Чтобы дать более-менее точное определение того, что представляют собой комплексные соединения, современной химии приходится опираться на основные положения координационной теории, которая была предложена А. Вернером ещё в 1893 г. Сложность данного вопроса заключается в разнообразии и многочисленности самых различных химических соединений, подпадающих под определение комплексных.

В общих чертах комплексные соединения - это в составе которых находится ряд комплексных частиц. До сих пор наука не располагает строгим определением понятия «комплексная частица». Зачастую пользуются следующим определением: под комплексной частицей понимают сложную частицу, которая способна самостоятельно существовать как в кристалле, так и в растворе. Она состоит из других простых частиц, которые в свою очередь обладают способностью существовать самостоятельно. Также зачастую под определение комплексных частиц подпадают сложные химические частицы, в которых все связи или их часть образованы по донорно-акцепторному принципу.

Общей чертой, которой обладают все комплексные соединения, является наличие в их структуре центрального атома, получившего наименование «комплексообразователь». Учитывая многообразие, которым обладают эти соединения, говорить о каких-то общих чертах этого элемента не приходится. Зачастую комплексообразователь представляет собой атом, образующий металл. Но это не является строгим признаком: известны комплексные соединения, в которых центральный атом является атомом кислорода, серы, азота, йода и других элементов, представляющих собой яркие неметаллы. Говоря о заряде комплексообразователя, можно сказать, что в основном он положительный, и в научной литературе получил название металлоцентра, но известны примеры, когда центральный атом имел и отрицательный заряд, и даже нулевой.

Соответственно изолированные группы атомов или отдельные атомы, которые расположились вокруг комплексообразователя, именуются лигандами. Это могут быть и частицы, которые до вхождения в состав комплексного соединения представляли собой молекулы, к примеру, воды (H2O), (CO), азота (NH3) и многие другие, также это могут быть анионы OH−, PO43− , Cl−, или катион водорода H+.

Попытка классифицировать комплексные соединения по типу заряда комплекса разделяет эти химические соединения на катионные комплексы, которые образованы вокруг положительно заряженного иона нейтральных молекул. Также имеются анионные комплексы, комплексообразователем в которых является атом с положительной Простые и сложные анионы являются лигандами. Отдельной группой можно выделить нейтральные комплексы. Их образование происходит путём координации вокруг нейтрального атома молекул. Также к этому разряду комплексных веществ относят соединения, образованные путём одновременной координации вокруг положительно заряженного иона и молекул, и отрицательно заряженных ионов.

Если учитывать количество мест, занимаемых лигандами в так называемой координационной сфере, то определяют монодентатные, бидентантые и полидентатные лиганды.

Получение комплексных соединений различными способами позволяет производить классификацию по природе лиганда. Среди них различают аммиакаты, в которых лиганды представлены молекулами аммиака, аквакомплексы, где лигандами является вода, карбонилы - оксид углерода играет роль лиганда. Кроме того существуют ацидокомплексы, в которых центральный атом окружают кислотные остатки. Если его окружают гидроксид-ионы, то соединения относят к гидроксокомплексам.

Комплексные соединения играют важную роль в природе. Без них невозможна жизнедеятельность живых организмов. Также применение комплексных соединений в деятельности человека позволяет осуществлять сложные технологические операции.

Аналитическая химия, добыча металлов из руд, гальванопластика, производство лаков и красок - это только краткий перечень отраслей, в которых нашлось применение комплексным химическим веществам.

С 5. Лиганды, непосредственно связанные с комплексообразователем, образуют вместе с ним внутреннюю (координационную) сферу комплекса . Так, в комплексном катионе 2+ внутренняя сфера образована атомом комплексообразователя – меди(II) и молекулами аммиака, непосредственно с ним связанными. Обозначается внутренняя сфера квадратными скобками: 3 , 2 , 2  . В зависимости от соотношения суммарного заряда лигандов и комплексообразователя внутренняя сфера может иметь положительный заряд , например, 3+ , либо отрицательный , например, 3  , или нулевой заряд , например, как для 0 .

Ионы, нейтрализующие заряд внутренней сферы, но не связанные с комплексообразователем ковалентно, образуют внешнюю сферу комплексного соединения . Например, в комплексном соединении Cl 2 два иона Cl  находятся во внешней сфере:

Внешнесферные ионы Cl  находятся на более значительном удалении от комплексообразователя, чем молекулы NH 3 , иначе говоря, расстояние Zn – Cl больше, чем длина химической связи Zn – N. Более того, химическая связь комплексного катиона 2+ и хлорид-ионов Cl  имеет ионный характер, в то время как молекулы аммиака NH 3 , входящие во внутреннюю сферу, образуют с комплексообразователем Zn(II) ковалентные связи по донорно-акцепторному механизму (донором неподеленных пар электронов являются атомы азота в NH 3). Таким образом, различие между лигандами внутренней сферы и ионами внешней сферы очень существенно.

