Проект Комплексные соединения

МОУ « Средняя общеобразовательная школа с углубленным
изучением отдельных предметов № 32»
города Прокопьевска
Комплексные
соединения
Проект по химии
Презентацию разработали и выполнили
учащиеся 11 – в класса
Руководитель : учитель химии Бедарева Наталья Анатольевна
2009
Программа курса
Введение
Координационная теория А. Вернера
Строение комплексных соединений
Классификация и номенклатура
Химические свойства
Получение
Применение
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
2
Введение
В различных реакциях, протекающих в растворе, мы обнаруживаем
участие неизменных группировок атомов, выступающих либо в виде
ионов (SO42-, OH-, NO2- , CO32-, NO2+ и т.д.), либо в виде нейтральных
молекул (, NH3, CO, NO и других). Эти неизменные группировки атомов
способны к взаимодействию в растворе с ионами металлов или
нейтральными молекулами с образованием более сложных частиц.
Проделаем несколько качественных реакций:
1. Между растворами сульфата железа(II) и гексацианоферрата(III)
калия;
2. Между растворами хлорида железа(III) и роданида аммония;
3. Между растворами сульфата меди(II) и гидроксида аммония.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
3
Результаты опытов
В результате проделанных реакций наблюдаем изменение цвета
раствора или выпадение осадка.
1. Результатом реакции между растворами сульфата железа(II) и
гексацианоферрата(III) калия является образование синего осадка
турнбулевой сини . Ион Fe2+ легко присоединяет ионы CN- ,
образуя сложный анион:
Fe2+ + 6 CN- = [Fe(CN)6]4-
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
4
Результаты опытов
2. Результатом реакции между растворами хлорида железа(III)
и роданида аммония наблюдается характерное ярко – красное
окрашивание. Ион Fe3+ легко присоединяет ионы CNS- , образуя
кроваво-красный тиоционатный комплекс железа [Fe(CNS)4]Fe3+ + 4 CNS = [Fe(CNS)4]-
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
5
Результаты опытов
3. Результатом реакции между растворами сульфата меди(II) и
гидроксида аммония является образование ярко –голубого
осадка. Ион Cu2+ взаимодействует в растворе с молекулами
NH3 по обратимой реакции с образованием ярко-синего раствора
(сложный катион):
Cu2+ + 4 NH3 = [Cu(NH3)4]2+
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
6
В ходе проделанных качественных реакций на катионы Cu2+ , Fe2+, Fe3+
мы наблюдали образование комплексных катионов и анионов. Металлы:
медь и железо относятся к металлам побочных подгрупп. Следовательно,
комплексные соединения образуют металлы побочных подгрупп. Но
почему?
Задание ученику:
Составьте электронные формулы элементов металлов побочных подгрупп:
1s22s22p63s23p64s13d10
1s22s22p63s23p64s23d6
1s22s22p63s23p64s13d5
1s22s22p63s23p64s23d10
1s22s22p63s23p64s23d5
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
7
Вывод
На основании проделанной работы делаем вывод о том, что чаще всего
комплексные соединения образуют металлы побочных подгрупп, имеющие
2 s-электрона( реже один) на последнем электронном слое и, как правило,
Незавершенный d- подуровень предыдущего. Реже металлы s- элементов.
Поэтому окончание квантовой формулы для этих элементов в общем виде
можно записать так:
nS2(1)(n-1)d1-10
где n- номер последнего электронного слоя.
В состав комплексного соединения металл входит в виде иона.
Поскольку у d- элементов в большинстве случаев остается незаполненным
последний электронный слой, то можно предположить, что не только
d-электроны, но и свободные электронные ячейки элементов могут
участвовать в образовании комплексных соединений.
Комплексные соединения образуют прежде всего d-металлы, и это
связано с особенностями строения их атомов.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
8
Координационная теория А. Вернера
Природу химических связей в комплексах, их строение и принципы их
образования объясняет координационная теория Альфреда Вернера,
созданная в 1893 году. В основу теории легли положения
пространственного строения веществ и теории электролитической
диссоциации.
