Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Мы поможем в написании вашей работы!  
 

Комплексные соединения. Это соединения, которые содержат сложные частицы (комплексы), образованные из реально существующих более простых частиц



Это соединения, которые содержат сложные частицы (комплексы), образованные из реально существующих более простых частиц. Комплексные соединения состоят из внутренней (собственно комплекс) и внешней сферы (в некоторых комплексах она отсутствует). Образование комплексной частица можно представить в виде схемы:

М()n + n ¯­ L = [M(¯­)n]

комплексообразовательлиганды внутренняя сфера компл. частицы

Комплексообразователь (центральный атом) – это нейтральный атом или ион, который является акцептором электронных пар, предоставляя свои свободные орбитали, и занимает центральное положение в частице. Как правило, в этой роли выступают d- и f – металлы, имеющие много свободных орбиталей и большой заряд ядра. Число связей, которые центральный атом образует с лигандами, называют координационным числом (КЧ) комплексообразователя. Чаще всего КЧ принимают значения 2, 4 и 6 и, как отмечали ранее, в большинстве случаев КЧ = 2 ст.ок. центального атома. Схематично выше зказанное можно представить следующим образом: 

  

 Ag+   Cu2+  Fe3+

  



Лиганды – это молекулы или ионы, которые являются донорами электронных пар и непосредственно связаны с комплексообразователем. Примеры лигандов и их названия:

молекулы - H2O - аква, CO - карбонил, NH3 - амин и другие; ионы – F- - фторо, Cl- - хлоро, OH-- - гидроксо, NO2- - нитро. Перечисленные лиганды используют одну неподеленную пару (образуют одну химическую связь) при взаимодействии с центральным атомом (монодентные) и тогда их количество в комплексной частице равно координационному числу (некоторые лиганды используют две и более электронных пар, их называют полидентные). Таким образом внутренняя сфера – это центральный атом и лиганды, заряды этих частиц определяют величину и знак заряда комплексной частицы. Внешняя сфера – это отрицательно или положительно заряженные ионы, которые связаны с комплексной частицей ионной связью, по которой, главным образом, происходит диссоциация комлексного соединения.

Комплексные частицы бывают нейтральные, например – Fe(CO)5; катионного типа (положительно заряженные) – [Ag(NH3)2]+, [Cu(H2O)4]2+ и другие; анионного типа (отрицательно заряженные), например – [Al(OH)4]-, [HgI4]2-. С точки зрения кислотно-основных свойств существуют комплексные основания, кислоты и соли, например:

H2[PtCl4] – кислота; [Cu(NH3)4](OH)2- основание; Na2[Sn(OH4)], K2[BeF4], [Ag(NH3)2], [Cu(H2O)4]Cl2 – соли.

Комплексные соединения называют по систематической номенклатуре:

- в комплексной частице катионного типа на первом месте указывают название лигандов и их количество с помощью греческих приставок, на втором – русское (национальное для данной страны) нименование центрального атома в родительном падеже, при необходимости в скобках записывают его степень окисления, например:

[Cu(H2O)4]+ - катион тетрааквамеди (II)

[Ag(NH3)2]+ - катион диаминсеребра

Тогда соединение [Cu(H2O)4]Cl2 имеет название – тетрааквамеди(II) хлорид, а [Zn(NH3)4](OH)2 – тетрааминцинка гидроксид.

- в комплексной частице анионного типа сначала так же называют лиганды и их количество, далее следует наименование центрального атома

от латинского названия элемента с указанием при необходимости его окислительного числа, например:

[Al(OH)4]- - тетрагидроксоалюминат – ион

[Cr(OH)6]3- - гексагидроксохромат (III) – ион или допустимо название –гексагидроксохромит- ион (в соответствии с полусистематической номенклатурой, т.к степень окисления хрома меньше максимальной и равна +3),

[BeF4]2- - тетрафтороберилат- ион.

