Związki kompleksowe

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Związki kompleksowe (kompleksy, związki koordynacyjne) – związki chemiczne, które w swoim składzie chemicznym zawierają jeden lub więcej atomów centralnych, otoczonych przez inne atomy lub grupy atomów zwane ligandami, przy czym przynajmniej jedno wiązanie atomu centralnego z ligandem ma charakter wiązania koordynacyjnego.

Główne pojęcia[edytuj | edytuj kod]

  • Atom lub jon przyłączający (koordynujący) cząsteczki nosi nazwę atomu lub jonu centralnego.
  • Grupy lub jony związane z nim noszą nazwę ligandów.
  • Sumaryczną liczbę pełnych pojedynczych wiązań atomu centralnego z atomami ligandów nazywa się liczbą koordynacyjną. Gdy w kompleksie występują wiązania wielokrotne lub wiązania o składowej donorowej i zwrotnej, w szczególności tworzone przez dwa lub więcej sąsiednich atomów liganda (jak to ma np. miejsce w kompleksach cyklopentadienylowych i kompleksach alkilidenowych), ustalenie liczby koordynacyjnej staje się trudne(lub wręcz niemożliwe).
  • Formalny ładunek przypisywany centralnemu atomowi nazywa się jego stopniem utlenienia. Ustalanie tego stopnia, czyli faktycznego ładunku posiadanego przez atom centralny, jest w wielu przypadkach sprawą kontrowersyjną.

Podział kompleksów[edytuj | edytuj kod]

Ze względu na całkowity ładunek elektryczny związków kompleksowych rozróżnia się:

Olbrzymia większość związków kompleksowych zawiera w centrum atom lub jon metalu. Związki te nazywa się wspólnie kompleksami metalicznymi lub kompleksami metali. Istnieją jednak także związki kompleksowe, które nie zawierają metalu. Nazywa się je kompleksami niemetalicznymi. Są to na przykład:

Ze względu na liczbę atomów (lub jonów) centralnych rozróżnia się:

  • kompleksy jednocentrowe – z jednym atomem centralnym
  • kompleksy wielocentrowe – z dwoma lub więcej atomami centralnymi
  • klastery – w których występują co najmniej trzy atomy metali, które są z sobą bezpośrednio związane, tworząc centralną klatkę, do której są przyłączone ligandy w sposób podobny do zwykłych kompleksów.

Ligandy mogą być grupami lub jonami nieorganicznymi (np. H2O, NH3, Cl, CN) lub grupami wywodzącymi się od związków organicznych (np. aminy, alkohole, fenole, fosfiny, etery). Kompleksy zawierające ligandy organiczne dzieli się na:

Zagadnienia związane z budową, właściwościami i rolą związków kompleksowych są przedmiotem badań chemii koordynacyjnej.

Trwałość[edytuj | edytuj kod]

Trwałość związków kompleksowych zależy od wielu czynników. Należą do nich:

Pod określeniem „trwałość kompleksu” rozumie się dwa odrębne pojęcia:

Trwałość termodynamiczna związana jest z położeniem równowagi reakcji powstawania kompleksu:

M + n L ⇌ MLn

Trwałość kompleksu w tym rozumieniu opisuje się za pomocą odpowiednich stałych trwałości lub stałych nietrwałości podawanych dla kolejnych reakcji tworzenia kompleksu (stałe stopniowe) lub dla reakcji sumarycznej (stałe sumaryczne, stałe całkowite).

Przykładowo reakcję powyższą można opisać sumaryczną stałą równowagi β:

\beta = -\frac{[ML_{n}]}{[M][L]^{n}}

Za kompleks termodynamicznie trwały uważa się taki, dla którego β ma wartość rzędu 107−108.

Trwałość kinetyczna wiąże się z szybkością wymiany ligandów w pierwszej sferze koordynacyjnej. W tym rozumieniu dzieli się kompleksy na labilne i inertne. W przypadku kompleksów labilnych całkowita wymiana ligandów następuje w czasie krótszym niż 1 minuta, w przypadku inertnych trwa to dłużej. W niektórych środowiskach naukowych wyróżnia się oddzielną grupę kompleksów biernych, jako nieulegających w ogóle wymianie ligandów (podając jako przykład karbonylki), w innych używa się określenia „bierny” jako synonimu do „inertny”.

