH)6]

Комплексные соединения могут содержать лиганды, относящиеся к различным классам приведенной классификации. Например: К[Pt(H2O)­3Br3], [Cr(NH3)4Br2]Br

4. По химическим свойствам: кислоты, основания, соли, неэлектролиты:

• Кислоты — H[AuBr4], H2[PtCl6]
• Основания — [Cu(NH3)4](OH)2,[Ag(NH3)2]OH
• Соли — Cs3[Al(OH)6], [Ni(H2O)4]Cl2
• Неэлектролиты — [Pt(NH3)2Cl2]

Получение

• Охлаждение подкисленной смеси насыщенных растворов сульфатов железа и аммония:

{\displaystyle {\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+(NH_{4})_{2}SO_{4}+24H_{2}O\ {\xrightarrow {0^{o}C}}\ 2NH_{4}Fe(SO_{4})_{2}\cdot 12H_{2}O\downarrow }}}

Физические свойства

Сульфат железа(III)-аммония образует бесцветные или светло-фиолетовые кристаллы кубической сингонии, пространственная группа P a3, параметры ячейки a = 1,2318 нм, Z = 4.

На воздухе из-за выветривания постепенно приобретает жёлто-коричневый оттенок.

При ≈37 °C плавится в собственной кристаллизационной воде.

Хорошо растворяется в воде, не растворяется в этаноле. Водный раствор имеет кислую реакцию.

Химические свойства

• При нагревании кристаллогидрат ступенчато теряет воду:

Формулу записать…….

• Слабый окислитель; легко восстанавливается до соли Мора (сульфата железа(II)-аммония) Fe(NH₄)₂(SO₄)₂.

Применение

• В аналитической химии.
• В медицине в качестве вяжущего, прижигающего, кровоостанавливающего средства; в качестве антиперспиранта.
• В кожевенной промышленности квасцы используются как дубильное вещество.
• Токсичен для микроорганизмов

 

               1.4.3 Железный купорос

Железный купорос или, иными словами, сульфат железа выпускается в форме гранул бирюзового цвета. Кристаллы растворяются в воде. В готовом порошке концентрация активного вещества составляет 53%.

Общая информация

Сульфат железа является единственным концентрированным источником железа, способным дать сельскохозяйственным посадкам указанный элемент в легкоусвояемой форме.

Обратите внимание: для целей агрохимии предназначается специальный препарат, исходное вещество которого пригодно для целей растениеводства.

Несертифицированный сульфат железа имеет желтоватый или беловатый оттенок из-за большого содержания серы. Использовать его можно только для определенных хозяйственных работ, дезинфекции уличных туалетов и выгребных ям, но не нужд сельского хозяйства. Протравливание некондиционным железным купоросом дорожек и стен зданий, с целью избавления ото мха, запрещено (он испортит камень и бетонную кладку).

Возможные сферы использования

Чаще всего железный купорос применяется:

Для производства чернил;

В гальванопластике;

Для окрашивания шерсти;

При воронении стали;

Для производства красок;

В сфере легкой промышленности (например, для окрашивания кожных изделий и протравливания тканей);

В мебельной промышленности (дерево протравливается как для защиты, так и для получения высоких эстетических показателей: железный купорос придает древесине определенный цвет, зависящий от ее сорта);

В строительной области (для окрашивания построек разного вида, например, коттеджей и ограждений);

В медицине (лекарства на основе вещества используются для нормализации уровня гемоглобина, миоглобина, при нехватке железа в организме, для лечения железодефицитных анемий);

Максимально популярен железный купорос в сельскохозяйственной области. Возможные варианты применения в сельском хозяйстве:

Лечение растений, подверженных хлорозу;

Борьба с различного рода вредителями посадок, например, со слизнями;

Уничтожение спор грибковых микроорганизмов;

Борьба со мхом и лишайниками;

Химическая мелиорация грунта разного типа.

Сульфат железа в сельском хозяйстве можно применять как самостоятельно (как правило, в виде водных растворов для опрыскивания), так и включив в состав побелки.