Приведем названия нескольких комплексных соединений, содержащих частицы анионного типа: Na[Al(OH)4] – натрий тетрагидроксоалюминат;

K2[HgI4] – калий тетраиодомеркурат (II) – комплексные соединения ртути традиционно называют меркураты, Na[Ag(CN)2] – дицианоаргентат натрия.

- название нейтральной комплексной частицы состоит из одного слова, при этом его начинают с наименования лигандов и их числа, слитно дописывают русское название центрального атома, например:

Fe0(CO)5 – пентакарбонилжелеза.

Образование комплексных соединений

Как известно, реакции в растворах электролитов протекают в направлении наибольшего связывания ионов, в том числе, за счет образования комплексных частиц:

FeCl3 + 6 KCNS Þ K3[Fe(CNS)6] + 3 KCl

CuSO4 + 4 NH3 H2O Þ [Cu(NH3)4]SO4 + 4 H2O

Вследствие образования комплексов возможно растворение многих плохо растворимых веществ:

Al(OH)3 ¯ + NaOH Þ Na[Al(OH)4]

AgCl ¯ + 2 NH3 H2O Þ [Ag(NH3 ) 2]Cl

HgI2 ¯ + 2 KI Þ K2[HgI4]

Основные свойства комплексных соединений

1.Диссоциация в водных растворах:

Комплексные соединения подвергаются первичной и вторичной диссоциации. Первичная диссоциация связана с разрушением ионных связей между внутренней и внешней сферой:

[Ag(NH3)2]Cl Û [Ag(NH3)2]+ + Cl-

Вторичная диссоциация обусловлена распадом внутренней сферы, равновесие этого процесса, в отличии от первичной диссоциации, смещено влево, т.к. большинство комплексных частиц отличаются достаточно высокой устойчивостью:

[Ag(NH3)2]+ Û [Ag(NH3)]+ + NH3

[Ag(NH3)]+ Û Ag+ + NH3

2. Разрушение комплексных частиц

Этот процесс наблюдается в тех случаях, когда компоненты внутренней сферы связываются в более прочный комплекс, малорастворимое соединение, слабый электролит:

[Pt(NH3)4]Cl2 + 4 KCNS Þ K2[Pt(CN)4] + 2 KCl + 4 NH3

K2[HgI4] + Na2S Þ HgS ¯ + 2 KI + 2 NaI

Na[Al(OH)4] + 4 HCl Þ AlCl3 + NaCl + 4 H2O

3. Окислительно-восстановительные реакции с участием компонентов комплексной частицы:

+2 +3

2 K4[Fe(CN)6] + Cl02 Þ 2 K3[Fe(CN)6] + 2 KCl-

4. Кислотно-основные свойства комплексных соединений:

Эти свойства проявляются за счет ионов Н+ и ОН-, которые могут присутствовать во внешней сфере комплексного соединения, например,

кислота - H[AuCl4] Û H+ + [AuCl4]-

основание - [Ag(NH3)2]OH Û [Ag(NH3)2]+ + OH-

Комплексные соединения широко распространены в природе. В нейтральной и кислой среде d и f – металлы находятся в виде аквакомплексов, многие металлы в щелочной среде образуют гидроксокомплексы (см. амфотерность), а в аммиачной среде - аминокомплексы. При протекании реакций возникают комплексные частицы различных других типов; в присутствии органических веществ в качестве лигандов могут выступать составляющие этих соединений и возникают сложные, так называемые, хелатные комплексы. Такие комплексы могут присутствовать в природной воде, когда она загрязнена катионами металлов и органическими веществами, а так же образовываться в живых организмах при связывании катионов металлов.

В заключение проанализируем изменение кислотно-основных свойств соединений в периодической системе. Например, рассмотрим элементы второго периода и свойства их оксидов:

Li Be B C N O F

<=======================

в указанном направлении усиливаются металлические свойства.