1. Атомы могут проявлять не только обычную «главную» валентность, но
и побочную «дополнительную». Побочные валентности насыщаются
только при образовании комплексных соединений. Главные
валентности катионов металлов насыщаются только отрицательно
заряженными ионами, побочные валентности могут насыщаться и
отрицательно заряженными ионами и нейтральными молекулами.
Главные и побочные «вернеровские» валентности в ядрах комплексов
не различаются по своей прочности и природе.
2. В
каждом
комплексном
ионе
имеется
центральный
атом(комплексообразователь),
вокруг
которого
располагаются
координированные им ионы и молекулы.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
9
3. Каждый комплекс характеризуется «координационным числом», которое
показывает сколько атомов, ионов или молекул размещено вокруг
центрального атома. Координационное число может быть высоким и
низким. От 1 до 12-14. Чаще небольшое нечетное число – 2,4.
4. Координационные атомы находятся во внутренней сфере комплексных
соединений. Они называются аддентами ( или лигандами, по
современной номенклатуре).
5. Центральный атом и внутреннюю сферу выделяют квадратными
скобками. Она может быть нейтральной или заряженной ( как
положительно, так и отрицательно).
6. Если внутренняя сфера комплексных соединений заряжена, то комплекс
имеет внешнюю сферу, поскольку заряженный комплекс (точнее его ядро)
может притягивать противоположно заряженные ионы.
Внешняя сфера
Внутренняя сфера
[Cu(NH3)4]SO4
Координационное число
Центральный атом
Лиганда
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
10
Комплексными соединениями называются определенные химические
соединения, образованные сочетанием отдельных компонентов и
представляющие собой сложные ионы или молекулы, способные к
существованию как в кристаллическом, так и в растворенном состоянии.
Итак, теория Вернера позволила систематизировать имеющиеся в то
время сведения о комплексных соединениях и предпринять
направленный систематический поиск новых соединений.
Например, на основе координационной теории в наши дни объясняется
химическое строение хлорофилла и гемоглобина.
Молекула гемоглобина
30.04.09.
Молекула хлорофилла
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
11
Задания ученику. Запишите определения следующих понятий:
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
12
Строение комплексных соединений
Почему многие устойчивые молекулы способны присоединяться к
комплексообразователю?
Рассмотрим комплексообразование на следующем примере. При
действии аммиака на раствор соли цинка выпадает осадок. При
избытке аммиака осадок растворяется. Что при этом происходит?
Из раствора можно выделить соль – аммиакат цинка ZnCl2.4NH3 .
Это
соединение комплексное.
Оно образовано комплексными
катионами [Zn(NH3)4]2+
и простыми анионами Сl. Происходящие
реакции можно выразить следующим суммарным уравнением:
Zn2+ + 4 NH3 = [Zn(NH3)4]2+
Образование
комплекса
объясняется
донорно-акцепторным
взаимодействием иона Zn2+ с молекулами NH3 . У иона Zn2+
имеются свободные валентные орбитали - одна S и три Р орбитали.
Поэтому ион Zn2+ может выступать в качестве акцептора четырех
электронных пар. Молекула NH3 имеет неподеленную электронную
пару и, может выступать в качестве донора электронной пары.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
13
Вследствие SP3 - гибридизации орбиталей цинка ион [Zn(NH3)4]2+
имеет форму тетраэдра.
2+
NH3
Zn2+
+ 4 NH3
донор
Zn
NH3
акцептор
NH3
NH3
Связь между внешней и внутренней сферами комплексного
соединения имеет ионный характер и легко разрушается
в воде с образованием ионов:
[Zn(NH3)4]Cl ↔ [Zn(NH3)4]2+ + 2Cl-
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
14
КОМПЛЕКСНЫЙ ИОН
СТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
NH4Cl
КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЬ
ЛИГАНДЫ
ВНУТРЕННЯЯ СФЕРА
30.04.09.
