II. Комплексные соединения и их номенклатура

До конца XIX века изучение комплексных соединений носило чисто описательный характер. 1893 год швейцарский химик Альфред Вернер создал координационную теорию. Суть ее заключается в следующем: в комплексных соединениях имеется правильное геометрическое размещение атомов или групп атомов, называемых лигандами или аддендами, вокруг центрального атома – комплексообразователя.

Таким образом, химия комплексных соединений изучает ионы и молекулы, состоящие из центральной частицы и координированных вокруг нее лигандов. Центральная частица – комплексообразователь и непосредственно связанные с ней лиганды, образуют внутреннюю сферу комплекса. Для неорганических лигандов, чаще всего, число их совпадает с координационным числом центральной частицы. Таким образом, координационное число – это общее число нейтральных молекул илиионов (лигандов), связанных с центральным атомом в комплексе.

Первоначально к комплексным (координационным) соединениям относили только те соединения, в которых была превышена стехиометрическая валентность (степень окисления элемента) центрального атома. По этим представлениям комплекс состоит из центрального атома, окруженного непосредственно связанными с ним отдельными атомами (или ионами) и электронейтральными группами (молекулами); остальные (не связанные непосредственно с центральным атомом) ионы образуют внешнюю сферу комплексного соединения. Атомы (или ионы) и группы связанные с центральным атомом называются лигандами, а их суммарное число - координационным числом центрального атома. Координационное число всегда больше числа, определяющего стехиометрическую валентность (степень окисления элемента) центрального атома.

Ионы, находящиеся за пределами внутренней сферы, образуют внешнюю сферу, комплексного соединения. В формулах внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки.

лиганды

K₄ [Fe(CN)₆] [Fe(CN)₆]^4- - внутренняя сфера или комплексный ион

ион- координационное число

комплексообразователь

Комплексообразователями служат:

1) положительные ионы металлов (чаще d-элементы): Ag⁺, Fe^2+, , Fe³⁺, Cu²⁺, Al³⁺, Co³⁺; и др. (ионы- комплексообразователи).

2) реже - нейтральные атомы металлов, относящиеся к d-элементам: (Сo, Fe, Mn и др.)

3) некоторые атомы неметаллов с различной положительной степенью окисления - B^+3, Si⁺⁴, P⁺⁵ и др.

Лигандами могут быть:

1) отрицательнозаряженные ионы (OH^-, Hal ^-, CN ^- -цианогруппа, SCN^- - тиоцианогруппа, NH₂^- -аминогруппа, и др.)

2) полярные молекулы: H₂O (название лиганда - «аква»), NH₃ («аммин»),

CO («карбонил»).

Таблица 5.

Названия некоторых лигандов

Таким образом, комплексными соединениями (координационными соединениями) называются сложные химические соединения, в составе которых имеются комплексные ионы, образованные центральным атомом в определенной степени окисления (или с определенной валентностью) и связанными с ним лигандами.

Классификация комплексных соединений:

I. По характеру лигандов:

1. Аквакомплексы (H₂O)

2. Гидроксокомплексы (OH)

3. Амминкомплексы (NH₃) - аммиакаты

4. Ацидокомплексы (с кислотными остатками - Сl^-, SCN^-, S₂O₃^2- и другие)

5. Карбонилкомплексы (СО)

6. Комплексы с органическими лигандами (NH₂-CH₂-CH₂-NH₂ и др.)

7. Анионгалогенаты (Na [I Cl₄])

8. Аминокомплексы (NH₂)

II. По заряду комплексного иона:

1. Катионного типа - заряд комплексного иона - положительный

2. Анионного типа - заряд комплексного иона - отрицательный.

Для правильного написания комплексного соединения необходимо знать степень окисления центрального атома, его координациооное число, природу лигандов и заряд комплексного иона.

Координационное число можно определить как число σ - связей между нейтральными молекулами или ионами (лигандами) и центральным атомом в комплексе.

Величина координационного числа определяется, главным образом, размерами, зарядом и строением электронной оболочки комплексообразователя.

Наиболее часто встречается координационное число 6. Оно характерно для следующих ионов: Fe²⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Ni³⁺, Pt⁴⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺ , Sn⁴⁺.

K₃[Fe(CN)₆] калия гексацианоферрат (III)

Na₃[Co(NO₂)₆] натрия гексанитрокобальтат (III)

[Cr(H₂O)₆] Cl₃ гексааквахрома (III) хлорид

Координационное число 4 встречается у 2-х-зарядных ионов и у алюминия или золота: Hg²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Pt ²⁺, Au³⁺ , Al³⁺.

[Cu(NH₃)₄] (OH)₂ - тетрааммин меди(II) гидроксид;

Na₂[Cu(OH)₄ ] – тетрагидроксокупрат (II) натрия

K₂ [HgI₄] – тетраиодомеркурат (II) калия;

H[AuCl₄] – тетрахлороаурат(III) водорода.

Часто координациооное число определяется как удвоенная степень окисления иона-комплексообразователя: у Hg²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺ - координационное число равно 4; у Ag⁺, Cu⁺ - координационное число равно 2.

Определение заряда комплексообразователя и комплексного иона:

1.Заряд комплексного иона равен заряду внешней сферы с обратным знаком; он также равен сумме заряда комплексообразователя и всех лигандов.

+2 х -1

K₂[HgI₄] +2+ (- 1) ·4 =х х = -2

2. Заряд комплексообразователя равен алгебраической сумме зарядов лигандов и внешней сферы (с обратным знаком).