В этом же направлении возрастают основные свойства оксидов и гидроксидов: Li2O BeO B2O3 CO2 N2O5

осн. амф. кислотные оксиды

Изменение свойств в группах можно рассмотреть на примере I группы, главной подгруппы:

Li металлические свойства Li2O, LiOH основные

Na возрастают при Na2О NaOH свойства

K движении по группе К2О, KOH возрастают

Rb вниз Rb2O, RbOH при

Cs Сs2O CsOH движении

по группе вниз

Наоборот сила кислородных кислот (кислотные гидроксиды) в IV - VIII группах возрастает при движении по группе вверх, т.е. в направлении усиления неметаллических свойств.

Возможность предсказать кислотно-основные свойства соединений, а так же знание реакций, характерных для различных классов неорганических веществ, позволяет прогнозировать их поведение в окружающей среде. Учитывая выше сказанное, в данном пособии было уделено большое внимание свойствам оксидов и гидроксидов, их способности вступать в химические реакции и образовывать различные виды солей.

Из рассмотрения различных типов химических неорганических соединений очевидно, что они генетически связаны между собой, то есть сложные соединения некоторого типа могут быть получены не только непосредственным взаимодействием элементов, что зачастую невозможно, но путем перевода одного типа соединения в другой. Для понимания правильного пути синтеза химического неорганического соединения для студентов нехимических специальностей вуза полезно руководствоваться следующей схемой:

Металл + неметалл → соль

Основной + кислотный → соль (соли)

оксид оксид

Основной + кислота → соль (соли)

оксид

Основание + кислотный → соль (соли)

оксид

Основание + кислота → соль (соли)

При оценке возможности взаимодействия различных веществ друг с другом необходимо помнить, что:

1.практически всегда взаимодействуют друг с другом соединения, различные по своему химическому характеру (например, кислотные оксиды реагируют с основаними и основными оксидами);

2.большинство сложных веществ при определенных условиях разлагаются на более простые (например, термическое разложение гидроксидов, солей с образованием соответствующих оксидов)

3.практически все соли и основания участвуют в реакциях обмена в водных растворах: (подробное см. пособие “Ионные реакции”)

Контрольное задание 4:

1.Какие соединения относятся к классу солей?

2. Указать заряды ионов: HPO4?, HSiO3?, Al(OH)2?, AlOH?, H2PO4?, CaOH?.

3.Записать ступенчатую диссоциацию следующих соединений: H2S, H4SiO4, Ni(OH)2, Cr(OH)3, назвать образующиеся ионы.

4.Определите катионы солей кислотные остатки и их заряд:

K2S, KHS, Na2CO3, NaHCO3, CaCl2, CaOHCl, Na3PO4, NaH2PO4, NaHPO4, Ni2SiO4, Ni(HSiO3)2, NaNO2, NaNO3, AlCl3, AlOHCl2, Al(OH)2Cl, KHSO4, (CuOH)2SO4. Укажите основные, кислые и нормальные соли.

5. Назовите соли, используя систематическую, полусистематическую и русскую номенклатуру:

NaHS, NaClO, KNO2, KNO3, MgCl2, MgOHCl, MgSO4, Mg(HSO4)2, Fe2(CO3)3, FeOHCO3, [Fe(OH)2]2CO3, Fe(HCO3)3.

6. Напишите, какие соли могут образоваться при взаимодействии перечисленных ниже веществ, назовите соли по международной полусистематической номенклатуре:

SO3+ Ca(OH)2 =

SiO2 +MgO =

Ba(OH)2 + CO2=

Ca(OH)2+ H2SO4=

7. Допишите недостающие формулы веществ в уравнениях химических реакций и расставьте коэффициенты:

CaO + =CaOHNO3

NaOH + =Na2SO4 +H2O

Na2CO3 + = + CO2 +H2O

Al2O3 + = +NaAlO2

8. Получите из сульфата никеля гидросульфат никеля и сульфат гидроксоникеля, переведите полученные гидро- и гидроксосоли в нормальные.

9. Запишите двумя- тремя способами уравнения реакций получения солей: а)гидросульфата бария, б) хлорид гидроксокальция.

10.Переведите нормальные соли в гидросоли или гидроксосоли, там, где это возможно: Na2CO3, CuSO4, AgNO3, Al(NO3)3.

