Комплексныя злучэнні: намэнклятура і класіфікацыя

Самым вялікім і найбольш разнастайным сярод неарганічных рэчываў з'яўляецца клас комплексных злучэнняў. Да яго можна аднесці і групу металлоорганических рэчываў, такіх як хларафіл і гемаглабін. Менавіта гэтыя злучэнні з'яўляюцца тым мостам, які злучае неарганічную і арганічную хімію ў адзіную навуку. Неацэнная роля комплексных рэчываў у развіцці ведаў у галіне аналітычнай хіміі і кристаллохимии, у вывучэнні важнейшых біялагічных працэсаў: фотасінтэзу, унутранага (клеткавага) дыхання.

У дадзеным артыкуле намі будуць вывучаны будова і намэнклятура комплексных злучэнняў, а таксама разгледжаны асноўныя прынцыпы іх класіфікацыі.

Каардынацыйная тэорыя А. Вернера

У канцы XX стагоддзя швейцарскі вучоны А. Вернер даказаў, што ў малекуле любога комплекснага рэчывы знаходзяцца некалькі структур, якія былі адпаведна названыя цэнтральным іёнам, лигандами (аддендами) і знешняй каардынацыйнай сферай. Каб нам сталі зразумелыя класіфікацыя і наменклатура комплексных злучэнняў, разбяром гэтыя паняцці больш падрабязна. Такім чынам, А. Вернерам было даказана прысутнасць у малекуле іёна (звычайна станоўча зараджанага), які займае цэнтральнае становішча. Ён стаў называцца комплексообразователем, цэнтральным іёнам або атамам. Зблізку яго могуць размяшчацца як нейтральныя малекулы, званыя лигандами, так і адмоўна зараджаныя часціцы-аніёны, якія фарміруюць ўнутраную каардынацыйную сферу рэчывы. Усе тыя, што засталіся часціцы, не якія ўвайшлі ў яе, ўтвараюць вонкавую абалонку малекулы.

Так, у формуле куприта натрыю Na ₂ [Cu (ЁН) _4], цэнтральны атам медзі ў ступені акіслення +2 і чатыры гидроксогруппы складаюць ўнутраную сферу, а іёны натрыю размяшчаюцца на некаторай адлегласці ад цэнтральнага атама ў знешняй сферы.

Метады вызначэння каардынацыйных формул і назваў рэчываў

Да цяперашняга часу тэорыя А. Вернера застаецца галоўнай тэарэтычнай базай, на аснове якой вывучаюцца складаныя комплексныя злучэнні. Намэнклятура, то ёсць назвы гэтых рэчываў, вызначаюцца па правілах, прынятым Міжнародным таварыствам тэарэтычнай і прыкладной хіміі.

Прывядзём некалькі прыкладаў формул рэчываў, у якіх комплексообразователь прадстаўлены атамам плаціны - Да ₂ [PtCl _6] або малекуламі NH ₃ - [Ag (NH _{3) 2]} Cl. Як аказалася, формулы можна вывесці з дапамогай наступных практычных метадаў: рэакцыямі падвойнага абмену, па малярнай электраправоднасці раствораў, рэнтгенаструктурны метадам. Разгледзім гэтыя спосабы падрабязней.

Як даказалі структуру комплексных злучэнняў плаціны

Рэчывы гэтай групы характарызуюцца прысутнасцю ў малекуле цэнтральнага атама плаціны. Калі на злучэнне PtCl ₄ × 6NH ₃ падзейнічаць растворам азотнакіслага срэбра, то ўвесь хлор, які прысутнічае ў рэчыве, звязваецца з атамамі металу і ўтвараюцца белыя шматкі AgCl. Гэта значыць, што ўсе аніёны хлору знаходзіліся ў знешняй каардынацыйнай сферы, тады як малекулы аміяку былі звязаны з цэнтральным атамам плаціны і сумесна з ім ўтварылі ўнутраную сферу.

Значыць, каардынацыйная формула рэчывы будзе запісвацца ў такім выглядзе: [Pt (NH _{3) 6]} Cl ₄ і называцца хларыд гексаммин плаціны. Ужываючы рэнтгенаструктурны метад, хімікі вывучылі і іншыя комплексныя злучэнні, намэнклятура якіх будзе ўстаноўлены намі ў наступным раздзеле.

Крышталічныя злучэнні хрому

Будова рэчыва гэтай групы было вызначана з дапамогай фізічнага працэсу дыфракцыі рэнтгенаўскага выпраменьвання, які ляжыць у аснове рентгеноструктурного аналізу. Праходзячы праз крышталічную рашотку, электрамагнітныя хвалі рассейваюцца пад дзеяннем злектронов доследнага рэчывы. Гэта дае магчымасць вельмі дакладна ўстанавіць, якія групы атамаў знаходзяцца ў вузлах крышталічнай рашоткі. Для хромсодержащих крышталяў была створана адпаведная наменклатура комплексных злучэнняў. Прыклады назваў изомерных гідратаў соляў трохвалентнага хрому, складзеных з дапамогай рентгеноструктурного метаду, будуць наступнымі: хларыд тетрааквадихлорохрома (III), хларыд пентааквахлорохрома (III).

