Что общего в свойствах растворов и химических соединений

Х и м и я

Коллоидная химия

Растворы.

Растворами называют однородные системы переменного состава. Химический состав и физические свойства одного раствора во всех частях его объёма одинаковы.

В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Часто для определения раствора используют понятия гомогенной и системы.

В этом случае, раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов.

Гомогенные и гетерогенные системы

Гомогенная система (от греч. όμός — равный, одинаковый; γένω — рождать) — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).

В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.

Гетерогенная система (от греч. έτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела.

Растворы могут существовать в трёх агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном (парообразном). Примерами твёрдых растворов могут служить некоторые сплавы металлов, например сплав золота и меди, газообразных – воздух.

Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы.

Растворы имеют чрезвычайно важное значение в жизни человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.).

Растворители

Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул и ионов.

Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, в случае водного раствора соли растворителем является вода.

Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Истинные и коллоидные растворы

В растворах вещества могут находиться в различных степенях дисперсности (т.е. раздробленности). Величина частиц служит важным признаком, обуславливающим многие физикохимические свойства растворов.

По величине частиц растворы делятся на:

1. Истинные растворы (размер частиц меньше 1 мкм) и

2. Коллоидные растворы (размер частиц от 1 до 100 мкм).

Смеси с частицами размером более 100 мкм образуют взвеси: суспензии и эмульсии.

Истинные растворы могут быть ионными или молекулярными в зависимости от того, диссоциирует ли растворённое вещество на ионы или остаётся в недиссоциированном состоянии в виде молекул.

Коллоидные растворы резко отличаются по свойствам от истинных растворов. Они гетерогенны, так как имеют поверхность раздела между фазами – растворённым веществом (дисперсной фазой) и растворителем (дисперсионной средой).

Растворы высокомолекулярных соединений: белков, полисахаридов, каучука обладают свойствами как истинных, так и коллоидных растворов и выделяются в особую группу.

Растворы, механические смеси и химические соединения

Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями.

Химическое соединение — сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких элементов.

Раствор это не одно химическое соединение, а как минимум два смешанных соединения. В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.

Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям.

Механическая смесь — физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений (компонентов). В смеси исходные вещества включены неизменными. При смешивании не возникает никакое новое вещество.

От механических смесей растворы резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Процесс растворения

Растворение кристалла в жидкости протекает следующим образом.

Когда вносят кристалл в жидкость, в которой он может растворяться, от поверхности его отрываются отдельные молекулы. Последние благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объёму растворителя.

Отделение молекул от поверхности твёрдого тела вызывается, с одной стороны, их собственным колебательным движением, а сдругой – притяжением со стороны молекул растворителя.

Этот процесс должен был бы продолжаться до полного до полного растворения любого количества кристаллов, если бы не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность ещё не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов.

Понятно, что выделение молекул из раствора будет идти тем быстрее, чем больше концентрация раствора. А так как последняя по мере растворения вещества увеличивается, то, наконец наступает такой момент, когда скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. Тогда устанавливается динамическое равновесие, при котором в единицу времени растворяется и кристаллизуется одинаковое число молекул.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором.

Концентрация растворов

Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко. В большинстве случаев употребляются растворы ненасыщенные, т.е. с меньшей концентрацией растворённого вещества, чем в насыщенном растворе.

Концентрацией раствора называется количество растворённого вещества, содержащееся в определённом количестве раствора или растворителя.

Растворы с большой концентрацией растворённого вещества называются концентрированными, с малой – разбавленными.

Концентрацию раствора можно выражать по разному:

1. В процентах растворённого вещества по отношению ко всему количеству раствора.

2. Числом грам-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1 литре раствора.

3. Числом грамм-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1000 г растворителя и т.д.

Растворимость

Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе.

Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора.

Растворимость различных веществ колеблется в широких пределах.

Принципы, позволяющие предсказать растворимость вещества, пока не известны. Однако, обычно вещества, состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типам связи лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спиры, жидкий амиак), а неполярные вещества – в неполярных растворителях (бензол, сероуглерод).

Растворение большинства твёрдых тел сопровождается поглощением теплоты. Это объясняется затратой значительного количества энергии на разрушение кристаллической решётки твёрдого тела, что обычно не полностью компенсируется энергией, выделяющейся при образовании гидратов (сольватов).

Как правило, повышение температуры должно приводить к увеличению растворимости твёрдых тел.

Источник

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ. Растворы занимают промежуточное место между механическими смесями и химическими соединениями

Растворы занимают промежуточное место между механическими смесями и химическими соединениями. Однородность растворов и выделение теплоты при растворении некоторых веществ делает их сходными с химическими соединениями. Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких приделах.

Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.

Давление насыщенного пара над раствором

Переход молекул веществ из жидкости в пар называется испарением. Переход молекул вещества из парообразного состояния в жидкость называется конденсацией.

Если жидкость находится в замкнутом сосуде, то достигается равновесие, когда скорость испарения жидкости равна скорости конденсации пара.

Давление, которое оказывает пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называют давление насыщенного пара этой жидкости. Это максимальное давление пара, которое развивается жидкостью. Давление насыщенного пара зависит от природы жидкости и температуры и не зависит от количества жидкости.

Поверхность раствора, в отличае от поверхности чистого растворителя, частично занята молекулами растворенного вещества. Поэтому число молекул растворителя, испаряющихся в еденицу времени с еденицы поверхности раствора меньше, чем с еденицы поверхности растворителя. Следовательно, при одной и той же температуре давление насыщенного пара над раствором всегда будет ниже давления насыщенного пара над растворителем.

Количественно эта зависимость выражается законом Ф. Рауля “В идеальных растворах при постоянной температуре величина относительного понижения давления пара растворителя над раствором равна молярной доле растворенного вещества”.

, где

Р₀ – давление пара чистого растворителя,

Идеальный раствор – раствор, в котором межмолекулярные силы равны. Если вещества А и В образуют идеальный раствор, то силы между молекулами А…А, А…В и В…В равны.

Из закона Рауля следует, что пар над смесью жидкостей А и В содержит оба этих вещества, причем давление насыщенного пара каждого из веществ в смеси равно произведению мольной доли этого вещества на давление насыщенного пара над чистым веществом, т.е.:

Р_А – давление насыщенного пара вещества А над раствором,

N_А – мольная доля вещества А в расворе,

Р 0 _А – давление насыщенного пара вещества А над чистым веществом.

Источник

Растворы характеристика растворов

Растворы это твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в довольно широких пределах.

Наиболее важный вид растворов — это жидкие растворы.

Что такое раствор

Растворы имеют весьма важное значение в жизни и практической деятельности человека. Достаточно указать, что процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор.

Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т. д.). Наконец, все производства, в основе которых лежат химические процессы, связаны в той или иной мере с использованием различных растворов.

Раствор находиться в промежуточном состоянии между химическими и механическими смесями, а также бывают пересыщенными.

Пересыщенные растворы

Это неустойчивые системы, которые могут существовать только при условии, что в состав раствора не входят твердые частицы растворенного вещества.

Это явление открыл русский академик Т. Е. Ловицем (1794 г.), который назвал такие растворы пересыщенными.

Иногда кристаллизация образовывалась от простого сотрясения, удара или трения палочки стенки. Это явление протекало с выделением значительного количества тепла.

Механизм растворения соли

Повседневно сталкиваясь с растворами, человек давно интересовался их свойствами, однако основные закономерности, определяющие поведение растворов, были установлены только в XVIII веке.

Много внимания уделял изучению растворов М. В. Ломоносов. Он исследовал влияние температуры на растворение различных веществ, тепловые явления при растворении, замерзание растворов, явления кристаллизации и др.

Он же установил, что процесс растворения всегда сопровождается энергетическим эффектом и в связи с этим указал на необходимость строго различать два случая растворения:

Растворы характеристика растворов

Всякий раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, т. е. среды, в которой это вещество равномерно распределено в виде молекул или еще более мелких частиц — ионов. Однако не всегда легко определить, какое вещество является растворителем и какое — растворенным веществом.

Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем, конечно, является вода).

Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями. Выделение тепла при растворении некоторых веществ тоже указывает на известного рода химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав последних постоянен, а состав раствора, приготовленного из данных компонентов, может иногда изменяться в довольно широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.

Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям, однако от последних они резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Коллоидные растворы

Это растворы которые отличаются свойствами от истинных растворов и грубодисперсных систем. Примером коллоидного раствора может быть растворенное в воде мыло, а если его растворить в спирте то это будет истинный.

Отличить истинный раствор от коллоидного можно проделав опыт с банкой у которой нет дна, его нужно закрыть пергаментом и налить в него раствор хлорида натрия.

Опустить банку с водой и через время вкус воды станет соленым, а если в место хлорида натрия добавить белок от яйца, то его не обнаружится во второй банке. Коллоидные растворы не могут проникать через перегородки, а истинные да.

Поэтому этим свойством пользуются для отделения истинных растворов (примеси растворимых солей), от коллоидных растворов.

Статья на тему Растворы характеристика растворов

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник

Общие свойства растворов

Качественный и количественный состав растворов

Состав растворов обычно передаётся содержанием в них растворённого вещества в виде массовой доли или молярной концентрации.

Жидкие растворы (в дальнейшем будем называть их просто «растворами») состоят из жидкого растворителя (чаще всего воды) и растворенного вещества, которое до смешения с растворителем могло быть твердым (например KBr), жидким (например H₂SO₄) или газообразным (например CO₂).
Состояние веществ в водном растворе обозначается (р), например KBr_(р).

Состав растворов обычно передается содержанием в нем растворенного вещества в виде массовой доли или молярной концентрации.

Массовая доля и молярная концентрация растворённого вещества

Например, если в 100 г раствора находится 1 г KBr, то w(KBr) = 0,01 (1%). Такой раствор называют однопроцентным (1%-ный раствор KBr).

Для приготовления 100 г 1%-ного раствора некоторой соли надо взять 1 г этой соли и 99 г воды.
Плотность воды при комнатной температуре принимают равной 1 г/мл, поэтому удобнее отмерять 99 мл воды и добавить 1 г соли.

Например, если в 1 л раствора содержится 1 моль KBr, то с(KBr) = 1 моль/л. Такой раствор называют одномолярным и обозначают 1М. Аналогичным образом записи 0,1М; 0,01М и 0,001М означают деци-, санти- и миллимолярный раствор.

Для приготовления 1 л 1М раствора KBr необходимо взять навеску соли с количеством вещества 1 моль (то есть 119 г), растворить ее в воде объемом, например, 0,8 л (то есть обязательно меньше 1 л) и затем довести объем раствора до 1 л добавлением воды.

Объем раствора V_(р) при данной температуре связан с массой раствора m_(р) и его плотностью (ρ) следующим образом: m_(р) = ρ · V_(р).

Например, 100 г некоторого раствора с плотностью 1,074 г/мл (1074 г/мл) имеет объем 93,1 мл (0,0931 л).

Теоретическая часть

Растворы – это гомогенные (однофазные) химические системы переменного состава, образованные двумя или несколькими веществами. Жидкие растворы (в дальнейшем будем называть просто «растворы») состоят из жидкого растворителя (в неорганической химии чаще всего из воды) и одного или нескольких растворенных веществ, которые до смешения с растворителем могли быть твердыми, жидкими или газообразными. Далее будем рассматривать растворы с одним растворенным веществом.

Состав раствора определяется количествами растворенного вещества и растворителя. Различаютразбавленные и концентрированные растворы, которые содержат соответственно меньшее и большее количество растворенного вещества. Концентрированными растворами часто называют такие растворы, в которых количество растворенного вещества значительно превышает количество растворителя.

В неорганической химии для количественного выражения состава растворов используют массовую долю, молярную концентрацию и эквивалентную концентрацию. Все определения, приведенные ниже для водных растворов, легко распространить и на неводные растворы.

Массовая доля w_B растворенного вещества В – это отношение его массы m_в к сумме масс растворенного вещества и растворителя – воды (т.е. к массе раствора):

где ρ_(р) – плотность раствора; V_(p) объем раствора; V_воды – объем воды и ρ_воды  плотность воды (можно принять, что при комнатной температуре ρ_воды равна 1 г/мл).

