20.2: Координационные соединения и номенклатура

В большинстве соединений элементов основной группы валентные электроны изолированных атомов объединяются, образуя химические связи, удовлетворяющие правилу октета. Например, четыре валентных электрона углерода перекрываются электронами из четырех атомов водорода, образуя CH₄. Электрон с одним валентным образованием оставляет натрий и добавляет к семи валентным электронам хлора, образуя ионную единицу формулы NaCl (рисунок 1a). Переходные металлы обычно не связанно таким образом. Они в первую очередь формируют координатные ковалентные связи, форму взаимодействия Lewis кислотно-основная, при котором оба электрона в связи вносят донор (Lewis основание, например молекула аммиака ) в акцептор электронов (кислота Льюиса, например, кобальт-ион) (рис. 1b). Кислота Льюиса в координационных комплексах, называемая центральным ионом металла (или атомом), часто представляет собой переходный металл или внутренний переходный металл. Доноры Lewis основание, называемые лигандами, могут быть самыми разными химикатами - атомами, молекулами или ионами. Единственным требованием является то, что у них есть одна или несколько электронных пар, которые могут быть переданы центральному металлу. Чаще всего это связано с атомом донора (атом азота, рис. 1b) с одинокой парой электронов, которые могут сформировать координатную связь с металлом.

Рисунок 1(a) связи Ковалента связаны с обменом электронами, а ионные связи включают передачу электронов, связанных с каждым атомом связывания, как показано цветными электронами. (b) однако, связки covalent Coordinate включают электроны от Lewis основание, которые были переданы в дар металлическому центру. Одиночные пары из шести молекул аммиака образуют связи с кобальтовым ионом, образуя октаэдрический комплекс.

Сфера координации состоит из центрального иона металла или атома плюс присоединенные лиганды. Скобки в формуле заключают сферу координации; виды за пределами скобок не являются частью сферы координации. Координационный номер центрального иона металла или атома — это количество связанных с ним атомов-доноров. Координационный номер для иона серебра в [AG(NH₃)₂]⁺ - два; для иона меди(II) в [CuCl₄]^2- координационный номер - четыре; в то время как для иона кобальта(II) в [Co(H2O)₆]²⁺ координационный номер - шесть.

Наименование комплексов

Номенклатура комплексов построена по системе, предложенной Альфредом Вернером, швейцарским химиком и лауреатом Нобелевской премии, выдающаяся работа которого более 100 лет назад заложила основу для более четкого понимания этих соединений. Для присвоения названий комплексам используются следующие пять правил:

1. Если соединение координации является ионным, сначала назовите катион и анион-секунда, в соответствии с обычной номенклатурой.
2. Сначала назовите лиганды, а затем центральный металл. Назовите лиганды в алфавитном порядке. Отрицательные лиганды (анионы) называются добавлением -o к имени стебля группы. Для большинства нейтральных лигандов используется название молекулы. Четыре общих исключения: Аква (H2O), аммин (NH₃), карбонил (CO) и нитрозил (NO). Например, имя [Pt(NH₃)_2Cl4] как диаметрацетрахлорплатина(IV).
3. Если имеется более одного лиганда данного типа, число указывается префиксами ди- (для двух), три- (для трех), тетра- (для четырех), пента- (для пяти) и гексаа- (для шести). Иногда префиксы bis- (для двух), tris- (для трех) и тетракис- (для четырех) используются, когда имя лиганда уже включает ди-, три-, или tetra-, или когда имя лиганда начинается с гласного. Например, ион бис(bipyridyll)osmium(II) использует бис-, чтобы обозначить, что к ОС присоединены две лиганды, а каждая лиганда бипипиридилла содержит две пиридиновые группы (C5H4N).

Когда комплекс является либо катионом, либо нейтральной молекулой, название атома центрального металла пишется точно так же, как название элемента, и за ним следует римское число в скобках, указывающее на его окисление.

Когда комплекс является анионом, суффикс -ate добавляется к штоку названия металла, за которым следует римское числительное обозначение его окислительного состояния. Иногда латинское название металла используется, когда английское название неловко. Например, феррат используется вместо ироната, разбудорастайте вместо того, чтобы привести в норму, и вместо того, чтобы залить.

Окислительное состояние металла определяется на основе зарядок каждой лиганды и общего заряда соединения координации. Например, в [Cr(H2O)_4Cl2]br сфера координации (в скобках) имеет заряд 1+ для балансировки иона бромистого метила. Водолиганды нейтральны, а хлоридные лиганды анионные с зарядкой 1- каждая. Для определения окислительного состояния металла общий заряд равен сумме лигандов и металла: +1 = -2 + x, поэтому окислительное состояние (x) равно +3.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.

Координационные соединения представляют собой нейтральные частицы, состоящие либо из нейтрального комплекса, либо из заряженных комплексных ионов и противоположно заряженных противоионов. Комплексный ион представляет собой центральный ион металла, связанный с молекулами или ионами, известными как лиганды. Лиганды это соединения с одной или несколькими электронными парами.

Они действуют как основания Льюиса, отдавая пару электронов иону металла, который действует как кислота Льюиса, образуя координированную ковалентную связь. Вместе они составляют координационную сферу. В 1893 году Альфред Вернер предложил теорию координации, объяснив, почему определенные стабильные молекулы вступают в реакцию и нарушают теорию валентности, образуя координационные соединения.

Изучая различные соединения кобальта с аммиаком, Вернер предположил, что центральный атом металла проявляет два типа валентных взаимодействий. Первичная валентность это степень окисления центрального металла, а вторичная валентность это количество связанных с ним лигандов, также называемое координационным числом. Таким образом, если количество связанных лигандов уменьшается, противоионы могут связываться непосредственно с ионом металла, сохраняя вторичную валентность.

В настоящее время координационная теория Вернера используется для написания химических формул координационных соединений. Начните с символа иона металла, затем перечислите все лиганды в алфавитном порядке. Заключите комплексный ион в квадратные скобки и укажите противоионы последними.

Используйте числовые индексы для указания количества задействованных лигандов и противоионов. Для систематической номенклатуры координационных соединений сначала назовите комплексные ионы. Начните с перечисления лигандов в алфавитном порядке.

Анионный лиганд заканчивается буквой о, в то время как нейтральный лиганд обозначается молекулярным названием, за некоторыми исключениями, например, аква и аммин. Для обозначения количества лигандов используйте греческие префиксы ди-три-или тетра-Если префикс уже присутствует в имени лиганда, замените префиксы на бис-три-или тетракис-с именем лиганда в скобках. Затем укажите название металла и его степень окисления, используя римские цифры в скобках.

В случае анионного комплекса к названию металла добавляется суффикс ат. Наконец, координационное соединение называется путем добавления сначала названия катиона, а затем аниона. Таким образом, два координационных соединения называются бромидом амминхлорбис кобальта и диакватетрахлорокобальтатом аммония