Комплексные соединения в химии — формулы и определение с примерами

Свойства комплексных соединений

Раз­ли­ча­ют тер­мо­ди­на­мич. ста­биль­ность К. с. – ме­ру воз­мож­но­сти об­ра­зо­ва­ния К. с. или его пре­вра­ще­ния в др. со­еди­не­ние в рав­но­вес­ных ус­ло­ви­ях, и ки­не­ти­че­скую, опи­сы­ваю­щую ско­рость ре­ак­ций ком­плек­сов, ве­ду­щих к дос­ти­же­нию рав­но­ве­сия. Тер­мо­ди­на­мич. ста­биль­ность К. с. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся тер­ми­на­ми «ус­той­чи­вый», «не­ус­той­чи­вый», ки­не­ти­че­ская – «ла­биль­ный» и «инерт­ный». Ес­ли при ком­нат­ной темп-ре ре­ак­ция ком­плек­са про­те­ка­ет за вре­мя сме­ше­ния реа­ген­тов (ок. 1 мин), К. с. от­но­сят к ла­биль­ным; ес­ли ре­ак­ция про­те­ка­ет с из­ме­ри­мой ско­ро­стью и по­ло­ви­на вре­ме­ни жиз­ни ком­плек­са бо­лее 2 мин, та­кие К. с. от­но­сят к инерт­ным. Напр., кон­стан­та ско­ро­сти изо­топ­но­го об­ме­на мо­ле­кул во­ды во внутр. ко­ор­ди­на­ци­он­ной сфе­ре для инерт­но­го ком­плек­са $\ce{^{2^{+}}}$ рав­на $3,3· 10^4 с^{–1}$, для ла­биль­но­го $\ce{^{3^{+}} – 5·10^{–7} c^{–1}}$.

Ус­той­чи­вость К. с. оп­ре­де­ля­ет­ся при­ро­дой центр. ато­ма и ли­ган­да, а так­же сте­ри­че­ски­ми фак­то­ра­ми. В со­от­вет­ст­вии с прин­ци­пом жё­ст­ких и мяг­ких ки­слот и ос­но­ва­ний, все центр. ато­мы ус­лов­но раз­де­ля­ют на жё­ст­кие и мяг­кие ки­сло­ты Льюи­са. Жё­ст­кие ки­сло­ты Льюи­са име­ют ма­лый атом­ный или ион­ный ра­ди­ус, вы­со­кую по­ло­жи­тель­ную сте­пень окис­ле­ния, пред­поч­ти­тель­но взаи­мо­дей­ст­ву­ют с не­по­ля­ри­зую­щи­ми­ся жё­ст­ки­ми ос­но­ва­ния­ми, та­ки­ми как $\ce{F^{–}, OH^{–}, NR2^{–}}$ ($\ce{R}$ – ор­га­нич. ра­ди­кал). К жё­ст­ким ки­сло­там Льюи­са от­но­сят­ся ио­ны эле­мен­тов в выс­ших сте­пе­нях окис­ле­ния с элек­трон­ной кон­фи­гу­ра­ци­ей $d^0$ или $d^{10}$. Мяг­кие ки­сло­ты Льюи­са име­ют боль­шой атом­ный или ион­ный ра­ди­ус и низ­кую сте­пень окис­ле­ния, бо­лее эф­фек­тив­но взаи­мо­дей­ст­ву­ют с лег­ко по­ля­ри­зую­щи­ми­ся мяг­ки­ми ли­ган­да­ми, та­ки­ми как $\ce{SR2, PR3, I^{–}}$, оле­фи­ны. Мяг­кие ки­сло­ты Льюи­са име­ют элек­тро­ны на $d$-ор­би­та­лях, спо­соб­ные к об­ра­зо­ва­нию $\pi$-свя­зей в ре­зуль­та­те пе­ре­кры­ва­ния с ва­кант­ны­ми $d$-ор­би­та­ля­ми мяг­ких ли­ган­дов. Эти же центр. ио­ны об­ра­зу­ют К. с. с оле­фи­на­ми (ти­па со­ли Цей­зе). По­сколь­ку ре­ак­ции ком­плек­со­об­ра­зо­ва­ния под­ра­зу­ме­ва­ют взаи­мо­дей­ст­вие ки­слот и ос­но­ва­ний Льюи­са, с уве­ли­че­ни­ем оснóвных свойств ли­ган­дов ус­той­чи­вость ком­плек­сов по­вы­ша­ет­ся. Ли­ган­ды с боль­шей ос­нов­но­стью при вве­де­нии в рас­твор пол­но­стью за­ме­ща­ют во внутр. сфе­ре ли­ган­ды с мень­шей ос­нов­но­стью.

Ко­ли­че­ст­вен­ной ха­рак­те­ри­сти­кой ус­той­чи­во­сти К. с. слу­жит его кон­стан­та ус­той­чи­во­сти $K=\ce{/(^{n}}) }$, где $\ce {, ,  }$ – рав­но­вес­ные кон­цен­тра­ции ком­плек­са, ком­плек­со­об­ра­зо­ва­те­ля и ли­ган­да со­от­вет­ст­вен­но. Для экс­пе­рим. оп­ре­де­ле­ния кон­стан­ты ус­той­чи­во­сти при­ме­ня­ют фи­зи­ко-хи­мич. ме­то­ды, по­зво­ляю­щие рас­счи­тать рав­но­вес­ные кон­цен­тра­ции ($рН$-мет­ри­че­ское тит­ро­ва­ние, кон­дук­то­мет­рию, спек­тро­фо­то­мет­рию, ЯМР-спек­тро­ско­пию, по­ля­ро­гра­фию, вольт­ам­пе­ро­мет­рию и др.).

