Transcript Chemie komplexotvorných (koordinačních) sloučenin

Soubor prezentací: CHEMIE PRO I. ROČNÍK GYMNÁZIA
CH18. Chemie komplexotvorných
(koordinačních) sloučenin
Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová
Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo:
CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO
VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.
Koordinační chemie
• obor, který se zabývá komplexními (koordinačními )
sloučeninami
• zakladatelem je švýcarský chemik
Alfred Werner
• v r. 1913 získal Nobelovu cenu
za chemii
obr.č.1 A. Werner
Koordinační (komplexní) sloučeniny
• iontové sloučeniny, kde tzv. komplex může být tvořen jak
kationtem nebo aniontem, případně oba ionty jsou komplexní
• jejich vzorec lze formálně rozepsat na jednoduché sloučeniny
K4 [Fe(CN)6]………… 4KCN + Fe (CN)2
[Cu (NH3)4]SO4 ………… CuSO4 + 4NH3
• jejich objevením v 19. stol. došlo k narušení představy o
maximálních hodnotách oxidačního čísla
• vznik komplexu je možno vysvětlit jako reakci lewisovské
kyseliny a zásady
Složení komplexů
K4+1 [Fe+II(CN)6-I]
koordinační číslo
centrální atom
ligandy
[centrální atom (ion) + ligandy (atom, skupiny atomů)]
akceptor el. párů
donor el. párů
(lewisovská kyselina)
(lewisovská zásada)
donor – akceptorová (koordinační vazba)
Koordinační (komplexní) sloučeniny
• koordinační číslo – udává počet ligandů (= počet vazeb), 2, 3,
4, 5, 6, 7 i více
• počet koordinačních vazeb je vyšší než je hodnota oxid. čísla
centrálního atomu (počet navázaných ligandů převyšuje
oxidační číslo centrálního atomu)
•
aby centrální atom či ion mohl být akceptorem, musí mít
prázdné (vakantní) orbitaly, nejčastěji typu d
• komplexy jsou typické pro přechodné prvky
Komplexní sloučenina
vnitřní koordinační
sféra
NC
K4+I
NC
-4
NC
FeII
NC
NC
koordinační vazba
(6 vazeb)
koordinační číslo 6
NC
koordinační částice
hexakyanoželeznatan (tetra)draselný
obr. č. 2 Stavba komplexní sloučeniny
Koordinační sloučeniny
• mohou být:
1. jednojaderné – jeden centrální atom
2. vícejaderné – více centrálních atomů
Geometrické izomery
• jsou koordinační částice stejného složení, ale s různým
prostorovým uspořádáním
• cis izomer – stejné ligandy jsou vedle sebe
• trans izomer – stejné ligandy jsou na protilehlých stranách
• izomery se liší zbarvením, rozpustností, reaktivitou…
obr. č. 3 Cis izomer PtBr2Ci2
obr. č. 4 Trans izomer PtBr2Ci2
Názvosloví
• koordinační částice – v hranaté závorce
[vlevo - centrální atom, vpravo – ligandy ]
•
•
•
•
dvouslovný název
anion – podstatné jméno (1. ligandy, 2.centrální atom)
kation – přídavné jméno
koordinační částice bez náboje ……název + komplex
s nábojem …… kation + název anion
Ligandy
Elektroneutrální ligandy:
• H2O (aqua), NH3 (ammin), NO (nitrosyl), CO (karbonyl)
Aniontové ligandy:
• CI-, I-, Br-,F- (chloro -, jodo – bromo -, fluoro - ),
• CN- (kyano), OH- (hydroxo), H- (hydrido),
• O2- (oxo), S2- (thio),
• SO42-(sulfato), NO3-(nitrato),
• PO43-(fosfato), CO32(karbonato)
Nové názvy ligandů:
• F- ,CI-, Br-, I-,
(fluoro -, chloro -, bromo -, jodo -)
• fluorido- , chlorido -, bromido-, jodido• CN- (kyano), OH- (hydroxo),
• kyanido-, hydroxido-
Vícečetné ligandy
• předpony di, tri, … dle abecedy (rozhodující 1. písmeno
názvu, ne předpony!)