В (OH) 2 и K 2 внешнесферными ионами являются соответственно ионы OH  и K + . Вполне понятно, что в нейтральных комплексах 0 и 0 внешняя сфера отсутствует .

С 5. Обычно внешнюю сферу составляют простые одноатомные или многоатомные ионы . Однако возможны случаи, когда КС состоит из двух и более внутренних сфер , выполняющих функции катионной и анионной части соединения. Здесь каждая из внутренних сфер является внешней по отношению к другой . Например, в соединениях и 2 формально функции внешнесферных ионов могут выполнять:

 комплексные катионы 2+ и 2+ ,

 комплексные анионы 2  и 4 

1.6. Многоядерные комплексы

С 8. Если в комплексном ионе или нейтральном комплексе содержатся два и более комплексообразователей , то этот комплекс называется многоядерным . Среди многоядерных комплексов выделяют мостиковые , кластерные и многоядерные комплексы смешанного типа .

Атомы комплексообразователя могут быть связаны между собой с помощью мостиковых лигандов , функции которых выполняют ионы OH  , Cl  , NH 2  , O 2 2  , SO 4 2  и некоторые другие. Так, в комплексном соединении (NH 4) 2 мостиковыми служат бидентатные (2 связи) гидроксидные лиганды :

Когда атомы комплексообразователя связаны между собой непосредственно, многоядерный комплекс относят к кластерному типу . Так, кластером является комплексный анион 2 

в котором реализуется четверная связь Re – Re: одна σ-связь, две π- связи и одна δ-связь . Особенно большое число кластерных комплексов насчитывается среди производных d -элементов.

Многоядерные комплексы смешанного типа содержат как связь комплексообразователь–комплексообразователь , так и мостиковые лиганды. Примером комплекса смешанного типа может служить карбонильный комплекс кобальта состава , имеющий следующее строение:

Здесь имеется одинарная связь Co – Co и два бидентатных карбонильных лиганда CO, осуществляющих мостиковое соединение атомов-комплексообразователей.

Комплексные соединения это молекулярные или ионные соединения, образующиеся путем присоединения к атому или иону металла или неметалла, нейтральных молекул или других ионов. Они способны существовать как в кристалле, так и в растворе.

Основные положения и понятия координационной теории.

Для объяснения строения и свойств комплексных соединений в 1893 г. швейцарским химиком А Вернером была предложена координационная теория в которую он ввел два понятия: о координации и о побочной валентности.

По Вернеру главной валентностью называется валентность посредством которой соединяются атомы с образованием простых соединений, подчиняющихся теории

валентности. Но, исчерпав главную валентность, атом способен, как правило, к дальнейшему присоединению за счет побочной валентности, в результате проявления которой и образуется комплексное соединение.

Под действием сил главной и побочной валентности атомы стремятся равномерно окружить себя ионами или молекулами и являются таким образом центром притяжения. Такие атомы называются центральными или комплексообразователями. Ионы или молекулы, непосредственно связанные с комплексообразователем, называются лигандами.

Посредством главной валентности присоединяются лиганды ионы, а посредством побочной валентности – ионы и молекулы.

Притяжение лиганд к комплексообразователю называется координацией, а число лиганд – координационным числом комплексообразователя.

Можно сказать, что комплексные соединения это соединения, молекулы которых состоят из центрального атома (или иона) непосредственно связанного с определённым числом других молекул или ионов, называемых лигандами.

В роли комплексообразователей чаще всего выступают катионы металлов (Со +3 , Рt +4 , Cr +3 , Cu +2 Au +3 и др.)

В качестве лигандов могут выступать ионы Cl - , CN - , NCS - , NO 2 - , OH - , SO 4 2- так и нейтральные молекулы NH 3 , H 2 O, амины, аминокислоты, спирты, тиоспирты, РН 3 , эфиры.

Число координационных мест, занимаемых лигандом около комплексообразователя, называется его координационной ёмкостью или дентатностью.

Лиганды, присоединенные к комплексообразователю одной связью, занимают одно координационное месть и называются монодентатнымия (Cl - , CN - , NCS -). Если же лиганд присоединён к комплексообразователю посредством нескольких связей, то он является полидентатным. Например: SO 4 2- , СО 3 2- являются бидентатными.

