Magdaz: Utworzono nową stronę "==Wstęp== ===Struktura związków kompleksowych=== '''Związki kompleksowe''' (koordynacyjne, zespolone), to związki składające się z atomu lub jonu centralnego '''..."

2015-06-04T11:47:09Z

Utworzono nową stronę "==Wstęp== ===Struktura związków kompleksowych=== '''Związki kompleksowe''' (koordynacyjne, zespolone), to związki składające się z atomu lub jonu centralnego '''..."

Nowa strona

==Wstęp==
===Struktura związków kompleksowych===
'''Związki kompleksowe''' (koordynacyjne, zespolone), to związki składające się z atomu lub jonu centralnego '''M''' otoczonego ligandami '''L'''

<math>\left[\mathrm M\left(\mathrm L\right)_n\right]^z</math>

gdzie '''M''' jest atomem lub jonem centralnym, '''L''' — ligandem, ''n'' — liczbą ligandów (liczbą koordynacyjną), z — ładunkiem kompleksu (sumą ładunków atomu lub jonu centralnego oraz ligandów).

Związki kompleksowe tworzą najczęściej metale przejściowe należące do grup 3 – 12 układu okresowego. Ich atomy lub jony mają w swojej powłoce walencyjnej wolne orbitale '''d''', co umożliwia tworzenie wiązań koordynacyjnych z ligandami (donorami par elektronowych).
Związki kompleksowe są zatem tworzone przez [[CHEM:Właściwości_roztworów_buforowych#Teoria_Lewisa|kwas Lewisa]] (atom lub jon metalu) oraz [[CHEM:Właściwości_roztworów_buforowych#Teoria_Lewisa|zasady Lewisa]] (ligandy).

Ligandy połączone bezpośrednio z atomem centralnym tworzą sferę koordynacyjną. Liczba ligandów związanych z atomem centralnym nosi nazwę '''liczby koordynacyjnej''' kompleksu (''LK''). Liczba koordynacyjna wynosi najczęściej 4 lub 6, rzadko tworzą się kompleksy o liczbie koordynacyjnej 2, 3, 5, 7, 8. Struktura przestrzenna związków kompleksowych zależy od liczby koordynacyjnej.

<math>LK=2</math> jest typowa dla kompleksów jonów jednowartościowych Cu+, Ag+, Au+, a także Hg2+. Kompleksy te mają strukturę liniową. Kompleksy o <math>LK=3</math> mają kształt trójkąta równobocznego [HgJ3]¯ lub piramidy trygonalnej [SnCl3]¯. <math>LK=4</math> jest często spotykana w przypadku metali przejściowych zawierających dużą liczbę elektronów '''d'''. Kompleksy te mają strukturę tetraedryczną ([BF4]¯, [AlCl4]¯, [CrO4]¯) lub płaską kwadratową ([Ni(CN)4]¯, [Pt(H2O)4]2+). Kompleksy o <math>LK=5</math> mają kształt piramidy lub bipiramidy trygonalnej. Najbardziej typowe dla metali przejściowych kompleksy o <math>LK=6</math> mają kształt regularnego ośmiościanu (kompleksy oktaedryczne). Liczby koordynacyjne 7, 8 są spotykane w przypadku dużych rozmiarów atomu centralnego (molibden, wanad).

Woda jako zasada Lewisa tworzy kompleksy z jonami wielu metali bloku '''d'''. Wprowadzenie innej [[CHEM:Właściwości_roztworów_buforowych#Teoria_Lewisa|zasady Lewisa]] do wodnego roztworu jonów metali przejściowych powoduje wymianę ligandów w sferze koordynacyjnej kompleksu. Wymiana ligandów może być całkowita lub częściowa.

Wprowadzenie jonów CN¯ do wodnego roztworu zawierającego jony [Fe(H2O)6]2+ powoduje całkowite wyparcie cząsteczek wody ze sfery koordynacyjnej akwakompleksu żelaza(II)
[Fe(H2O)6]2+ + 6 CN¯ → [Fe(CN)6]4- + 6 H2O
W przypadku dodania jonów Cl¯ do roztworu soli żelaza(II) reakcja substytucji (podstawienia) jest niecałkowita
[Fe(H2O)6]2+ + Cl¯ → [FeCl(H2O)5]+ + H2O
====Nomenklatura związków kompleksowych====
*W nazwie kompleksu wymienia się najpierw nazwy ligandów, a następnie nazwę atomu (jonu centralnego).
*Ligandy wymienia się w kolejności: ujemne, obojętne, dodatnie.
*Ligandy ujemne wymienia się w nazwie kompleksu w kolejności alfabetycznej.
*Ligandy obojętne wymienia się w kolejności H2O, NH3, a potem alfabetycznie.
*Liczbę ligandów określa się przedrostkami: di-, tris-, tetra-, penta-, heksa-.
*Stopień utlenienia atomu centralnego oznacza się cyfrą rzymską, w nawiasie bezpośrednio po jego nazwie.
*Jony kompleksowe ujemne mają końcówkę -an.
=====Przykłady:=====
*[Cr(H2O)6]Cl3 — chlorek heksaakwachromu (III)
*[Co(NH3)5Cl]2+ — jon chloropentaaminakobaltu (III)
*[Ag(S2O3)2]3- — jon bis(tiosiarczano)srebrzanowy (I)
*[Cu(CN)4]3- — jon tetracyjanomiedzianowy (I)
*[Zn(OH)4]2- — jon tetrahydroksocynkanowy (II)
*Fe(CO)5 — pentakarbonylożelazo (0)
*[Cr(en)3]Cl3 — chlorek tris(etylenodiamina) chromu (III)

