Классификация комплексных соединений.
- по природе или виду лигандов:
1.Аммиакаты (NH3)
2.Аква-комплексы (H2O)
Ацидо – остатки кислот
4.Хелаты - также внутрикомплексные или циклические комплексные соединения — клешневидные комплексные соединения, образуются при взаимодействии ионов металлов с полидентатными (то есть имеющими несколько донорных центров) лигандами.
5.Двойные соли – это кристаллические комплексные соединения, образованные из простых солей и имеющие малоустойчивую внутреннюю сферу. Часто формулу двойной соли обозначают перечислением формул простых солей, разделяя их точкой. Например, соль К2[CuCl4] представляют формулой CuCl2•2KCl. Такая формула не означает смеси двух солей! Двойные соли образуют отдельную область среди комплексных соединений (квасцы - двойными солями сульфатов калия, натрия, алюминия, железа, хрома и аммония).
6.Полиядерные (несколько центральных атомов) – кластеры (связь Ме-Ме).
{Mn2(CO)10} -> (CO)5Mn-Mn(CO)5
7.Гидроксокомплексы (гидраты) (ОН-)
8.Смешанные комплексы – Co{(NH3)5Cl}Cl
9.Карбонилы (СО)
-по заряду внутренней сферы:
1.полоительно заряженные комплексы {CoCl2H2O(NH3)3}+
2.Отрицательно заряженные комплексы {PtCl4(OH)2}-
3.Нейтрально заряженные комплексы {Co(NO2)3(NH3)3}0
Номенклатура комплексных соединений:
1.Сначала называют анион, потом катион.
2.если комплекс заряжен нейтрально, то комплексообразователь называют по-русски в И.п.
3.если комплекс заряжен положительно, то комплексообразователь называют по-русски в Р.п., с указанием степени окисления комплексообразователя в круглых скобках римскими цифрами.
4.Если комплекс заряжен отрицательно, то комплексообразователь называют по-латыни в Р.п. с добавлением окончания –ат, с указанием степени окисления КО в круглых скобках римскими цифрами.
5.В названии координационной сферы перечисляют все её составные части (с права на лево); сначала называют кол-во лигандов, сами лиганды и КО.
6.Если комплексная соль содержит разные лиганды в своём составе, то сначала называют (с права на лево) отриц., нейтральные, потом положительно заряженные лиганды. Количество лигандов перечисляется с использованием греческих приставок.
K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(II) калия;
[Zn(NH3)4Cl2] – дихлоротетраамминцинк;
[Cu(NH3)4]Cl2 – хлорид тетраамминмеди(II).
Химия элементов.
(Электронное строение атома элемента, валентные возможности, положение в таблице элементов. Простые вещества, их физические и химические свойства. Важнейшие соединения, их свойства.)
Водород.
Первый элемент периодической системы – водород. Электронная конфигурация 1s1. Существует в виде трёх изотопов: 1H — протий (Н), 2H — дейтерий (D) и 3H — тритий (радиоактивен) (T). Возможные степени окисления (СО): -1, 0, +1. Он имеет в большинстве соединений степень окисления +1, но это единственное, что он имеет общего с щелочными металлами, образующими IA группу. В соединениях с щелочными и щелочно-земельными металлами степень окисления водорода равна -1, но это, пожалуй, тоже единственное свойство, которое сближает его с галогенами. Особые свойства водорода связаны с тем, что при ионизации атома водорода образуется элементарная частица - протон.
Простое вещество представлено двухатомной молекулой Н2 (атомы соединены ковалентной неполярной связью), устойчивой во всех агрегатных состояниях водорода. Молекулы водорода удерживаются в твердом и жидком состояниях только за счет слабых дисперсионных взаимодействий, поэтому водород имеет очень низкие температуры плавления и кипения. Простое вещество водород бесцветный газ, гораздо легче воздуха. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Малорастворим как в полярных, так и в неполярных растворителях. Водород растворяется в некоторых металлах. Палладий и ванадий поглощают водород при комнатной температуре. Остальные металлы поглощают водород при нагревании.