Комплексообразователь и лиганды составляют внутреннюю сферу соединения или комплекс (в формулах комплекс заключают в квадратные скобки). Ионы, не связанные непосредственно с комплексообразвателем, составляют внешнюю координационную сферу.

Ионы внешней сферы связаны менее прочно по сравнению с лигандами и пространственно удалены от комплексообразователя. Они легко замещаются другими ионами в водных растворах.

Например, в соединении К 3 комплексообразователем является Fe +2 , лигандами - CN - . Два лиганда присоединены за счет главной валентности, а 4 – за счет побочной валентности, следовательно координационное число равно 6.

Ион Fe +2 с лигандами CN - составляют внутреннюю сферу или комплекс , а ионы К + внешнюю координационную сферу:

Как правило координационное число равно удвоенному заряду катиона металла, например: однозарядные катионы имеют координационное число равное 2, 2-х зарядные – 4, а 3-х зарядные – 6. если элемент проявляет переменную степень окисления, то с увеличением её координационное число растет. Для некоторых комплексообразователей координационное число является постоянным, например: Со +3 , Рt +4 , Cr +3 имеют координационное число равное 6, у ионов В +3 , Ве +2 , Сu +2 , Au +3 координационное число равно 4. для большинства ионов координационное число является переменным и зависит от природы ионов внешней сферы и от условий образования комплексов.

Соединения типа ВF 3 , СН 4 , NН 3 , Н 2 О, СО 2 и др., в которых элемент проявляет свою обычную максимальную валентность, называются валентно-насыщенными соединениями или соединениями первого порядка . При взаимодействии соединений первого порядка друг с другом образуются соединения высшего порядка. К соединениям высшего порядка относятся гидраты, аммиакаты, продукты присоединения кислот, органических молекул, двойные соли и многие др. Примеры образования комплексных соединений:

PtCl 4 + 2KCl = PtCl 4 ∙2KCl или K 2

CoCl 3 + 6NH 3 = CoCl 3 ∙6NH 3 или Cl 3 .

А. Вернер ввел в химию представления о соединениях высшего порядка и дал первое определение понятию комплексного соединения. Элементы после насыщения обычных валентностей способны проявлять еще и дополнительную валентность – координационную . Именно за счет координационной валентности и происходит образование соединений высшего порядка.

Комплексные соединения – сложные вещества, в которых мож­но выделить центральный атом (комплексообразователь) и связанные с ним молекулы и ионы – лиганды.

Центральный атом и лиганды образуют комплекс (внутреннюю сферу), который при записи формулы комплексного соединения заключают в квадратные скоб­ки. Число лигандов во внутренней сфере называется координацион­ным числом. Молекулы и ионы, окружающие комплекс, образуют внешнюю сферу. Пример комплексной соли гексацианоферрат (III) калия К 3 (так называемая красная кровяная соль).

Центральными атомами могут быть ионы переходных металлов или атомы некоторых неметаллов (Р, Si). Лигандами могут служить анионы галогенов (F – , Cl – , Br – , I –), ОН – , СN – , СNS – , NO 2 – и др., нейтральные молекулы Н 2 О, NH 3 , СО, NO, F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , гидразин N 2 H 4 , этилендиамин NH 2 –CH 2 –CH 2 –NH 2 и др.

Координационная валентность (КВ) или координационное число – число мест во внутренней сфере комплекса, которые могут быть заняты лигандами . Координационное число обычно больше степени окисления комплексообразователя, зависит от природы комплексообразователя и лигандов. Чаще встречаются комплексные соединения с координационной валентностью 4, 6 и 2.

Координационная емкость лиганда – число мест во внутренней сфере комплекса, занимаемых каждым лигандом. Для большинства лигандов координационная емкость равна единице, реже 2 (гидразин, этилендиамин) и более (ЭДТА - этилендиамминтетраацетат).

Заряд комплекса должен быть численно равен суммарному заряду внешней сферы и противоположным ему по знаку, но существуют и нейтральные комплексы. Степень окисления комплексообразователя равна и противоположна по знаку алгебраической сумме зарядов всех остальных ионов.

Систематические названия комплексных соединений формируются следующим образом: вначале называется в именительном падеже анион, затем раздельно в родительном падеже – катион. Лиганды в комплексе перечисляются слитно в следующем порядке: а) анионные; б) нейтральные; в) катионные. Анионы перечисляются в порядке H – , О 2– , ОН – , простые анионы, полиатомные анионы, органически анионы – в алфавитном порядке. Нейтральные лиганды называются так же, как молекулы, за исключением Н 2 О (аква) и NH 3 (аммин); к отрицательно заряженным ионам прибавляют соединительную гласную «о ». Число лигандов указывают приставками: ди-, три, тетра-, пента-, гекса- и т.д. Окончанием для анионных комплексов является «-ат » или «‑овая », если называется кислота; для катионных и нейтральных комплексов типичных окончаний нет.

