Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

11.1: Вступ

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    27846

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Перехідні метали знаходяться в середині таблиці Менделєєва. Окрім того, що знаходяться в металевому стані, вони також утворюють цілий ряд сполук з різними властивостями. Багато з цих сполук є іонними або мережевими твердими речовинами, але є також деякі молекулярні сполуки, в яких різні атоми розташовані навколо іона металу. Ці сполуки називаються комплексами перехідних металів або координаційними комплексами. Вони часто є яскравими сполуками, і вони іноді відіграють дуже корисну роль як каталізатори або навіть як фармацевтичні препарати.

    Через їх відносно низьку електронегативність перехідні метали часто зустрічаються як позитивно заряджені іони або катіони. Ці іони металів не знаходять самі по собі, натомість вони притягують до себе інші іони або молекули. Ці види зв'язуються з іонами металів, утворюючи координаційні комплекси.

    Гексааммінекобальт (III) хлорид, [Co (NH 3) 6] Cl 3, є прикладом координаційного комплексу. Являють собою жовте з'єднання. «Складна» частина відноситься до того, що з'єднання має купу різних шматочків. Є катіонна частина, яка сама по собі є помірно складною структурою, плюс три хлоридних аніона.

    Кобальт з шістьма NH3 групами, прив'язаними до нього, загальний заряд +3. Три протидії хлору пов'язані.

    Ще одним хорошим прикладом є гексахлорплатинат калію, K 2 [PtCl 6]. Це ще одне яскраво-жовте з'єднання. Цього разу аніон є більш складною частиною, а також є два іони калію.

    Платина з шістьма атомами хлору пов'язана з нею, загальний заряд -2. Пов'язані два протиріччя калію.

    Формули для комплексів координації завжди дають вам підказки про структури. Матеріал всередині квадратних дужок завжди становить один з іонів. У цій частині є ряд речей, прикріплених до перехідного металу. Ті речі, прикріплені до перехідного металу, називаються лігандами; ми докладніше розглянемо їх пізніше. Частина поза квадратними дужками говорить вам, що таке контрійони; ті є, щоб збалансувати заряд іона всередині квадратних дужок.

    Дуже часто протиіони - це окремі атомні іони, як хлоридні аніони (Cl -) або катіони калію (K +). Отже, коли ви бачите K 2 у формулі, атоми калію не пов'язані між собою; вони є двома окремими іонами калію: 2 K +. Так само Cl 3 в кінці формули насправді не означає групу з трьох атомів хлору, згрупованих разом; вони є трьома окремими іонами хлориду, 3 x Cl -.

    Іноді багатоатомні іони, які діють як протиіони цим комплексам; це особливо часто зустрічається у випадку з аніонами. Найчастіше це оксоаніони, в яких атом має деяку кількість приєднаних до нього кисню. Пара найпоширеніших прикладів - нітрат (NO 3 -) і сульфат (SO 4 2-); ці іони відомі протягом сотень років. Тетрафторборат (BF 4 -) і гексафторфосфат (PF 6 -) - це пара аніонів двадцятого століття.

    Ряд поширених іонів наведено в таблиці нижче. Більшість з них мають +1 або -1 заряд. Сульфат є єдиним поширеним прикладом, перерахованим із зарядом 2.

    Моноатомні аніони: бромід, хлорид та йодид. Одноатомні катіони: літій, натрій, калій. Багатоатомні аніони: сульфат, нітрат, перхлорат, хлорат, тетрафторборат, гексафторфосфат.

    Зауважте, що деякі з цих структур використовують мінімізовану до заряду структуру Льюїса. У елементах третього ряду ці структури можуть містити додаткові зв'язки з центральним атомом, що йде повз октет, щоб знизити кількість + і - зарядів. Сульфат і перхлорат також можуть бути витягнуті як октетно-слухняні структури, в яких сірка і хлор мають справжні октети, і відбувається поділ заряду. Однак гексафторфосфат не має октетно-слухняної структури Льюїса; незалежно від того, як ви його малюєте, фосфор має шість зв'язків.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Намалюйте октетно-слухняні структури для (а) сульфату і (б) перхлорату.

    Відповідь

    Сульфат-аніон з двома негативно зарядженими киснем і двома подвійними зв'язаними нейтральними киснями. Це резонує до форми з зарядом +2 на сірці і -1 зарядами на всіх кисневих, всіх одиночних зв'язках.

    Відповідь б

    Перхлорат-аніон з одним негативно зарядженим киснем резонує до форми з зарядом +3 на хлор і чотирма негативно зарядженими киснем.

    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Вкажіть окремі іони в наступних комплексах.