Молекулы водорода Н2 довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия. Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, образуя гидриды:
2Na + H2 → 2NaH Ca + H2 → CaH2 Mg + H2 → MgH2
С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении:
О2 + 2Н2 = 2Н2О N2 + 3H2 → 2NH3 (t, p., кат.)
Взаимодействие с серой - обратимый процесс; при температуре около 200 0С (водород пропускается в расплавленную серу) образуется преимущественно сероводород, при более высокой температуре идет заметное разложение сероводорода:
С галогенами образует галогеноводороды:
F2 + H2 → 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре,
Cl2 + H2 → 2HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.
С сажей взаимодействует при сильном нагревании: C + 2H2 → CH4
Оксиды восстанавливаются до металлов:
CuO + H2 → Cu + H2O Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O WO3 + 3H2 → W + 3H2O
Восстанавливает металлы из растворов солей:
2AgNO3 + H2 -> 2Ag + 2HNO3
Водород образует множество соединений, химия которых обычно рассматривается в разделах, посвященных элементам, образующим эти соединения. Одним из важнейших соединений водорода является вода H2O.
Молекула имеет угловое строение с валентным углов в 104,50. Атомы в молекуле связаны ковалентными полярными связями. Молекула в целом полярна – диполь. Вода – жидкость без цвета, вкуса и запаха. В природе встречается в 3х агрегатным состояниях. У воды очень высокая теплоёмкость. Вода – универсальный растворитель.
Взаимодействие с активными Ме:
Взаимодействие а менее активными Ме при нагревании:
Вода – амфотерный, очень слабый электролит, поэтому она не проявляет выраженных кислотных или основных свойств, но оказывает сильное ионизирующее действие на растворённые в ней электролиты. Н2О <-> H+ + OH-
Гидратация основных и кислотных оксидов:
Гидратация органических соединений: Вода присоединяется к непредельным углеводородам по месту разрыва кратной связи. Для несимметричных молекул этот процесс подчиняется правилу Марковникова.
Гидролиз солей:
Гидролиз карбидов, нитрилов, гидридов:
Пероксид водорода.
Пероксид водорода, H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Поскольку атомы кислорода имеют неподелённые электронные пары, молекула H2O2 также способна образовывать донорно-акцепторные связи.
Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H2O2 — неустойчивое соединение, легко разлагается: 2H2O2 → 2H2O + O2
Однако очень чистый пероксид водорода устойчив.
При действии концентрированного раствора Н2O2 на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода (Li2O2, MgO2 и др.):
Н2O2 + 2NaOH → Na2O2 + 2H2O
H2O2 + Ba(OH)2 → BaO2↓ + 2H2O
Пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, при взаимодействии с оксидом серебра он является восстановителем:
В реакции с нитритом калия соединение служит окислителем:
Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также кислород при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.
При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например: Н2О2 + 2KI + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O
Реакцию KMnO4 с Н2O2 используют в химическом анализе для определения содержания Н2O2:
5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
Кислород.
Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Электронная конфигурация: [He] 2s2 2p4. Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета. Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода в форме равнобедренного треугольника (формула O3). Кислород способен образовывать две ковалентные связи с атомами других элементов. Наличие неподелённых пар электронов позволяет образовывать связи по донорно-акцептороному механизму.
Химические свойства кислорода и озона.
Взаимодействие с Ме:
С щелочными Ме (кроме Li) образует пероксиды и надпероксиды:
Непосредственно не реагирует с серебром, золотом, платиной.
С мение активными Ме образует оксиды:
Взаимодействие с неМе:
Экзотермические реакции сопровождаются выделением тепла и света. Это реакции горения:
Взаимодействие со сложными веществами:
Сгорают практически все органические в-ва –
При реакции с водородными соединениями неМе продукты реакции зависят от условий проведения реакции:
Под действием кислорода низшие оксиды и гидроксиды переходят в соответствующие соединения с более высокой степенью окисления:
Озон более сильный окислитель, чем кислород.