H – тетрахлороаурат (III) водорода

(ОН) 2 – гидроксид тетраамминмеди (II)

Cl 4 – хлорид гексаамминплатина (IV)

– тетракарбонилникель

– гексацианоферрат (III) гексаамминкобальта (III)

Классификация комплексных соединений основана на различных принципах:

По принадлежности к определенному классу соединений :

- комплексные кислоты – H 2 , H 2 ;

- комплексные основания – (ОН) 2 ;

- комплексные соли – Li 3 , Cl 2 .

По природе лигандов:

- аквакомплексы (лигандами выступает вода) – SO 4 ∙H 2 O, [Со(Н 2 О) 6 ]Сl 2 ;

- аммиакаты (комплексы, лигандами в которых служат молекулы аммиака) – [Сu(NH 3) 4 ]SO 4 , Cl;

- ацидокомплексы (оксалатные, карбонатные, цианидные, галогенидные комплексы, содержащие в качестве лигандов анионы различных кислот) – K 2 , K 4 ;

- гидроксокомплексы (соединения с ОН-группами в виде лигандов) – К 3 [Аl(ОН) 6 ];

- хелатные или циклические комплексы (би- или полидентатный лиганд и центральный атом образуют цикл) – комплексы с аминоуксусной кислотой, ЭДТА; к хелатам относят хлорофилл (комплексообразователь – магний) и гемоглобин (комплексообразователь – железо).

По знаку заряда комплекса : катионные, анионные, нейтральные комплексы.

Особую группу составляют сверхкомплексные соединения. В них число лигандов превышает координационную валентность комплексообразователя. Так, в соединении CuSO 4 ∙5Н 2 О у меди координационная валентность равна четырем и во внутренней сфере координированы четыре молекулы воды, пятая молекула присоединяется к комплексу при помощи водородных связей: SO 4 ∙Н 2 О.

Лиганды связаны с центральным атомом донорно-акцепторной связью. В водном растворе комплексные соеди­нения могут диссоциировать с образованием комплексных ионов:

Cl ↔ + + Cl –

В незначительной степени, происходит диссоциация и внутренней сферы комплекса:

+ ↔ Ag + + 2NH 3

Мерой прочности комплекса есть константа нестойкости комплекса :

К нест + = C Ag + ∙ C2 NH 3 / C Ag(NH 3) 2 ] +

Вместо константы неустойчивости иногда пользуются обратной величиной, называемой константой устойчивости:

К уст = 1 / К нест

В умеренно разбавленных растворах многих комплексных солей существуют как комплексные, так и простые ионы. Дальнейшее разбавление может приводить к полному распаду комплексных ионов.

По простой электростатической модели В.Косселя и А.Магнуса, взаимодействие между комплексообразователем и ионными (или полярными) лигандами подчиняется закону Кулона. Устойчивый комплекс получается когда силы притяжения к ядру комплекса уравновешивают силы отталкивания между лигандами. Прочность комплекса увеличивается с ростом заряда ядра и уменьшением радиуса комплексообразователя и лигандов. Электростатическая модель очень наглядна, однако не в состоянии объяснить существование комплексов с неполярными лигандами и комплексообразователем в нулевой степени окисления; чем обусловлены магнитные и оптические свойства соединений.

Наглядным способом описания комплексных соединений является метод валентных связей (МВС), предложенный Полингом. В основе метода лежит ряд положений:

Связь между комплексообразователем и лигандами донорно-акцепторная. Лиганды предоставляют электронные пары, а ядро комплекса – свободные орбитали. Мерой прочности связи служит степень перекрывания орбиталей.

Орбитали центрального атома, участвующие в образовании связей, подвергаются гибридизации. Тип гибридизации определяется числом, природой и электронной структурой лигандов. Гибридизация электронных орбиталей комплексообразователя определяет геометрию комплекса.

Дополнительное упрочнение комплекса обусловлено тем, что наряду с σ-связями могут возникать и π-связи.

Магнитные свойства, проявляемые комплексом, объясняются исходя из заселенности орбиталей. При наличии неспаренных электронов комплекс парамагнитен. Спаренность электронов обусловливает диамагнетизм комплексного соединения.

МВС пригоден для описания только ограниченного круга веществ и не объясняет оптические свойства комплексных соединений, т.к. не учитывает возбужденные состояния.

