Основные понятия химии координационных соединений
- Образования координационных соединений.
- Состав координационных соединений.
Координационные (или комплексные) соединения играют важную роль в природе и технике. Достаточно сказать, что ферменты часто представляют собой комплексные соединения, многие катализаторы реакций, протекающих в жидкой фазе, являются координационными соединениями и т. д.
Способность к координации проявляют почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. У некоторых – главным образом переходных металлов – она выражена настолько сильно, что химические свойства их соединений вообще невозможно понять без учёта комплексообразования.
Таким образом, очевидно, что значение этого раздела химии трудно переоценить.
С возможностью образования координационных соединений химику приходится считаться очень часто, например, при такой широко распространённой в химической практике операции, как процесс осаждения. Рассмотрим реакцию выделения в осадок серебра в виде хлорида:
AgNO3 + HCl = AgCl↓ + HNO3.
Первоначально увеличение концентрации соляной кислоты способствует более полному осаждению хлорида серебра, как это следует из анализа уравнения
Но по мере увеличения концентрации HCl осаждение прекращается, сменяется растворением, в результате чего осадок может даже полностью перейти в раствор. Это объясняется тем, что серебро присоединяет дополнительное количество хлорид-ионов с образованием хорошо растворимых комплексных соединений H[AgCl2], H2[AgCl3] и H3[AgCl4].
Аналогичное увеличение растворимости в избытке осадителя наблюдается для большинства металлов и почти всех кислотных остатков. В меньшей степени это свойственно анионам ClO4−, затем NO3− и SO42−.
Хлорид серебра можно также растворить при добавлении к системе аммиака. В этом случае произойдёт образование аммиачного комплексного соединения [Ag(NH3)2]Cl.
Комплексообразование изменяет многие свойства элементов и их соединений, в частности окислительно-восстановительные свойства. Так, золото, являющееся благородным металлом и не способное растворяться даже в концентрированной азотной кислоте, растворяется на воздухе под действием цианида натрия:
4Au + O2 + 8NaCN + 2H2O = 4Na [Au (CN)2] + 4NaОН.
Эта реакция находит практическое использование при отделении самородного золота от вмещающей его породы.
Существует несколько определений понятия «комплексное соединение». Каждое из этих определений имеет свои достоинства и недостатки. Наиболее простым для запоминания и понимания сущности понятия можно считать следующее определение: «Комплексным называется соединение, которое образуется в результате взаимодействия молекул, способных к самостоятельному существованию». Так, например, комплексное соединение [Ag(NH3)2]Cl образуется в результате реакции между хлоридом серебра и аммиаком:
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl.
Состав координационных соединений
Координационное соединение состоит из центрального атома (или комплексообразователя), вокруг которого координированы нейтральные молекулы или ионы, называемые лигандами (от латинского глагола «ligāre» –«связывать»). Центральный атом и лиганды составляют внутреннюю сферу комплексного соединения. Количество лигандов определяет величину координационного числа (далее: «КЧ»). При написании формулы внутреннюю сферу принято заключать в квадратные скобки. Ионы и молекулы, находящиеся за пределами внутренней сферы, называются внешнесферными. Так, например, ионы калия и молекулы воды, входящие в состав жёлтой кровяной соли K4[Fe(CN)6]·3H2O, являются внешнесферными, а [Fe(CN)6]4− – внутренняя сфера, КЧ железа равно шести.