Сво­бод­ная энер­гия Гиб­бса ре­ак­ции об­ра­зо­ва­ния ком­плек­са $ΔG^0$ свя­за­на с $K$, эн­таль­пий­ным вкла­дом ($ΔH^0$) и эн­тро­пий­ным вкла­дом ($ΔS$) со­от­но­ше­ни­ем: $–RT\text{ln}K=ΔG^0=ΔH^0-TΔS^0$, где $T$ – аб­со­лют­ная темп-ра, $R $ – га­зо­вая по­сто­ян­ная. В ре­ак­ци­ях ком­плек­со­об­ра­зо­ва­ния эн­таль­пий­ный вклад обу­слов­лен раз­но­стью в сум­мар­ной энер­гии свя­зей ис­ход­ных час­тиц и об­ра­зую­ще­го­ся К. с.; обыч­но ве­ли­чи­ны $ΔH$ не­ве­ли­ки. Эн­тро­пий­ный вклад свя­зан с из­ме­не­ни­ем чис­ла час­тиц в ре­ак­ции. По­те­ря под­виж­но­сти ио­на ме­тал­ла и ли­ган­дов при со­еди­не­нии их в К. с. обыч­но ком­пен­си­ру­ет­ся за счёт вы­сво­бо­ж­де­ния боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва мо­ле­кул рас­тво­ри­те­ля (во­ды) из соль­ват­ных (гид­рат­ных) обо­ло­чек центр. ато­ма и ли­гандов. Об ус­той­чи­во­сти хе­лат­ных К. с. см. в ст. Хе­ла­ты.

К. с. уча­ст­ву­ют в ре­ак­ци­ях при­сое­ди­не­ния, за­ме­ще­ния или эли­ми­ни­ро­ва­ния ли­ган­да, ре­ак­ци­ях изо­ме­ри­за­ции ко­ор­ди­на­ци­он­но­го по­ли­эд­ра, ре­ак­ци­ях свя­зан­но­го ли­ган­да (напр., дис­со­циа­ция, изо­ме­ри­за­ция ли­ган­да) и ре­ак­ци­ях элек­трон­но­го пе­ре­но­са.

Номенклатура комплексных соединений

Для составления названия комплексной частицы (катиона, аниона, молекулы) указывают в следующем порядке: число лигандов, названия лигандов, центральный атом.

Номенклатура лигандов

Для указания числа лигандов используют греческие числовые приставки: ди-, три-, тетра-, пента-, гекса- и т.д. При наличии одного лиганда, приставка обычно опускается. Если в названии лиганда имеется числовая приставка, например этилендиамин, триметиламин и др.

, то перед названиями таких лигандов используют умножающие приставки бис- вместо ди-, трис- вместо три-, тетракис- вместо тетра- и т.д.

К названиям анионных лигандов добавляется гласная -о-: S2O32- — тиосульфато-, SO32- сульфито-, C2O42- оксалато-. Аналогично для анионов органических кислот: салицилато-, цитрато-, тартрато- и т.д.

Суффикс -ид в названиях анионов заменяется на гласную -о-: F- — фторо-, Cl- — хлоро-, CN- — циано-, ОН- — гидроксо-. Для гидросульфид-иона HS- применяется название меркапто-, для сульфид-иона S2- — тио-. Некоторые ионы, такие, как тиоцианат SCN-, нитрит NO2- и др.

, имеют по два разных донорных атома, их названия как лигандов зависят от способа координации и будут приведены ниже. Для нейтральных лигандов используются модифицированные названия: пиридин, метиламин, мочевина и др. Исключения составляют: вода — аква- и аммиак — аммин.

Группы CO и NO, если они связаны непосредственно с атомом металла, называются соответственно карбонил- и нитрозил-. В том случае если во внутренней координационной сфере находятся несколько лигандов, их перечисляют в алфавитном порядке, но сначала анионные, а затем — нейтральные.

Таблица наименований нейтральных и анионных лигандов

Номенклатура комплексообразователей

Центральный атом в катионных и молекулярных комплексах называется так, как называется данный элемент в периодической системе и не имеет отличительного суффикса. Название центрального атома в анионных комплексах производят от латинского корня с добавлением суффикса — ат.

После названия комплексообразователя в круглых скобках римской цифрой указывают степень его окисления. Для элементов с постоянной степенью окисления в соединениях (магний, цинк, алюминий и др.) этого не требуется.

Примеры

Используем приведенные номенклатурные правила, чтобы назвать комплексные соединения: 

  — платина имеет переменную степень окисления, однако в данном случае она однозначно определяется как +2 из электронейтральности комплекса.Список использованной литературы

1. Попков В. А., Пузаков С. А. Общая химия: учебник. — М.: ГЭОТАР-Медия, 2010. — 976 с.: ISBN 978-5-9704-1570-2.
2. Волков, А.И., Жарский, И.М. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский. — Мн.: Современная школа, 2005. — 608 с ISBN 985-6751-04-7.