Качественная реакция для обнаружения озона:
Признак реакции- в раствор добавляют крахмал, который даёт комплексное соединение синего цвета.
Сера.
СЕРА (лат. Sulfur), S, химический элемент с атомным номером 16. Сера расположена в VIA группе периодической системы Д. И. Менделеева, в 3-м периоде, и принадлежит к числу халькогенов. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s23p4. Наиболее характерны степени окисления в соединениях –2, +4, +6 (валентности соответственно II, IV и VI). Сера относится к числу неметаллов. В свободном виде сера представляет собой желтые хрупкие кристаллы или желтый порошок.
Сера имеет способность образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны циклические молекулы S8, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество жёлтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S4, S6) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую). Формулу серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами. В воде сера нерастворима, некоторые её модификации растворяются в органических растворителях, например сероуглероде, скипидаре.
Галогены.
Химические элементы главной подгруппы VII группы таблицы Менделеева. Реагируют почти со всеми простыми веществами, кроме некоторых неметаллов. Все галогены — энергичные окислители, поэтому встречаются в природе только в виде соединений. Высшая валентностьVII. С увеличением порядкового номера химическая активность галогенов уменьшается, химическая активность галогенид-ионов F−, Cl−, Br−, I− уменьшается. К галогенам относятся фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At.
Фтор — зеленовато-жёлтый газ, очень ядовит и реакционноспособен, попытка получить в свободном виде в больших количествах чревата последствиями.
Хлор — зеленоватый газ. Тяжёлый, также очень ядовитый, имеет характерный неприятный запах (запах хлорки).
Бром — красно-бурая жидкость. Ядовита. Поражает обонятельный нерв. Очень летуч, поэтому содержится в запаянных ампулах.
Иод — фиолетово-чёрные кристаллы. Очень легко возгоняется (пары фиолетового цвета). Ядовит.
Астат — сине-чёрные кристаллы. Очень радиоактивен, поэтому о нём сравнительно мало известно.
7 группа А. Неметаллы. На внешнем энергетическом уровне 7 электронов, являются сильными окислителями. Могут быть и восстановителями (кроме F) при взаимодействии с более электроотрицательными элементами.
Азот.
Азот — элемент главной подгруппы пятой группы второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 7. Обозначается символом N (лат. Nitrogenium). Простое вещество азот — достаточно инертный при нормальных условиях двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха (формула N2). Азот в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N2, с тройной связью между молекулами азота N≡N. Степени окисления азота в соединениях −3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5. Валентные возможности – III и IV.
Фосфор.
ФОСФОР (лат. Phosphorus) P, хим. элемент V гр. периодической системы; ат. номер 15, Конфигурация внеш. электронной оболочки атома 3s23p3; степени окисления -3, +3 и +5. Является окислителем, но может быть и восстановителем. Высшая валентность V. Известно св. 10 модификаций фосфора, из них важнейшие - белый, красный и черный фосфор. Красный фосфор: твёрдое вещество, без запаха, не ядовитое, устойчивое. Белый фосфор: имеет чесночный запах, летуч, в темноте светится, ядовит. Чёрный фосфор: имеет запах, похож на графит, устойчив. Все модификации не растворяются в воде и органических растворителях.
Углерод (неорганические соединения).
Углерод (химический символ — C) — химический элемент 4-ой группы главной подгруппы 2-го периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6. Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.
Алмаз: очень твёрдое прозрачное кристаллическое вещество. Атомная кристаллическая решётка тетраэдрического строения. Атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации, все связи С-С равны.
Графит: мягкое темно-серое вещество с металлическим блеском. Атомная кристаллическая решётка имеет слоистое строение. Высокая электро- и теплопроводность. Слои графита слабо связаны между собой за счёт межмолекулярных сил и легко отделяются друг от друга.
При обычное температуре углерод проявляет малую химическую активность, которая увеличивается при нагревании. Для углерода характерна ОВ двойственность, но за счёт невысокой электроотрицательности окислительные свойства выражены значительно слабее.