Раствор, в котором массовая доля растворенного вещества равна w_B(%), характеризуется тем же значением процентного содержания. Например, раствор с массовой долей хлороводорода w_HCl =0,2 (т.е. 20%) может быть обозначен как 20%-ный раствор HCl (20-процентный растворхлороводорода в воде).

Вопрос

Комплексные соединения (лат. complexus — сочетание, обхват), или координационные соединения (лат. co — «вместе» иordinatio — «упорядочение») — частицы (нейтральные молекулы или ионы), которые образуются в результате присоединения к данному иону (или атому), называемому комплексообразователем, нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами. Теория комплексных соединений (координационная теория) была предложена в 1893 г. А. Вернером.

Комплексные соединения мало диссоциируют в растворе (в отличие от двойных солей). Комплексные соединения могут содержать комплексный малодиссоциирующий анион ([Fe(CN)₆] 3− ), комплексный катион ([Ag(NH₃)₂] + ) либо вообще не диссоциировать на ионы (соединения типа неэлектролитов, например карбонилы металлов). Комплексные соединения разнообразны и многочисленны.

[править]Основные термины

Комплексное соединение – химическое вещество, в состав которого входят комплексные частицы. В настоящее время строгого определения понятия » комплексная частица» нет. Обычно используется следующее определение.

Комплексная частица – сложная частица, способная к самостоятельному существованию в кристалле или растворе, образованная из других, более простых частиц, также способных к самостоятельному существованию. Иногда комплексными частицами называют сложные химические частицы, все или часть связей в которых образованы подонорно-акцепторному механизму.

Комплексообразователь – центральный атом комплексной частицы. Обычно комплексообразователь – атом элемента, образующего металл, но это может быть и атомкислорода, азота, серы, йода и других элементов, образующих неметаллы. Комплексообразователь обычно положительно заряжен и в таком случае именуется в современной научной литературе металлоцентром; заряд комплексообразователя может быть также отрицательным или равным нулю.

Внутренняя сфера комплексного соединения – центральный атом со связанными с ним лигандами, то есть, собственно, комплексная частица.

Внешняя сфера комплексного соединения – остальные частицы, связанные с комплексной частицей ионной или межмолекулярными связями, включая водородные.

Координационный полиэдр – воображаемый молекулярный многогранник, в центре которого расположен атом-комплексообразователь, а в вершинах – частицы лигандов, непосредственно связанные с центральным атомом.

[править]Классификация

Существует несколько классификации комплексных соединений в основу которых положены различные принципы.

[править]По заряду комплекса

1) Катионные комплексы образованы в результате координации вокруг положительного иона нейтральных молекул (H₂O, NH₃ и др.).

2) Анионные комплексы: в роли комплексообразователя выступает атом с положительной степенью окисления, а лигандами являются простые или сложные анионы.

K₂[BeF₄] — тетрафторобериллат(II) калия
Li[AlH₄] — тетрагидридоалюминат(III) лития
K₃[Fe(CN)₆] — гексацианоферрат(III) калия

3) Нейтральные комплексы образуются при координации молекул вокруг нейтрального атома, а так же при одновременной координации вокруг положительного иона — комплексообразователя отрицательных ионов и молекул.

[править]По числу мест занимаемых лигандами в координационной сфере

Структура комплексного иона, образованного катионом металла и анионом ЭДТА

3) Полидентатные лиганды. Например, комплексоны — органические лиганды, содержащие в своем составе несколько групп −С≡Nили −COOH (этилендиаминтетрауксусная кислота — ЭДТА). Циклические комплексы, образуемые некоторыми полидентатными лигандами, относят к хелатным (гемоглобин и др.).

[править]По природе лиганда

1) Аммиакаты — комплексы, в которых лигандами служат молекулы аммиака, например: [Cu(NH₃)₄]SO₄, [Co(NH₃)₆]Cl₃, [Pt(NH₃)₆]Cl₄ и др.

2) Аквакомплексы — в которых лигандом выступает вода: [Co(H₂O)₆]Cl₂, [Al(H₂O)₆]Cl₃ и др.

