Строение комплексных соединений

Пащук Наталья Даниловна,
учитель химии гимназии № 7 г. Молодечно
Тема: Строение комплексных соединений (технология французских
мастерских)
Цель: создать условия для формирования понятия о составе, строении и
номенклатуре комплексных соединений, рассмотреть значение комплексных
соединений;
формировать умения строить аналогии, развивать умения устанавливать единые, существенные признаки и свойства;
обеспечить развитие умения ставить цель и планировать свою деятельность.
Оборудование: На столе учителя прибор для опытов с электрическим током, склянки с образцами комплексных соединений, компьютер, мультимедийная установка. На столах учащихся: спиртовка, спички, нихромовая проволока, стакан с водой, штатив с пробирками, склянки с раствором роданида
аммония и кристаллическим гексацианоферратом (III) калия, на которой
надпись: «красная кровяная соль».
Ход занятия
1. Организационный момент
2. Актуализация и мотивация
На сегодняшнем занятии мы познакомимся еще с одним классом неорганических соединений, играющих огромную роль в жизни человека.
Начнем с определения формулы и строения одного из таких соединений.
Решите задачу на установление формулы вещества. Предположите, к какому
классу неорганических соединений будет принадлежать это вещество.
Условия задачи следующие:
Установите формулу вещества, если в состав вещества входят элементы
К(w=35,56%), Fe ( w=17,02%) , C (w=21,88%), N (w=25,54%), а молярная
масса вещества 329 г/моль.
Решение:
35.56
17.02
21.88
25.54
n(K) =------- = 0.9118 n(Fe)= ------- = 0.3039 n(C) = -------= 1.8233 n(N)=------39
56
12
14
K : Fe : C : N = 3: 1 : 6 : 6
K3 Fe C6 N6
Учащиеся самостоятельно решают задачу. Результаты расчетов и выдвигаемые гипотезы обсуждаются. В ходе коллективного обсуждения возникает
предложение о проверке принадлежности этого вещества к электролитам.
Демонстрация опыта. Проверка раствора вещества на электропроводность.
Наливаем раствор вещества в стакан. Окунаем графитовые электроды,
включаем. Лампочка загорается, из чего следует, что данное вещество электролит.
Возникает проблемная ситуация.
Учащиеся выдвигают гипотезу о том, что данное вещество не может быть
ни кислотой, ни основанием. Если это соль, то какой кислотой она образована?
В процессе обсуждения возникает предположение о том, соотношение
между атомами углерода и азота n(C): n(N)=1:1, такое же, как в анионе кислотного остатка циановодородной (синильной) кислоты.
Можно предположить, что данное вещество представляет собой двойную
соль.
3KCN∙ Fe(CN)3
При диссоциации этой соли в растворе должны находиться ионы калия и
железа. И как следствие в растворе можно обнаружить ионы железа и калия.
Учащимся предлагается проверить предположение, используя качественную
реакцию на катионы Fe3+
Лабораторный опыт ( выполняется учащимися в паре). Учащиеся проводят качественную реакцию на ионы железа (III) (в качестве реактива используется роданид аммония).
Результаты опыта с раствором роданида аммония показывают, что в растворе исследуемой соли отсутствуют ионы железа Fe3+
Обсуждение результатов опыта и выход на новую проблему.
Наблюдаете ли вы изменение окраски раствора. Окраска не изменилась, но
можем ли мы сказать, что в веществе отсутствуют ионы железа Fe+3. Куда
«спрятался» ион железа? В результате обсуждения возникает предположение, что при диссоциации исследуемой соли железо перешло в раствор не в
виде ионов Fe+3, а в виде более сложного иона, не разрушившегося при растворении кристаллов в воде. Как устроены такие ионы?
Объяснение учителя: О таком состоянии иона говорят, что он образовал
комплекс. А соединения называют комплексными. Наше соединение имеет
очень необычное название – красная кровяная соль. Происхождение названия неразрывно связано со способом его получения.
В девятнадцатом веке его получали, путем окисления желтой кровяной
соли. Последнюю же синтезировали путем длительного прокаливания сухой
крови животных с карбонатом калия и небольшим количеством опилок железа и последующей обработкой горячей водой. Немецкие химики называли её
«щелочью воспламенённой бычьей кровью»
Каково же строение нашей соли? Формулу этого соединения записывают
как: K3[Fe(CN)6]
Такие соединения называют комплексными. Вы уже встречались с ними
при изучении амфотерных соединений алюминия. Именно таким соединениям посвящен наш урок.