11.В чем химическая сущность перевода гидросолей и гидроксолей в нормальные?

12.Какое основание сильнее: Сa(OH)2 или Ba(OH)2, поясните ответ.

13.Запишите перечисленные кислоты в порядке возрастания их силы и объясните ответ: H2SeO4, H2SO4, H2TeO4.

Использованная и рекомендуемая литература

1. Н.Л.Глинка. Общая химия.,М., 2004,728с.

2. Курс лекций по общей и экологической химии./Байдаков Л.А., Блинов Л.Н., Курников Б.Д., Чувиляев Р.Г..Под ред.Л.А.Байдакова/ Спб, 1993, 246с.

3. Типы химических соединений / Б.Д.Курников, Л.Н.Блинов, А.И.Космынин/, Л., 1983(ЛПИ им.М.И.Калинина), 23с.

4. Основы номенклатуры неорганических соединений / Л.Н.Блинов, М.С.Гутенев, Н.П.Танцура/ СПб, 1994 (СПбГТУ), 16с.

5. Ионные реакции и гидролиз солей / Б.Д.Курников, В.В.Робозеров, Л.Н.Блинов), Л., 1984 (ЛПИ им.М.И.Калинина), 35с.

6. Л.Н.Блинов, М.С.Гутенев,Н.И.Иванова, Н.И.Крылов, Р.Г.Чувиляев. Неорганическая химия (сборник задач и упражнений). СПб. 2002, (СПбГПУ), 83с.

Ответы на вопросы контрольных заданий:

Задание 1:

1. S – неметалл, (+6; - 2), оксид SO3; W – металл, (+6; +2), оксиды WO3, WO; Р – неметалл, (+5; - 3), оксид P2O5; Pb – металл, (+4, +2), оксиды PbO2, PbO.

2. cм. перечень на стр.3.

3. Cr(+VI), N(+IV), Bi(+V), K(+I), Fe(+III).

Задание 2:

3. дилитий оксид, оксид лития, окись лития; бериллий оксид, оксид бериллия, окись бериллия; железо оксид, оксид железа (II), закись железа; дижелезо триоксид, оксид железа (III), окись железа; марганец оксид, оксид марганца (II), окись марганца; марганец диоксид, оксид марганца (IV), двуокись марганца; димарганец гептаоксид, оксид марганца (IV), полусемиокись марганца; дифосфор триоксид, оксид фосфора (III), полутороокись фосфора; дифосфор пентаоксид, оксид фосфора (V), полупятиокись фосфора; олово оксид, оксид олова (II), закись олова; олово диоксид, оксид олова (IV), окись олова; вольфрам триоксид, оксид вольфрама (VI), трехокись вольфрама.

4. SiO2 – кремний - неметалл, оксид кислотный; MgO – магний -металл с невысокой степенью окисления (+2), неамфотерный, оксид основной; PbO – свинец – его оксиды амфотерные (см. перечень на стр.8), CrO3 - хром – металл с высокой степенью окисления в оксиде (+6) – кислотный:

SiO2 + 2 KOH = K2SiO3 + H2O

MgO + 2 HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O

PbO + 2 KOH = K2PbO2 + H2O

PbO + 2 HNO3 = Pb(NO3)2 + H2O

CrO3 + 2 KOH = K2CrO4 + H2O

5. Cl2O + MgO = Mg(ClO)2, 3 CO2 + Al2O3 = Al2(CO3)3,

2 KOH + BeO = K2BeO2 + H2O, 2 Fe(OH)3 + N2O3 =

+ Na2O = 2 NaAlO2

6.SO2 + MgO = MgSO3, SO2 + ZnO = ZnSO3, MgO + ZnO = MgZnO2,

MgO + Mn2O7 = Mg(MnO4)2, ZnO + Mn2O7 = Zn(MnO4)2

7. MnO – основной оксид Þ Mn(OH)2, MnO2 – амфотерный оксид Þ Mn(OH)4, Mn2O7 - кислотный оксид Þ HMnO4

8. Cr2O3 + 6 HCl = 2 CrCl3 + 3 H2O

Cr2O3 + 2 KOH = 2 KCrO2 + H2O

9. ZnO + FeO = FeZnO2, Na2O + ZnO = Na2ZnO2, N2O5 + MgO =

Mg(NO3)2, P2O5 + K2O = KPO3

10.FeO – основной оксид, K2O – основной оксид и ZnO – амфотерный.