Дальнейшим развитием электростатической теории на квантово-механической основе является теория кристаллического поля (ТКП). Согласно ТКП, связь между ядром комплекса и лигандами ионная или ион-дипольная. Основное внимание ТКП уделяет рассмотрению тех изменений, которые происходят в комплексообразователе под влиянием поля лигандов (расщепление энергетических уровней). Представление об энергетическом расщеплении комплексообразователя может быть использовано для объяснения магнитных свойств и окраски комплексных соединений.

ТКП приложима лишь к комплексным соединениям, в которых комплексообразователь (d -элемент) имеет свободные электроны, и не учитывает частично ковалентный характер связи комплексообразователь-лиганд.

Метод молекулярных орбиталей (ММО) учитывает детальную электронную структуру не только комплексообразователя, но и лигандов. Комплекс рассматривается как единая квантово-механическая система. Валентные электроны системы располагаются на многоцентровых молекулярных орбиталях, охватывающих ядра комплексообразователя и всех лигандов. Согласно ММО, рост энергии расщепления обусловлен дополнительным упрочнением ковалентной связи за счет π-связывания.

Класс: 11

Ключевые слова: соединения , комплексные ионы

Модульный урок

Структура модуля

УЭ-0. Интегрирующие дидактические цели.

УЭ-1. Повторение. Химическая связь, схема ее образования.

УЭ-2. Координационная теория Альфреда Вернера.

УЭ-3. Классификация комплексных соединений.

УЭ-4. Получение комплексных соединений.

УЭ-5. Применение, значение комплексов.

УЭ-6. Свойства комплексных соединений.

УЭ-7. Резюме.

УЭ-8. Контроль.

Оборудование к уроку. На демонстрационном столе:

• концентрированные растворы соляной кислоты и аммиака;
• растворы сульфата алюминия и гидроксида натрия, сульфата меди (П), хлорида железа (III), роданида калия; кристаллический калий железосинеродистый (красная кровяная соль);
• демонстрационные пробирки или цилиндры, экран с подсветкой;
• магнитная доска с набором аппликаций;
• плакат с изображением структурных формул молекул хлорофилла и гемоглобина;
• таблица "Состав комплексных соединений";
• вытяжка хлорофилла в этаноле.

УЭ-0. Интегрирующие дидактические цели

1. Повторить механизм образования ковалентной связи.
2. Познакомиться с новым классом соединений, классификацией.
3. Изучить содержание теории комплексных соединений.
4. Используя химический эксперимент, добиться усвоения получения, физических и химических свойств комплексных соединений.
5. Комплексные соединения в окислительно-восстановительных реакциях.
6. Познакомиться с применением веществ данного класса.

УЭ-1. Механизм образования ковалентной связи

Частные дидактические цели:

1. Повторить механизм образования ковалентной связи.
2. Образование ковалентной связи в молекулах воды, гидроксония, иона аммония.

Руководство. Запишите схему образования молекул: воды, иона гидроксония и аммония. Объясните механизм образования иона аммония.

Донорно-акцепторная связь в ионе аммония. Что является донором, а что является акцептором?

УЭ-2. Координационная теория Альфреда Вернера

Частные дидактические цели:

1. Мотивация, постановка проблемы.
2. Знакомство с новым классом соединений.
3. Изучение строения комплексных соединений (комплексообразователь, лиганды, внутренняя сфера, внешняя сфера).
4. Диссоциация комплексов на внешнюю и внутреннюю сферу.
5. Уметь определять координационное число комплексообразователя.
6. Определять вид химической связи между комплексообразователем и лигандами, внешней и внутренней сферой.
7. Уметь называть комплексные соединения.

1. Руководство

В 1597 году немецкий алхимик и врач Либавий проводил опыты с медным купоросом в поисках лекарства для лечения ран, кожных болезней. Повторите старинный опыт, которому в 2007 году исполнилось 410 лет.

Налейте в химический стакан на 1/4 объема раствор сульфата меди(II) и небольшими порциями добавьте раствор аммиака.

Запишите уравнение химической реакции. Ваши наблюдения?

CuSO4 + NH3*H2O= ? + ?

Совпадают ли Ваши наблюдения с предполагаемым продуктом реакции? Объясните Ваши наблюдения, укажите цвет и агрегатное состояние полученного вещества.

Что кроется за калейдоскопом цветов?

Либавий не нашел объяснения случившемуся, бессильны оказались и все его современники. Так Либавий получил первое комплексное соединение, природу которого химики выяснили только в конце ХIХ века. Классическое учение о валентности, разработанное А. Кекуле, Э. Франклендом не могло объяснить, за счет чего объединяются валентно насыщенные молекулы.