ВНЕШНЯЯ
СФЕРА
КООРДИНАЦИОННОЕ
ЧИСЛО - 4
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
15
Задания ученику:
1. Укажите внутреннюю и внешнюю сферы, комплексообразователь
(центральный атом) и лиганды в следующих комплексных
соединениях:
А). K3[Co(C2O4)3]; [Zn(NH3)4](NO3)2; Sr2[Cu(OH)6]
Б). [Cr(CO)6]; Na3[Co(NO2)6] . H2O; Ca[Cr(NH3)2(NCS)4]2
2. Определите степень окисления комплексообразователя в
комплексных соединениях:
А). Na3[FeF6]; [Cr(C6H6)2]; [Ni(NH3)6]Cl2
Б). Na[Sb(OH)6]; K2[HgI4]; [Cr(H2O)6]Cl3
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
16
Классификация и номенклатура
По характеру электрического заряда
Катионные
комплексы
[Ni(NH3)6]Cl2
30.04.09.
Анионные
Комплексы
Sr2[Cu(OH)6]
Нейтральные
Комплексы
[Al2Cl6]
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
17
По дентатности ( для лигандов)
Число занимаемых лигандом координационных мест центрального атома
(или атомов), называется дентатностью
Если лиганд
связан с
комплексообразователем
через один из
своих атомов
одной
двухцентровой
химической
связью.
Это: галогенидионы, цианидион, аммиак,
вода и другие.
30.04.09.
Каждая молекула
или ион бидентатного лиганда
образует с
комплексообразователем две
химические
связи
в соответствии с
особенностями
своего строения.
Это: этилендиамин,
карбонат-ион,
оксалат-ион .
Если лиганд
образует с
комплексообразователем
три химические
связи.
Например,
NH2CH2 -CHNH2 –
CH2N H2
триаминопропан
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
Полидентатные
лиганды могут
выступать в роли
мостиковых
лигандов,
объединяющих
два и более
центральных
атома. Например,
этилендиаминтетрауксуснаякислота
(EDTA), способная
занять шесть
координационных
мест.
18
Комплексные соединения
классифицируются
Основания
[Cu(NH3)4](OH)2
по классам
Кислоты
H[AuCl4]
30.04.09.
Соли
Na3[FeF6]
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
19
Номенклатура комплексов
Комплексные соединения называли, руководствуясь их внешним
видом, например, пурпуреосоль (красная соль) [Co(NH3)5Cl]Cl2,
лутеосоль (желтая соль) состава [Co(NH3)6]Cl3 ,
либо происхождением, например,
красная кровяная соль K3[Fe(CN)6] и т.п.
Немало комплексных соединений получили имена химиков,
синтезировавших их:
соль Фишера K3[Co(NO2)6] ,
соль Рейнеке NH4[Cr(NH3)2(NCS)4] и др.
Современная номенклатура комплексных соединений основана на
рекомендациях ИЮПАК (Международный союз общей и прикладной
химии) и адаптирована к традициям русского химического языка.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
20
Давая название комплексу, сначала называют анион, потом катион,
как бы читая формулу комплексного соединения с конца к началу.
В названиях комплексных соединений используются приставки:
ди- два; три- три;
тетра-четыре; пента-пять; гекса- шесть
и т.д.
Далее называют лиганды. Если центральный ион входит в состав
комплексного аниона, то анион называется:
Fe – феррат, Cu – купрат, Ag – аргентат, Au – аурат,
Hg – меркурат, Zn – цинкат, Al – алюминат и т. д.