Nomenklatura związków kompleksowych[edytuj | edytuj kod]

Według zaleceń IUPAC nazwy ligandów o ładunku ujemnym powinny kończyć się na „o”, natomiast nazwy ligandów obojętnych nie mają zmienianych końcówek. Przykłady:

cząsteczka H2O – akwa (dawn. akwo)[1]

cząsteczka NH3 – amina (dawn. ammino)[1]

grupa CN – cyjano

grupa SCN - tiocyjaniano

grupa NO2 – nitrito−N (dawn. nitro)[1]

grupa ONO – nitrito-O

grupa NO3 – azotano

grupa NO – nitrozyl (dawn. nitrozylo)[1]

grupa NS – tionitrozyl (dawn. tionitrozylo)[1]

grupa CO – karbonyl (dawn. karbonylo)[1]

grupa CS – tiokarbonyl (dawn. tiokarbonylo)[1]

grupa OH – hydrokso

grupa F – fluoro

grupa Cl – chloro

grupa SO2−4 – siarczano

grupa S2O2−3 – tiosiarczano

W nazwie jonu kompleksowego najpierw wymienia się ligandy, a na końcu nazwę atomu centralnego, na przykład: [Co(NH3)6]3+ – jon heksaaminakobaltowy(III) (gdzie symbol „III” oznacza wartościowość kobaltu). Liczbę ligandów określa przedrostek grecki mono-, di-, tri- itd. (według aktualnych zaleceń nomenklaturowych IUPAC; w nomenklaturze tradycyjnej jest to jedno-, dwu-, trój- itd.). Przed grupą umieszczoną w nawiasach stosuje się liczebniki łacińskie bis-, tris-, tetrakis- itd., np. jon dichlorobis(etylodiamina)chromowy(III).

W nazwach soli określany jest najpierw anion, na przykład:

Na[Al(OH)4] – tetrahydroksoglinian sodu

Mg[Al(OH)4]2 – bis(tetrahydroksoglinian) magnezu

[CoCl2(NH3)4]Cl – chlorek tetraaminadichlorokobaltu(III)

K3[Fe(CN)6] – heksacyjanożelazian(III) potasu

K[Co(CN)(CO)2NO] – cyjanodikarbonylnitrozylkobaltan(0) potasu

[Pt(NH3)6]Cl4 – chlorek heksaaminaplatyny(IV)

Dysocjacja kompleksów[edytuj | edytuj kod]

Kompleksy maja najczęściej charakter jonów kompleksowych. Znane są również kompleksy elektroobojętne. Na przykład w cząsteczce kompleksowej [PtIV(NH3)6Cl4] jony chloru Cl są ligandami i zobojętniają ładunek dodatni jonu centralnego Pt4+. Związki tego typu nie jonizują w roztworach wodnych, zatem nie są elektrolitami. Natomiast następujące związki kompleksowe platyny:

[Pt(NH3)6]Cl4 → [Pt(NH3)6]4+ + 4 Cl

[Pt(NH3)5Cl]Cl3 → [Pt(NH3)5Cl]3+ + 3 Cl

[Pt(NH3)4Cl2]Cl2 → [Pt(NH3)4Cl2]2+ + 2 Cl

[Pt(NH3)3Cl3]Cl → [Pt(NH3)3Cl3]+ + Cl

K[Pt(NH3)Cl5] → K+ + [Pt(NH3)Cl5]

K2[PtCl6] → 2 K+ + [PtCl6]2–

dysocjują w roztworach wodnych, dając trwałe jony kompleksowe. W dwóch ostatnich z wyżej wymienionych związków kation centralny Pt4+ wchodzi w skład zespolonego anionu.

Istnieją związki kompleksowe, w których zarówno kation jak i anion są kompleksami, na przykład [Co(NH3)6][Cr(CN)6].

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 R.B. Heslop, P.L. Robinson: Chemia nieorganiczna. Warszawa: WNT, 1964, s. 630-631.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Tadeusz Penkala: Podstawy chemii ogólnej. Wyd. III. Warszawa: PWN, 1975, s. 135-137, 148.
  • Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa: Państwowe Wydaw. Naukowe, 1981. ISBN 83-01-02626-X.
  • Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Warszawa: Państwowe Wydaw. Naukowe, 1987. ISBN 83-01-06542-7.