МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет общих математических и естественнонаучных дисциплин

Кафедра химии

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО ТЕМЕ

«КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ»

По дисциплине «общая и неорганическая химия»

Учебно-методическое пособие

Специальности: 240301 Химическая технология неорганических веществ; 280201 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов; 240801 Машины и аппараты химических производств

Череповец

2006

Практические занятия по теме «Комплексные соединения» по дисциплине «Общая и неорганическая химия»: Учеб.-метод. пособие. –Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ, 2006. – 39 с.

Рассмотрено на заседании кафедры химии, протокол № 7 от 27.03. 06.

Одобрено редакционно-издательской комиссией факультета общих математических и естественнонаучных дисциплин ГОУ ВПО ЧГУ, протокол № 5 от 18.04. 06.

Составители: Ю.С. Кузнецова;

О.А. Калько – канд. техн. наук, доцент;

Н.В. Кунина

Рецензенты: Г.В. Козлова, канд. хим. наук, доцент (ГОУ ВПО ЧГУ);

Л.Ю. Кудрявцева, канд. техн. наук, доцент (ГОУ ВПО ЧГУ)

Научный редактор: Г.В. Козлова – канд. хим. наук, доцент

© Ю.С. Кузнецова; О.А. Калько;

Н.В. Кунина, 2006

© ГОУ ВПО Череповецкий государст­-

венный университет, 2006

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебно-методическое пособие включает в себя краткие теоретические сведения, примеры решения задач и варианты контрольных заданий по теме «Комплексные соединения» курса химии. Содержание учебно-методического пособия соответствует государственному стандарту дисциплины «Общая и неорганическая химия» для химических и инженерно-технических специальностей.

Строение комплексных соединений

Комплексные соединения (иначе координационные соединения или соединения высшего порядка) образуются при взаимодействии друг с другом простых соединений, т. е. соединений первого порядка. Например:

CuCl₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]Cl₂.

Согласно координационной теории швейцарского химика Альфреда Вернера (1893), комплексными называются наиболее устойчивые соединения высшего порядка, которые в водном растворе или расплаве способны к самостоятельному существованию.

Основу комплексного соединения составляют центральный атом (или ион), называемый комплексообразователем, и частицы (ионы или молекулы), располагающиеся вокруг комплексообразователя, которые называются лигандами. Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения (КС).

Ионы, нейтрализующие суммарный заряд частиц внутренней сферы и располагающиеся более отдаленно от комплексообразователя, называются внешней сферой. При написании формулы КС внутреннюю сферу отделяют от внешней квадратными скобками, поскольку при химических реакциях внутренняя сфера (иначе комплекс или комплексный ион) выступает как самостоятельная частица. Например:

Комплексо-

образователь

Лиганды

[Cu(NH₃)₄]SO₄

Внутренняя

сфера

(комплекс)

Внешняя

сфера

Общее число связей, возникающих между комплексообразователем и его лигандами, называется координационным числом (КЧ) или координационной дентатностью (емкостью) комплексообразователя. КЧ может принимать значения, равные 1, 2, 3, 4, 5, 8, 7, 8, 9, 12.

Координационное число комплексообразователя (иначе центрального иона) зависит от многих факторов: его электронного строения, природы лигандов, соотношения радиусов ионов комплексообразователя и лигандов и др. Однако самыми значимыми факторами следует считать степень окисления комплексообразователя и природу лиганда.

Наиболее характерное значение КЧ комплексообразователя можно оценить по формуле

КЧ ≈ 2 · Z_к , (1)

где Z_к – степень окисления комплексообразователя (заряд центрального иона).

Например, в комплексных соединениях с участием ионов Cr³⁺, Co³⁺ и Fe³⁺ чаще всего КЧ = 6; КЧ = 4 характерно для комплексов на основе Cu²⁺, Zn²⁺, Pd²⁺, Pt²⁺; а КЧ = 2 – для комплексов, в состав которых входят ионы Аg⁺, Cu⁺. Приведенные значения КЧ соответствуют координационно-насыщенным соединениям, в которых комплексообразователь образует максимально возможное число связей с лигандами. В координационно-ненасыщеных комплексах не все валентные возможности центрального атома исчерпаны, поэтому в этом случае КЧ имеет меньшее значение.

КЧ не является постоянной величиной для данного комплексообразователя, а обусловлено также природой лиганда. Нейтральные лиганды обычно присоединяются в большем количестве, чем заряженные. Например, для комплексов кобальта (II) известно существование ионов [Co(H₂O)₆]²⁺ и [CoCl₄]^2–.

По числу связей, образованных каждым лигандом с центральным атомом, различают:

1) монодентатные лиганды, которые образуют одну связь и занимают одно место в координационной сфере комплексообразователя. В этом случае КЧ совпадает с числом лигандов во внутренней сфере. К таким лигандам относятся Н₂О, NH₃, CO, Cl^–, CN^– и др.

Например, в ионах [Fe(CN)₆]^3– и [Cu(NH₃)₄]²⁺ КЧ равно 6 и 4 соответственно;

2) бидентатные лиганды. Они связаны с комплексообразователем двумя связями. В этом случае КЧ в два раза больше числа лигандов. К таким лигандам относятся молекулы гидразина, аминоуксусной кислоты, этилендиамина, а также ионы С₂О , SO , CO .

Например, оксалат-ион С₂О – бидентатный, образует с ионом Cu²⁺ соединение K₂[Cu(C₂O₄)₂], в котором КЧ комплексообразователя равно 4.

Следует помнить, что лиганды SO и CO в зависимости от условий могут быть как монодентатными, так и бидентатными;

3) полидентатные лиганды. Они занимают в координационной сфере более двух мест, т.е. соединены с комплексообразователем тремя или более связями. Например, этилендиаминтетраацетат (ЭДТА) – шестидентатный лиганд.

При определении заряда комплексного иона необходимо учитывать следующее:

1) если лигандами являются только нейтральные молекулы, то заряд комплекса равен заряду центрального иона;

2) если во внутреннюю сферу входят как ионы, так и молекулы, то заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов комплексообразователя и лигандов, с учетом их количества.

Например, для определения заряда иона [Cr³⁺(H₂O) Cl^–]^x следует решить уравнение

x = 1  (+3) + 5  0 + 1  (–1) = +2.