Щелочные металлы их физ.и хим.Свойства,важнейшие соеденения натрия и калия
Литий, натрий, калий, рубидий в свободном состоянии серебристо-белые металлы, цезий имеет золотисто-желтый цвет. Все металлы очень мягкие и пластичные. Наибольшей твердостью обладает литий, остальные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.
В кристаллическом состоянии все они имеют объемоцентрированную кристаллическую решетку с металлическим типом химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность.
Все щелочные металлы имеют небольшую плотность, самый легкий металл – литий, его плотность составляет всего 0,53 г/см3.
Металлы имеют достаточно низкие температуры плавления и кипения, причем с увеличением порядкового номера элемента температура плавления металла понижается.
Все металлы очень активны, поэтому их хранят в запаянных ампулах, под слоем вазелинового масла или керосина.
Некоторые физические свойства щелочных металлов приведены в таблице.
Химические свойства.
Все щелочные металлы - очень сильные восстановители, в соединениях проявляют единственную степень окисления +1. Восстановительная способность увеличивается в ряду ––Li–Na–K–Rb–Cs.
Все соединения щелочных металлов имеют ионный характер.
Практически все соли растворимы в воде.
1. Активно взаимодействуют с водой:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
2Li + 2H2O = 2LiOH + H2
2. Реакция с кислотами:
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
3. Реакция с кислородом:
4Li + O2 = 2Li2O(оксид лития)
2Na + O2 = Na2O2(пероксид натрия)
K + O2 = KO2(надпероксид калия)
На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.).
4. В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения:
2Li + Cl2 = 2LiCl(галогениды)
2Na + S = Na2S(сульфиды)
2Na + H2 = 2NaH(гидриды)
6Li + N2 = 2Li3N(нитриды)
2Li + 2C = 2Li2C2(карбиды)
5. Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета:
Li+ – карминово-красный
Na+ – желтый
K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый
Важнейшие соединения калия: оксид К2О, пероксид К2О2, супероксид К2О4, гидроксид КОН, иодид KI, карбонат K2CO3 и хлорид KCl.
Оксид калия К2О, как правило, получают косвенным путем за счет реакции пероксида и металлического калия:
2K + K2O2 = 2K2O
Этот оксид проявляет ярко выраженные основные свойства, легко реагирует с водой с образованием гидроксида калия КОН:
K2O + H2O = 2KOH
Гидроксид калия, или едкое кали, хорошо растворим в воде (до 49,10% массе при 20°C). Образующийся раствор — очень сильное основание, относящееся к щелочам. КОН реагирует с кислотными и амфотерными оксидами:
SO2 + 2KOH = K2SO3 + H2O,
Al2O3 + 2KOH + 3H2O = 2K[Al(OH)4] (так реакция протекает в растворе) и
Al2O3 + 2KOH = 2KAlO2 + H2O (так реакция протекает при сплавлении реагентов).
В промышленности гидроксид калия KOH получают электролизом водных растворов KCl или K2CO3 с применением ионообменных мембран и диафрагм:
2KCl + 2H2O = 2KOH + Cl2+ H2,
или за счет обменных реакций растворов K2CO3 или K2SO4 с Ca(OH)2 или Ba(OH)2:
K2CO3 + Ba(OH)2 = 2KOH + BaCO3
Попадание твердого гидроксида калия или капель его растворов на кожу и в глаза вызывает тяжелые ожоги кожи и слизистых оболочек, поэтому работать с этими едкими веществами следует только в защитных очках и перчатках. Водные растворы гидроксида калия при хранении разрушают стекло, расплавы — фарфор.
Карбонат калия K2CO3 (обиходное название поташ) получают при нейтрализации раствора гидроксида калия углекислым газом:
2KOH + CO2 = K2CO3 + Н2О.
В значительных количествах поташ содержится в золе некоторых растений.
Важнейшие соединения натрия.