После названия центрального иона в скобках указывается его
валентность, равная заряду. Если центральный ион входит в
состав комплексного катиона, то он называется по русски.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
21
Названия лигандов
NH3
Аммин
H+
Гидро-
ОН-
Гидроксо-
H2O
Аква
NO+
Нитрозилий
F-
Фторо-
СО
Карбонил
NO2+
Нитроилий
Сl-
Хлоро-
NO
Нитрозил
N2H5+
Гидразиний
Br-
Бромо-
SO2
Диоксера
SO32-
Сульфито-
J-
Иодо-
S2-
Тио
O22-
Пероксо-
CN-
Циано-
O2-
Оксо
C2O42-
Оксалато-
CO32-
Карбонато-
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
22
Задания ученику: 1. Составьте названия комплексных соединений:
[Cu(NH3)4](OH)2
Гидроксид тетрааммин меди (II)
Na[Zn(OH)4]
Тетрагидроксоцинкат натрия
K3[Cr(CN)6]
Гексацианохромат(III) калия
Fe(CO)5
Пентакарбонилжелезо (0)
[Ag(NH3)2] Cl
Хлорид диаммин серебра (I)
2. Построить формулы веществ по названиям:
Тетрагидроксоцинкат калия
K2[Zn(OH)4]
Гексацианоферрат(II) натрия
Na4[Fe(CN)6]
Сульфат тетраамминмеди(II)
[Cu(NH3)4]SO4
Нитрат гексаакваалюминия (III)
30.04.09.
[Al(H2O)6]NO3
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
23
РАССТАВЬТЕ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ ИОНА
КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЯ:
Na3[AlF6]
Ответ: Na+3[Al+3F-6]
K[MgCl3]
Ответ: K+[Mg+2Cl-3]
Na[Al(OH)4]
Ответ: Na+[Al+3(OH)-4]
Na4[Fe(CN)6]
Ответ:Na+4[Fe+2(CN)-6]
Na3[Al(OH)6]
Ответ:Na+3[Al+3(OH)-6]
[Cu(NH3)4]Cl2
Ответ:[Cu+2(NH3)04]Cl-2
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
24
Химические свойства
1. Диссоциация.
[ Cu(NH3)4]SO4 ↔ [Cu(NH3)4]2+ + SO42K3[Co(NO2)6]↔ 3 K+ + [Co(NO2)6]3-
Комплексные ионы диссоциируют как слабые
электролиты:
[Cu(NH3)4]2+ ↔ Cu2+ + 4 NH3
2. Реакции ионного обмена по внешней сфере :
[Cu(NH3)4]SO4 + BaCl2 = [Cu(NH3)4]Cl2 + BaSO4↓
3. Реакции с участием лигандов:
[Cu(NH3)4]SO4 + 4HCl = 4 NH4Cl + CuSO4
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
25
4. Реакции по центральному иону:
а). обменные:
[Ag(NH3)2] Cl + KJ = AgJ↓ + KCl + 2NH3
б). окислительно-восстановительные :
(взаимодействие глюкозы с реактивом Толленса)
CH2OH(CHOH)4COH + [Ag(NH3)2]OH =
= CH2OH(CHOH)4COONH4 + 2Ag↓+ 2H2O + 3 NH3
5. Реакция изомеризации:
[Cr(H2O)6]3+ + 3Cl- = [Cr(H2O)5Cl]Cl2 .H2O
У соли хрома возможно существование трех изомеров,
различных по цвету : светло – зеленый - [Cr(H2O)5Cl]Cl2. H2O
темно – зеленый - [Cr(H2O)4Cl2]Cl. H2O
фиолетовый - [Cr(H2O)6]Cl3
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
26
Получение
Опыт № 1. Получение
комплексного соединения
меди (II).
Получите осадок
гидроксида меди (II) и
прилейте к нему избыток
концентрированного
раствора аммиака. Как
изменился цвет осадка при
действии на него раствором
аммиака? Чем это
объяснить? Составьте
уравнение происходящей
химической реакции и
назовите полученное
комплексное соединение.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
27
Опыт № 2. Получение комплексного соединения алюминия.