3) Карбонилы — комплексные соединения, в которых лигандами являются молекулы оксида углерода(II): [Fe(CO)₅], [Ni(CO)₄].

4) Ацидокомплексы — комплексы, в которых лигандами являются кислотные остатки. К ним относятся комплексные соли: K₂[PtCl₄], комплексные кислоты: H₂[CoCl₄], H₂[SiF₆].

5) Гидроксокомплексы — комплексные соединения, в которых в качестве лигандов выступают гидроксид-ионы: Na₂[Zn(OH)₄], Na₂[Sn(OH)₆] и др.

[править]Номенклатура

1) В названии комплексного соединения первым указывают анион|отрицательно заряженную часть — анион, затем положительную часть — катион.

2) Название комплексной части начинают с указания состава внутренней сферы. Во внутренней сфере прежде всего называют лиганды — анионы, прибавляя к их латинскому названию окончание «о». Например: Cl − — хлоро, CN − — циано, SCN − — тиоцианато, NO₃ − — нитрато, SO₃ 2− — сульфито, OH − — гидроксо и т. д. При этом пользуются терминами: для координированного аммиака — аммин, для воды — аква, для оксида углерода(II) — карбонил.

3) Число монодентатных лигандов указывают греческими числительными: 1 — моно (часто не приводится), 2 — ди, 3 — три, 4 — тетра, 5 — пента, 6 — гекса. Дляполидентатных лигандов (например, этилендиамин, оксалат) используют бис-, трис-, тетракис- и т. д.

5) После обозначения состава внутренней сферы называют внешнюю сферу.

6) В названии нейтральных комплексных частиц комплексообразователь указывается в именительном падеже, а степень его не указывается, так как она однозначно определяется, исходя из электронейтральности комплекса.

K₃[Fe(CN)₆] — гексацианоферрат(III) калия

[править]История

Основателем координационной теории комплексных соединений является швейцарский химик Альфред Вернер (1866-1919). Координационная теория Вернера 1893 года была первой попыткой объяснить структуру комплексных соединений. Эта теория была предложена до открытия электрона Томсоном в 1896 году, и до разработки электронной теории валентности. Вернер не имел в своём распоряжении никаких инструментальных методов исследований, а все его исследования были сделаны интерпретацией простыххимических реакций.

Представления о возможности существования «дополнительных валентностей», зародившиеся при изучении четвертичных аминов, Вернер применяет и к «комплексным соединениям». В статье «К теории сродства и валентности», опубликованной в 1891 г., Вернер определяет сродство как «силу, исходящую из центра атома и равномерно распространяющуюся во всех направлениях, геометрическое выражение которой, таким образом, представляет собой не определенное число основных направлений, а сферическую поверхность». Два года спустя в статье «О строении неорганических соединений» Вернер выдвинул координационную теорию, согласно которой в неорганических молекулярных соединениях центральное ядро составляют комплексообразующие атомы. Вокруг этих центральных атомов расположено в форме простого геометрического полиэдра определенное число других атомов или молекул. Число атомов, сгруппированных вокруг центрального ядра, Вернер назвал координационным числом. Он считал, что при координационной связи существует общая пара электронов, которую одна молекула или атом отдает другой. Поскольку Вернер предположил существование соединений, которые никто никогда не наблюдал и не синтезировал, его теория вызвала недоверие со стороны многих известных химиков, считавших, что она без всякой необходимости усложняет представление о химической структуре и связях. Поэтому в течение следующих двух десятилетий Вернер и его сотрудники создавали новые координационные соединения, существование которых предсказывалось его теорией. В числе созданных ими соединений были молекулы, обнаруживающие оптическую активность, т.е. способность отклонять поляризованный свет, но не содержащие атомов углерода, которые, как полагали, были необходимы для оптической активности молекул.

В 1911 г. осуществление Вернером синтеза более чем 40 оптически активных молекул, не содержащих атомов углерода, убедило химическое сообщество в справедливости его теории.