3. Формулировка темы урока и целей для учащихся
Цели для учащихся:
1) должны знать определения понятий: ион-комплексообразователь, лиганды,
внутренняя и внешняя сферы, координационное число;
2) уметь определять степени окисления комплексообразователей;
3) уметь разъяснять строение комплексных соединений;
4) определять тип химической связи между комплексообразователем и лигандами, внешней и внутренней сферой;
5) характеризовать свойства и применение некоторых комплексных соединений, называть причины их многообразия.
4. Объяснение нового материала.
Демонстрация схемы.
êàòèî í âí åø í åé ñô åðû
K+
ñô åðû
_
3
ëèãàí äû
CN
_
èî í êî ì ï ëåêñî áðàçî âàòåëü
_
CN
_
CN
+3
Fe
+
K
CN
+
K
_
CN
CN
âí óòðåí í ÿÿ ñô åðà
âí åø í ÿÿ ñô åðà
Мы видим, что атом железа в этом соединении проявляет валентность
равную шести. Как построено это соединение?
На этот вопрос дает теория, созданная в 1893 г. швейцарским химиком
Альфредом Вернером, теория строения комплексных (координационных соединений).
Комплексные соединения, как правило, образованы двумя составляющими: внутренней координационной сферой и внешней координационной сферой. Внутренняя координационная сфера содержит в своей структуре центральный атом (ион), который равномерно окружен различными ионами
или нейтральными молекулами, которые называются лигандами (от лат. связывать). В нашем случае ион-комплексообразователь – это ион Fe 3+, а лигандами являются цианид – ионы. Однако комплексообразователем может
быть не только ион металла, но и неметалл, например [SiF6]- . В качестве лигандов выступают или анионы (Cl-,CN-,OH- и д.р), или молекулы
(NH3;H2O;CO2).
Число донорных атомов лигандов, непосредственно связанных с центральным атомом, называется координационным числом (К.Ч.центрального
иона железа = 6) .
Чему равно координационное число? Это зависит от заряда центрального
иона, размеров комплексообразователя, природы лигандов, от условий комплексообразования.
Заряд центрального иона +1 +2 +3 +4
Координационное число 2 4, 6 6 8
При записи состава комплексных соединений принято центральный
атом вместе со всеми ионами и молекулами, входящими во внутреннюю сферу, заключать в квадратные скобки. Вне скобок остаются лишь внешнесферные ионы, нейтрализующие заряд комплексного иона( в нашем случае это
ионы калия); в ряде комплексов внешняя сфера может отсутствовать.
Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме заряда комплексообразователя и зарядов всех лигандов
(в нашем случае +3+6(-1)= -3).
Если комплексный ион – катион, то во внешней сфере находятся анионы.
Если комплексный ион – анион, то во внешней сфере находятся катионы.
Именно внешние ионы при диссоциации комплексного соединения в
воде легко отщепляются и находятся в растворе самостоятельно, обусловливая вместе с комплексным ионом его электропроводность.
Лиганды внутренней координационной сферы связаны с центральным
атомом настолько прочно, что словно бы «исчезают» внутри комплекса, никак не проявляя себя ни в качественных реакциях, ни в электропроводности
раствора. Например, ионы хлора не осаждаются нитратом серебра, а аммиак
не пахнет.
Как записывают формулу комплексных соединений?
1. записывают центральный атом М
2. лиганды с положительным зарядом L+
3. электронейтральные лиганды L0
4. лиганды с отрицательным зарядом L-
[M (L+)( L0)( L-)]
Название комплексного соединения образуют следующим образом:
Названия отрицательно заряженных лигандов образуются от полного их
названия или от корня названия соответствующего аниона и соединительной
гласной -о
Br- бромо; NO2 - – нитро; OH - - гидроксо; CN- - циано;
Если лиганд нейтрален H2O –аква; NH3 – амин;
Число лигандов обозначается греческими приставками ди-, три, тетра, пента
и т.д.
Анионный комплекс:
Название комплексного аниона содержит суффикс -ат
K2 [PtCl6] - гексахлорплатинат(IV) калия
Na[Cr(H2O)3F2] дифторотриаквохромат (III) натрия
Катионный комплекс:
[Ag(NH3)2]OH – гидроксиддиаммин серебра.
[Ag(NH3)2]ClO4 – перхлоратдиаммин серебра.
Нейтральный комплекс
[Ni(CO)4] – тетракарбонил никель
Красная кровяная соль имеет название: гексационоферрат(III)
калия.
