Комплексні сполуки

Комплексні сполуки
Досліджується в	координаційна хімія і неорганічна хімія
Комплексні сполуки у Вікісховищі

Ко́мплексні сполу́ки або координаці́йні сполу́ки — складні хімічні сполуки, в яких можна виділити центральний атом (комплексоутворювач) і безпосередньо зв'язані з ним молекули або йони (так звані ліганди). Центральний атом та ліганди утворюють внутрішню сферу (комплексний іон), а молекули або йони, які оточують внутрішню сферу — відповідно зовнішню координаційну сферу. Центральним атомом можуть бути як метали змінної валентності з позитивним зарядом ядра, так і неметали. Утворення комплексних сполук широко використовується в різноманітних галузях хімічної технології (виділення, очищення, розділення платинових, рідкісноземельних та деяких інших металів).

Хімія комплексних сполук (координаційна хімія) є однією з галузей сучасної хімії, що інтенсивно розвиваються. У зв'язку з цим, поняття «комплексні сполуки» постійно уточнюється і доповнюється.

Відповідно до класичного визначення, комплексні сполуки — це сполуки, до складу яких входять комплексні частинки, що вміщують центральний атом (комплексоутворювач) оточений лігандами.

За Франком Коттоном і Джефрі Вілкінсоном дане визначення комплексних сполук потребує деяких уточнень:

• комплексоутворювач і ліганди повинні бути стабільними при звичайних умовах;

• реакції комплексоутворення повинні протікати у звичайних хімічних умовах;
• до комплексних сполук слід віднести також продукти приєднання лігандів до молекул: SiF₄ + F^- = SiF^2-
  ₆ і продукти взаємодії молекул за донорно-акцепторним механізмом: NH₃ + BF₃ = NH₃BF₃.

Отже, класичне визначення комплексних сполук потребує доповнень.

Комплексні сполуки — це сполуки, до складу яких входять комплексні частинки (комплекси), що вміщують центральний атом (комплексоутворювач) оточений лігандами. Утворення комплексів можна представити як результат взаємодії за донорно-акцепторним механізмом стабільних при звичайних умовах частинок: атомів, йонів або молекул.

Приведене вище визначення вказує, що, наприклад, такі частинки як CH₄, SO^2-
₄, NO^-
₃ та інші недоцільно представляти як комплекси, оскільки частинки C⁺ і H^-, S⁶⁺ і О^2-, N⁵⁺ і О^2- при звичайних умовах не існують.

Найхарактернішим комплексоутворення є саме для d-елементів.

Наявність значної кількості валентних частково заповнених орбіталей і схильність до утворення ковалентного зв'язку визначає значну кількість комплексних сполук, що утворюють d-елементи.

Комплексна сполука — хімічна речовина, до складу якого входять комплексні частинки. В даний час строгого визначення поняття «комплексна частка» немає. Зазвичай використовується наступне визначення.

Комплексна частка — складна частинка, здатна до самостійного існування в кристалі або розчині, утворена з інших, більш простих частинок, також здатних до самостійного існування. Іноді комплексними частинками називають складні хімічні частинки, всі або частину зв'язків в яких утворені за донорно-акцепторним механізмом.

Комплексоутворювач — центральний атом комплексної частинки. Зазвичай комплексоутворювач — атом елемента, що утворює метал, але це може бути й атом кисню, азоту, сірки, йоду й інших елементів, що утворюють неметали. Комплексоутворювач зазвичай позитивно заряджений і в такому випадку іменується в сучасній науковій літературі металоцентром, заряд комплексоутворювача може бути також негативним або рівним нулю.

Ліганди (аденди) — атоми або ізольовані групи атомів, що розташовуються навколо комплексоутворювача. Лігандами можуть бути частинки, до утворення комплексної сполуки представляли собою молекули (H₂O, CO, NH₃ тощо), аніони (OH⁻, Cl⁻, PO₄³⁻ тощо), а також катіон водню H⁺.

Внутрішня сфера комплексної сполуки — центральний атом зі зв'язаними із ним лігандами, тобто власне комплексна частка.

Зовнішня сфера комплексної сполуки — інші частинки, пов'язані з комплексною часткою йонними або міжмолекулярними зв'язками, включно з водневими.

Дентатність ліганда визначається числом координаційних місць, займаних лігандом в координаційній сфері комплексоутворювача. Розрізняють монодентатні (унідентатні) ліганди, пов'язані з центральним атомом через один зі своїх атомів, тобто одним ковалентним зв'язком, бідентатні (пов'язані з центральним атомом через два своїх атома, тобто, двома зв'язками), три-, тетрадентатні тощо.

Координаційний поліедр — уявний молекулярний багатогранник, в центрі якого розташований атом-комплексоутворювач, а у вершинах — частинки лігандів, безпосередньо пов'язані з центральним атомом.

Координаційне число (КЧ) — число хімічних зв'язків, утворених центральним атомом з лігандами. Для комплексних сполук з монодентантними лігандами КЧ дорівнює числу лігандів, а в разі полідентантних лігандів — числу таких лігандів, помноженому на дентатність.

Існує кілька типів комплексних сполук, в основу яких покладені різні принципи.

1) Катіонні комплекси утворені в результаті координації навколо позитивного йона нейтральних молекул (H₂O, NH₃ тощо).

[Zn(NH₃)₄]Cl₂ — хлорид тетраамінцинку(II)

[Co(NH₃)₆]Cl₂ — хлорид гексаамінкобальту(II)(інші мови)

2) Аніонні комплекси – комплекси, в ролі комплексоутворювача яких виступає атом з позитивним ступенем окиснення, а лігандами є прості або складні аніони.