===Izomeria związków kompleksowych===
<ul>
<li>Związki kompleksowe tworzą '''izomery strukturalne''' oraz '''stereoizomery'''. Izomery strukturalne różnią się rozmieszczeniem atomów w różnych częściach kompleksu. Stereoizomery różnią się rozmieszczeniem ligandów wokół atomu centralnego. Izomery strukturalne podzielono na 4 typy: jonowe, hydratacyjne, wiązaniowe i koordynacyjne. Stereoizomery obejmują izomery geometryczne i optyczne.
<li>'''Izomery jonowe''' mają wzory typu [MX]Y i [MY]X. Ligandy znajdujące się w sferze koordynacyjnej jednego kompleksu, w drugim kompleksie występują poza sferą koordynacyjną. Przykładem izomerii jonowej są związki [CoBr(NH3)5]SO4 i [CoSO4(NH3)5]Br. Jon Br¯ jest ligandem kobaltu w pierwszym związku, a w drugim związku anionem. Roztwór wodny pierwszego kompleksu ma barwę fioletową, a drugiego czerwoną. Odmienne są również właściwości chemiczne obu izomerów. Po dodaniu jonów Ag+ do roztworu zawierającego [CoSO4(NH3)5]Br wytrąca się biały osad AgBr, zgodnie z reakcją:
 
[CoSO4(NH3)5]Br + Ag+ → AgBr↓ + [CoSO4(NH3)5]+
<li>Po dodaniu jonów Ag+ do roztworu [CoBr(NH3)5]SO4 osad nie strąca się, ponieważ jon Br¯ związany jest w sferze koordynacyjnej jonu centralnego. Jon SO42- znajduje się poza sferą koordynacyjną i można go strącić przy pomocy jonów Ba2+
 
[CoBr(NH3)5]SO4 + Ba2+ → BaSO4↓ + [CoBr(NH3)5]2+

<li>'''Izomery hydratacyjne''' mają wzory typu [MX]·H2O i [M(H2O)]X. W pierwszym związku X jest ligandem, a H2O woda hydratacyjną. W drugim związku cząsteczka wody jest ligandem, a X znajduje się poza sferą koordynacyjną. Przykładem może być heksahydrat chlorku chromu(III), CrCl3·6H2O, który może występować w postaci 3 izomerów: [Cr(H2O)6]Cl3 o barwie fioletowej, [CrCl(H2O)5]Cl2·H2O o barwie niebieskozielonej, [CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O o barwie zielonej. Dodanie jonów Ag+ do roztworu każdego z wymienionych związków powoduje strącenie różnych ilości osadu AgCl, ponieważ tylko jony chlorkowe znajdujące się poza sferą koordynacyjną reagują z jonami srebra.

<li>'''Izomery wiązaniowe''' maja wzory typu [M…(X – Y)] i [M…(Y – X)]. Izomery te różnią się rodzajem atomu, za pomocą którego dany ligand wiąże się z jonem metalu. Izomerię wiązaniową wykazują następujące ligandy: SCN¯ (NSC¯), NO2¯ (ONO¯), CN¯ (NC¯). Przykładem izomerii wiązaniowej są kompleksy kobaltu: [CoCl(NO2)(NH3)4]+ o barwie żółtej oraz [CoCl(ONO)(NH3)4]+ o barwie czerwonej.

<li>'''Izomery koordynacyjne''' mają wzory typu [MX][M’Y] i [MY][M’X], gdzie M i M’ oznaczają różne metale. Izomeria koordynacyjna występuje w przypadku wymiany jednego lub większej liczby ligandów między sferami dwóch jonów kompleksowych tworzących związek koordynacyjny. Jako przykład można wymienić kompleksy [Cr(NH3)6][Fe(CN)6] i [Fe(NH3)6][Cr(CN)6].

<li>'''Izomery geometryczne''' różnią się przestrzennym rozmieszczeniem ligandów sferze koordynacyjnej. Jako przykład można wymienić kompleksy platyny: cis-[PtCl2(NH3)2] i trans-[PtCl2(NH3)2]. Kompleks cis- ma barwę jasnopomarańczowożółtą, jego rozpuszczalność w wodzie wynosi 0,252g/100g i jest stosowany w chemioterapii chorób nowotworowych. Kompleks trans- jest ciemnożółty, jego rozpuszczalność w wodzie jest znacznie niższa, 0,037g/100g, i nie wykazuje żadnej aktywności przeciwnowotworowej.

