Химическая связь в комплексных соединениях. Пространственное строение комплексных ионов.

Химическая связь в комплексных соединениях по методу валентных связей

Согласно методу валентных связей (ВС) между комплексообразователем и лигандами возникает ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму.

Рассмотрим образование комплексного соединения из и аммиака NH₃:

Электронная формула иона цинка

: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s⁰4p⁰

Ион цинка имеет свободные атомные орбитали 4s и 4p и является акцептором. Атомные орбитали неравноценны и подвергаются гибридизации, с образованием четырех равноценных гибридных орбиталей.

У атома азота в молекуле аммиака имеется неподеленная пара электронов, и он служит донором:

: N-H.

При их взаимодействии Zn²⁺ и 4NH₃ образуется комплексный ион [Zn(NH₃)₄]²⁺. Так как, атомные орбитали цинка подвергались sp³-гибридизации, то комплексный ион будет иметь тетраэдрическое строение.

При образовании донорно-акцепторной связи в комплексах могут использоваться: s-, p-, d- орбитали. Если гибридизации подвергаются s- и p- орбитали, то наблюдается sp-гибридизация, которая приводит к образованию линейной структуры комплекса с координационным числом комплексообразователя равным 2. -[Ag(NH₃)₂]⁺. Если у комплексообразователя участвуют в гибридизации s и 2р атомные орбитали (sp²-гибридизация), то образуется плоская треугольная структура комплекса. При sp²d – гибридизации структура образующегося комплекса – квадратная, координационное число равно 4. При sp³d² – гибридизации структура комплекса октаэдрическая, координационное число равно 6 и т.п.

Метод ВС позволяет предсказать состав, структуру комплекса, магнитные и оптические свойства.

Если в комплексе все электроны спарены, то свойства комплекса - диамагнитные (выталкивается из магнитного поля), если имеются неспаренные электроны, то свойства комплекса парамагнитные (втягивается в магнитное поле).

Окраска комплексных соединений зависит от типа лигандов и комплексообразователя. Из-за расщепления энергии d- орбиталей в октаэдрическом поле лигандов появляется возможность перехода электронов с низкоэнергетических d – подуровней на уровни с более высокой энергией. При этом комплексы поглощают кванты света определенных диапазонов длин волн и имеют соответствующую окраску.

Таким образом, метод ВС позволяет объяснить механизм образования химических связей и свойства комплексных соединений.

Пространственное строение комплексных соединений.

Ионы-комплексообразователи (акцепторы) предоставляют свои свободные орбитали, а лиганды (доноры) оба электрона. Пространственное строение комплексного иона определяется типом гибридизации орбиталей.

Впервые правильные представления о пространственном строении комплексных соединений были сформулированы А. Вернером.

Тип гибридизации	Число гибридных орбиталей	Геометрия	Структура	Примеры	Угол
sp		Линейная		BeF₂, CO₂, NO₂⁺	180°
sp²		Треугольная		BF₃, NO₃^-, CO₃^2-	120°
sp³		Тетраэдрическая		CH₄, ClO₄^-, SO₄^2-, NH₄⁺	109°28
dsp²		Плоскоквадратная		Ni(CO)₄, [PdCl₄]^2-	90°
sp³d		Гексаэдрическая		PCl₅, AsF₅	90°, 120°
sp³d², d²sp³		Октаэдрическая		SF₆, Fe(CN)₆^3-, CoF₆³	90°

Окислительно-восстановительные реакции. Роль среды. Типы ОВР. Составление уравнений ОВР

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) протекают с изменением степени окисления элементов, входящих в реагенты и продукты

Степень окисления – формальны заряд атома в молекуле, вычисленный исходя из предположения, что все связи в соединении ионные.

Процесс отдачи электронов с повышением с.о.: 2Na⁰ - 2e‾ = 2Na⁺ - называется окислением

Процесс принятия электронов с понижением с.о.: Cl₂ + 2e‾ = 2Cl‾ - называется восстановлением.

Частицы (атом, молекула или ион), отдающие электроны, называются восстановители, они окисляются. Частицы, принимающие электроны, называются окислителями, они восстанавливаются. В химических окислительно-восстановительных реакциях окисление и восстановление взаимосвязаны и не могут существовать независимо друг от друга

Типичные окислители

1. Простые вещества - неметаллы: F₂, O₂, O₃, Cl₂, Br₂.

2. Концентрированная серная кислота (H₂SO₄), азотная кислота (HNO₃) в любой концентрации, хлорноватистая кислота (HClO), хлорная кислота (HClO₄).

3. Перманганат калия и манганат калия (KMnO₄ и K₂MnO₄), хроматы и бихроматы (K₂CrO₄ и K₂Cr₂O₇), висмутаты (напр., NaBiO₃).

4. Оксиды хрома (VI), висмута (V), свинца (IV), марганца (IV).

5. Гипохлориты (NaClO), хлораты (NaClO₃) и перхлораты (NaClO₄); нитраты (KNO₃).

6. Пероксиды, надпероксиды, озониды, органические перекиси, пероксокислоты, все остальные вещества, содержащие группировку -O-O- (напр., пероксид водорода - H₂O₂, пероксид натрия - Na₂O₂, надпероксид калия - KO₂).

7. Ионы металлов, расположенных в правой части ряда напряжений: Au³⁺, Ag⁺.

Типичные восстановители

1. Простые вещества - металлы: щелочные и щелочноземельные, Mg, Al, Zn, Sn.

2. Простые вещества - неметаллы: H₂, C.

3. Гидриды металлов: LiH, CaH₂, алюмогидрид лития (LiAlH₄), боргидрид натрия (NaBH₄).

4. Гидриды некоторых неметаллов: HI, HBr, H₂S, H₂Se, H₂Te, PH₃, силаны и бораны.

5. Иодиды, бромиды, сульфиды, селениды, фосфиды, нитриды, карбиды, нитриты, гипофосфиты, сульфиты.

6. Угарный газ (CO)

Элемент с мин с.о. может быть только в-ль, с макс – только ок-ль

Степень окисления можно рассматривать как условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Степень окисления может быть положительная, отрицательная и нулевая.

Определение степени окисления проводят, используя следующие правила:

1. Степень окисления кислорода в соединениях равна (-2). Исключение составляют: пероксиды - фторид кислорода.

2. Степень окисления водорода в соединениях равна (+1), кроме гидридов металлов - LiH, CaH₂ и т.п., где степень окисления равна (-1).

3. Степень окисления атомов в простых веществах, например, в металле или в Н₂, О₂равна 0.

4. Степень окисления щелочных металлов в соединениях равна (+1); щелочноземельных (+2); магний, цинк, кадмий (+2); алюминий (+3); фтор (-1)

5. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав нейтральной молекулы равна 0, в сложном ионе – заряду иона.

В зависимости от С.О. атомы могут проявлять различные функции в ОВР. По этому признаку их можно разделить на три группы:

1. Только восстановительные свойства могут проявлять металлы в свободном состоянии, а также атомы в низких С.О.: Cl‾; Br‾; I‾; S‾ ²; N‾ ³. Низшая отрицательная степень окисления для неметаллов равна номеру группы минус 8. 2. Только окислительные свойства проявляют атомы с высшей степенью окисления. Она равна номеру группы: 3. Окислительно-восстановительную двойственность проявляют атомы, имеющие промежуточную степень окисления.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 10 Следующая ⇒