В 1913 г. Вернеру была присуждена Нобелевская премия по химии «в знак признания его работ о природе связей атомов в молекулах, которые позволяли по-новому взглянуть на результаты ранее проведенных исследований и открывали новые возможности для научно-исследовательской работы, особенно в области неорганической химии». По словам Теодора Нордстрема, который представлял его от имени Шведской королевской академии наук, работа Вернера «дала импульс развитию неорганической химии», стимулировав возрождение интереса к этой области после того, как она какое-то время пребывала в забвении.

[править]Структура и стереохимия

Строение комплексных соединений рассматривают на основе координационной теории, предложенной в 1893 г. швейцарским химиком Альфредом Вернером, лауреатомНобелевской премии. Его научная деятельность проходила в Цюрихском университете. Ученый синтезировал много новых комплексных соединений, систематизировал ранее известные и вновь полученные комплексные соединения и разработал экспериментальные методы доказательства их строения.

В соответствии с этой теорией в комплексных соединениях различают комплексообразователь, внешнюю и внутреннюю сферы. Комплексообразователем обычно являетсякатион или нейтральный атом. Внутреннюю сферу составляет определенное число ионов или нейтральных молекул, которые прочно связаны с комплексообразователем. Их называют лигандами. Число лигандов определяет координационное число (КЧ) комплексообразователя. Внутренняя сфера может иметь положительный, отрицательный или нулевой заряд.

Остальные ионы, не разместившиеся во внутренней сфере, находятся на более далеком расстоянии от центрального иона, составляя внешную координационную сферу.

Если заряд лигандов компенсирует заряд комплексообразователя, то такие комплексные соединения называют нейтральными или комплексами-неэлектролитами: они состоят только из комплексообразователя и лигандов внутренней сферы. Таким нейтральным комплексом является, например, [Pt(NH₃)₂Cl₂].

Природа связи между центральным ионом (атомом) и лигандами может быть двоякой. С одной стороны, связь обусловлена силами электростатического притяжения. С другой — между центральным атомом и лигандами может образоваться связь по донорно-акцепторному механизму по аналогии с ионом аммония. Во многих комплексных соединениях связь между центральным ионом (атомом) и лигандами обусловлена как силами электростатического притяжения, так и связью, образующейся за счет неподеленных электронных пар комплексообразователя и свободных орбиталей лигандов.

Комплексные соединения, имеющие внешнюю сферу, являются сильными электролитами и в водных растворах диссоциируют практически нацело на комплексный ион и ионы внешней сферы.

При обменных реакциях комплексные ионы переходят из одних соединений в другие, не изменяя своего состава.

Наиболее типичными комплексообразователями являются катионы d-элементов. Лигандами могут быть:

Для описания взаимосвязи пространственного строения комплексных соединений и их физико-химических свойства используются представления стереохимии. Стереохимический подход — удобный прием представления свойств вещества в части влияния того или иного фрагмента структуры вещества на свойство.

Объекты стереохимии — комплексные соединения, органические вещества, высокомолекулярные синтетические и природные соединения. А. Вернер, один из основоположников координационной химии, приложил большие усилия к развитию неорганической стереохимии. Именно стереохимия является центральной в этой теории, до сих пор остающийся ориентиром в координационной химии.

[править]Изомерия координационных соединений

В статистическом аспекте стереохимии центральным оказывается явление изомерии координационных соединений. Свойство изомерии химических соединений было известно еще при разработке классической теории химического строения. Изомерия молекул открыта в 1823 г. Ю.Либихом, обнаружившим, что серебряная соль гремучей кислоты и изоцианат серебра имеют один и тот же элементный состав, но разные физические и химические свойства.

Под изомерией понимают способность к разному взаимному расположению атомов и атомных фрагментов в соединениях одинакового общего состава, диктующую отличия в химических и физических свойствах соответствующих соединений — изомеров. В случае координационных соединений указанные различия могут быть связаны как со спецификой расположения лигандов во внутренней координационной сфере, так и с распределением лигандов между внутренней и внешними сферами.

Изомерия прямо связана с наличием или отсутствием в соединении тех или иных элементов симметрии: поворотных осей, зеркально-поворотных осей, центра и плоскостей симметрии.