х 0 -1

[Ag(NH₃)₂] Cl х +0·2 +(–1)·2 = 0; х=2-1= +1

х 0 2-

[Cu(NH₃)₄] SO₄ х+ 4· 0 -2 = 0 х = +2

3.Чем больше заряд центрального атома и меньше заряд лиганда, тем больше координационное число.

Существует несколько способов названий комплексных соединений.

1.Традиционные специфические вненоменнклатурные названия.

Например:

K4 [Fe(CN)6] – желтая кровяная соль, ферр о цианид калия;

K3 [Fe(CN)6] - красная кровяная соль, ферр и цианид калия.

2. Номенклатура, предложенная Альфредом Вернером, которую усовершенствовали его последователи:

а) комплексные катионы называли так: вначале отрицательнозаряженные лиганды внутренней сферы с окончанием «О» (хлоро-, родано- и т.д.); для обозначения их количества добавляли греческие числительные: 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса (моно - не принято указывать). Затем называли нейтральные лиганды, причем молекулу воды «аква», молекулу аммиака – «аммин». Затем называли атом металла – комплексообразователя и внешнесферные анионы. Атом металла - на латинском языке с окончанием, зависящем от степени окисления металла.

Таблица 6

Окончания металла – комплексообразователя в зависимости от степени окисления

Например:

[Pt (NH3)4] CI2 – тетраамминплатинохлорид;

[Co(NH3)5CI] SO4 – хлоропентаамминкобальтисульфат.

б) комплексные анионы называли следующим образом: также называли лиганды, как и в катионном комплексе, после чего следует название металла с соответствующим окончанием, характеризующим его степень окисления, к которому добавляется суффикс «ат». В заключение в родительном падеже называют внешнесферные катионы.

Например:

K[Ag(CN)2] – дицианоаргенат калия;

К2 [PtCI6] - гексахлороплатинат калия.

в) нейтральные комплексы: названия строят аналогично, но к наименованию металла – комплексообразователя не прибавляют никаких окончаний. Например:

[Cr(NH3)3(NO2)3] - тринитротриамминкобальт.

3. Номенклатура, рекомендованная Международным союзом по чистой и прикладной химии. Ее можно рассматривать как усовершенствованную и модернизированную номенклатуру Вернера. Лиганды называют аналогично и в том же порядке. После этого называют металл – комплексообразователь, указывая степень окисления римскими цифрами в скобках. Если комплекс - анион, то к названию атома добавляют суффикс «ат». Если лиганды – сложные молекулы, то числительные изменяют на бис-, трис-, тетракис-, пентакис-, гексакис-.

Катион можно называть вместе с анионом в именительном падеже и слитно, если катион в родительном падеже, то наименования катиона и аниона – отдельно.

Например:

[Co(NH3)5CI]SO4 – хлоропентаамминкобальт (III) сульфат,

или хлоропентаамминкобальта (III) сульфат.

Возможна перемена местами названия аниона и катиона: сульфат хлоропентаамминкобальта (III).

[UCI2{(CH3)2SO}6] [UCI6] - гексакис(диметилсульфоксид)дихлоруран (IV) гексахлороуранат (IV).

В последнем случае и катион, и анион – координационные частицы. Как видно, порядок расстановки скобок иной, чем в математике: квадратные, фигурные, круглые.

В русском названии комплексных соединений однозначно в катионных комплексах металл – комплексообразователь называют русским названием элемента, а в анионных – латинским.

Например:

[Cu(NH₃)₄] SO₄ тетраамминмеди (II) сульфат

[Ag(NH₃)₂] Cl диамминсеребра (I) хлорид

[CoI₆] Cl₃ – гексаиодокобальта (Ш) хлорид

[Al(C₂O₄)(H₂O)₅] Cl – оксалатопентаакваалюминия (Ш) хлорид

(окалат - двухзарядный анион щавелевой кислоты)

[Fe(H₂O)₆]Cl₃ –гексаакважелеза (Ш) хлорид

[Zn(H₂O)₄](NO₃)₂ - тетрааквацинка (II) нитрат

[Pt(NH₃)₄Cl₂]Cl₂ - дихлоротетраамминплатины (IV) хлорид

K₃[FeF₆] – калия гексафтороферрат (Ш);

Na₃[Co(NO₂)₆] – натрия гексанитрокобальтат (III);

NH₄ [Hg(CO)₂ (SCN)₂] –аммония дитиоцианодикарбонилмеркурат (I)

K₃[Fe(CN)₆] – калия гексацианоферрат (III)

(или трикалий гексацианоферрат)

K₂[Zn(CNS)₄] – калия тетрароданоцинкат (II)

K₄[Fe(CN)₆] – калия гексацианоферрат (II)

(или тетракалий гексацианоферрат)

K[Au(OH)₄] – калия тетрагидроксоаурат (III)

Na₂[Fe(CN)₅NO] – натрия нитрозилпентацианоферрат (III)

K₃[Fe(CN)₅CO] – калия карбонилпентацианоферрат (II)

K[Fe(NH₃)₂(CN)₄] – калия тетрацианодиамминферрат (III)

(NH₄)₂[Рt(OH)₂Cl₄] – аммония дигидроксотетрахлороплатинат (IV)

Нейтральные комплексы:

[Fe(CO)₅] – пентакарбонилжелезо

[Co(NH₃)₃(NO₂)₃] - тринитротриамминкобальт (III)

[Pt(P(C₆H₅)₃)₂Cl₂] - дихлорбистрифенилфосфинплатина (III)

[Сг(Н₂О)₃ Fe₃] - трифторотриаквахром

[Со(NН₃)₃(NО₂)₂C1] – динитритохлоротриамминкобальт.

В некоторой литературе даны и другие модификации названий комплексных соединений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: