Комплексті қосылыстар

Комплексті  қосылыстар

Сабақтың мақсаты мен  міндеті:

 

А) білімділік: Комплексті  қосылыстар  жайында  білімді  қалыптастыру  және комплексті  қосылыстардың  химиялық  қасиеттерін  қарастыру;

 

Б) дамытушылық: Комплексті  қосылыстардың  алыну жолы  мен номенклатурасы  жайлы  білімді  тереңдету;

 

В) тәрбиелілік: Қосылыстың құрамы мен қасиеттері жайлы себеп- салдарлық байланыстың қалыптасуын жалғастыру; оқушылардың танымдық белсенділіктері мен ой өрісін дамыту;

 

 

Құрал – жабдықтар : шыны таяқша, пробиркалар, штатив.

 Реактивтер: аммиак ерітіндісі, тұз қышқылы, мыстың (ІІ) тұзы,  натрий гидроксиді, алюминий хлориді, қызыл қан тұзы, сары қан тұзы, темірдің (ІІ) және (ІІІ)  тұздары.

«Отсыз түтін»  атты  қызықты  тәжірибе  (аммиак ерітіндісі мен тұз қышқылы)  екі заттан аммоний хлориді алынады;

Реакция  теңдеуін жазайық:

NH_⁴ОН + HCl = [NH_⁴]Cl + H _²O

 

алынған қосылыс  –  тұз  (аммоний хлориді ) деп аталады,  оны комплексті  қосылыстар түрінде  жазуға болады.

 

 

Қандай қосылыстар комплексті  қосылыстар деп аталады?

Олардың құрамы  қандай?

Мұндай  қосылыстарды қалай  алуға болады?

Қайда  қолданылады?

Қандай  химиялық  қасиет  көрсетеді? Берілген  қосылыстарды   номенклатура бойынша қалай  атауға  болады? 

 

Комплексті  қосылыстар (лат. complexus — үйлесімділік, қамту),  немесе  координациялық  қосылыстар (лат.. со — «бірге» және ordinatio — «реттілік») — бөлшектер  (бейтарап  молекулалар немесе  иондар), берілген  комплекс түзушіге ионға (немесе атомға)  лиганда  деп  аталатын бейтарап  молекуланың  немесе басқа ионның   қосылу нәтижесінде  түзілетін қосылыс. 

 

Ашылу тарихы

1871 ж. Д.И.Менделеев комплексті  қосылыстар жайлы баяндама жасады.  Комплексті қосылыстардың құрылысы  жайлы өз көзқарасын білдірді.  Әртүрлі қосылыстар (аммиакаттар,  кристаллогидраттар, қос тұздар)  арасында ұқсастық бар екендігін  дәлелдеп, соның нәтижесінде осы  заттардың құрылысы жайлы баяндады.  Ол, бұл заттардың табиғаты  бірдей болады деген қорытындыға  келді. Комплексті қосылыстар  орталығында металл атомы орналасады,  ал оның айналасы атомдар, молекулалар  топтарымен  «қоршалады».  Бірақ  ол орталық металл атомының  айналасына қанша атом немесе  молекуланы орналастыруға болады?  деген сұраққа жауап бере алмады.   Бұл сұрақтың жауабын тек қана  А.Вернер ғана берді. 

Координациялық теорияның  негізін  қалаушы  Швед химигі  Альфред Вернер болды. А.Вернер  координациялық теорияны ұсынған  кезде әлі атомның құрылысы  ашылмаған еді. Сондықтан ол ұсынған  теория негізгі және қосымша  валенттіліктің мәнін түсіндіре  алмады. 

1911 ж. құрамында көміртек   атомы кездеспейтін, 40 жуық   оптикалық  белсенді молекулаларды   синтездеді. 

 1913 г. Цюрих университетінің профессоры Вернерге ертеректе жасаған зерттеу нәтижелеріне байланысты Нобель сыйлығы берілді. Бұл теорияны орыс ғалымдары Л.А.Чугаев, И.И.Черняев және А.А.Гринберг еңбектерінде толықтырды.

 

 

 

 

(1866 – 1919)

 

Швед  химигі

Альфред  Вернер

Қазір атом құрылысы  тұрғысынан негізгі және қосымша  валенттілік мәні толық анықталды. Негізгі валенттілік ионды немесе  ковалентті байланыс, ал қосымша  валенттілік – ковалентті  байланыстың  бір түрі   –  донорлы –акцепторлы  механизм арқылы түзіледі. Донорлы  – акцепторлы механизм  арқылы  ковалентті байланыс түзілуі  үшін бір элемент атомының  бос орбиталі, ал басқа атомның  байланыс түзуге қатыспаған жұп  электроны болуы тиіс. Жұп электроны  бар атом электрондарын бос  орбиталі бар атомға беріп  байланысады.  Құрамында донорлы  – акцепторлық механизм арқылы  ең кемінде бір байланысы бар  қосылыстарды комплексті қосылыстар  деп атайды.

