Комплексные соединения представляют собой особый
класс веществ, в которых центральный атом или ион, называемый
координационным центром, окружён молекулами или ионами-лигандами.
Многообразие их свойств и строения обуславливает необходимость
систематической классификации, основанной на различных критериях: по
природе центрального атома, по составу и заряду, по характеру лигандов,
по координационному числу, геометрии, а также по особенностям
устойчивости и реакционной способности.
1.
Классификация по природе координационного центра
Координационный центр обычно представлен атомами переходных металлов,
но встречаются комплексы и с элементами главных подгрупп.
- Комплексы переходных металлов: наиболее
распространённые соединения (Fe, Co, Ni, Cu, Pt и др.). Они отличаются
разнообразием степеней окисления и возможностью образования устойчивых
координационных сфер.
- Комплексы элементов главных подгрупп: примеры
включают соединения Al, Sn, Pb, P, As. Такие комплексы встречаются реже,
но играют значительную роль в биохимии и катализе.
- Комплексы f-элементов (лантаноиды и актиноиды):
обладают высокими координационными числами и специфическими
спектроскопическими свойствами, используемыми, например, в лазерной
технике и медицине.
2. Классификация по заряду
комплекса
- Катионные комплексы: положительно заряженные
(например, [Co(NH₃)₆]³⁺).
- Анионные комплексы: отрицательно заряженные
(например, [Fe(CN)₆]⁴⁻).
- Нейтральные комплексы: суммарный заряд равен нулю
(например, [Pt(NH₃)₂Cl₂]).
3. Классификация
по составу координационной сферы
- Простые комплексы: координационный центр связан с
одинаковыми лигандами, например [Ni(CO)₄].
- Смешанные комплексы: содержат различные лиганды,
например [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺.
- Хелатные комплексы: образуются при координации
многоатомных лигандов, образующих замкнутые циклы (этилендиамин,
ацетилацетонат).
- Макроциклические комплексы: включают лиганды с
крупными циклическими структурами, например порфирины или
краун-эфиры.
4. Классификация по
характеру лигандов
- Нейтральные лиганды: молекулы NH₃, H₂O, CO,
фосфины.
- Анионные лиганды: Cl⁻, CN⁻, OH⁻, NO₂⁻.
- Катионные лиганды: встречаются редко, но известны,
например, нитрозоний NO⁺.
- Амбидентатные лиганды: способны координироваться
через разные атомы (NO₂⁻ через N или O, SCN⁻ через S или N).
- Полидентатные лиганды: связываются с центром через
несколько донорных атомов, образуя устойчивые хелатные циклы.
5. Классификация по
координационному числу
Координационное число определяется числом донорных атомов, связанных
с центральным ионом.
- Низкие координационные числа (2–4): характерны для
d¹⁰-комплексов, таких как [Ag(NH₃)₂]⁺.
- Средние (5–6): наиболее распространённые,
встречаются у большинства комплексов переходных металлов.
- Высокие (7–12): характерны для f-элементов,
например [La(H₂O)₉]³⁺.
6. Классификация по
пространственной геометрии
- Линейные: характерны для координационного числа 2
([Ag(NH₃)₂]⁺).
- Плоско-квадратные: встречаются у комплексов
d⁸-типа, например [PtCl₄]²⁻.
- Тетраэдрические: [NiCl₄]²⁻.
- Октаэдрические: наиболее типичная форма, например
[Fe(CN)₆]³⁻.
- Пентаэдрические и бикуполы: редкие формы
(координационное число 5 или 7).
- Кубические и додекаэдрические: характерны для
лантаноидов.
7. Классификация по типу
изомерии
- Структурная изомерия: различие в составе или
распределении лигандов (ионизационная, сольватная,
координационная).
- Геометрическая изомерия: различное пространственное
расположение лигандов (cis- и trans-формы).
- Оптическая изомерия: наличие энантиомеров,
неспособных совмещаться друг с другом.
- Линкосомная изомерия: проявляется у амбидентатных
лигандов.
8. Классификация по
устойчивости
- Термодинамическая устойчивость: определяется
константой образования комплекса.
- Кинетическая устойчивость: характеризует скорость
обмена лигандов. Например, комплексы Cr(III) кинетически инертны, тогда
как комплексы Ni(II) лабильны.
9. Классификация по
функциональному назначению
- Биологические комплексы: гемоглобин, хлорофилл,
витамин B₁₂.
- Каталитические комплексы: платино- и
родийсодержащие катализаторы в реакциях гидрирования и окисления.
- Аналитические реагенты: комплексы с ЭДТА в
титриметрическом анализе.
- Технические и медицинские комплексы: контрастные
вещества на основе гадолиния, антираковые препараты (цисплатин).
Разнообразие классификационных подходов подчёркивает универсальность
комплексных соединений, охватывающих фундаментальные и прикладные
аспекты химии, биохимии, фармацевтики и материаловедения.