• Комплексные соединения

Определения и обозначения

Комплексное соединение — вещество, содержащее комплексную частицу, в которой несколько частиц объединены вокруг центрального атома или иона. Например, в [Cu(NH₃)₄]SO₄ такой частицей служит [Cu(NH₃)₄]²⁺. Это понятие помогает увидеть в формуле не просто набор атомов, а связанные между собой частицы.

Комплексный ион — заряженная комплексная частица, например [Cu(NH₃)₄]²⁺. Если общая сумма зарядов составляющих частиц равна нулю, комплексная частица нейтральна и не является ионом. Различие нужно учитывать, когда определяют заряд соединения и записывают его диссоциацию.

Комплексообразователь — центральный атом или ион, к которому присоединены лиганды. Обычно эту роль выполняет атом или ион металла, например Cu²⁺ в [Cu(NH₃)₄]²⁺. Его определение позволяет найти центр комплекса и понять, какие частицы связаны с ним.

Лиганды — частицы, связанные с комплексообразователем внутри комплексной частицы. Ими могут быть молекулы H₂O и NH₃ или ионы Cl⁻ и CN⁻. Распознавание лигандов важно для подсчёта заряда комплекса и координационного числа.

Как это устроено

Комплексообразователь и лиганды вместе образуют внутреннюю сферу, которую записывают в квадратных скобках. В формуле [Cu(NH₃)₄]SO₄ внутри скобок находятся Cu²⁺ и четыре молекулы NH₃, а за ними — SO₄²⁻. Скобки нужны, чтобы отделить связанную комплексную частицу от ионов, которые лишь уравновешивают её заряд.

Заряд комплексной частицы находят сложением зарядов комплексообразователя и всех лигандов. При подсчёте учитывают, сколько частиц каждого вида входит в формулу: например, шесть CN⁻ дают общий заряд −6. Для нейтральной NH₃ заряд равен нулю, поэтому четыре такие молекулы не изменяют заряд Cu²⁺ в [Cu(NH₃)₄]²⁺.

Координационное число показывает число связей комплексообразователя с лигандами. В простых примерах его можно найти, посчитав присоединённые частицы: у Cu²⁺ в [Cu(NH₃)₄]²⁺ их четыре. Это число не получают сложением зарядов, потому что оно описывает строение, а не электрический заряд.

При растворении комплексного соединения внешнесферные ионы обычно отделяются, но внутренняя сфера сохраняется как комплексная частица. Например, соль [Cu(NH₃)₄]SO₄ даёт в растворе ион [Cu(NH₃)₄]²⁺ и SO₄²⁻. Такое поведение объясняется тем, что связь между комплексообразователем и лигандами не разрывается при обычном отделении ионов внешней сферы.

Образование комплекса способно менять свойства раствора, потому что оно меняет окружение и состояние частиц металла. В результате раствор может приобрести характерную окраску, а растворимость вещества — измениться. Такие эффекты используют, например, в качественных реакциях и химическом анализе для распознавания веществ и ионов.

Строение комплексного соединения

Сначала найдите квадратные скобки: они показывают границы внутренней сферы. Затем внутри неё определите центральную частицу и лиганды, а за скобками — внешнесферные ионы. Координационное число находят подсчётом присоединённых лигандов, а не по заряду внешней сферы.

Разбор задач

Задача 1. В формуле [Ag(NH₃)₂]Cl укажите комплексный ион, комплексообразователь, лиганды и внешнюю сферу.

1. Всё внутри квадратных скобок составляет внутреннюю сферу, поэтому комплексный ион — [Ag(NH₃)₂]⁺. Его заряд +1 следует из электронейтральности вещества: заряд Cl⁻ равен −1.
2. В центре комплекса находится Ag⁺, это комплексообразователь. Две молекулы NH₃ внутри скобок — лиганды, а Cl⁻ за скобками относится к внешней сфере.

Ответ: комплексный ион — [Ag(NH₃)₂]⁺; комплексообразователь — Ag⁺; лиганды — NH₃; внешняя сфера — Cl⁻.

Задача 2. Определите заряд комплексного иона [Fe(CN)₆]⁴⁻, если степень окисления железа равна +2. Найдите координационное число.

1. У железа заряд +2, а каждый из шести лигандов CN⁻ имеет заряд −1. Поэтому сумма зарядов равна +2 + 6 · (−1) = −4, что и есть заряд комплексного иона.
2. Для координационного числа нужно посчитать лиганды, связанные с железом. В скобках записаны шесть CN⁻, значит, в этом простом примере координационное число равно 6.

Ответ: заряд комплексного иона — 4−; координационное число — 6.

Задача 3. Составьте формулу соединения с катионом [Cu(NH₃)₄]²⁺ и анионами Cl⁻, затем запишите диссоциацию на внешнесферные ионы.

1. Катион имеет заряд +2, а каждый хлорид-ион — заряд −1. Для электронейтральности нужны два Cl⁻, поэтому формула соединения — [Cu(NH₃)₄]Cl₂.
2. При диссоциации отделяются два внешнесферных иона Cl⁻. Комплексная частица сохраняется, поэтому её не нужно разбивать на Cu²⁺ и NH₃.

Ответ: [Cu(NH₃)₄]Cl₂ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2Cl⁻.

Типичные ошибки

Иногда все частицы формулы принимают за лиганды. Так бывает, если не обращать внимания на квадратные скобки, но лигандом является только частица внутри них, связанная с комплексообразователем. Проверьте себя: частица за скобками относится к внешней сфере, как SO₄²⁻ в [Cu(NH₃)₄]SO₄.

Заряд комплексного иона путают с зарядом всего соединения, потому что формула соли часто нейтральна. Но нейтральное соединение может состоять из заряженных комплексного иона и внешнесферных ионов. Для проверки сложите заряды всех частиц в формуле и убедитесь, что общий заряд равен нулю.

Координационное число ошибочно пытаются найти по сумме зарядов. Это происходит из-за того, что заряд тоже вычисляют по формуле комплекса, но эти величины отвечают на разные вопросы. Проверьте себя: координационное число получают подсчётом присоединённых частиц, а не сложением их зарядов.

При записи диссоциации иногда разрывают связи внутри комплексной частицы. Такая ошибка возникает, если считать её обычной группой отдельных ионов, хотя внутреннюю сферу обычно сохраняют целой. Сначала отделите только то, что находится за квадратными скобками, и проверьте баланс зарядов в уравнении.

Связь с другими темами

Для работы с комплексными соединениями нужно уметь определять заряды ионов, степени окисления и составлять электронейтральные формулы. Эти навыки помогают находить заряд комплексного иона и число внешнесферных частиц. Тема также связана с химической связью и ионными уравнениями: нужно различать связи внутри комплекса и отделение ионов в растворе.

Знания о комплексах пригодятся при изучении свойств переходных металлов, качественных реакций и химического анализа. Комплексообразование может менять окраску раствора или растворимость вещества, и эти изменения помогают распознавать частицы. Поэтому строение комплекса связывает формулы веществ с наблюдаемыми свойствами.

Что запомнить

• Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу.
• Внутреннюю сферу комплексного соединения записывают в квадратных скобках.
• Ионы за скобками составляют внешнюю сферу.
• Заряд комплексной частицы равен сумме зарядов комплексообразователя и всех лигандов.
• Координационное число показывает число связей комплексообразователя с лигандами.
• При диссоциации внешнесферные ионы обычно отделяются от комплексной частицы.