• různé ligandy odděleny v názvu pomlčkou, ale poslední
ligand bez pomlčky, přímo k názvu centrálnímu atomu
• náboj iontu se může uvést do závorky za název iontu
[Fe(CN)6]4- hexakyanoželeznatan(4-)
Oxidační číslo centrálního atomu
a) kladné
koncovka ox. čísla
Ca+2  vápenatý
b) nulové
bez zakončení (1. n. 2. pád)
Ni0  nikl(u)
c) záporné
koncovka –id
Cl-I  chlorid
Postavení koordinační částice
• v kationtu
• v aniontu
[Ag(NH3)2]Cl
chlorid diamminstříbrný
K2[PtCl6]
hexachloroplatičitan draselný
• v kationtu i aniontu [Pt(NH3)4] [PtCl4]
tetrachloroplatnatan tetraamminplatnatý
• elektroneutrální
[Co(NH3)3Cl3]
triammin– trichlorokobaltitý komplex
Komplexní kationty
• [Cu (NH3)4] SO4
• [Ag (NH3)2]Cl
• [Cr (H2O)6] F3
• [NiII(H2O)4] Cl2
• [Pb(NH3)4(OH)2]CO3
• [Mg (NH3)4]2+
• [AuCl3(OH)]• [Co (NH3)5I]2+
DÚ
• Chlorid pentaammin – aquakobaltitý
• [CoIII (NH3)50 (H2O)0]IIICl3
Komplexní kationty
• [CuII(NH3)40]2+ SO4
síran tetraamminměďnatý
• [AgI (NH3)20]Cl
chlorid diamminstříbrný
• [CrIII (H2O)60]IIIF3
fluorid hexaaquachromitý
• [NiII(H2O)40] Cl2
chlorid tetraaquanikelnatý
• [Pb(NH3)4(OH)2]CO3
uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý
• [MgII(NH3)40]2+
kation tetraamminhořečnatý
• [AuCl3(OH)]anion trichloro-hydroxozlatitý
• [Co (NH3)5I]2+
kation pentaammin- jodokobaltitý
DÚ
• Chlorid pentaammin – aquakobaltitý
• [CoIII (NH3)50 (H2O)0]IIICl3
Komplexní anionty
•
•
•
•
H2[SiF6]
K3[Fe (CN)6]
LiI[AlH4]
NaCo(CO)4
DÚ
• hexafluorohlinitan sodný
• hexakyanoželeznatan draselný
Komplexní anionty
•
•
•
•
H2[SiF6]
K3[FeIII(CN)6-]-III
LiI[AlIIIH4-]-I
NaCo(CO)4
kyselina hexafluorokřemičitá
hexakyanoželezitan draselný
tetrahydridohlinitan lithný
tetrakarbonylkobaltid(1-) sodný
DÚ
• hexafluorohlinitan sodný
• hexakyanoželeznatan draselný
Na3[AlF6]
K4I [FeII(CN)-]-IV
Elektroneutrální koordinační
sloučenina
•
•
•
•
•
[Co (NH3)4Cl3]
[Ni (CO)4]
diammin – dibromopaladnatý komplex
CoH2(CO)4
tetraamminplatina
Elektroneutrální koordinační
sloučenina
•
•
•
•
•
[CoIII(NH3)40Cl3-]
tetraammin – trichlorokobaltitý komplex
[Ni0(CO)40]0
tetrakarbonyl nikl(u)
diammin – dibromopaladnatý komplex [PdII(NH3)20Br2-]0
CoH2- (CO) 04
dihydridotetrakarbonylkobaltnatý komplex
tetraamminplatina [Pt0(NH3)40]
Aqua-komplexy
• Ionty přechodných kovů je vytvářejí zpravidla
ve vodném prostředí
• Na2[Fe(CN)5NO] . 2H2O
• trihydrát tetrakyanoplatnatanu sodného
Úkol 1 - pojmenujte
•
•
•
•
•
•
[ Pt(NH3)2Cl2]
[ Co(NH3)4Cl ]
K4Ni(CN)4
Co(NH3)3Cl3
NaCo(CO)4
H2[SiF6]
Úkol 2 - napište vzorec
•
•
•
•
•
•
•
•
dihydrido-tetrakarbonylkobaltnatý komplex
tetrakarbonylkobaltid draselný
kyselina tetrachloridozlatitá
chlorid diammin-trichloridoplatičitý
uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý
anion pentakyanido-nitrosylželezitý
anion trichloro-hydroxozlatitý
kation pentaammin-jodokobaltitý
Úkol 2 řešení
•
•
•
•
•
•
•
•
CoH2(CO)4
dihydrido-tetrakarbonylkobaltnatý komplex
K[Co(CO)4]
tetrakarbonylkobaltid draselný
H[AuCl4]
kyselina tetrachloridozlatitá
[Pt(NH3)2Cl3]Cl
chlorid diammin-trichloridoplatičitý
[Pb(NH3)4(OH)2]CO3 uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý
[Fe(CN)5(NO)]2anion pentakyanido-nitrosylželezitý
[AuCl3(OH)]anion trichloro-hydroxozlatitý
[Co (NH3)5I]2+
kation pentaammin-jodokobaltitý
Rovnováhy v komplexotvorných dějích
• Konstanta stability
• V roztocích komplexních sloučenin se ustavuje chemická
rovnováha
• Rovnovážný stav soustavy určuje konstanta stability.
Např.
Ag+ (aq) + 2 NH3  [Ag(NH3)2]+
platí:
[Ag(NH3)2]+
Kk = [Ag+][NH ]2
3
• Čím je hodnota Kk větší, tím je vzniklý komplex stálejší a
naopak.
Vlastnosti
• stabilita – méně disociované viz konstanta stability
• barevnost - je způsobena d-elektrony. Ligandy způsobují tzv.
štěpení d-orbitalů – to dává možnost elektronům excitovat se
viditelným zářením do vzniklých vyšších stavů
barevnost
(Cu2+ je bezbarvý, kation [Cu(H2O)4]2+ je světle modrý)
• vznikem komplexu je často způsobena rozpustnost některých
sraženin, např. přidáním amoniaku k sraženině AgCl vzniká
bezbarvý roztok chloridu diamminstříbrného
• tvorbou komplexních částic dochází často k poklesu vodivosti
roztoku
• s využitím komplexů lze znehodnotit jedovaté kyanidy
či připravit třaskaviny (např. acetylid stříbrný Ag2C2)
Barevnost komplexních sloučenin
obr. č. 6 Žlutá krevní sůl
obr. č. 5 Krystal žluté krevní soli
Barevnost komplexních sloučenin
obr. č. 7 Červená krevní sůl
obr. č. 8 Modrá skalice
Využití v praxi
• při výrobě kovů, plastických hmot, změkčování vody
• v barvířství
• jako katalyzátory
• jako léčiva
• v jaderné chemii
• v analytické chemii - kvalitativní (jako činidla) a kvantitativní
(komplexometrické titrace)
• vyskytují se i v živých organismech (hemoglobin, chlorofyl,
cytochromy, vitamín B12).
Chlorofyl a hemoglobin
obr. č. 10 Model hemoglobinu
obr. č. 9 Hemoglobin a chlorofyl
Savčí cytochromy P450
obr. č. 11 Model cytochromu
Některé běžnější komplexní
sloučeniny
• CuSO4. 5 H2O – pentahydrát síranu měďnatého nebo-li modrá
skalice, je přesněji monohydrát síranu tetraaquamědnatého
[Cu(H2O)4] SO4. H2O
• [Ag(NH3)2] OH – hydroxid diamminstříbrný, je znám pod
názvem Tollensovo činidlo na důkaz aldehydické skupiny
• K2[HgI4] – tetrajodortuťnatan draselný, známý jako Nesslerovo
činidlo na důkaz ionzů NH4+.
• Na2[Fe(CN)5NO] – pentakyano-nitrosylželeznitan sodný, tzv.
nitroprusid sodný se používá k důkazů iontů S2-, SO32-, S2O3a SO2.
Schéma rozdělení kationtů I.třídy
obr. č. 12 Použití Nesslerova činidla
Některé běžnější komplexní
sloučeniny
• K4[FeII(CN)6] . 3 H2O – hexakyanoželeznatan draselný, ferrokyanid
draselný nebo žlutá krevní sůl
• K3[FeIII(CN)6] . 3 H2O – hexakyanoželezitan draselný, ferrikyanid
draselný nebo červená krevní sůl
– obě látky reagují s ionty těžkých kovů za vzniku málo rozpustných
sraženin. Známé jsou reakce s ionty Fe2+ a Fe3+, kdy vznikají sytě
modré, ve vodě nerozpustné sraženiny známé pod názvem berlinská
a Turnbullova modř.
• K4[Fe(CN)6] + Fe3+→ KFe [Fe(CN)6] (berlínská modř)
hexakynoželeznatan draselno-železitý
• K3[Fe(CN)6] +Fe2+→ KFe[Fe (CN)6] (Turnbulova modř)
hexakynoželezitan draselno-železnatý
Některé běžnější komplexní
sloučeniny
• Dusičnan diamminstříbrný [Ag(NH3)2]NO3 je amoniakální
roztok dusičnanu stříbrného využívající se při přípravě
třaskavého acetylidu stříbrného Ag2C2 zaváděním ethynu
(acetylenu) do něj.
• Hydroxid tetraamminměďnatý [Cu(NH3)4](OH)2, triviálně
činidlo Schweizerovo, je dobrým rozpouštědlem celulosy, což
umožňuje jeho využití při výrobě hedvábí.
Úkol 3
• Na internetových stránkách
• http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&
v=Wuv7NEYY4kc
• http://www.youtube.com/watch?v=LSvFJh1HYjw&feature=pla
yer_embedded
• http://www.youtube.com/watch?v=IRL59zNw3yA
zhlédni uvedená videa a popiš vlastními slovy průběh
chemických reakcí a vysvětli význam uvedených látek.
Jak se zbavit jedovatého kyanidu ?
• „Do vodného 10 % roztoku kyanidu draselného KCN
přidáme několik kapek síranu železnatého FeSO4.
• Vzniká žlutý hexakyanidoželeznatan draselný K4[Fe(CN)6].
• Po dvou minutách přidáme k připravenému roztoku
kapku koncentrované kyseliny chlorovodíkové.
• Pozorujeme vylučování berlínské modři, což je triviální
název pro hexakyanidoželeznatan železitý Fe4[Fe(CN)6]3.
• Tímto způsobem jsme znehodnotili prudce jedovatý
„kyanid.“
Použité informační zdroje
obrázek č.[2] – autor Yvona Pufferová
[1] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Alfred_Werner.jpg
[3] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Cis-PtBr2Cl2.JPG
[4] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Trans-PtBr2Cl2.JPG
[5] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://137846.ua.all.biz/cs/goods_zluta-krevnisul_1483073#!prettyPhoto/0/
[6] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z
http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:%C5%BDlut%C3%A1_krevn%C3%AD_s%C5%AFl.png
[7] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:%C4%8Cerven%C3%A1_krevn%C3%AD_s%C5%AFl.png
[8] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://www.fichema.cz/siran-mednaty-modra-skalice-kgcuso4-5h2o-cas-7758998-p-392.html
[9] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://www.zelenepotraviny.cz/zkusenosti-se-zelenymipotravinami.html
[10] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Hemoglobin.jpg
[11] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://fch.upol.cz/vyzkum/fold.png
[12] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Schema_rozdeleni_kationtu_I.tridy.JPG
Literatura
•
•
MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc: Nakladatelství Olomouc,
2002. ISBN 80-7182-055-5.
KOVALČÍKOVÁ, Tatiana. Obecná a anorganická chemie: studijní text pro SPŠCH. 3., upr. vyd. Ostrava:
nakladatelství Pavel Klouda, 2004, 118 s. ISBN 80-86369-10-2.
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační
číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A
FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO
V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.