K2O + H2O = KOH (растворимое в Н2О основание),

ZnO + 2 NaOH = Na2ZnO2 (растворимая соль).

11. Сs2O + HCl = CsCl + H2O, CaO + 2 HCl = CaCl2 + H2O,

GeO2 + 4 HCl = GeCl4 + 2 H2O, GeO2 + 2 KOH = K2GeO3 + H2O,

N2O3 + KOH = KNO2

12. SnO2

Контрольное задание 3

2. Fe(OH)2 + 2 HBr = FeBr2 + 2 H2O, Fe(OH)2 + SO2 = FeSO3

HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O, HNO3 + CaO = Ca(NO3)2

3. Na2O + H2O = 2 NaOH; MgO + H2O = Mg(OH)2;

SiO2 + KOH = K2SiO3, K2SiO3 + HCl = H2SiO3 + KCl;

N2O5 + H2O = 2 HNO3; CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

CuSO4 + 2 NaOH = Cu(OH)2 ¯ + Na2SO4;

4.CsOH + HNO3 = CsNO3 + H2O; Cr(OH)3 + 3 HNO3 = Cr(NO3)3 +

3 H2O, Cr(OH)3 + 3 KOH = K3CrO3 + 3 H2O; Fe(OH)2 + HNO3 =

Fe(NO3)2 + H2O

5. Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + H2O; Zn(OH)2 + Ca(OH)2 = CaZnO2 +

2 H2O

6. Ga(OH)3, In(OH)3, Tl(OH)3

7. Cu(OH)2 – медь дигидроксид, гидроксид меди (II), гидроокись меди;

H2SO3 – диводород триоксосульфат (IV), сернистая кислота;

H2Te – водород теллурид, теллуроводородная кислота;

H3CrO3 – триводород триоксохромат (III), ортохромистая кислота;

8. B2O3, Cl2O, WO3, FeO, As2O5 – перед записью формулы оксида определите степень окисления атомов B, Cl, W, Fe и As в формулах приведенных гидроксидов.

9. Zn(OH)2 + 2 HCl = ZnCl2 + 2 H2O, Zn(OH)2 + 2 NaOH = Na2ZnO2 +

2 H2O; H3PO4 + 3 NaOH = Na3PO4 + 3 H2O; Cu(OH)2 + 2 HCl =

CiCl2 + 2 H2O; Cr(OH)3 + 3 HCl = CrCl3 + 3 H2O, Cr(OH)3 + 3 NaOH =

Na3CrO3 + 3 H2O.

Контрольное задание 4

2. HPO4-, HsiO3-, Al(OH)2+, AlOH2+, H2PO4-, CaOH+.

3. H2S ↔ H+ + HS- гидросульфид-ион

HS- ↔ H+ + S2- сульфид-ион

H4SiO4 ↔ H+ + H3SiO4- тригидросиликат-ион

H3SiO4- ↔ H+ + H2SiO42- дигидросиликат-ион

H2SiO42- ↔ H+ + HSiO43- гидроортосиликат-ион

HSiO43- ↔ H+ + SiO44- ортосиликат-ион

Ni(OH)2 ↔ OH- + NiOH+ катион гидроксоникеля

NiOH+ ↔ OH- + Ni2+ катион никеля (II)

Cr(OH)3 ↔ OH- + Cr(OH)2+ катион дигидроксохрома (III)

Cr(OH)2+ ↔ OH- + CrOH2+ катион гидроксохрома (III)

CrOH2+ ↔ OH- + Cr3+ катион Cr(III)

4. Kатионы: K+, Na+, Ca2+, CaOH+, Ni2+, Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+, CuOH+

Кислотные остатки (анионы солей): S2-, HS-, CO32-, HCO3-, Cl-, PO43-, H2PO4-, HPO42-, SiO44-, HSiO3-, NO2-, NO3-, HSO4-, SO42- (одинаковые катионы и кислттные остатки дважды не повторяют).