5. Практическое занятие по группам
Предлагаем учащимся разделиться на четыре группы. Каждая группа получит свое задание. В процессе выполнения задания разрешается пользоваться
записями в конспекте и учебником. Каждая группа должна дать объяснения
полученному результату, изобразив на выданной бумаге формулу комплексного соединения, а также дать название полученного вещества. В случае возникновения затруднений обратитесь к материалу §§ 39-40 вашего учебника.
Задание №1. Существует соединение, состав которого можно выразить
формулой PtCl4.4NH3, которая однако не правильно отражает строение этого соединения, так как при диссоциации в воде это соединение распадается
на три иона и образует растворы с высокой электропроводностью.
Нитрат серебра осаждает из таких растворов только два атома хлора из четырех.
Каково строение этого соединения? Запишите формулу и дайте название соединение
Задание №2. Существует соединение, состав которого можно выразить
формулой PtCl4.2NH3, которая однако неправильно отражает строение этого соединения.
Известно, что в растворе вещество не распадается на ионы и раствор этого
вещества не проводит электрический ток. Отсутствие хлорид-ионов под-
тверждает и качественная реакция: при взаимодействии с нитратом серебра
осадок AgCl не выпадает.
Каково строение этого соединения? Запишите формулу и дайте название соединение.
Задание №3. Существует соединение, состав которого можно выразить
формулой PtCl4.6NH3, которая однако не правильно отражает строение
этого соединения.
Все четыре атома хлора этого вещества осаждаются из водных растворов нитратом серебра. В водном растворе соль в результате процесса диссоциации образует пять ионов.
Каково строение этого соединения? Запишите формулу и дайте название соединения.
Задание №4. Существует соединение, состав которого можно выразить
формулой PtCl4.KCl, которая однако неправильно отражает строение этого соединения. При диссоциации оно образует три иона и его растворы проводят электрический ток. Но при добавлении нитрата серебра не осаждаются
хлорид ионы, однако с помощью качественных реакций в растворе обнаруживаются ионы калия.
Каково строение этого соединения? Запишите формулу и дайте название
соединения.
6. Презентация работы групп, защита исследований
Учащиеся изображают состав и дают название своему соединению.
Ответ на задание 1-[Pt(NH3)4Cl2]Cl2- хлорид дихлоротетраамминплатины(IV)
Ответ на задание 2- [Pt Cl4(NH3)2] –диамминтетрахлороплатина
Ответ на задание 3- [Pt(NH3)6]Cl4 –хлорид гексаамминплатины (IV)
Ответ на задание 4- K2[PtCl6]- гексахлороплатинат(IV) калия
7. Заключительное слово учителя. Проверяем ответы (показан эталон)
Значение комплексных соединений.
Вы только что убедились, насколько разнообразен мир соединений в квадратных скобках. Эти соединения очень важны для человека. Вы хорошо знаете, что наша кровь содержит комплексное соединение железа – гемоглобин.
Атом железа, содержащийся в нем, может присоединять кислород. При недостатке гемоглобина развивается железодефицитная анемия. Для лечения
назначаются препараты, содержащие железо в комплексе, например, с аскорбиновой кислотой или никотинамидом (витамином РР). Похожий на гемоглобин комплекс есть и в зеленых растениях, только вместо железа там
атом магния. Это основная часть хлорофилла. Связанные в комплексы ионы
кобальта, молибдена, меди присутствуют в ферментах, без которых не может
функционировать ни один живой организм. Большинство лекарств являются
органическими соединениями и могут быть хорошими лигандами и как следствие в процессе вывода из организма могут связывать в комплексы и уносить очень важные для функционирования нашего организма металлы. Поэтому при необходимости приема антибиотиков и других лекарственных
препаратов необходимо принимать витамины, содержащие минералы. Ком-
плексообразование может быть полезным, ученые давно работают над созданием препаратов способных выводить из организма человека тяжелые металлы и радиоактивные нуклиды. Примеров можно привести множество…
8. Рефлексия
Осознаем уровень понимания Вами изложенной темы.
Поставьте, пожалуйста, знак «+» напротив названия того раздела, который в
процессе объяснения Вы поняли и использовали при выполнении заданий.
Поставьте, пожалуйста, знак «-» напротив названия того раздела, который в
процессе объяснения Вам был не совсем понятен, вызвал определенные
трудности при выполнении заданий и требует дополнительного объяснения.
Наименование раздела
«+» «-»
Строение комплексных соединений
Определение типа комплекса
Диссоциация комплексных соединений
Образование названия комплексных соединений
Определите, насколько хорошо вам удалось усвоить материал и сможете ли
Вы в дальнейшем использовать полученные знания.
Подчеркните необходимое:
Посредственно; хорошо; отлично; не могу определить.