Стереохимическая конфигурация характеризует относительное пространственное расположение атомов или групп атомов в молекуле химического соединения. Смысл этого термина зависит от конкретного пространственного расположения атомов в структуре комплекса. Его используют для описания фигуры или многогранника вместе с дополнительным определением, характеризующим специфику пространственного расположения атомов. Так, можно говорить о цис- или транс-конфигурации; D (d), L(l), DL (dl) — соответственно право-, левовращающая конфигурация, рацемат.

Существуют изомеры двух типов:

1) соединения, в которых состав внутренней сферы и строение координированных лигандов идентичны (геометрические, оптические, конформационные, координационного положения);

2) соединения, для которых возможны различия в составе внутренней сферы и строении лигандов (ионизационные, гидратные, координационные, лигандные).

[править]Пространственная (геометрическая) изомерия

Этот вид изомерии вызван неодинаковым размещением лигандов во внутренней сфере относительно друг друга. Необходимым условием геометрической изомерии является наличие во внутренней координационной сфере не менее двух различных лигандов. Геометрическая изомерия проявляется преимущественно у комплексных соединений, имеющих октаэдрическое строение, строение плоского квадрата или квадратной пирамиды. С увеличением числа различных лигандов во внутренней сфере растет число геометрических изомеров.

§

§

§

§

[править]Оптическая изомерия

Оптическая изомерия связана со способностью некоторых комплексных соединений существовать в виде двух форм, не совмещаемых в трехмерном пространстве и являющихся зеркальным отображением друг друга, как левая рука и правая. Поэтому оптическую изомерию называют иногда еще зеркальной изомерией.

§

§

§

§

Структурная изомерия

Гидратная (сольватная) изомерия заключается в различном распределении молекул растворителя между внутренней и внешней сферами комплексного соединения, в различном характере химической связи молекул воды с комплексообразователем. Например: [Cr(H₂O)₆]Cl₃ (фиолетовый), [Cr(H₂O)₅Cl]Cl₂ ∙ H₂O (светло-зеленый), [Cr(H₂O)Cl₂]Cl ∙ 2H₂O (темно-зеленый).

Ионизационная изомерия определяется различным распределением заряженных лигандов между внутренней и внешней сферами комплекса и характеризует способность координационных соединений с одним и тем же элементным составом давать в растворе разные ионы. Примеры соединений: [Co(NH₃)₅Br]SO₄ (красно-фиолетовый), [Co(NH₃)₅SO₄]Br (красный).

Координационная изомерия связана с переходом лигандов от одного комплексообразователя к другому: [Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆] и [Cr(NH₃)₆][Co(CN)₆].

[править]Электронные свойства

[править]Окраска

[править]Магнитные свойства

Среди химических соединений, в том числе комплексных, различают парамагнитные и диамагнитные, по разному взаимодействующие с внешним магнитным полем.Парамагнитные комплексы обладают моментом µ и поэтому при взаимодействии с внешним магнитным полем втягиваются в него. Напротив, диамагнитные комплексы, не имея собственного магнитного момента, выталкиваются из внешнего магнитного поля. Парамагнитные свойства веществ обусловлены наличием в их структуре неспаренныхэлектронов и в случае комплексов объясняются специфическим заполнением электронами энергетических уровней.

1. Электроны заполняют орбитали так, чтобы число неспаренных электронов было максимальным (правило Хунда).

2. Сначала заполняются орбитали, имеющие меньшую энергию.

[править]Применение

Комплексные соединения имеют важное значение для живых организмов, так гемоглобин крови образует комплекс с кислородом для доставки его к клеткам, хлорофиллнаходящийся в растениях является комплексом.

Широкое применение комплексные соединения получили в аналитической химии в качестве индикаторов.

Многие КС обладают каталитической активностью, поэтому их широко используют в неорганическом и органическом синтезах. Таким образом, с использованием комплексных соединений связана возможность получения многообразных химических продуктов: лаков, красок, металлов, фотоматериалов, катализаторов, надежных средств для переработки и консервирования пищи и т.д.

Комплесные соединения цианидов имеют важное значение в гальванопластике, так как из обычной соли бывает невозможно получить настолько прочное покрытие как при использовании комплексов.

Источник