Нормальные соли: K2S, Na2CO3, CaCl2, Na3PO4, Ni2SiO4, NaNO2, NaNO3, AlCl3.

Гидросоли (кислые соли): KHS, NaHCO3, NaH2PO4, NaHPO4, Ni(HSiO3)2, KHSO4.

Гидроксосоли (основные соли): CaOHCl, AlOHCl2, Al(OH)2Cl, (CuOH)2SO4.

5. NaHS – натрий водород сульфид, гидросульфид натрия, кислый сернистый натрий.

NaClO – натрий оксохлорат (I),

KNO2 – калий диоксонитрат(III), нитрит калия, азотистокислый калий

KNO3 - калий триоксонитрат(V), нитрат калия, азотнокислый калий

MgCl2 - магний хлорид, хлорид магния, хлористый магний

MgOHCl – магний гидроксиид хлорид, хлорид гидроксомагния, основной хлористый магний

MgSO4 – магний тетраоксосульфат(VI), сульфат магния, сернокислый магний

Mg(HSO4)2 – магний водород тетраоксосульфат(VI), гидросульфат магния, кислый сернокислый магний

Fe2(CO3)3 – железо(III) триоксокарбонат, карбонат железа (III), углекислое окисное железо.

FeOHCO3 – железо(III)гидроксид триоксокарбонат, карбонат гидроксожелеза(III), основное двузамещенное углекислое железо

[Fe(OH)2]CO3 – железо(III) дигидроксид триоксокарбонат, карбонат дигидроксожелеза (III), осное однозамещенное углекислое окисное железо

Fe(HCO3)3 – железо(III)водород триоксокарбонат, гидрокарбонат железа(III), кислое углекислое окисное железо

6. CaSO3 – сульфит кальция, Сa(HSO3)2 – гидросульфит кальция, (CaOH)2SO3 – сульфит гидроксокальция;

MgSiO3 (гидро и гидроксосоли не образуются, т.к. оба оксида нерастворимы в воде и реакция протекает в расплаве).

BaCO3, Ba(HCO3)2, (BaOH)2CO3

CaSO4, Ca(HSO4)2, (CaOH)2SO4

7. CaO + HNO3 = CaOHNO3

2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O; 2 NaOH + SO3 = Na2SO4 + Н2O;

Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl+ CO2 + H2O

Al2O3 + NaOH = NaAlO2 + H2O

8. NiSO4 + H2SO4 = Ni(HSO4)2; NiSO4 + Ni(OH)2 = (NiOH)2SO4

Ni(HSO4)2 + 2 KOH = NiSO4 + K2SO4 + 2 H2O

(NiOH)2SO4 + H2SO4 = NiSO4 + 2 H2O

9.а) Ba(OH)2 + H2SO4 = Ba(HSO4)2 + H2O; BaO + 2 H2SO4 =

Ba(HSO4)2 + H2O; Ba(OH)2 + 2 SO3 = Ba(HSO4)2 + 2 H2O

б) Ca(OH)2 + HCl = CaOHCl + H2O; CaO + HCl = CaOHCl

10. Na2CO3 + CO2 + H2O = 2 NaHCO3; CuSO4 + H2SO4 = Cu(HSO4)2

CuSO4 + Cu(OH)2 = (CuOH)2SO4; Al(NO3)3 + 2Al(OH)3 = 3 Al(OH)2NO3;

2 Al(NO3)3 + Al(OH)3 = 3 AlOH(NO3)2

12. Ba(OH)2 более сильное основание, чем Ca(OH)2

13. H2SO4, H2SeO4, H2TeO4





Дата публикования: 2014-11-29; Прочитано: 2156 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.03 с)...