Комплексті қосылыстардың  қолданылуы: 

 

• Полимерлер синтездеуде  катализатор ретінде қолданылады;
• атмосфералық азотты байланыстыру үшін қолданылады;
• синтетикалық жуғыш заттарды алу үшін;
• металдар коррозиямен күресу үшін;
• лак пен бояғыш заттарды алу үшін;

Комплексті қосылыстар  әдетте ашық түсті келеді

 

    Гемоглобин - қанға қызыл  түс  береді;

  хлорофилл –

өсімдіктерге  жасыл түс  береді;

– бұл комплексті қосылыстар.

транс-[Coen_²Cl_²]Cl

 

K_³[Cr(C_²O_⁴)_³

 

[Ni(NH_³)_⁶](NO_³)_²

 

[N(CH_³)_⁴][ICl_⁴]

 

[Co(NH_³)_⁵Cl]Cl_²

   Комплекстер құрылысы

 

 

                        NH3

             NH3 +3 NH3

                         Co Cl3

         NH3 NH3

                     NH3

 

Ішкі сфера

 

Ішкі сфера

 

Лигандалар

 

Орталық 

атом

• Калий гексацианоферраты (III)

 

Fe³⁺

 

CN^-

 

CN^-

 

CN^-

 

CN^-

 

CN^-

 

CN^-

 

K⁺

 

K⁺

 

K⁺

 

Комплекстүзуші  ион 

 

лигандалар

 

Ішкі сфера

 

Ішкі   сфера

 

[ (CN)⁶]

 

К³

 

[Fe

 

→3K⁺

 

[Fe (CN)_⁶]^3-

 

Комплекстер құрылысы

[Cu(NH_³)_⁴]SO_⁴

 

 Комплексті  қосылыстар, немесе жай комплекстер,  деп  біз комплексті  иондарды  және  комплексті  молекулаларды  атаймыз.

 

 

Комплексті  қосылыстар   дегеніміз  бұл  қалыпты  жағдайда әрқайсысы  дербес  түрде кездесе алатын, анағұрлым  қарапайым ауыстырылмайтын  бөлшектердің  (атомдар, иондар немесе молекулалар)  әрекеттесуі нәтижесінде түзілетін  күрделі  қосылыстар.      

 

 

 

NH³

 

CuSO⁴

 

Na[Al(OH)_⁴]

 

NaOH

 

Al(OH)³

Координациялық  теорияның  негізгі қағидалары

 

1) Комплексті  қосылыстарда  оң зарядты ортада орналасқан атомның (металл) комплекс түзушінің  -орны зор.  Комплекс түзуші (орталық катион) - ваканттық  е -орбитальдары  бар металл катионы.

 

Катиондар: 

• металдар (d-элементтер):

Сu⁺², Co⁺³, Fe⁺³, Hg⁺² және т.б.

• (р-элементтер сирек): Al⁺³
• (бейметалдар кейде): В⁺³, Si⁺⁴.

 

Комплекс түзуші

 

ваканттық е - орбитальдар

   2.Комплекс түзушінің айналасында бөлінбеген электрон жұптары бар теріс зарядты иондар немесе бейтарап молекулалар - лигандалар орналасады.

 

Координациялық  теорияның  негізгі қағидалары

 

 

 

 

Молекулалар:

  H_²O, NH_³,

Аниондар:

CN^-, OH^-,

Cl^-, Br^-, NO^₂-

 

..

 

..

 

..

 

Лигандалар

 

Бөлінбеген электрон жұптары

 

тағы басқа галогендер

Координациялық  теорияның  негізгі қағидалары

 

Координация саны  – комплекс түзуші қоса  алатын лигандалар саны.

 

3.

 

Координация саны – орталық ионға қарағанда  2 еседей көп болады 

+1 (2)

+2 (4, 6)

+3 (6, 4)

+4 (8, 6)

 

[Cu(NH³)⁴]⁺²

 

+2

 

Л- лиганданың белгісі

 

Комплекс түзуші

Координациялық  теорияның  негізгі қағидалары

 

     4.Комплекс түзуші мен лигандалар комплекстің ішкі сферасын құрайды. Ішкі сфераға сыймай сыртта тұратын иондар – комплексті қосылыстың сыртқы сферасын  түзеді. Ішкі сфераны сыртқы сферадан квадрат жақшаның көмегімен бөледі.

 

 

[Cu(NH_³)_⁴]⁺²

 

Ішкі сфераның жиынтық  зарядын қалай анықтауға болады?

 

Комплекс  ионның  ішкі  сферасы

 

Комплекс түзуші

 

Донорлы- акцепторлы байланыс

Комплекстің  ішкі  сферасындағы  әрбір  лиганданың орын саны -  лиганданың  координациялық  сыйымдылығы  деп  аталады.