K₂[BeF₄] — тетрафтороберилат(II) калію(інші мови)

Li[AlH₄] — тетрагідридоалюмінат(III) літію

K₃[Fe(CN)₆] — гексаціаноферат(III) калію

3) Нейтральні комплекси утворюються при координації молекул навколо нейтрального атома, а також при одночасній координації навколо позитивного йона — комплексоутворювача негативних йонів і молекул.

[Ni(CO)₄] — тетракарбонілнікель(інші мови)

[Pt(NH₃)₂Cl₂] — дихлородіамінплатина(II)

1) Монодентатні ліганди. Такі ліганди бувають нейтральними (молекули Н₂О, NH₃, CO, NO тощо) і зарядженими (йони CN⁻, F⁻, Cl⁻, OH⁻, SCN⁻ тощо).

2) Бідентатні ліганди. Прикладами служать ліганди: йон гліцину H₂N−CH₂−COO⁻, оксалатний йон ⁻O−CO−CO−O⁻, карбонат-йон СО₃²⁻, сульфат-йон SO₄²⁻, тіосульфат-йон S₂O₃²⁻.

3) Полідентатні ліганді. Наприклад, комплексони — органічні ліганди, що містять в своєму складі кілька груп −С≡N або −COOH (етилендіамінтетраоцтова кислота — ЕДТА). Циклічні комплекси, утворені деякими полідентатними лігандами, відносять до хелатних (гемоглобін та ін.).

1) Амміакати — сполуки, в яких лігандами служать молекули аміаку, наприклад: [Cu(NH₃)₄]SO₄, [Co(NH₃)₆]Cl₃, [Pt(NH₃)₆]Cl₄ та ін.

2) Аквакомплекси — в яких лігандом виступає вода: [Co(H₂O)₆]Cl₂, [Al(H₂O)₆]Cl₃ та ін.

3) Карбоніли — комплексні сполуки, в яких лігандами є молекули оксиду вуглецю (II): [Fe(CO)₅], [Ni(CO)₄].

4) Ацидокомплекси — комплекси, в яких лігандами є кислотні залишки. До них належать комплексні солі: K₂[PtCl₄], комплексні кислоти: H₂[CoCl₄], H₂[SiF₆].

5) Гідроксокомплекси — комплексні сполуки, в яких як ліганди виступають гідроксид-йони: Na₂[Zn(OH)₄], Na₂[Sn(OH)₆] та ін.

Розташування атомів навколо металічного центра (зокрема металів d-блоку) в координаційних частинках. Воно залежить від природи атома металу та його координаційного числа. Певним координаційним числам може відповідати більше одного розташування донорних атомів (менш загальні зазначені в дужках). Координаційному числу 2 відповідає лінійне розташування атомів біля металічного центра, 3 — тригональне планарне (тригональне пірамідальне), 4 — тетраедричне, квадратно планарне, 5 — тригональне біпірамідальне, пірамідальне з квадратом в основі, 6 — октаедричне (тригональне призматичне), 7 — пентагонально біпірамідальне (одновершинно тригонально призматичне, одновершинно октаедричне), 8 — додекаедричне, квадратно антипризматичне, гексагонально пірамідальне (кубічне, двовершинне тригональне призматичне), 9 — тривершиннетригонально призматичне. Така регулярна геометрія незавжди витримується через наявність, наприклад стеричних ефектів.

Найхарактернішими координаційними числами d-елементів є 4 і 6 (наприклад: [Pt(NH₃)₄]Cl₂, К₂[Ni(CN)₄], К₄[Fe(CN)₆], Na₃[Co(NO₂)₆]). Менш характерним є координаційне число 2, яке, як правило, мають d-елементи у ступені окиснення +1, наприклад: [Ag(NH₃)₂]Cl, Na[Au(CN)₂]. Координаційні числа вищі за 6 є мало характерними і зустрічаються лише для деяких d-елементів другого і третього рядів (MI₃[ZrF₇], MI₄[ZrF₈]). Величина координаційного числа визначається електронною будовою, а також розмірами комплексоутворювача і лігандів.

Серед монодентантних лігандів найбільш стабільні комплекси з d-елементами утворюють ціанід-йон, аміак, галогенід-йони і деякі інші. Утворення ціанідних комплексів є характерним для елементів підгрупи міді, підгрупи цинку і d-елементів VIII групи. Вказані вище елементи (за винятком заліза) утворюють також досить стабільні аміачні комплекси. Всі d-елементи утворюють більш-менш стабільні галогенідні комплекси.

Найменш характерним комплексоутворення є для елементів підгрупи скандію і титану. Для даних елементів характерним є утворення фторидних комплексів складу MI₃[ЭIIIF₆] і MI₄[ЭIVF₆].

Також для визначення стабільності металорганічних комплексів користуються емпіричним правилом 18 електронів: стабільним буде той комплекс, на зовнішній валентній орбіталі якого є 18, як його власних електронів, так і електронів лігандів.

Багатоядерний комплекс (англ. polynuclear complex) — комплексна сполука, що має два або більше центральних атомів, ліганди яких утворюють координаційні сфери, що сполучаються за рахунок місткових атомів чи груп. Центральні атоми металів можуть також сполучатись між собою, в цьому випадку порядок зв'язків між n атомами металів розраховується за правилом (n×18 — Q_e)/2, де Q_e — загальна кількість електронів у комплексі.

• Комплексометрія
• Правило 18 електронів
• Транс-ефект
• Координаційна сфера
• Геометрія координаційних сполук

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

• КОМПЛЕКСНІ СПОЛУКИ [Архівовано 23 Березня 2016 у Wayback Machine.] //Фармацевтична енциклопедія

Це незавершена стаття з хімії. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.