22.8: Координаційні сполуки
- Page ID
- 24218
Характерною особливістю перехідних металів є їх здатність утворювати групу сполук, званих координаційними сполуками, складними сполуками, а іноді і просто комплексами. Типовою координаційною сполукою є інтенсивно синя тверда речовина Cu (NH 3) 4 SO 4, яка може бути кристалізована з розчинів CuSo 4, до яких додано дуже великий надлишок концентрованого NH 3. Ці кристали містять два багатоатомних іона, одним з яких є сульфатний іон SO 4 2—, а інший - комплексний іон Cu (NH 3) 4 2+, який відповідає за синій колір.
Ми можемо розглядати комплексний іон, такий як Cu (NH 3) 4 2+, як результат взаємодії: NH 3, що діє як основа Льюїса, з іоном Cu 2+, що діє як кислота Льюїса. Кожну молекулу NH 3 можна розглядати як дарування пари електронів центральному Cu 2+, утворюючи таким чином чотири координатні ковалентні (давальні) зв'язки до неї:
42%252B.jpg)
Більшість координаційних сполук містять комплексний іон, подібний до Cu (NH 3) 4 2+. Цей іон може бути або позитивно заряджений, як Cr (H 3 O) 6 3+, або він може бути негативно заряджений, як CoCl 6 3—. Також відомі нейтральні комплекси типу Pt (NH 3) 2 Cl 2. Всі ці види містять центральний іон металу, прикріплений координатними ковалентними зв'язками до декількох лігандів. Ці ліганди незмінно є основами Льюїса. Деякі типові приклади лігандів - H 2 O, NH 3, Cl -, OH -, CN -, Br - та SCN -. Кількість лігандів, прикріплених до центрального іона металу, вважається його координаційним номером і зазвичай становить 2, 4 або 6. Кажуть, що група лігандів, пов'язаних з металом, взятим колективно, становить координаційну сферу металу.
При написанні формули координаційного з'єднання, що містить складні іони, зазвичай використовуються квадратні дужки для обкладання координаційної сфери. Прикладами є
- \( \text{[Cu(NH}_{3} \text{)}_{4} \text{]SO}_{4}\)
- \( \text{[Cr(H}_{2} \text{O)}_{6} \text{]Cl}_{3} \)
- \( \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{2} \text{Cl}_{2} ] \)
- \( \text{[Cu(NH}_{3} \text{)}_{4} \text{](NO}_{3} \text{)}_{2} \)
- \( \text{K}_{3} \text{[Fe(CN)}_{6} ] \)
- \( \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{4} \text{][PtCl}_{4} ] \)
При розчиненні таких сполук в Н 2 О кожен з іонів, присутніх в твердому тілі, стає самостійним видом зі своїми хімічними і фізичними властивостями. Так, коли 1 моль [Cr (H 2 O) 6] Кристал Cl 3 розчиняється в H 2 O, розчин містить 1 моль Cr (H 2 O) 6 3+ іона, який можна розпізнати за характерним сірувато-фіолетовим кольором і 3 моль Cl - який може бути виявляється осадом AgCl, який утворюється при додаванні AgNO 3 в розчин.
| З'єднання | Молярна провідність/A V —1 дм 2 моль —1 | Кроти AgCl, осаджені на моль з'єднання | Електрод, до якого Pt мігрує під час електролізу |
|---|---|---|---|
| [Пт (NH 3) 4] Кл 2 |
|
2 відразу |
|
| [Пт (NH 3) 3 Кл] Кл |
|
1 відразу; 1 через кілька годин |
|
| Пт (NH 3) 2 Сл 2 |
|
2 через кілька годин |
|
| K [Пт (NH 3) Сл 3] |
|
3 через кілька годин |
|
| К 2 [ПТКл 4] |
|
4 через кілька годин |
|
Ще кращий приклад того, як різні іони в координаційному з'єднанні можуть вести себе самостійно при розчиненні у воді, дає набір комплексів Pt (II), показаний в таблиці. Перша з цих сполук містить комплексний іон [Pt (NH 3) 4] 2+ і в кожному наступному з'єднанні один з лігандів NH 3 в координаційній сфері Pt замінений Cl — лігандом. В результаті кожна сполука містить комплекс Pt різного складу, а також різного заряду, і при розчиненні в H 2 O він показує саме провідність та інші властивості, які ми очікуємо від даної формули. Коли 1 моль [Pt (NH 3) 3 Cl] Cl розчиняється в H 2 O, він забезпечує 1 моль Pt (NH 3) 3 Cl + іони і 1 моль Cl - іони. Найсильнішим доказом цього є молярна провідність солі (1,2 А V —1 дм 2 моль —1), яка дуже схожа на інші електроліти, такі як NaCl (1,3 А V —1 дм 2 моль —1), які також дають іон +1 та іон -1 в розчин, але сильно відрізняється від такого електролітів, як MgCl 2 (2,5 А V —1 дм 2 моль —1), які дають один іон + 2 і два іони -1 в розчині. Поведінка провідності також говорить про те, що атом Pt є частиною катіону, оскільки Pt рухається до катода під час електролізу. Додавання AgNO 3 до розчину служить для підтвердження цієї картини. Одна моль AgCl осаджується негайно, показуючи 1 моль вільних іонів Cl. Через кілька годин осаджується подальший моль AgCl, Cl - цього разу, що походить з координаційної сфери атома Pt через повільну реакцію
\[ \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{3} \text{Cl]}^{+} (aq) + \text{Ag}^{+} (aq) + \text{H}_{2} \text{O} \rightarrow \text{[Pt(NH}_{3} \text{)}_{3} \text{H}_{2} \text{O]}^{2+} (aq) + \text{AgCl} (s) \nonumber \]
Варто відзначити, що у всіх цих з'єднаннях Pt має окислювальне число + 2. Таким чином, комбінація Pt з одним лігандом NH 3 і трьома Cl - лігандами дає загальний заряд 2 (для Pt) — 3 (для Cl) + 0 (для NH 3) = —1. Таким чином, іон є аніоном [PtNH 3 Cl 3] - знайдений у сполуці 4.
Яка ступінь окислення Pt у сполуці Ca [Pt (NH 3) Cl 5] 2?
Рішення
Оскільки для кожного іона Ca 2+ є два комплексних іона, заряд на кожному повинен бути —1. Складаючи заряд на кожному ліганді, отримуємо —5 (для Cl —) + 0 (для NH 3) = —5. Якщо число окислення Pt дорівнює x, то x — 5 має дорівнювати загальному заряду на комплексному іоні:
\[ x \text{ } – \text{ } 5 = \text{ } –1 \\ ~~ \\ \nonumber \]
або
\[ x =+4 \nonumber \]
Розглянута сполука, таким чином, є комплексом Pt (IV).