Важно! Вещество является полноценной химией. Поэтому при ее использовании необходимо закрыть кожу одеждой, надеть перчатки и защитные очки.

 

 

    1.5 Кинетика химических реакций

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 История открытия комплексных соединений

1.2 Общие свойства комплексных соединений

1.2.1 Строение комплексных соединений

1.2.2 Классификация комплексных соединений

1.2.3 Номенклатура комплексных соединений

1.2.4 Химические свойства

1.3 Применение комплексных соединений

1.4 Комплексные соединения железа

    1.4.1 Соль Море

     1.4.2 Железоаммонийные квасцы

1.1 История открытия комплексных соединений

В 1893 г. в третьем томе немецкого журнала неорганической химии была опубликована статья А. Вернера «О строении неорганических соединений». В этом обширном трактате, занявшем в журнале почти семьдесят страниц, А. Вернер высказал о строении комплексных соединений оригинальные идеи и весьма необычные представления. Автор не занимался надстройкой и «украшением» существовавших теоретических воззрений, наоборот, он их решительно отверг. Каковы были предпосылки для создания новой теории и в чем заключались ее основные положения?
Основными предпосылками и истоками координационной теории, позволившими в 1892—1893 гг. ввести новые представления о строении комплексных соединений, являются: 1) разработка стереохимических представлений в органической химии; 2) утверждение в химии теории электролитической диссоциации Аррениуса; 3) развитие учения о сродствоемкости1; 4) накопление фактического материала по химии комплексных соединений кобальта, платины, хрома, иридия, никеля, меди, железа и других металлов, что позволяло сопоставить их состав и свойства.
Анализ всех данных, по-видимому, и привел к знаменитой «вспышке» гения, когда в одну из декабрьских ночей 1892 г. А. Вернеру пришла новая идея о строении комплексных соединений: в центре молекулы комплексного соединения находится атом какого-либо элемента (чаще всего металла), играющего роль комплексообразователя. Вокруг него располагаются, однако, не все атомы, атомные группы или молекулы, находящиеся в данном соединении, а только те, которые характеризуются химической стабильностью. Они получили впоследствии название аддендов или лигандов. Таким образом, только лиганды связаны с центральным атомом-комплексообразователем прямой связью. Атомы и атомные группы, отличающиеся химической подвижностью, удалены от центрального атома и поэтому связаны с ним непрямой связью. Например, в молекуле лутеосоли СоС13 • 6NH3 с центральным атомом кобальта связаны прямой связью близко расположенные шесть молекул аммиака, а удаленные от центрального атома три подвижных кислотных остатка (С1) связаны с ним непрямой связью.
Комплексные соединения, таким образом, состоят, как правило, из двух сфер — первой (внутренней) и второй (внешней). В первой сфере находится центральный атом и все атомные группы, соединенные с ним непосредственно, т. е. прямой связью. Во второй сфере располагаются группы, удаленные от центрального атома, связанные с ним непрямой связью. Например, в соли Гро Pt С14 • 4NH3 два атома хлора связаны непосредственно с центральным атомом платины прямой не-ионогенной связью, поэтому они и не обнаруживаются соответствующими качественными реакциями на ион С1. При растворении соли Гро в воде эти два атома хлора остаются соединенными с платиной, входя в сложный комплексный катион: (NH3)4
Два других атома хлора связаны непрямой ионоген ной связью, и при растворении соли Гро они отщепляются в виде хлорид анионов. Так впервые была создана модель молекулы комплексного соединения с центральным атомом, которая полностью соответствовала физико-химическим свойствам данного соединения.
В свете этих воззрений комплексные соединения изображались А. Вернером новыми оригинальными формулами. Например, для соли 6NH3 была предложена формула [Со (NH3)e] С1з.
А. Вернер ввел в науку ранее до него в химии не существовавшее понятие о координационном числе, показывающем, сколько атомов, атомных групп, молекул может прямо связаться с центральным атомом-комплексообразователем, или, говоря словами А. Вернера, может координироваться центральным атомом. Характеризуя координационное число, А. Вернер так сформулировал его отличие от валентного числа: «Валентное число означает максимальное число одновалентных атомов, которые без участия других элементарных атомов могут быть непосредственно связаны с данным атомом. Координационное число означает максимальное число атомов и групп, которые могут стоять в прямой связи с данным атомом»1.
А. Вернер придавал громадное значение координационному числу в уяснении строения комплексных соединений. «Координационное число, — писал он,—для теории строения большого класса комплексных соединений, образующихся путем сочетания различных простых молекул, имеет такое же значение, как валентное число для теории строения простых соединений, особенно соединений углерода»2.
История открытия А. Вернера была бы неполной, если не упомянуть еще об одной новой идее, которую без преувеличения можно считать гениальной, — раскрыть пространственное строение комплексных соединений. Для комплексных соединений с координационным числом шесть А. Вернер избрал модель октаэдра, а для соединений с координационным числом четыре — модель плоского квадрата. С присущей ему решительностью и смелостью ученый в 1893 г. заявил: «Рядом со стереохимией соединений углерода и соединений азота становится теперь стереохимия соединений кобальта и соединений платины» (курсив нат. — Авт.у. Это обобщение знаменовало новый этап в истории неорганической химии, поворотный пункт в ее развитии.
А. Вернер систематизировал и классифицировал комплексные соединения по двум основным типам: [Me(NHa)e]X2, [Ме(МНз)4]Х2.

