Stabilita koordinačních sloučenin Stabilita koordinančích sloučenin - V případě stability komplexních sloučenin je třeba definovat o jaký druh stability se jedná TERMODYNAMICKÁ -zabývá se mírou.

Download Report

Transcript Stabilita koordinačních sloučenin Stabilita koordinančích sloučenin - V případě stability komplexních sloučenin je třeba definovat o jaký druh stability se jedná TERMODYNAMICKÁ -zabývá se mírou.

Stabilita koordinačních sloučenin
1
Stabilita koordinančích sloučenin
- V případě stability komplexních sloučenin je třeba
definovat o jaký druh stability se jedná
TERMODYNAMICKÁ
-zabývá se mírou jakou daná
studovaná komplexní částice
vzniká při dané reakci (po
ustanovení rovnováhy)
-nebo naopak jakou mírou daná
komplexní částice přechází v
jinou (po ustanovení
rovnováhy)
KINETICKÁ
-zabývá se rychlostí vzniku a
přeměn jednotlivých komplexů
Souvisí s rychlostí
chemických reakcí a
rychlostní konstantou k
- neřeší jakou rychlostí tyto
reakce probíhají a za jakou dobu
dojde do rovnováhy
Souvisí s rovnovážnou
konstantou
K
2
viz. kapitola reakce
komplexních sloučenin
Termodynamická stabilita
- představme si tvorbu komplexu z centrálního atomu (iontu) M a
z celkem n ligandů L – tento děj se dá popsat sledem rovnic, pro
které lze odvodit rovnovážné konstanty K1 až Kn
M + L
[ML] + L
[ML2] + L
[MLn-1] + L
1
2
3
n
[ML]
K1 =
[ML2]
K2 =
[ML3] K3 =
[MLn]
Kn =
[ML]
[M][L]
[ML2]
[ML][L ]
[ML3]
[ML2][L ]
[MLn]
Vznik komplexu [ML3] lze ovšem
popsat také souhrnou rovnicí
M + 3L
[ML 3]
3 =
[ML3]
[M][L ]3
pro [ML6]….
M + 6L
[ML 6]
6 =
[ML6]
[M][L ]6
[MLn-1][L ]
Postupné (konsekutivní)
3 tvorby komplexu
konstanty
Celkové konstanty tvorby
komplexu
Vztah konsekutivních a
celkových rovnovážných
konstant
-Pomocí matematického aparátu byl odvozen vztah dle kterého je
hodnota celkové rovnovážné konstanty rovna součinu všech
konsekutivních konstant potřebných k tvorbě komplexu.
n = K1.K2.K3…..Kn
Pro ML3:
M + L
[ML] + L
[ML 2] + L
4
1
2
3
[ML]
[ML 2]
K1 =
K2 =
[ML 3] K3 =
[ML]
[M][L]
[ML2]
[ML][L ]
[ML3]
[ML2][L ]
n = K1.K2.K3
Trendy ve vývoji konsekutivních
konstant
2+
Cd + NH3
[Cd(NH3)]2+ + NH3
[Cd(NH3)2]2+
[Cd(NH3)3]2+
+ NH3
+ NH3
5
1
2
3
4
[Cd(NH3)]2+ K1 = 102,65
[Cd(NH3)2]2+ K2 = 102,10
[Cd(NH3)3]2+ K3 = 101,44
[Cd(NH3)4]2+ K4 = 100,93
Hodnota K klesá
Trendy ve vývoji konsekutivních
konstant
Důvody poklesu konsekutivních konstant:
1) Statistické hledisko – jestliže budeme připravovat žádaný komplex
např. substitucí vody v aqua komplexu centrálního [M(H2O)6]n+ např.
amoniakem, bude samozřejmě jednodušší nahradit na úvod molekulu
vody v hexaaqua komplexu A než v závěrečném monoaqua komplexu B
OH2
A
H2O
OH2
OH2
NH3
M
H2O
M
OH2
OH2
NH3
NH3
NH3
NH3
6
B
NH3
6 možností
NH3
1 možnost
Trendy ve vývoji konsekutivních
konstant
2) Hledisko sterické zábrany – jestliže budou na centrální atom
vázány objemné ligandy bude logicky každý další ligand poután
obtížněji
3) Coulombické faktory – přicházejí v úvahu zejména u nabitých
ligandů – kdy může docházet při každé další substituci k “nábojové
repulsi“
7
Výjimky ve vývoji
konsekutivních konstant
- Ovšem existují případy, které se tomuto trendu vymykají tzn., že se
nemění pozvolna s probíhající substitucí, ale mění se skokově:
Vlivem změny koordinačního čísla a hybridizace
-Při vzniku komplexů odvozených od rtuti [HgX4]2-V prvních krocích vzniká lineární molekula [HgX2], která koordinací dalších
dvou halogenidů, což vede ke změně na tetraedrický tvar a hybridizaci sp3
