По количеству мест, занимаемых лигандом в координационной сфере

Структура, классификация, номенклатура комплексных соединений

Как известно, металлы имеют свойство терять электроны и, тем самым, образовывать катионы. Положительно заряженные ионы металлов могут находиться в окружении анионов или нейтральных молекул, образуя частицы, называемые комплексными и способные к самостоятельному существованию в кристалле или растворе. А соединения, содержащие в узлах своих кристаллов комплексные частицы, называются комплексными соединениями.

Структура комплексных соединений

1. Большинство комплексных соединений имеют внутреннюю и внешнюю сферы. Записывая химические формулы комплексных соединений, внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки. Например, в комплексных соединениях К[Al(OH)₄] и [Ca(NH₃)₈]Cl₂, внутренней сферой являются группы атомов (комплексы) — [Al(OH)₄]^— и [Ca(NH₃)₈]²⁺, а внешней сферой — ионы К⁺ и Сl^– соответственно.
2. Центральный атом или ион внутренней сферы называют комплексообразователем. Обычно, в качестве комплексообразователей выступают атомы или ионы металлов с достаточным количеством свободных орбиталей – это p-, d-, f- элементы: Cu²⁺, Pt²⁺, Pt⁴⁺, Ag⁺, Zn²⁺, Al³⁺и др. Но это может быть и атомы элементов, образующих неметаллы. Заряд комплексообразователя обычно положительный, но также может быть отрицательным или равным нулю и равен сумме зарядов всех остальных ионов. В приведенных выше примерах комплексообразователями являются ионы Al³⁺и Ca²⁺.
3. Комплексообразователь окружен и связан сигма-связью с ионами противоположного знака или нейтральными молекулами, так называемыми лигандами. В качестве лигандов в комплексных соединениях могут выступать такие анионы, как F^– , OH^–, CN^–, CNS^–, NO₂^–, CO₃^2–, C₂O₄^2–и др., или нейтральные молекулы Н₂О, NН₃, СО, NО и др. В наших примерах это – ионы OH^— и молекулы NH₃. Количество лигандов в различных комплексных соединениях лежит в пределах от 2 до 12. А само число лигандов (число сигма-связей) называется координационным числом (к.ч.) комплексообразователя. В рассматриваемых примерах к.ч. равно 4 и 8.
4. Заряд комплекса (внутренней сферы) определяется как сумма зарядов комплексообразователя и лигандов.
5. Внешнюю сферу образуют ионы, связанные с комплексом ионной или межмолекулярной связью и имеющие заряд, знак которого противоположен знаку заряда комплексообразователя. Числовое значение заряда внешней сферы совпадает с числовым значением заряда внутренней сферы. В формуле комплексного соединения записываются они за квадратными скобками. Внешняя сфера может и вовсе отсутствовать, в случае, если внутренняя сфера нейтральна. В приведенных примерах, внешнюю сферу образуют 1 ион K⁺ и 2 иона Cl^— соответственно.

Классификация комплексных соединений

Основываясь на различных принципах, комплексные соединения можно классифицировать различными способами:

По электрическому заряду: катионные, анионные и нейтральные комплексы

• Катионные комплексы имеют положительный заряд и образуются если вокруг положительного иона координированы нейтральные молекулы. Например, [Al(H₂O)₆]Cl₃, [Ca(NH₃)₈]Cl₂
• Анионные комплекс ы имеют отрицательный заряд и образуются, если вокруг положительного иона координированы атомы с отрицательной степенью окисления. Например, К[Al(OH)₄], K₂[BF₄]
• Нейтральные комплексы имеют заряд равный нулю и не имеют внешней сферы. Они могут образоваться при координации вокруг атома молекул, а также при одновременной координации вокруг центрального положительно заряженного иона отрицательных ионов и молекул.

По количеству комплексообразователей

• Одноядерные – комплекс содержит один центральный атом, например, K₂[Be(SO₄)₂]
• Многоядерны е — комплекс содержит два и более центральных атомов, например, [CrFe(NH₃)₆(CN)₆]

По типу лиганда

• Гидраты – содержат акво-комплексы, т.е. в качестве лигандов выступают молекулы воды. Например, [Cr(H₂O)₆]Br₃, [Co(H₂O)₆]Br₂
• Аммиакаты – содержат аммин-комплексы, в которых в качестве лигандов выступают молекулы аммиака (NН_3­). Например, [Zn(NH₃)₄]Cl₂, [Ag(NH₃)₂]Cl
• Карбонилы – в таких комплексных соединениях, в качестве лигандов выступают молекулы монооксида углерода. Например, [Ni(CO)₄],.
• Ацидокомплексы – комплексные соединения, содержащие в качестве лигандов кислотные остатки как кислородсодержащих, так и бескислородных кислот (F^–, Cl^–, Br^–, I^–, CN^–, NO₂^–, SO₄^2–, PO₄^3–и др., а также ОН^–). Например, K₄[Ni(CN)₆], Na₂[FeCl₄]
• Гидроксокомплексы — комплексные соединения, в которых в качестве лигандов выступают гидроксид-ионы: K₂[Zn(OH)₄], Cs₂[Sn(OH)₆]

Комплексные соединения могут содержать лиганды, относящиеся к различным классам приведенной классификации. Например: К[Pt(H₂O)­₃Br₃], [Cr(NH₃)₄Br₂]Br

По химическим свойствам: кислоты, основания, соли, неэлектролиты:

По количеству мест, занимаемых лигандом в координационной сфере

В координационной сфере лиганды могут занимать одно или несколько мест, т.е. образовывать с центральным атомом одну или несколько связей. По этому признаку различают:

• Монодентатные лиганды – это такие лиганды как молекулы Н₂О, NH₃, CO, NO и др. и ноны CN⁻, F⁻, Cl⁻, OH⁻, SCN⁻, и др.
• Бидентатные лиганды. К такому типу лигандов относятся ионы H₂N—CH₂—COO⁻, СО₃²⁻, SO₄²⁻, S₂O₃²⁻, молекула этилендиамина H₂N—CH₂—CH₂—H₂N (сокращенно en).
• Полидентатные лиганды. Это, например, органические лиганды, содержащие несколько групп — CN или -COOH (ЭДТА). Некоторые полидентантные лиганды способны образовать циклические комплексы, называемые хелатными (например, гемоглобин, хлорофилл и др.)

Номенклатура комплексных соединений

Чтобы записать формулу комплексного соединения, необходимо помнить, что, как и любое ионное соединение, вначале записывается формула катиона, а после – формула аниона. При этом, формулу комплекса записывают в квадратных скобках, где вначале записывают комплексообразователь, затем лиганды.

А вот несколько правил, следуя которым составить название комплексного соединения не составит никакого труда:

1. В названиях комплексных соединений, как и ионных солей, первым указывают анион, а затем – катион.
2. В названии комплекса сначала указывают лиганды, а после – комплексообразователь. Лиганды перечисляют в алфавитном порядке.
3. Нейтральные лиганды называются также, как молекулы, к анионным лигандам прибавляют окончание –о. В таблице ниже даны названия наиболее распространенных лигандов

4. Если количество лигандов больше единицы, то их число указывают греческими приставками: