Комплексні сполуки: номенклатура і класифікація

Найбільшим і найбільш різноманітним серед неорганічних речовин є клас комплексних сполук. До нього можна віднести і групу металоорганічних речовин, таких як хлорофіл і гемоглобін. Саме ці сполуки є тим мостом, який з'єднує неорганічну та органічну хімію у єдину науку. Неоціненна роль комплексних речовин у розвитку знань у галузі аналітичної хімії та кристаллохимии, у вивченні найважливіших біологічних процесів: фотосинтезу, внутрішнього (клітинного) дихання.

У даній статті нами будуть вивчені будова і номенклатура комплексних сполук, а також розглянуті основні принципи їх класифікації.

Координаційна теорія А. Вернера

В кінці XX століття швейцарський учений А. Вернер довів, що в молекулі будь-якого комплексного речовини знаходяться декілька структур, які були відповідно названі центральним іоном, лігандами (аддендами) і зовнішньої координаційною сферою. Щоб нам стали зрозумілі класифікація і номенклатура комплексних сполук, розглянемо ці поняття більш детально. Отже, А. Вернером було доведено присутність в молекулі іона (зазвичай позитивно зарядженого), що займає центральне положення. Він став іменуватися комплексоутворювачем, центральним іоном або атомом. Поблизу нього можуть розташовуватися як нейтральні молекули, звані лігандами, так і негативно заряджені частинки-аніони, які формують внутрішню координаційну сферу речовини. Всі залишилися частки, що не ввійшли до неї, утворюють зовнішню оболонку молекули.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

Так, у формулі куприта натрію Na₂[Cu(ОН)₄], центральний атом міді у ступені окислення +2 і чотири гидроксогруппы складають внутрішню сферу, а іони натрію розташовуються на деякій відстані від центрального атома у зовнішній сфері.

Методи визначення координаційних формул і назв речовин

До цього часу теорія А. Вернера залишається головною теоретичною базою, на основі якої вивчаються складні комплексні сполуки. Номенклатура, тобто назви цих речовин, визначаються за правилами, прийнятим Міжнародним товариством теоретичної і прикладної хімії.

Наведемо кілька прикладів формул речовин, в яких комплексоутворювач представлений атомом платини - К₂[PtCl₆] або молекулами NH₃ - [Ag(NH₃)₂]Cl. Як виявилося, формули можна вивести за допомогою наступних практичних методів: реакціями подвійного обміну, молярної електропровідності розчинів, рентгеноструктурним методом. Розглянемо ці способи докладніше.

Як довели структуру комплексних сполук платини

Речовини цієї групи характеризуються присутністю в молекулі центрального атома платини. Якщо на з'єднання PtCl₄×6NH₃ подіяти розчином азотнокислого срібла, то весь хлор, присутній в речовині, зв'язується з атомами металу і утворюються білі пластівці AgCl. Це означає, що всі аніони хлору перебували у зовнішній координаційній сфері, тоді як молекули аміаку були пов'язані з центральним атомом платини і спільно з ним утворили внутрішню сферу.

Значить, координаційна формула речовини буде записано у такому вигляді: [Pt(NH₃)₆]Cl₄ і називатися хлорид гексаммин платини. Застосовуючи рентгеноструктурний метод, хіміки вивчили і інші комплексні сполуки, номенклатура яких буде встановлена нами у наступному розділі.

Кристалічні сполуки хрому

Будова речовин цієї групи було визначено з допомогою фізичного процесу дифракції рентгенівського випромінювання, що лежить в основі рентгеноструктурного аналізу. Проходячи через кристалічну решітку, електромагнітні хвилі розсіюються під дією злектронов досліджуваного речовини. Це дає можливість дуже точно встановити, які групи атомів знаходяться у вузлах кристалічної решітки. Для хромсодержащих кристалів була створена відповідна номенклатура комплексних сполук. Приклади назв ізомерних гідратів солей тривалентного хрому, складених з допомогою рентгеноструктурного методу, будуть наступними: хлорид тетрааквадихлорохрома (ІІІ) хлорид пентааквахлорохрома (III).

Було встановлено, що в даних речовинах атом хрому пов'язаний з шістьма різними аддендами. Як же визначають цей показник і який фактор впливає на координаційне число?

Як центральний атом пов'язаний з лігандами

Щоб відповісти на запитання, яке пролунало вище, згадаємо, що в безпосередній близькості від комплексоутворювача знаходяться декілька структур, названих аддендами або лігандами. Їх загальна кількість і визначає координаційне число. Згідно теорії А. Вернера, отримання, класифікація і номенклатура комплексних сполук безпосередньо залежать від цього показника. Він же коррелятивно пов'язаний зі ступенем окиснення центрального атома. У з'єднаннях платини, хрому, заліза координаційне число найчастіше дорівнює шести; якщо комплексоутворювач представлений атомами міді або цинку – чотирьом, якщо центральним атомом є срібло абомідь – двом.

Типи комплексних сполук

В хімії розрізняють як основні класи, так і перехідні ряди речовин між ними. Розглянуті у попередніх підзаголовках комплексні сполуки, номенклатура яких вказує на присутність в їх структурі молекул води, відносяться до аквакомплексам. До аммиакатам відносять речовини, що містять нейтральні частинки аміаку, наприклад, трииод триамминродий. Своєрідний за будовою молекул клас хелатних сполук. Їх назва походить від біологічного терміна хелицеры – так називають клешні десятиногих раків. Ці речовини містять адденды, просторова конфігурація яких охоплює комплексоутворювач, подібно клешням. До таких сполук можна віднести оксалатный комплекс тривалентного заліза, этилендиамминовый комплекс платини зі ступенем окислення +4, солі аминоуксусной кислоти, до складу яких входять іони родію, платини або міді.

Правила складання назв комплексних сполук

Найбільш часто зустрічається контрольне питання у завданнях з хімії в курсі старшої школи звучить так: назвіть комплексні сполуки за ІЮПАК-номенклатурою. На конкретному прикладі розберемо алгоритм складання назви речовини, яка має таку формулу: (NH₄)₂[Pt(OH)₂Cl₄].

1. Назва починають з визначення складу внутрішньої координаційної сфери. В ній знаходяться аніони гідроксильних груп і хлору. До їх назвами додаємо закінчення –о. Отримуємо: дигидроксо-, тетрахлоро-.
2. Тепер знайдемо комплексоутворювач, використовуючи для його позначення латинська назва, і додамо до нього суфікс –ат, в круглих дужках зазначимо його ступінь окислення: платинат(IV).
3. Закінчивши з позначенням внутрішньої сфери, перейдемо до зовнішньої частини. Назвемо її катіони: в нашому прикладі це будуть іони амонію.

В результаті речовина буде мати назву, в якому вказані всі вищеперелічені структури.

Застосування комплексних сполук

На початку статті ми називали найважливіших представників металоорганічних речовин, таких як гемоглобін, хлорофіл, вітаміни. Вони відіграють провідну роль в обміні речовин. Широко застосовуються комплексні сполуки в технологічних циклах виплавки чорних і кольорових металів. Важливу роль у металургії грають карбоніли – особливі комплексні сполуки, номенклатура яких вказує на присутність в їх молекулах монооксиду карбону СО у вигляді адденда. Ці сполуки при нагріванні розкладаються і відновлюють такі метали як нікель, залізо, кобальт із їх руд. Більшість комплексних сполук також використовуються як каталізатори в реакціях одержання лаків, фарб і пластмас.