Сможете ли вы объяснить проведенные опыты?

2. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, запишите основные понятия в тетрадь, ответьте на вопросы самоконтроля

Опорный конспект

В конце XIX века швейцарский химик А.Вернер в 1893 году разработал координационную теорию, в основе которой положения теории пространственного строения веществ и теория электролитической диссоциации.

Были ведены следующие понятия:1) комплексные соединения; 2) атом-комплексообразователь (или центральный атом); 3) лиганды (атомы, ионы, полярные молекулы или неполярные молекулы, связанные с центральным атомом);

4) координационное число центрального атома (число лигандов).

Комплексный ион - это ион, состоящий из комплексообразователя и лигандов(внутренняя сфера).

Комплексообразователь (центральный атом или ион) - это атом (или ион), к которому присоединено определённое число молекул или ионов.

Лиганд - молекула или ион, входящий в состав комплексного иона, связанный с центральным атомом (ионом) донорно-акцепторной связью. "Лиганд" переводится как "связанный".

Вакансия - свободная электронная ячейка d-металла, которая может быть использована для образования донорно-акцепторной связи с лигандами.

Комплексное соединение - сложное вещество, в состав которого входит комплексный ион.

1. Соединения, имеющие в своём составе комплексные ионы, относятся к комплексным соединениям.

Координационное число (К.Ч.) - число, указывающее количество лигандов, которое способен присоединить к себе комплексообразователь. Может иметь значения 2, 4, 6, 8, 10 и другие.

Суммарный заряд образовавшегося комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов центрального атома (иона) и лигандов.

Названия комплексных соединений: Na - тетрагидроксоалюминат натрия,

SO 4 - сульфат тетраамминмеди (II).

Вывод. Связи между комплексообразователем и лигандами осуществляются с помощью электронных пар. Оба электрона каждой связи предоставляются одним атомом, то есть связи образуются по донорно-акцепторному механизму. Донор электронов - лиганды (молекулы аммиака), а акцептор - центральный атом (ион - комплексообразователь Zn 2+) .

Пространственное строение комплексных соединений.

Ионы-комплексообразователи (акцепторы) предоставляют свои свободные орбитали, а лиганды (доноры) оба электрона. Пространственное строение комплексного иона определяется типом гибридизации орбиталей.

- , +

линейная молекула -- sp-гибридизация, тетраэдр sp-гибридизация.

Проверьте свои знания

Самоконтроль (УЭ-2)

I уровень

K 2 , Na 4 , (N0 3) 2 . (1балл)

Пример ответа: K 2 = 2К + + 2- .

2. Составить формулу комплексного соединения, если известно, что его молекула содержит ионы Ni 2+ , 3C1 , а также три молекулы NH 3 . (2балл а)

3. Определить внутреннюю и внешнюю сферы комплексного соединения, координационное число (к. ч.) металла, заряд центрального иона металла, заряд комплексного иона для соединений:

H 4 , S0 4 , K 4 , Cl 3 . (2балла)

Пример ответа: H 4 + , к. ч. = 6. внешняя, внутренняя сфера

II уровень

1. Написать уравнения диссоциации веществ:

K 4 ,

Na 2 ;

Cl 2 ;

[А1(Н 2 О) 6 ] С1 3 (1балл)

2. Напишите формулу комплексного иона, в котором комплексообразователь - ион Fe 3 + с к. ч. равным 6, а лиганды - ионы F. Каков заряд комплексного иона? (2балла)

3. Определите координационное число центрального атома в комплексах, внутреннюю и внешнюю сферу, заряд комплексного иона: C1; K 4 ; [Со(NН 3) 3 ]С1 3 . Запишите диссоциацию данных веществ. (2 балла )

Если вы набрали 4-5 баллов, приступайте к изучению следующего учебного элемента.

Если же вы набрали меньше 4 баллов, то вернитесь и прочитайте еще раз УЧЕБНЫЙ ЭЛЕМЕНТ-1 (УЭ-1), поработайте с опорным конспектом.

Ознакомьтесь с теоретическим материалом УЭ-3, проверьте свои знания самоконтролем.

УЭ-3. Классификация комплексных соединений

Частные дидактические цели:

1. Познакомиться с классификацией комплексных соединений по составу внутренней и внешней сферы;

В зависимости от природы лиганда различают:

1) аквакомплексы (Н 2 О): [Сг(Н 2 О) 6 ]С1 3 ;

2) аммиакаты (NH 3): SO 4 , Cl;

3) гидроксокомплексы (ОН~): K 2 , Na2;

4) ацидокомплексы (кислотные остатки): K 4 , K 2 ;

5) комплексы смешанного типа: Cl, C1 4 , C1О 4 .