Оксид натрия Na2O. Белые кубические кристаллы (после нагревания желтые). Проявляет сильные основные свойства. Легко реагирует при обычной температуре с водой, газообразными СО2 и NH3. При нагревании реагирует также с фтором, хлором, иодом и серой. Получают нагреванием металлического натрия с нитратом, нитритом, пероксидом или гидроксидом натрия, нагреванием перексида натрия с серебром или углем, нагреванием азида натрия до 300-350оС с нитратом или нитритом натрия или путем нагревания хлорида натрия с оксидом бария. Применяют для получения Na2O2.
Пероксид натрия Na2O2. Микрокристаллический светло-желтый порошок с плотностью 2,8 г/см3 [2]. tпл=596оС. Имеет ионное строение (Na+)2(О2-2). Реагирует с холодной водой, при нагревании до 400оС разлагается. По отношению к иоду, углероду, древесине, хлопку и т.п. является сильным окислителем. Получают, пропуская воздух или кислород над нагретым до 180ометаллическим натрием, а также нагреванием натрия в смеси нитрата и гидроксида натрия. Используется в системах жизнеобеспечения подводных лодок и скафандров – для получения кислорода и одновременного поглощения СО2. Водный раствор применяют как отбеливатель тканей, бумаги.
Надпероксид натрия NaO2. Оранжево-желтый. Плотность равна 2,21 г/см3 [2]. Имеет ионное строение (Na+)(О2-2). Сильный окислитель. При нагревании разлагается без плавления. Реагирует с водой, кислотами, моно- и диоксидом углерода.
Гидроксид натрия NaOH. Белое непрозрачное, очень гигроскопичное вещество (плотность 2,13 г/см3 [2], tпл=321оС, tкип=1390оС). Сильное основание, полностью диссоциирует в растворе или в расплаве. NaOH возгоняется без разложения, разъедает ткани, кожу, бумагу и другие органические вещества, легко растворяется в воде и спиртах. Известен целый ряд кристаллогидратов гидроксида натрия, как, например, NaOH.Н2О, NaOH.3Н2О, NaOH.7Н2О и т.п. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 248,4 Cм.см2/моль [4]. Получают, действуя на металлический натрий или оксиды натрия водой, гидроксидом кальция на карбонат натрия, а также электролизом водных растворов хлорида натрия. Применяют для получения целлюлозы из древесины, для мерсеризации хлопка, изготовления мыла, бумаги и искусственного шелка, очистки растительных масел и продуктов возгонки нефти, приготовления красителей и некоторых фармацевтических препаратов, для осушения газов (таких, как кислород и водород), получения электролитическим путем водорода и кислорода и как лабораторный химический реактив.
Фторид натрия NaF. Бесцветные кристаллы. Кристаллическая решетка NaCl. tпл=997°С, tкип=1785°С, плотность равна 2,8 г/см3 [2]. Диамагнитное вещество. Мало растворим в воде и спирте. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25oС равна 105,5 Cм.см2/моль [4]. Получают непосредственным взаимодействием натрия и фтора, гидроксида или карбоната натрия с плавиковой кислотой. Используют для получения искусственного криолита, в качестве флюса в металлургии, как пропитку для древесины, а также в процессах брожения.
Хлорид натрия (каменная соль, поваренная соль) NaCl. Бесцветные кристаллы. Кристаллическая решетка NaCl. tпл=801°С, tкип=1465°С, плотность равна 2,17 г/см3 [2]. В чистом состоянии негигроскопичен, хорошо растворяется в воде (в 100 г воды при 20°С растворяется 35,85 г NaCl. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 126,45 Cм.см2/моль [4]. В промышленности получают из природных минералов, например галита. В лаборатории можно получить непосредственным взаимодействием натрия с хлором, а также взаимодействием гидроксида или карбоната натрия с хлороводородной кислотой. Применяют для получения хлора, водорода, натрия, соляной кислоты; в мыловаренной, красильной промышленности; в медицине (физиологический раствор); в домашнем обиходе.
Общие свойства металлов