- v důsledku změny hybridizace (hybridizační energie) je poté hodnota K3
abnormálně nižší než K2
2-
X
X
Hg
X+2X
Hg
X
8
X
X
Výjimky ve vývoji
konsekutivních konstant
Vlivem změny koordinačního čísla a hybridizace
-Při vzniku komplexu odvozených [Ag(NH3)2]+ je dokonce hodnota K2 vyšší
než K1
[Ag(H2O)4]+ + NH3
NH3
K1
Ag
H2O
NH3
Ag
H2O
9
H2O
H2O
+
+ NH3
+
K2
H2O
H2O
NH3
Ag
NH3
+
Výjimky ve vývoji
konsekutivních konstant
Vlivem sterické náročnosti ligandů
Celá řada kovových iontů tvoří tris – dipyridylové komplexy, navíc se
konsekutivní konstanty vyvíjí při tvorbě standardním způsobem
N
N
N
N
N
Sterická repulse
M
M
N
N
N
N
N
N
N
10
Naopak 6,6´dimethylbipyridyl tvoří s těmi samými
ionty pouze komplexy s dvěma nebo dokonce
jedním ligandem (tzn. že hodnoty konsekutivních
konstant K3 případně K2 jsou zanedbatelně malé
Výjimky ve vývoji
konsekutivních konstant
Vlivem změny elekronové struktury centrálního atomu
-kation Fe2+ má konfiguraci d6, tzn. může v oktaedrickém štěpení
d orbitalů zaujímat vysokospinové i nízkospinové uspořádání
N
L=
N
- v případě komplexu s
jedním nebo dvěma
ligandy se systém chová
jako vysokospinový t42g e2g
- Koordinací třetího ligandu
přejde systém na
nízkospinový stav t62g e0g
-vzhledem k tomu, že orbitaly eg jsou formálně protivazebná je
koordinace třetího ligandu výhodná a vede k tomu, že hodnota
K3 při koordinaci třetího ligandu je vyšší než hodnota K2
11
(výhodné
i z pohledu LFSE
Chelátový efekt
- Jako chelátový efekt označujeme fakt, že komplexy obsahující jeden
nebo více chelátových vykazují vyšší stabilitu než odpovídající komplexy
bez chelátových ligandů.
2+
2+
Ni + 6 NH3
[Ni(NH3)6]2+
 = 108,61
NH 3
NH 3
NH 3
Ni
H 3N
NH 3
NH 3
2+
2+
Ni + 3 en
[Ni(en)3]2+
=
1018,28
H2N
H2N
Ni
H2N
H2N
12
NH2
NH2
Chelátový efekt
- Dále bylo dokázáno, že pětičlenné chelátové kruhy jsou stabilnější než
šestičlenné
2+
NH2
H2N
2+
Cu + 2 en
[Cu(en)2]2+
 = 1020,03
Cu
H2N
NH2
2+
2+
Cu + 2 tn
[Cu(tn)2]2+
 = 1017,17
NH 2
NH2
Cu
H 2N
13
NH 2
Chelátový efekt
Důvody existence chelátového efektu:
- Pro správné pochopení chelátového efektu je třeba si uvědomit na
čem závisí velikost rovnovážné konstanty pro tvorbu komplexů K ()
DG0 = - RTlnK
DG0 = DH0-TDS0
-z kombinace těchto vztahů vyplývá, že rovnovážná konstanta K, se
může zvýšit a) tím že se DH0 stane negativnějším
b) tím že DS0 stane pozitivnějším
14
Chelátový efekt
Důvody existence chelátového efektu –vliv entropie:
- Entropie se obecně zvyšuje s neuspořádaností systému (např: zvýšením
počtu volně pohyblivých molekul v systému
3+
H 2O
OH 2
H 2O
Co
H 2O
H 2O
3+
NH 3
NH 3
+ 6 NH3
H 2O
NH 3
Co
H 3N
+
NH 3
NH 3
7 molekul
7 molekul
3+
OH 2
H 2O
H 2O
H 2O
15
4 molekuly
3+
H 2N
H 2N
H 2O
Co
H 2O
6 H2O
+ 3 en
NH 2
Co
H 2N
+
NH 2
H 2N
7 molekul
6 H2O
Chelátový efekt
Důvody existence chelátového efektu :
- Chelátový efekt se dá také vysvětlit z hlediska větší pravděpodobnosti
pevného spojení centrální atom – chelátující ligand, než je tomu u
L
monodentátních ligandů
Dochází k „bezproblémové
Je velká pravděpodobnost, že
výměně ligandů
NH 3
L
vždy jeden z donorových
atomů bude poután k
centrálnímu atomu proto
nemá ligand L šanci vstoupit
do koordinační sféry, protože
se opět uzavře chelátový kruh
NH 3
Co
H 3N
NH 2
L
Co
16
H 2N
NH 3
NH 3
H 2N
H 2N
H 2N
NH 3
NH 2
H 2N
H 2N
Co
H 2N
H 2N
NH 2
NH 2
L
Chelátový efekt
- na předchozím příkladu lze také vysvětlit proč jsou 5 a 6-ti členné
chelátové kruhy stabilnější než více členné (7,8,9 atd.)
[CoLn]
NH2
L
L
H2N
H2N
Co
L
L
L
H2N
NH2
H2N
L
L
Co
L
L
L
17
[CoLn]
L
L
Co
L
L
L