 

Монодентанты  лигандалар –  координациялық сыйымдылығы  = 1        Cl^-, Br^-, I^-, CN^-, NH_³ және т.б.

 

Бидентантты лигандалар –  координациялық сыйымдылығы =2

SO^₄2-, CO^₃2-, C_²O^₄2- және т.б. К_³[Fe(C_²O_⁴)_³]

Полидентантты  лигандалар –  лигандалардың  координациялық сыйымдылығы  3,4,6.

 

Комплексті ион  мен  комплекс түзушінің зарядын анықтау.

Комплексті қосылыс молекуласының  заряды болмайды, яғни электробейтарап  бөлшек болып табылады.

Егер лиганда болып  молекула  табылатын болса, онда  комплексті ионның заряды  комплекс  түзушінің зарядына тең болады.

Егер лиганда болып  молекула  және ион табылатын  болса, онда комплексті ионның  заряды комплекс түзуші мен  лигандалардың  зарядтарының алгебралық  қосындысына тең болады. 

Комплексті ионның заряды  арқылы комплекс түзушінің зарядын  есептеуге болады.

Ол үшін барлық лигандалардың  зарядын ескеру қажет:

 

K_³[Fe³⁺(CN)_⁶]^3- (-3)-(-1*6)=-3+6=+3

K_⁴[Fe²⁺(CN)_⁶]^4- (-4)-(-1*6)=-4+6=+2

Комплекс  түзуші  ионның  тотығу  дәрежесін  анықтау.

 

Na³[AlF⁶]

 

жауап: Na⁺³[Al⁺³F^-6]

 

K[MgCl³]

 

Na[Al(OH)⁴]

 

Na⁴[Fe(CN)⁶]

 

Na³[Al(OH)⁶]

 

[Cu(NH³)⁴]Cl²

 

жауап: Na⁺[Al⁺³(OH)^-4]

 

жауап: K⁺[Mg⁺²Cl^-3]

 

жауап:Na⁺⁴[Fe⁺²(CN)^-6]

 

жауап:Na⁺³[Al⁺³(OH)^-6]

 

жауап:[Cu⁺²(NH_³)^0₄]Cl^-₂

Комплексті  қосылыстардың  құрылысы

 

Аяқталмаған d – деңгейшесі  бар қосымша топша металдарынан  түзілген  координациялық  қосылыстарда:

Валенттік байланыс әдісі  (ВБ) донорлық- акцепторлық механизм  арқылы комплекс иондар түзілетіні  анықталды. Комплексті ионның түзілуін d –металдары үшін s-, p-, d-   және   f- деңгейшедегі вакантты орбитальдар  арқылы түсіндіруге болады.

 

 

 

Co³⁺

 

3d

 

4р

 

4s

 

Co⁰

 

4s

 

4р

 

3d

Комплексті  қосылыстардың  құрылысы

 

Қазіргі кезде комплекс  қосылыстарындағы химиялық байланысты  мына үш түрлі теория түсіндіреді: валенттік байланыс әдісі; кристалл  өрісі теориясы; молекулалық орбитальдар  әдісі. Бұл теориялар комплекс  қосылыстарының құрылысын, қасиетін  түсіндіруде бір-бірін толықтырып  тұрады.

Валенттік байланыс (ВБ) әдісі  негізінде жұп ортақ электрондар  көмегімен және көбінесе донорлық- акцепторлық механизм арқылы  комплекс иондар түзілетіні алынады.

Осы әдіс  көмегімен  көптеген комплекс қосылыстарының  түзілуі, олардың магниттік қасиеттері, координациялық санның мәні жақсы  түсіндіріледі.  Осы әдіс арқылы  комплекс қосылыстарға түсінікті  анықтама берілген.

 

Комплексті  қосылыстардың  құрылысы

 

Кристалл өрісі теориясы  бойынша комплекс түзуші ион  мен лигандалар арасында ионаралық  не ион - дипольдік  және электрстатикалық  тартылыс күштері арқылы байланыс  түзіледі. Бұл теория комплекс  қосылыстарының оптикалық қасиеттерін  жақсы түсіндіреді, ал ковалентті  байланысы бар болған кезде  қиыншылыққа кезігеді.

Молекулалық орбитальдар  әдісі комплекс түзуші мен  лигандаларды біртұтас алып қарастырады. Комплекстің қасиеті ядролармен  электрондардан тұратын жүйе  математикалық есептеу жолымен  анықталады. Ядролар сыртында электрондар  байланыстырушы және босаңдатқыш  орбитальдар бойымен атомдық  орбитальдардың сызықтық комбинациясы  негізінде орналасады.

 

Комплексті  қосылыстардың  құрылысы

 

Ішкі комплексті қосылыстарда  берік байланыс түзілуі үшін  электрондарды жұптастыру арқылы  екі  d-орбитальді  босату тиімді  болады:

 

•