Центральным атомом могут быть как ионы металла так и ионы неметалла.

Центральный атом - неметалл: К - тетрафтороборат(III) калия.

Центральный атом - металл: Na -тетрагидроксоалюминат натрия.

Состав комплексных соединений

Состав
Внутренняя сфера		(комплексный ион)		внешняя сфера	К.ч. центрального атома (иона)
комплексные соединения	названия комплексных соединений	центральный атом	лиганды
NH 4 C1	Хлорид аммония	Н +	NH 3	Cl	1
Na	Тетрагидроксоалюминат натрия	А1 3+	4ОН	Na+	4
S0 4	Сульфат тетраамминмеди (II)	Си 2+	4NH 3	S0	4
K 3	Гексацианоферрат (III) калия	Fe	6CN	ЗК +	6
Fe 3 2	Гексацианоферрат (III) железа (II)	Fe	6CN	3Fe 2 +	6

Проверьте свои знания

Самоконтроль (УЭ-3)

I уровень

1.Из предложенных ниже ответов выберите тот, который характеризует ион-комплексообразователь и его заряд в соединении Na 4 :

a) Fe 3+ ; б) CN; в) Fe 2 + ; г) Na + ; д) Na.

2. Какая из приведенных ниже формул соответствует гексагидроксоалюминату натрия:

а) [А1(Н 2 О) 6 ] С1 3 ; б) Na; в) Na [А1(ОН) 4 (Н 2 0) 2 ]; г) NaAlO 2 ; д) Na 3 ?

3.Какие ионы образует при электролитической диссоциации в воде хлорид тетраамминмеди (II) : C1 2: a) Си 2+ , Сl; б) 2+ , Сl; в) Cu 2+ , NH 3 , Сl; г) Сl; д) +, Сl?

II уровень

1. Из предложенных ниже ответов выберите тот, который характеризует центральный ион и его заряд в соединении Cl 2: a) Zn 2+ ; б) NН 3 ; в) 2+ ; г) Сl; д) N -3 .

2. Какая из приведенных ниже формул соответствует сульфату тетраамминмеди (II):

a) SO 4 -H 2 O;

б) К ;

в) Cl 2 ;

г) SO 4 ;

д) SO 4 ?

3. Какие ионы образует при электролитической диссоциации в воде диакватетрагидроксоалюминат натрия Na :

a) Na + ; б) Аl, ОН", Na + ;

в) Na + , - ;

г) Na + , ОН";

д) Na + , - ?

За каждый правильный ответ (1 балл)

УЭ-4. Получение комплексных соединений

Частные дидактические цели:

1. На практике получить комплексные соединения, исследовать их свойства.

2. Записывать химические реакции в молекулярном и ионном виде.

3. Уметь составлять химические формулы комплексных соединений, называть комплексы.

Опыт № 1 . Растворение амфотерных гидроксидов в избытке щелочи.

К раствору сульфата алюминия по капле добавьте щелочь, получите осадок, затем растворите его в избытке щелочи.

1. Объясните результаты проведенных опытов.

2. Запишите уравнения проведённых реакций.

3. Какое пространственное строение комплексного иона?

К раствору хлорида цинка добавьте по каплям гидроксид калия до появления белого студенистого осадка гидроксида цинка. Разделите в две пробирки: в одну добавьте избыток КОН, а в другую - раствор аммиака. Что наблюдаете?

1. Составьте уравнения всех проведенных реакций.

2. Определите координационное число иона Zn 2+ , заряд комплексного иона, внешнюю сферу.

К раствору роданита калия (KCNS ) добавьте хлорид железа(III), получите красную кровяную соль, запишите её формулу, назовите полученный комплекс.

KCNS + FeCl 3 = ? + KCl роданит калия

1. Допишите уравнение проведенной реакции.

2. Запишите краткое ионное уравнение.

3. Каково пространственное строение комплексного иона?

За каждый правильно оформленный опыт Вы получаете по 2 балла.

Задание. Уравняйте методом электронного баланса или методом полуреакций окислительно-восстановительные реакции, каждое уравнение (3балла).

В настоящее время золото извлекают из руд цианидным методом предложенным князем Петром Романовичем Багратионом - племянником героя войны 1812 г.

Пример 1: Au + NaCN + H 2 O + O 2 -> Na + NaOH

Пример 2: Растворение золота в "царской водке".