    1. [Ко (NH 3) 4 Сл 2] Кл
    2. [Ко (NH 3) 5 Кл] Кл 2
    3. [Ко (NH 3) 5 НІ 2] Cl 2
    4. [Ко (NH 3) 5 ОН 2] Cl 3
    5. К 2 [ПТКл 4]
    6. Na 2 [Ко (СКН) 4]
    7. [Пт (NH 3) 2 (ОН 2) 2] (НІ 3) 2
    8. [Ко (NH 3) 4 (ОН 2) 2] 2 (СО 4) 3
    Відповідь

    Комплексний іон кобальту з двома хлорними зв'язками і чотирма аміногрупами, загальний заряд +3. Три хлоридних протидії.

    Відповідь б

    Комплексний іон кобальту з одним хлором зв'язаним і п'ятьма аміногрупами, загальний заряд +2. Дві хлоридні протидії.

    Відповідь c

    Комплексний іон кобальту з однією нітросиловою групою і п'ятьма аміногрупами, загальний заряд +2. Дві хлоридні протидії.

    Відповідь d

    Комплексний іон кобальту з однією водою і п'ятьма аміногрупами, загальний заряд +3. Три хлоридних протидії.

    Відповідь e

    Платиновий комплексний іон з чотирма групами хлору, загальний заряд -2. Дві протидії калію.

    Відповідь f

    Комплексний іон кобальту з чотирма тиосульфатними групами, загальний заряд -2. Дві протидії натрію.

    Відповідь g

    Платиновий комплексний іон з двома аміногрупами і двома водами, загальний заряд +2. Дві нітратні протиріччя.

    Відповідь ч

    Два складних іона кобальту, кожен з яких має дві групи води і чотири аміногрупи.

    Ми досі не намалювали належних структур Льюїса для цих координаційних комплексів. Для гексахлорплатинатного комплексу структура Льюїса показана нижче:

    Платиновий комплексний іон з шістьма групами хлору, загальний заряд -2. Дві протидії калію.

    Електронний облік виглядає так:

    атом електронів
    Пт 10 е -
    Cl 6 х 7 е -
    заряджати додати 2 е -
    всього 54 е -

    Два електрони для кожного зв'язку займає 12 електронів. Це залишає ще 42. Якщо кожен хлор отримує три самотні пари, це витрачає ще 36 електронів. Залишилося шість, і їх можна було залишити на платини.

    Тобто багато електронів. Але пам'ятайте, де в таблиці Менделєєва сидить платина: це перехідний метал. Скільки електронів має наступний благородний газ? Вісімнадцять: це радон. Ця структура відмінно працює з точки зору досягнення благородної газової конфігурації.

    Для іншого прикладу розглянемо комплекс кобальту.

    Комплексний іон кобальту з шістьма аміногрупами, загальний заряд +3. Три хлоридних протидії.

    На цей раз підрахунок електронів виглядає так:

    атом електронів
    Co 9 е -
    П 6 х 5 е -
    Ч 18 х 1 е -
    заряджати втратити 3 е -
    всього 54 е -

    Десятка цих електронів звикають до шести зв'язків Co-N, залишаючи ще 42. Нам потрібні ще 36 для вісімнадцяти N-H зв'язків; це залишає шість електронів. Ми можемо просто покласти їх на кобальт, як минулого разу.

    Кожен азот закінчується своїм октетом (вісім електронів у чотирьох зв'язках). Кожен водень має свій «октет» (два електрони в зв'язку, що відповідає конфігурації благородного газу гелію. Кобальт також отримує свій «октет» (вісімнадцять електронів, що відповідають конфігурації благородного газу криптона).

    Це все ще дійсно великі, громіздкі цифри. Нам потрібно спрощення. Ми насправді не будемо рахувати всі електрони в координаційних комплексах, тому що вони, як правило, збираються з раніше існуючих частин («лігандів»), які вже мають свої октети. Ліганди просто дарують свої електрони металу в центрі. Натомість ми зосереджуємося на цьому металі і бачимо, скільки електронів він має, коли всі ліганди були прикріплені.

    Також зверніть увагу, що в структурі Льюїса кобальтового комплексу ми нехтували формальними звинуваченнями. Це насправді звичайна практика з комплексами перехідних металів. Причиною цього є просто те, що структура стає досить переповнена всіма самотніми парами та офіційними звинуваченнями. Зазвичай, щоб спростити і без того складну структуру, одинокі пари на перехідному металі та формальні заряди не показані.

    Комплексний іон кобальту з шістьма протонованими аміногрупами, загальний заряд +3. Три хлоридних протидії.

    На наступній сторінці ми будемо практикувати підрахунок електронів ще трохи. Ми також розглянемо деякі поширені ліганди: шматки, які безпосередньо прикріплені до іонів перехідного металу.

    Дивіться більш глибоке обговорення комплексів координації в більш пізньому курсі.