Было ўстаноўлена, што ў дадзеных рэчывах атам хрому звязаны з шасцю рознымі аддендами. Як жа вызначаюць гэты паказчык і які фактар уплывае на каардынацыйная лік?

Як цэнтральны атам звязаны з лигандами

Каб адказаць на пытанне, якое прагучала вышэй, ўспомнім, што ў непасрэднай блізкасці ад комплексообразователя знаходзяцца некалькі структур, названых аддендами або лигандами. Іх агульная колькасць і вызначае каардынацыйная лік. Паводле тэорыі А. Вернера, атрыманне, класіфікацыя і наменклатура комплексных злучэнняў напрамую залежаць ад гэтага паказчыка. Ён жа коррелятивно звязаны са ступенню акіслення цэнтральнага атама. У злучэннях плаціны, хрому, жалеза каардынацыйная лік часцей за ўсё роўна шасці; калі комплексообразователь прадстаўлены атамамі медзі або цынку - чатыром, калі цэнтральным атамам з'яўляецца срэбра, альбо медзь - двум.

Тыпы комплексных злучэнняў

У хіміі адрозніваюць як асноўныя класы, так і пераходныя шэрагі рэчываў паміж імі. Разгледжаныя ў папярэдніх падзагалоўку комплексныя злучэнні, наменклатура якіх паказвае на прысутнасць у іх структуры малекул вады, ставяцца да аквакомплексам. Да аммиакатам адносяць рэчывы, якія змяшчаюць нейтральныя часціцы аміяку, напрыклад, трииод триамминродий. Своеасаблівы па будынку малекул клас хелатные злучэнняў. Іх назва паходзіць ад біялагічнага тэрміна хелицеры - так называюць клюшні Дзесяціногая ракаў. Гэтыя рэчывы ўтрымліваюць адденды, прасторавая канфігурацыя якіх ахоплівае комплексообразователь, падобна клюшнямі. Да такіх злучэнням можна аднесці оксалатных комплекс трохвалентнага жалеза, этилендиамминовый комплекс плаціны са ступенню акіслення +4, солі аминоуксусной кіслаты, у склад якіх уваходзяць іёны родыя, плаціны або медзі.

Правілы складання назваў комплексных злучэнняў

Найбольш часта сустракаецца кантрольны пытанне ў заданнях па хіміі ў курсе старэйшай школы гучыць так: назавіце комплексныя злучэнні па ІЮПАК-наменклатуры. На канкрэтным прыкладзе разбярэм алгарытм складання назвы рэчывы, які мае такую формулу: (NH _{4) 2} [Pt (OH) ₂ Cl _4].

1. Назва пачынаюць з вызначэння складу ўнутранай каардынацыйнай сферы. У ёй знаходзяцца аніёны гидроксильных груп і хлору. Да іх назвах прыбаўляем канчатак -о. Атрымліваем: дигидроксо-, тетрахлоро-.
2. Цяпер знойдзем комплексообразователь, выкарыстоўваючы для яго абазначэння лацінскі назоў, і дадамо да яго суфікс -ат, у круглых дужках пакажам яго ступень акіслення: платинат (IV).
3. Скончыўшы з пазначэньнем ўнутранай сферы, пяройдзем да знешняй часткі. Назавем яе катыёны: у нашым прыкладзе гэта будуць іёны амонія.

У выніку рэчыва будзе мець назву, у якім пазначаны ўсе вышэйпералічаныя структуры.

Прымяненне комплексных злучэнняў

У пачатку артыкула мы называлі найважнейшых прадстаўнікоў металлоорганических рэчываў, такіх як гемаглабін, хларафіл, вітаміны. Яны гуляюць вядучую ролю ў абмене рэчываў. Шырока прымяняюцца комплексныя злучэнні ў тэхналагічных цыклах выплаўлення чорных і каляровых металаў. Важную ролю ў металургіі гуляюць карбонилы - адмысловыя комплексныя злучэнні, наменклатура якіх паказвае на прысутнасць у іх малекулах монааксіду карбону СА ў выглядзе адденда. Гэтыя злучэнні пры награванні раскладаюцца і аднаўляюць такія металы, як нікель, жалеза, кобальт з іх руд. Большасць комплексных злучэнняў таксама выкарыстоўваюцца як каталізатары ў рэакцыях атрымання лакаў, фарбаў і пластмас.