Налейте в пробирку 1-2 мл раствора хлорида алюминия, затем постепенно
добавьте к нему концентрированный раствор гидроксида натрия до
исчезновения осадка. Почему вначале образовался осадок? Почему при
избытке гидроксида натрия осадок исчез? Составьте уравнения
происходящих реакций в молекулярном и ионном виде и назовите
образовавшиеся вещества.
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4
Опыт № 3. Получение комплексного соединения серебра.
Получите осадок хлорида серебра, добавьте к нему раствор аммиака до
полного растворения.
Напишите уравнение реакции образования комплексного соединения.
AgCl + 2 NH3 = [Ag(NH3)2] Cl
Опыт № 4. Цветная реакция на фенол.
В пробирку с раствором фенола прибавляют 2-3 капли раствора хлорида
железа (III). Какие произошли изменения? Напишите уравнение реакции
образования комплексного соединения.
FeCl3 + 4C6H5OH + 2H2O = H[Fe(O-C6H5)4 (H 2O)2] + 3HCl
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
28
Опыт № 5.
Образование
глицерата меди (II).
К 1 мл раствора
щелочи в пробирке
добавьте равное
количество раствора
CuS04. К
образовавшемуся
гидроксиду меди (II)
добавьте 0,5 мл
глицерина. Какие
произошли
изменения?
Составьте уравнения
реакций.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
29
Применение
Аналитическое определение металлов, использование для
очистки природных и сточных вод.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
30
Получение чистых и сверхчистых веществ.
Например, для отделения примесей от урана широко используется
его способность образовывать комплексные карбонаты. Аналогичным
образом очищают от примесей торий и плутоний.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
31
Получение покрытий электрохимическим методом.
Всем известны декоративные и защитные покрытия на металлических
изделиях – оцинкованных, луженых, никелированных, хромированных,
медненых, золоченых, посеребренных. Оказалось, что особенно
плотные ровные покрытия получаются при электролизе растворов
комплексных солей.
Комплексные соединения электролизуются медленнее, чем обычные,
и это способствует отложению мельчайших зерен металла, плотно
покрывающих поверхность всего катода.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
32
Катализ.
Комплексные соединения непереходных и особенно
переходных металлов катализируют самые разнообразные
реакции: полимеризацию, окисление олефинов в альдегиды
и кетоны, образование эфиров.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
33
Роль комплексных соединений в живых организмах ( гемоглобин,
хлорофилл, ферменты, витамины).
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
34
Краски. Лаки.
Цвет хаки, например, возникает при обработке хлопчатобумажных
тканей солями железа и хрома, а затем щелочными растворами. При
этом идет осаждение на ткани многоядерных гидроксокомплексов.
Фталоцианин меди - монастраль голубой ценится блестящим оттенком,
высокой красящей способностью, прочностью и нерастворимостью в
воде, устойчивостью к нагреванию.
Алый диметилглиоксимат Ni (II) входит в состав губной помады.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
35
Ионный контроль.
В различных производствах возникают мешающие ионы металлов,
которые удаляются или маскируются комплексами. Содержащиеся в
«жесткой» воде ионы кальция и магния связывают в растворимые
комплексы (умягчают воду) полифосфатами или полиаминокислотами,
например, ЭДТА. Желтая кровяная соль К4 [Fe (CN)6] используется в
виноделии: ее добавляют к созревшему вину для очистки и осветления.
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
36
Кино и фотография, производство зеркал.
В основе обработки фотоматериалов лежит комплексообразование.
Прежде всего оно используется в процессе фиксирования, где
неэкспонированное серебро (I) связывается и переводится в раствор:
2AgBr + 3Na2S2O3 = Na4[Ag2(S2O3)3] + 2NaBr
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
37
30.04.09.
Бедарева Н.А., уч-ся 11 - в кл.
38