МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Ім. А.С. МАКАРЕНКА
Кафедра хімії та методики навчання хімії
КУЗЬМЕНКО Олександр Михайлович
621 група
РЕАКЦІЇ КОМПЛЕКСОУТВОРЕННЯ
Курсова робота
Науковий керівник:
Викладач кафедри хімії
Юхоменко М.А.
Суми 2011
Зміст
Вступ
Загальні відомості про комплексні сполуки
Принципи класифікації комплексних сполук
Загальні принципи будови
Комплексоутворення
Поширені комплексні сполуки
Поняття прохелати
Координаційні сполуки за природою ліганда
Координаційні сполуки за знаком заряду комплексу
Внутрішньо комплексні сполуки
Природа координаційного зв’язку
Номенклатура комплексних сполук
Властивості комплексних сполук
Значення комплексних сполук, їх застосування
Висновки
Література
Вступ
Не становить таємниці той факт, що комплексні сполуки та реакції комплексоутворення мають широке застосування в аналітичній хімії, в методах якісного і кількісного аналізу, перш за все завдяки властивостями комплексних сполук: стійкість, інтенсивність забарвлення, мала розчинність.
Як свідчить назва, комплексна сполука ( комплекс) – це складна частинка, що містить декілька складових частин (іонів, молекул), здатних до самостійного існування.
Комплексні сполуки (к.ч) виділені в окремий клас речовин за певними ознаками: багатокомпонентність складу; здатність складових частин до самостійного існування; здатність дисоціювати на складові частини за гетеролітичним механізмом; наявність стійкої просторової структури, утвореної за донорно-акцепторним механізмом.
Центральний атом (комплексоутворювач) координує частинки тобто безпосередньо зв’язує і утворює внутрішню сферу комплексу. Йони, безпосередньо не зв’язані з центральним атомом ( ц.а.), утворюють зовнішню сферу.
Ліганди є донорними частинками, центральний атом – акцептором.
Центральний атом характеризується координаційним числом ( к.ч.) – це число зв’язків, утворених з центральним атомом у комплексній сполуці. Якщо ліганд утворює зв’язок тільки з одним донорним атомом, координаційне число дорівнює числу приєднаних лігандів.
Ліганди характеризуються дентатністю. Дентатність – це число донорних атомів ліганду, які утворюють координаційні зв’язки з центральним атомом. Ліганди, що утворюють тільки один зв’язок ( Сl, I, СN, NH3, ОН, Н2O та інші), називаються монодентатними, а ті, що утворюють декілька зв’язків ( як правило молекули органічних сполук), -полідентатними.
Будь-який ліганд повинен мати хоча б один донорний атом. Тому ліганди – це аніони або полярні молекули. Найважливішими неорганічними лігандами є NH3, ОН, Н2O,галогенід-іони, СN, SCN, NO3, NO2, SO4, СОЗ.
В органічних лігандах донорні атоми входять до складу функціональних груп. Як правило, це функціональні групи, що містять атом О, N, S.
У сучасних умовах актуальними постають питання утворення комплексних сполук, розробки технології урегулювання та методів утворення комплексу.
Об’єкт дослідження – комплексні сполуки.
Предмет дослідження – комплексні сполуки елементів періодичної системи.
Мета дослідження – ознайомитися з комплексними сполуками.
Завдання дослідження:
1. Проаналізувати наукову літературу з питань особливостей комплексних сполук в аналітичній хімії.
2. З’ясувати сутність комплексних сполук, їх основні ознаки.
3. Сформувати необхідні і достатні умови виникнення комплексних сполук.
4. Застосування комплексних сполук. Методи дослідження:
Теоретичні – аналіз, систематизація та узагальнення наукових даних про комплексні сполуки.
Робота складається із вступу, розділу, висновків, списку літератури.
У цьому розділі розглядаємо особливості утворення комплексних сполук в аналітичній хімії, дамо визначення комплексних сполук, їх особливості.
Практичне значення роботи. Матеріали дослідження можуть бути використані у позакласній роботі з метою вивчення комплексних сполук.
Загальні відомості про комплексні сполуки
Хімія комплексних сполук є однією з галузей сучасної хімії, що інтенсивно розвиваються. У зв’язку з цим, поняття «комплексні сполуки» постійно уточнюється і доповнюється. Відповідно до класичного визначення, комплексні сполуки - це сполуки, до складу яких входять комплексні частинки, що вміщують центральний атом (комплексоутворювач) оточений лігандами. За Ф. Коттоном і Дж. Уїлкінсоном дане визначення комплексних сполук потребує деяких уточнень:
по-перше, комплексоутворювач і ліганди повинні бути стабільними при звичайних умовах;
по-друге, реакції комплексоутворення повинні протікати у звичайних хімічних умовах;
по-третє, до комплексних сполук слід віднести також продукти приєднання лігандів до молекул:
SiF4 + F2 = SiF62-;
і продукти взаємодії молекул за донорно-акцепторних механізмом:
NНЗ+ВFЗ = NНЗВFЗ.
Таким чином, класичне визначення комплексних сполук потребує доповнень:
комплексні сполуки - це сполуки, до складу яких входять комплексні частинки (комплекси), що вміщують центральний атом (комплексоутворювач) оточений лігандами. Утворення комплексів можна представити як результат взаємодії за донорно-акцепторним механізмом стабільних при звичайних умовах частинок: атомів, іонів або молекул.[5]
Приведене вище визначення вказує, що, наприклад, такі частинки як СН4, SO42-, NO3- та інші недоцільно представляти як комплекси, оскільки частинки С+ , Н-, S6+ , O2-, N5+ , O2- при звичайних умовах не існують.
