Комплексные соединения.
Цель работы: изучение явления комплексообразования, свойств различных комплексов, измерение и расчет констант нестойкости.
Комплексными соединениями называются соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся комплексные ионы, способные к существованию в растворе.
Строение молекул комплексных соединений рассматривают на основе координационной теории. Основу этой теории составляют следующие положения:
1) центральное место в комплексном соединении занимает комплексообразователь – обычно положительно заряженный ион (чаще всего металл);
2) вокруг комплексообразователя расположены или координированы лиганды (старое название адденды), т.е. ионы противоположного знака или нейтральные молекулы;
3) комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения;
4) ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу, составляют внешнюю сферу комплексного соединения.
Согласно общепринятым обозначениям внутренняя сфера при написании формулы отделяются от внешней квадратными скобками. Так, комплексное соединение Fe(CN)3 ∙ 3KCN может быть изображено: K3[Fe(CN)6].
Число, показывающее, сколько лигандов удерживает комплексообразователь, называется координационным числом. В приведенном примере оно равно 6. Ниже приводится схема строения этой молекулы. Комплексообразователь – ион Fe3+.
внешняя внутренняя
сфера сфера
K3[Fe3+(CN)6]
Комплек- лиганды координационное число
сообразователь
Комплексы бывают катионные [Cu(NH3)4]2+ и нейтральные [Ni(CO)4]0.
Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов его составных частей – комплексообразователя и лигандов.
Типичными комплексообразователями являются – элементы (Ag+, Cu2+, Hg2+, Cd2+, Zn2+, Fe3+, Co3+ и др.).
Важнейшими лигандами являются: а) нейтральные молекулы, представляющие собой диполь: H2O, NH3, NO, CO и др.; б) следующие ионы: CN-, NO2-, Cl-, Br-, I-, OH-, CO32-, SrO32- и др.
Комплексное соединение в растворе диссоциирует на комплекс и внешнюю сферу
[Cu(NH3)4]SO4 
[Cu(NH3)4]2+ + SO42-.
При реакциях обмена комплексные ионы переходят из одних соединений в другие, не изменяя своего свойства. Поэтому в растворе легко обнаруживается комплексный ион. Например, в реакции
3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 3K2SO4
он переходит в осадок турибулевой сини.
3 Fe2+ + 2 [Fe(CN)6]- = Fe3[Fe(CN)6]2↓.
Комплексные ионы диссоциируют как слабые электролиты. Их диссоциация подчиняется закону действия масс и с количественной стороны характеризуется константой, которая носит название константы нестойкости комплекса. Так, комплексный ион [Ag(NH3)2]+ Ag+ + 2 NH03.
Чем больше величина константы, тем меньше устойчивость комплекса.
Соединения с малоустойчивой внутренней сферой называются двойными слоями. Обозначают их иначе, чем комплексные соединения, а именно, как соединения молекул, например K2SO4∙Al2(SO4)3. Принципиальной же разницы между двойными солями и комплексными соединениями нет. Двойная соль отличается от комплексной соли лишь диссоциацией комплексного иона: у первого она практически полная, у второго – незначительная.
Между ионами внутренней и внешней сферы осуществляется ионная связь. Химическая связь между центральным атомом и лигандами ковалентная, образованная в основном по донорно-акцепторному механизму.
Названия комплексных солей образуют по общему правилу: сначала называют анион, а затем – катион в родительном падеже. Название комплексного катиона составляют следующим образом: сначала указывают число (использую греческие числители: ди, три, тетра, пента, гекса и т.д.) и название отрицательно заряженных лигандов с окончанием «о» (Cl- - хлоро, SO42- - сульфато, OH- - гидроксо и т.п.); затем указывают число и название нейтральных лигандов, причем вода называется аква, аммиак – амин; последним называют комплексообразователь, указывая степень его окисленности (в скобках римскими цифрами после названия комплексообразователя).
Например:
[Co(NH3)5Br]SO4 – сульфат бромпентааминкобальта (III),
Ba[Cr(NH3)2(SCN)4]2 – тетрароданодиамминохромат (III) бария,
K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат (II) калия.
Комплексные соединения имеют большое теоретическое и практическое значение. Комплексные соединения играют большую роль в процессах получения металлов платиновой группы и редкоземельных элементов.