Комплексные соединения представляют собой особый класс химических
веществ, в которых центральный атом или ион, называемый
комплексообразователем, соединён с группой нейтральных
молекул или ионов, называемых лигандом. Связь в таких
соединениях имеет смешанный характер: она сочетает свойства
координационной (донорно-акцепторной) и ковалентной связи. Центральный
атом обычно является ионом переходного металла, обладающим вакантными
орбиталями, способными принимать электронные пары от доноров.
Центральный атом и его роль
Центральный атом определяет структуру, устойчивость и химические
свойства комплекса. Чаще всего он представлен катионами переходных
элементов (Fe²⁺, Co³⁺, Ni²⁺, Pt⁴⁺ и др.), реже — элементами p-блока или
лантаноидами и актинидами. Основные функции центрального атома:
- обеспечение акцепторного центра для электронных пар лигандов;
- формирование координационной сферы;
- влияние на пространственную геометрию комплекса;
- участие в окислительно-восстановительных процессах.
Лиганды и их классификация
Лиганды — это атомы, ионы или молекулы,
присоединяющиеся к центральному атому за счёт донорно-акцепторного
взаимодействия. Основные типы лигандов:
- Монодентатные — связываются с центральным атомом
одним донорным атомом (например, H₂O, NH₃, Cl⁻, CN⁻).
- Полидентатные — содержат несколько донорных атомов
и способны образовывать хелатные структуры (например, этилендиамин,
оксалат-ион).
- Амбидентатные — могут координироваться через разные
атомы в зависимости от условий (например, NO₂⁻ — через атом N или
O).
По заряду лиганды делятся на нейтральные, анионные и катионные.
Нейтральные лиганды чаще всего являются молекулами с неподелёнными
парами электронов (H₂O, CO, NH₃).
Координационное число
Координационное число (КЧ) — это количество связей,
образуемых центральным атомом с лигандами. Оно определяется размером
центрального иона, зарядом и природой лигандов. Наиболее часто
встречающиеся значения КЧ:
- 2 (линейные комплексы, например [Ag(NH₃)₂]⁺);
- 4 (тетраэдрическая или квадратная плоская координация, например
[NiCl₄]²⁻, [Pt(NH₃)₂Cl₂]);
- 6 (октаэдрическая координация, например [Fe(CN)₆]³⁻,
[Co(NH₃)₆]³⁺).
Внутренняя и внешняя сферы
комплекса
Комплексные соединения принято разделять на внутреннюю
(координационную) сферу и внешнюю сферу.
- Внутренняя сфера включает центральный атом и связанные с ним
лиганды. Она обычно заключена в квадратные скобки при записи
формулы.
- Внешняя сфера содержит ионы, компенсирующие заряд комплекса. Они
могут находиться в растворе и участвовать в реакциях ионного
обмена.
Пример: [Co(NH₃)₆]Cl₃. Внутренняя сфера — [Co(NH₃)₆]³⁺, внешняя сфера
— три хлорид-иона.
Классификация комплексных
соединений
Комплексы можно разделить по различным признакам:
- По характеру центрального атома: комплексы
переходных металлов, p-элементов, лантаноидов, актиноидов.
- По заряду координационной сферы: катионные
([Cu(NH₃)₄]²⁺), анионные ([Fe(CN)₆]³⁻), нейтральные ([Ni(CO)₄]).
- По типу лигандов: гомолигандные (один вид лиганда)
и гетеролигандные (разные лиганды).
- По устойчивости: прочные (например, хелатные
комплексы) и слабые.
Особенности номенклатуры
Названия комплексных соединений строятся по строгим правилам. Сначала
указываются лиганды (в алфавитном порядке), затем — название
центрального атома с указанием его степени окисления в римских цифрах.
Лиганды, как правило, записываются с использованием специальных
суффиксов и приставок:
- нейтральные молекулы сохраняют обычные названия (aqua, ammine,
carbonyl);
- анионные лиганды получают окончание «-о» (хлоридо, циано,
нитрито);
- для полидентатных лигандов применяются приставки (ди-, три-, тетра-
и т. д.).
Пример: [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ называется пентаамминхлоридкобальт(III)
хлорид.
Основные определения
- Комплексообразователь — центральный атом или ион,
соединяющий лиганды.
- Лиганд — частица, предоставляющая электронные пары
для образования координационных связей.
- Координационное число — число лигандов,
непосредственно связанных с центром.
- Координационная сфера — совокупность центрального
атома и всех его лигандов.
- Хелат — комплекс, в котором полидентатный лиганд
образует несколько связей с центральным атомом, замыкая циклическую
структуру.
Такая система понятий и определений составляет основу для понимания
строения, свойств и реакционной способности комплексных соединений,
являющихся важнейшим объектом современной неорганической химии.