Найбільш характерним комплексоутворення є саме для d-елементів.
Наявність значної кількості валентних частково заповнених орбіта лей схильність до утворення ковалентного зв’язку визначає значну кількість комплексних сполук, що утворюють d-елементи.[7]
Координаційні числа d-елементів. Найбільш характерними координаційними числами d-елементів є 4 і 6 (наприклад: [Рt(NHЗ)4]С12, К2[Ni(СN)4], К4[Fе(СN)6], Na3[Со(NO2)6]). Менш характерним є координаційне число 2, яке, як правило, мають d-елементи у ступені окислення +1, наприклад: [Аg(NHЗ)2]С1, Nа[Аu(СN)2]. Координаційні числа вищі за 6 є мало характерними і зустрічаються лише для деяких d-елементи другого і третього рядів (МІЗ[ZrF7], МІ4[ZrF8]). Величина координаційного числавизначається електронною будовою, а також розмірами комплексоутворювача і лігандів.[9]
Комплексні сполуки – молекулярні з’єднання певного складу, утворення яких з більш простих молекул не пов’язано з виникненням нових електронних пар. У більшості випадків комплексні сполуки утворюються при взаємодії речовин у водних розчинах. Але іноді освіта комплексних сполук може відбуватися і в інших умовах. Наприклад, безводний хлорид кальцію безпосередньо з’єднується з аміаком, перетворюючись на комплексну сіль
[Са(NH3)8]С12. [3]
Найчастіше освіта комплексних сполук відбувається близько вільних іонів. Наприклад, при взаємодії іонів з молекулами води під дією створюваного іоном електричного поля молекули води певним чином орієнтуються і потім притягуються до іону протилежно зарядженим кінцем диполя. За рахунок такого тяжіння в розчині утворюється гідратований іон і розчин все більш концентрується. На певній стадії з нього стануть виділятися кристали розчиненої речовини, що укладають у своєму складі гідратований іон. Якщо при цьому молекули води, безпосередньо навколишні його в розчині, пов’язані з ним неміцно, то вода не увійде до складу кристала, а якщо зв’язок іона з молекулами води достатньо міцна, то до складу кристала він увійде з деяким числом молекул «кристалізаційної» води. У результаті вийде кристалогідрат даної речовини, що представляє собою комплексне з’єднання.[11]
Принципи класифікації комплексних сполук
Комплексні сполуки належать до найбільшого та найрізноманітнішого класу аналітичних сполук. Саме різноманітність комплексних сполук робить недосконалою будь- яку їх класифікацію. Проте можна виділити найбільш важливі принципи, покладені в основу різних підходів до систематику комплексних сполук.
1. За належністю до певного класу розрізняють комплексні кислоти (Н[АuС14]), комплексні основи ([Аg(NHЗ)2]ОН), комплексні солі (К4[Fе(СN)6]).
2. За природою лігандів: аква- ([Ас(Н2O)6]С13); аміно-комплекси ([Аg(NНЗ)2]С1); ацидокомплекси (КЗ[Fе(СN)6]); гідроксокомплекси (КЗ[А1(ОН)6]). Між цими типами є перехідні ряди, які містять комплекси з різними лігандами. Розподіл іонів між внутрішньою та зовнішньою сферами
можна визначити за зміною молярної електропровідності у ряді комплексів.
3. За характером сумарного електростатичного заряду розрізняють
комплекси трьох типів: катіонні ([Сu(NНЗ)2С1), аніонні (К2[РtС16]2-) та нейтральні ([Ni(СО)4]).[7]
Комплексні сполуки класифікують також за координаційною ємністю лігандів і за координаційним числом центрального атома. Але більш доцільно за основу класифікації брати природу центрального атома та характер його зв’язку з лігандами. За цим принципом комплекси поділяються на такі основні групи:
1. Моноядерні сполуки з позитивним ступеня окиснення центрального атома. До них відносять акво-, аміно-, ацидокомплекси.
2. Поліядерні сполуки, які містять два або кілька центральних атомів того самого або різних елементів з позитивним ступенем окиснення. Для них характерним є утворення місткових зв’язків через один, два або три ліганди. Тому комплекси можуть з’єднуватися між собою вершинами, ребрами або гранями.
До координаційних сполук належать також ізо- й гетеро-полікислоти та їхні солі з кисневими містками.
3. Сполуки з негативним ступенем окиснення центрального атомаH2[SO4].
4. Хелатні та внутрішньокомплексні сполуки містять бі- або полідентатний ліганд, який ніби «захоплює» центральний атом. Наявність у хелатах циклічних угруповань значно збільшує їхню стійкість порівняно з аналогічними нециклічними. Найбільш стійкими є комплекси з п’яти – або шестичленними циклами (хелатний ефект і правило циклів Чугаєва, 1906). Внутрішньокомплексними сполуками називають циклічні сполуки нейтрального типу, в яких той самий ліганд сполучений звичайним і побічним зв’язками. Такі сполуки характерні для амінокарбонових кислот. Найпростіший їх представник – аміно-ацетатна кислота – з іонами Купруму утворює Купрум гліколя.