Общие сведения о комплексных соединениях

 

    Соединения, образованные из двух или более простых соединений, каждое из которых может существовать независимо, называют комплексными соединениями. Иногда, чтобы подчеркнуть особенность образования химической связи в этих соединениях, их определяют как соединения высшего порядка, образованные из более простых, устойчивых соединений без возникновения новых электронных пар.

    Центральный ион (атом) в комплексном соединении называется комплексообразователем. Это обычно ион d- или f-элемента, реже – р- или s-элемента. Непосредственно окружающие комплексообразователь ионы или молекулы, называемые лигандами, образуют вместе с комплексообразователем так называемую внутреннюю (координационную) сферу комплексного соединения. Ее обычно выделяют квадратными скобками. Ионы (молекулы) за пределами внутренней сферы образуют внешнюю сферу комплексного соединения. Например, в соединении

 

    Общее число лигандов во внутренней сфере называется координационным числом (к.ч.). Простейшее объяснение механизма образования химической связи в комплексных соединениях – донорно-акцепторное взаимодействие между лигандами и комплексообразователем: лиганды поставляют свободные электронные пары на пустые d-ор6итали комплексообразователя (подробнее – во второй части этого пособия). Лиганд в общем случае может занимать во внутренней сфере не одно, а два (или более) координационных мест в соответствии с числом свободных электронных пар, поставляемых лигандом на свободные орбитали комплексообразователя. Число таких координационных мест, занимаемых лигандом, называется дентатностью. Соответственно различают: монодентатные лиганды – F^─, Cl^─, CN^─, ОН^─, NH₃, H₂O и т.д.; бидентатные лиганды – С₂О₄^2─, этилендиамин и т.п. Возможны лиганды и большей дентатности, так, в аналитической химии широко применяется этилендиаминтетрауксусная кислота и ее динатриевая соль (ЭДТА), эти лиганды имеют дентатность, равную шести. Координационные числа обычно четные, наиболее распространены к.ч. 6 и 4. Как правило, координационное число равно удвоенной степени окисления иона-комплексообразователя, то есть комплексным соединениям Ме²⁺ наиболее характерно к.ч.=4, а для комплексов Ме³⁺ к.ч.=6. Однако следует иметь в виду, что координационные числа часто бывают и больше, чем удвоенная степень окисления иона-комплексообразователя, и, гораздо реже, меньше. Так, в водных растворах большинство ионов двухвалентных металлов представляют собой гексаакваионы [Me(H₂O)₆]²⁺.

    По характеру лигандов можно выделить следующие основные типы комплексных соединений. В аквакомплексах лигандом является молекула воды, например, кристаллогидраты. В гидроксокомплексах лиганд – ОН^─,

например: K₂[Sn(OH)₄], Na₃[Cr(OH)₆]. Аммиачные комплексы (лиганд – NH₃), например: [Ag(NH₃)₂]Cl, [Cu(NH₃)₄](OH)₂. Наиболее обширную группу составляют ацидокомплексы, в которых лигандами выступают анионы кислотных остатков, например: K[Au(CN)₂], K₂[HgI₄].

    Все приведенные выше комплексные соединения являются однородными, то есть содержат единственный лиганд; возможны и комплексные соединения с различными лигандами, например: [Cr(H₂O)₅Cl]Cl₂.

    Могут быть комплексные соединения и без внешней сферы, то есть внутрисферные комплексные соединения, например: [Pt(NH₃)₂Cl₂].

    Названия комплексных соединений строятся по принципу названий солей с указанием лигандов и степени окисления комплексообразователя. При построении названия комплексного катиона или аниона первоначально называют ионные лиганды в порядке возрастания степени их сложности. Далее называют лиганды-молекулы также в порядке возрастания степени их сложности. При этом молекулы H₂O и NH₃ обозначаются "аква" и "аммин". При необходимости используются соответствующие соединительные гласные. В конце названия комплексного катиона или аниона называется ион-комплексообразователь с указанием его степени окисления римскими цифрами в скобках. В случае аниона берется корень латинского названия элемента, к нему прибавляется окончание "ат", например: станнат, аурат, плюмбат. Примеры:

 

[Cr(NH₃)₄Cl₂]Cl       хлорид дихлоротетрамминхрома (III);

 

K₃[Al(OH)₆]             гексагидроксоалюминат (III) калия;

 

[Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆] гексацианохромат (III) гексаамминкобальта (III);

 

[Pt(NH₃)₂Cl₂]            дихлородиамминплатина (II).

 

    Для комплексных соединений характерно явление изомерии, рассмотрим кратко основные его типы. Ионизационная изомерия обусловлена различным распределением ионов между внутренней и внешней сферами комплексного соединения, например:

 

[Cr(NH₃)₄Cl₂]Br и [Cr(NH₃)₄ClBr]Cl.

    В случае если катион и анион являются комплексными, возможна координационная изомерия, она связана с различным распределением лигандов между комплексообразователями, например:

 

[Cr(NH₃)₆][Co(CN)₆] и [Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆].

 

    Если молекулы или ионы, являющиеся лигандами, могут существовать в различных изомерных формах, возможна изомерия лигандов. Такой вид изомерии чаще характерен для комплексных соединений с органическими лигандами, например:

 

       Различное пространственное расположение лигандов ведет к цис-транс-изомерии и зеркальной изомерии. Так для комплексов с к.ч.=4, имеющих квадратное строение, существуют цис- и транс-изомеры, например:

цис-изомер                       транс-изомер

 

       Зеркальные изомеры комплексных соединений имеют идентичные химические и физические свойства, они различаются лишь асимметрией кристаллов и разным направлением вращения плоскости поляризации света.