Лунькина В.А. Комплексные соединения

Комплексные соединения


В.А.ЛУНЬКИНА,
учитель школы № 1
(р. п. Колышлей, Пензенская обл.)

Материал данной статьи может быть с успехом использован при проведении уроков как по обычной программе в 10–11-х классах (повторение и обобщение знаний по неорганической химии, амфотерность), так и по программе с углубленным изучением химии для отдельного тематического занятия.

Все познается в сравнении.

Приступая к изучению вопроса о комплексных соединениях, вспомним строение атома азота и молекулы аммиака.

Азот имеет на внешнем электронном слое пять электронов – одну пару и три неспаренных (рис. 1).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Соединения, образование которых не связано с возникновением новых электронных пар (общая электронная пара образовалась за счет собственной электронной пары одного из партнеров), называются комплексными.

Создатель теории комплексных соединений, она называется еще координационной теорией, – шведский ученый Альфред Вернер. В начале прошлого столетия наибольший прогресс в этой области химии достигнут в нашей стране благодаря Льву Александровичу Чугаеву, который создал уникальную школу химиков-комплексников.

Рассмотрим комплексное соединение на конкретном примере: если, получив гидроксид меди, добавить к осадку раствор аммиака в воде, то осадок исчезнет, а раствор станет прозрачным и темно-синим. Это образовалось комплексное соединение. Запишем уравнения реакций:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Образование внутренней сферы комплексов происходит по донорно-акцепторному механизму. Комплексообразователь – акцептор, предоставляющий свободные орбитали. Лиганды – доноры, предоставляющие свободные пары электронов. Роль комплексообразователя обычно выполняют положительно заряженные ионы, имеющие небольшую величину ионного радиуса. Чаще всего это катионы d-элементов, хотя известны и комплексные соединения катионов s-, p- и f-элементов*.

Лигандами, как правило, являются ионы (анионы), к названию которых прибавляется гласная «о», например: ионы F– – фторо, Cl– – хлоро, I– – йодо, CN– – циано, OH– – гидроксо, CNS– – роданидо; и нейтральные молекулы: Н2O – аква, NH3 – амин и др.

Координационное число зависит от радиуса атома комплексообразователя и его заряда (таблица). Чем больше радиус комплексообразователя, тем большее число лигандов может соединиться с ним.

Самостоятельная работа

Составьте комплексные соединения, обозначьте составные части, заряды ионов.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Cамостоятельная работа


[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Свойства комплексных соединений

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Объяснение амфотерности гидроксидов
с точки зрения химии комплексных соединений

Согласно протолитической теории амфотерные соединения способны быть как донорами, так и акцепторами протона. Типичным примером амфотерного соединения может служить вода:

Н₂О + Н₂О = Н₃О⁺ + ОН^–.

Из гидроксидов наиболее ярко выражены амфотерные свойства у гидроксида галлия Ga(OH)3, для которого константы диссоциации в водном растворе по кислотному и основному типу почти равны.

Преобладание кислотных или осно'вных свойств у гидроксидов различных элементов связано с положением элемента в периодической системе. Ослабление осно'вных и усиление кислотных свойств гидроксидов R(OH)n наблюдается с увеличением поляризующего действия иона Rn⁺, т.е.
с уменьшением его радиуса и возрастанием заряда. Поэтому к сильным основаниям относят гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. Амфотерные гидроксиды образуют во II группе периодической системы бериллий и цинк – элемент II группы, но побочной подгруппы, а в III группе – алюминий, галлий и индий.

Исследование влияния концентрации ионов Н⁺ в растворе на свойства различных гидроксидов показало, что амфотерность обусловлена устойчивостью гидроксокомплекса данного металла. Приведем пример – гидроксид цинка растворяется в кислотах и щелочах:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Применение комплексных соединений

• Гальванические покрытия – защита одного металла другим. Например, медное покрытие крепко соединяется с железом, если использовать в процессе комплексные соединения.

• Электролитическое получение металлов. Например, алюминий в расплаве криолита образует комплекс Nа₃[AlF₆]. Из расплавов соединений комплексных солей получают такие металлы, как Nb, Tl, Th, Mg.

• Защита металлов от коррозии. Ингибиторы – комплексные соли, где лигандами выступают и органические вещества.

• Аналитическая химия. Многие индикаторы, реактивы, которые помогают распознать вещества, ионы и даже заряды ионов, – комплексные соединения. Катион Fe²⁺ можно распознать в реакции с гексацианоферратом(III) калия:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]