 

 

     

 

  1.2 Общие свойства комплексных соединений

Комплексное соединение — химическое вещество, в состав которого входят комплексные частицы.

Комплексная(координационная) частица — сложная частица, способная к самостоятельному существованию в кристалле или растворе, образованная из других, более простых частиц, также способных к самостоятельному существованию. Иногда комплексными частицами называют сложные химические частицы, все или часть связей в которых образованы по донорно-акцепторному механизму.

Комплексообразователь — центральный атом комплексной частицы. Обычно комплексообразователь — атом элемента, образующего металл, но это может быть и атом кислорода, азота, серы, йода и других элементов, образующих неметаллы. Комплексообразователь обычно положительно заряжен и в таком случае именуется в современной научной литературе металлоцентром; заряд комплексообразователя может быть также отрицательным или равным нулю.

 

Структура комплексных соединений

1. Большинство комплексных соединений имеют внутреннюю и внешнюю сферы. Записывая химические формулы комплексных соединений, внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки. Например, в комплексных соединениях К[Al(OH)4] и [Ca(NH3)8]Cl2, внутренней сферой являются группы атомов (комплексы) — [Al(OH)4]— и [Ca(NH3)8]2+, а внешней сферой — ионы К+ и Сl– соответственно.

2. Центральный атом или ион внутренней сферы называют комплексообразователем. Обычно, в качестве комплексообразователей выступают атомы или ионы металлов с достаточным количеством свободных орбиталей – это p-, d-, f- элементы: Cu2+, Pt2+, Pt4+, Ag+, Zn2+, Al3+и др. Но это может быть и атомы элементов, образующих неметаллы. Заряд комплексообразователя обычно положительный, но также может быть отрицательным или равным нулю и равен сумме зарядов всех остальных ионов. В приведенных выше примерах комплексообразователями являются ионы Al3+и Ca2+.

3. Комплексообразователь окружен и связан сигма-связью с ионами противоположного знака или нейтральными молекулами, так называемыми лигандами. В качестве лигандов в комплексных соединениях могут выступать такие анионы, как F–, OH–, CN–, CNS–, NO2–, CO32–, C2O42–и др., или нейтральные молекулы Н2О, NН3, СО, NО и др. В наших примерах это – ионы OH— и молекулы NH3. Количество лигандов в различных комплексных соединениях лежит в пределах от 2 до 12. А само число лигандов (число сигма-связей) называется координационным числом (к.ч.) комплексообразователя. В рассматриваемых примерах к.ч. равно 4 и 8.