<li>'''Izomery optyczne''' mają tak rozmieszczone ligandy, że dwa izomery stanowią nie pokrywające się odbicia zwierciadlane.
</ul>

===Równowagi kompleksowania===
Reakcję tworzenia związku kompleksowego
'''M''' + ''n'''''L''' ↔ '''ML'''''n''
opisuje stała równowagi nazywana sumaryczną stałą trwałości lub stałą tworzenia kompleksu, która wyrażona jest wzorem

<math>\beta= \frac{\left[\mathrm{ML}_n\right]}{[\mathrm M][\mathrm L]^n}</math>

Znajomość stałych trwałości kompleksów pozwala przewidywać reakcje wymiany ligandów. Ligandy tworzące trwalsze kompleksy wypierają ze sfery koordynacyjnej metalu ligandy słabiej związane. Przykładem jest wypieranie NH3 z kompleksu [Ag(NH3)2]+ przez jony CN¯
[Ag(NH3)2]+ + 2CN¯ → [Ag(CN)2]¯ + 2 NH3
ponieważ dla kompleksu z amoniakiem log β = 7,4, a dla kompleksu z CN¯ log β = 20,5.

Wprowadzenie jonów Hg2+ do roztworu zawierającego kompleks [CdCl4]2- (log β = 0,9) powoduje utworzenie bardziej trwałego kompleksu z jonem rtęci (log β = 15,1)
[CdCl4]¯ + Hg2+ → [HgCl4]2- + Cd2+
Kompleksy o dużych wartościach stałej trwałości są bardzo trwałe i nie ulegają dysocjacji nawet w bardzo rozcieńczonych roztworach. Kompleksy charakteryzujące się małymi wartościami stałych trwałości ulegają dysocjacji w miarę rozcieńczania roztworu.

== Część doświadczalna==
===Cel ćwiczenia===
*Badanie właściwości wybranych kompleksów metali przejściowych.
*Ilościowe oznaczanie jonów metali w roztworze przy pomocy miareczkowania kompleksometrycznego.
===Zagadnienia do przygotowania===
*Struktura i nazewnictwo związków kompleksowych.
*Liczba koordynacyjna, kształty przestrzenne kompleksów.
*Izomeria związków kompleksowych.
*Stałe trwałości.
*Reakcje wymiany ligandów i jonu centralnego w kompleksach.
*Miareczkowanie kompleksometryczne roztworem EDTA.
===Odczynniki===
*Roztwory wodne zawierające jony: Al3+, Cu2+, Co2+, Fe2+ , Fe3+, Mg2+, Ni2+, Zn2+ (akwakompleksy).
*Czynniki kompleksujące (roztwory wodne): NaCl, KSCN, NH3, Na2C2O4, EDTA (kwas etylenodiaminotetraoctowy).

===Wykonanie ćwiczenia===
<ul>
<li>Dla wybranych 5 jonów przeprowadzić reakcje kompleksowania wybierając odpowiedni czynnik kompleksujący na podstawie tablic z wartościami log β.
<li>Napisać reakcje tworzenia kompleksów oraz nazwy powstałych związków kompleksowych.
<li>Dla dwóch wybranych kompleksów przeprowadzić reakcje wymiany ligandów i jonu centralnego korzystając z tablicowych wartości log β.
<li>Metodą miareczkowania kompleksometrycznego oznaczyć zawartości magnezu
w próbce. Miareczkowanie należy wykonać w roztworze buforowym o pH 10,
wobec czerni eriochromowej T jako wskaźnika. Badany roztwór miareczkować za pomocą 0,01 M roztworu EDTA do zmiany zabarwienia z różowofiołkowego na niebieskie. Oznaczaną zawartość magnezu (w gramach) obliczyć ze wzoru:
 
<math>x = M_\mathrm{Mg}\cdot v \cdot c_\mathrm{EDTA} </math>
 
gdzie ''v'' oznacza objętość roztworu EDTA zużytą w miareczkowaniu (w dm3) , <math>c_\mathrm{EDTA}</math> — stężenie roztworu EDTA (mol/dm3), <math>M_\mathrm{Mg}</math> — masę molową magnezu (24,32 g/mol).

<li>Napisać reakcję tworzenia kompleksu EDTA z magnezem
</ul>

==Literatura==
#J. Minczewski, Z. Marczenko, „Chemia analityczna”, Wydawnictwo Naukowe PWN
#L. Jones, P. Atkins, „Chemia ogólna”, Wydawnictwo Naukowe PWN

Chemia ogolna pracownia/Związki kompleksowe - Historia wersji

Magdaz: Utworzono nową stronę "==Wstęp== ===Struktura związków kompleksowych=== '''Związki kompleksowe''' (koordynacyjne, zespolone), to związki składające się z atomu lub jonu centralnego '''..."