Au + HNO 3 + HCl -> H + NO + H 2 O

УЭ-5. Практическое применение, значение комплексных соединений

Частные дидактические цели:

1. Ознакомиться с применением комплексных соединений.

2.Качественные реакции на ионы металлов.

3. Природные комплексы (хлорофилл и гемоглобин).

Руководство. Познакомьтесь с применением комплексных соединений.

Великий Гете сказал: "Просто знать - еще не все, знания нужно уметь использовать".

Ряд комплексных соединений применяют для распознавания тех или иных ионов.

Желтая кровяная соль (K 4 ) служит реагентом на катионы железа Fe, а красная кровяная соль (K 3 ) реагентом на катионы железа Fe.

Опыт №4. Качественная реакция на ионы Fe .

К раствору хлорида железа(Ш) прилейте 2-3 капли раствора желтой кровяной соли K 4 4K + + 4--

4Fe 3+ +3 4- -> Fe 4 3+ 3 4--

берлинская лазурь (темно-синий осадок)

Образуется темно-синий осадок берлинской лазури, или гексацианоферрата(П) железа(Ш). Берлинская лазурь была случайно получена в 1704 г. немецким мастером Дисбахом, готовившим краски для художников. В России ее применяли для окраски тканей, бумаги, в иконописи и при создании фресок.

Желтая кровяная соль (синильно-кислый поташ, синь-кали) - вещество ядовитое. Это соединение получали из животных отбросов (кровь, копыта, шкуры, сухая рыба, кожа, мясо, шерсть и другое), поэтому оно имеет такое название. Закупать ее в России можно было только с разрешения полиции.

Опыт №5 . Качественная реакция на ионы Fe 2+ .

К раствору сульфата железа(П) прильем несколько капель раствора красной кровяной соли K 3 . В растворе эта соль диссоциирует на ионы.

K 3 3K + з-

3Fe +2 = Fe 3 2

турнбулева синь

Образуется темно-синий осадок турнбулевой сини, или гексацианоферрата(Ш) железа(П). Турнбулева синь названа в честь Турнбуля (дед английского физика и химика У. Рамзая), владевшего заводом, на котором производились вещества, применяемые для крашения тканей.

Таким образом, соединения K 4 являются важными аналитическими реагентами соответственно на катионы Fe 3+ и Fe 2+ .

Вывод: комплексные соединения чрезвычайно разнообразны по составу и строению, поскольку может быть много различных комбинаций не только из разных, но и из одних и тех же компонентов.

УЭ-6.Свойства комплексных соединений

Цели: рассмотреть влияние строения комплексов на их свойства.

1) Изучение влияния строения иона металла на окраску комплексов

Разное количество d-электронов, разное координационное число, отсюда, разная окраска.

2) Сравнение интенсивности окраски комплексных соединений меди.

Окраска зависит от силы влияния частиц, т.е. лигандов во внутренней сфере, изменяется цвет.

3) Цвет комплексов зависит от природы и числа лигандов, окружающих центральный атом (катион).

Получено и широко используется на практике несколько комплексных соединений кобальта, которые имеют одинаковый качественный состав, но различаются числом и характером связи компонентов. Эти вещества входят в состав красителей (кобальтовые краски). Они по-разному окрашены:

Цвет комплексов зависит от природы и числа лигандов, окружающих центральный атом (катион).

УЭ-7. Резюме. Подведение итогов урока.

1.Прочитайте цели урока (УЭ-0).

2. Достигли ли цели урока?

3. К чему пришли в результате овладения темой.

УЭ-8. Контроль

I уровень

1. Определите внешнюю и внутреннюю сферу, заряд комплексного иона, диссоциация комплекса:

3.* Уравняйте методом полуреакции:

Zn + NaOH + H 2 O -> Na 2 + H 2

Be + KOH + H 2 O -> K 2 +H 2

Задача. Какой объем водорода выделится, если "растворить": 140 г цинка с 10% примесей? 36 г бериллия, при выходе водорода 70%(н.у.)

II уровень

1. Запишите диссоциацию, определите степень окисления центрального иона, координационное число, назовите соединения:

3*. Уравняйте методом полуреакции:

I вариант

а) Si + HNO 3 + HF -> H 2 + NO + H 2 O

Задача. Какая масса кремния с 20% примесей растворится, если выделилось 67,5 л оксида азота(II) (н.у.)?

II вариант

а) Cu + KCN + H 2 O -> K + KOH + H 2

б) Какой объем водорода выделится при выходе 60%, если растворили 69 г меди с 10% примесей?