Природа химической связи в комплексах. Структура и свойства комплексных соединений

Для объяснения образования химических связей в комплексах используется как метод валентных связей, так и метод молекулярных орбиталей. Кроме того для объяснения природы связей и свойств комплексных соединений применяется электростатическая теория кристаллического поля. Многие свойства комплексных соединений можно объяснить с позиции метода валентных связей, который и будет использован в данном учебнике.

Метод валентных связей.(ВС)

Согласно методу ВС между комплексообразователем и лигандами возникают ковалентные связи по донорно-акцепторному механизму. Комплексообразователь предоставляет на связь валентные орбитали, а лиганды- неподеленные пары электронов. Рассмотрим образование химических связей в комплексах

У иона кадмия на внешней оболочке имеются вакантные 4s- и 4p- орбитали:

.

У атомов азота в молекуле аммиака имеются неподеленные пары электронов:

.

При их взаимодействии образуется комплексный ион

Обозначим электрон на орбиталях, занятых по донорно-акцепторному механизму пунктирными стрелками. Тогда электронную конфигурацию комплекса можно представить в виде:

,

.

Как видно, в этом случае в образовании связей участвуют одна s- и три p- орбитали, которые гибритизируются(sp³), поэтому комплексный ион будет иметь тетраэдрическое строение.

У иона Со на внешней оболочке имеются вакантные 4s-, 4p- ,4d- орбитали:

Со - 3d 4s 4p 4d

.

Фторид- ионы имеют неподеленные пары электронов

.

При взаимодействии F и Со образуется комплексный ион[CoF ] , в котором шесть лигандов F образуют шесть ковалентных связей по донорно-акцепторному механизму

Как видно, при образовании комплекса происходит sp d - гибридизация и соответственно полученный комплекс имеет тетраэдрическую структуру.

Некоторые лиганды или их атомы также могут иметь вакантные орбитали, например РН , H S. В этом случае образуются дополнительные связи по донорно- акцепторному механизму (дативные связи), в которых лиганд служит акцептором, а комплексообразователь, имеющий неподеленные пары электронов,- донором. Образование дативных связей приводит к увеличению прочности комплексов.

Метод ВС является относительно простым и наглядным и позволяет объяснить структуру и свойства многих комплексов. Однако, он не пригоден для описания систем с многоцентровыми связями, не объясняет оптические и другие свойства комплексов.

Вопросы для самоконтроля

1. Укажите, какие виды вандерваальсовых сил существуют в жидких СО₂, С1₂ иH₂S?

2. Какова природа преобладающих сил межмолекулярного взаимодействия в каждом изследующих веществ: О₂, Н₂О₂ и Н₂О?

3. Объясните закономерности изменения температуры плавления в ряду:

СH₄ (-182,5°С), NН₃ (-77,7°С), Н₂О (0°С)

4. Что проедставляет собой донорно-акцепторное взаимодействие молекул?

5. В чем заключается координационная теория Вернера.

6. Приведите определения следующих понятий: комплекс, лиганды, комплексообразователи, координационное число и заряд комплекса.

7. Определить степень окисления железа в комплексе [Fe(CN)₆]^4–. Напишите его название.

8. Запишите формулу комплексного соединения трис(этилендиамин)кобальта (III).

9. Запишите формулу комплексного соединения гексацианоферрата(III) калия.

10. Используя в качестве лигандов Cl^–, напишите комплексы с Pt(II) и Pt(IV) и дайте им названия.

11. Пероксид водорода имеет температуру плавления -0,4°С и кипения +150°С и
высокую вязкость. Электрический момент диполя молекулы 2,25 D. Объясните при­чину таких высоких значений температур плавления и кипения, а также высокой
вязкости. Какие взаимодействия могут быть между молекулами Н₂О₂? Приведите
схемы связей.