CH18. Chemie komplexotvorných (koordinačních) sloučenin

Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona PufferováGymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO

VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“

Soubor prezentací: CHEMIE PRO I. ROČNÍK GYMNÁZIA

Koordinační chemie

• obor, který se zabývá komplexními (koordinačními ) sloučeninami

• zakladatelem je švýcarský chemik Alfred Werner

• v r. 1913 získal Nobelovu cenu za chemii

obr.č.1 A. Werner

Koordinační (komplexní) sloučeniny

• iontové sloučeniny, kde tzv. komplex může být tvořen jak kationtem nebo aniontem, případně oba ionty jsou komplexní

• jejich vzorec lze formálně rozepsat na jednoduché sloučeninyK4 [Fe(CN)6]………… 4KCN + Fe (CN)2

[Cu (NH3)4]SO4 ………… CuSO4 + 4NH3

• jejich objevením v 19. stol. došlo k narušení představy o maximálních hodnotách oxidačního čísla

• vznik komplexu je možno vysvětlit jako reakci lewisovské

kyseliny a zásady

Složení komplexů

K4+1 [Fe+II(CN)6

-I] koordinační číslo

centrální atom ligandy

[centrální atom (ion) + ligandy (atom, skupiny atomů)]akceptor el. párů donor el. párů

(lewisovská kyselina) (lewisovská zásada) donor – akceptorová (koordinační vazba)

Koordinační (komplexní) sloučeniny

• koordinační číslo – udává počet ligandů (= počet vazeb), 2, 3, 4, 5, 6, 7 i více

• počet koordinačních vazeb je vyšší než je hodnota oxid. čísla

centrálního atomu (počet navázaných ligandů převyšuje oxidační číslo centrálního atomu)

• aby centrální atom či ion mohl být akceptorem, musí mít prázdné (vakantní) orbitaly, nejčastěji typu d

• komplexy jsou typické pro přechodné prvky

Komplexní sloučenina

vnitřní koordinační sféra

koordinační vazba (6 vazeb) koordinační číslo 6

koordinační částice

hexakyanoželeznatan (tetra)draselný

FeII

NC N

C

NCNC

NC

NCK4

+I

- 4

obr. č. 2 Stavba komplexní sloučeniny

Koordinační sloučeniny

• mohou být:

1. jednojaderné – jeden centrální atom

2. vícejaderné – více centrálních atomů

Geometrické izomery

• jsou koordinační částice stejného složení, ale s různým prostorovým uspořádáním

• cis izomer – stejné ligandy jsou vedle sebe• trans izomer – stejné ligandy jsou na protilehlých stranách• izomery se liší zbarvením, rozpustností, reaktivitou…

obr. č. 3 Cis izomer PtBr2Ci2 obr. č. 4 Trans izomer PtBr2Ci2

Názvosloví

• koordinační částice – v hranaté závorce [vlevo - centrální atom, vpravo – ligandy ]

• dvouslovný název• anion – podstatné jméno (1. ligandy, 2.centrální atom)• kation – přídavné jméno• koordinační částice bez náboje ……název + komplex s nábojem …… kation + název anion

Ligandy

Elektroneutrální ligandy: • H2O (aqua), NH3 (ammin), NO (nitrosyl), CO (karbonyl)

Aniontové ligandy: • CI-, I-, Br-,F- (chloro -, jodo – bromo -, fluoro - ), • CN- (kyano), OH- (hydroxo), H- (hydrido), • O2- (oxo), S2- (thio),• SO4

2-(sulfato), NO3-(nitrato),

• PO43-(fosfato), CO3

2(karbonato)

Nové názvy ligandů:

• F- ,CI-, Br-, I-, (fluoro -, chloro -, bromo -, jodo -) • fluorido- , chlorido -, bromido-, jodido-

• CN- (kyano), OH- (hydroxo), • kyanido-, hydroxido-

Vícečetné ligandy

• předpony di, tri, … dle abecedy (rozhodující 1. písmeno názvu, ne předpony!)

• různé ligandy odděleny v názvu pomlčkou, ale poslední ligand bez pomlčky, přímo k názvu centrálnímu atomu

• náboj iontu se může uvést do závorky za název iontu [Fe(CN)6]4- hexakyanoželeznatan(4-)

Oxidační číslo centrálního atomu

a) kladné koncovka ox. čísla Ca+2 vápenatý

b) nulové bez zakončení (1. n. 2. pád) Ni0 nikl(u)

c) záporné koncovka –id Cl-I chlorid

Postavení koordinační částice

• v kationtu [Ag(NH3)2]Cl chlorid diamminstříbrný

• v aniontu K2[PtCl6] hexachloroplatičitan draselný

• v kationtu i aniontu [Pt(NH3)4] [PtCl4] tetrachloroplatnatan tetraamminplatnatý

• elektroneutrální [Co(NH3)3Cl3] triammin– trichlorokobaltitý komplex

Komplexní kationty

• [Cu (NH3)4] SO4

• [Ag (NH3)2]Cl

• [Cr (H2O)6] F3

• [NiII(H2O)4] Cl2

• [Pb(NH3)4(OH)2]CO3

• [Mg (NH3)4]2+

• [AuCl3(OH)]-

• [Co (NH3)5I]2+ DÚ• Chlorid pentaammin – aquakobaltitý • [CoIII (NH3)5

0 (H2O)0]IIICl3

Komplexní kationty

• [CuII(NH3)40]2+ SO4 síran tetraamminměďnatý

• [AgI (NH3)20]Cl chlorid diamminstříbrný

• [CrIII (H2O)60]IIIF3 fluorid hexaaquachromitý

• [NiII(H2O)40] Cl2 chlorid tetraaquanikelnatý

• [Pb(NH3)4(OH)2]CO3 uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý

• [MgII(NH3)40]2+ kation tetraamminhořečnatý

• [AuCl3(OH)]- anion trichloro-hydroxozlatitý

• [Co (NH3)5I]2+ kation pentaammin- jodokobaltitýDÚ• Chlorid pentaammin – aquakobaltitý • [CoIII (NH3)5

0 (H2O)0]IIICl3

Komplexní anionty

• H2[SiF6]

• K3[Fe (CN)6]

• LiI[AlH4]

• NaCo(CO)4

DÚ• hexafluorohlinitan sodný• hexakyanoželeznatan draselný

Komplexní anionty

• H2[SiF6] kyselina hexafluorokřemičitá

• K3[FeIII(CN)6-]-III hexakyanoželezitan draselný

• LiI[AlIIIH4-]-I tetrahydridohlinitan lithný

• NaCo(CO)4 tetrakarbonylkobaltid(1-) sodný

DÚ• hexafluorohlinitan sodný Na3[AlF6]

• hexakyanoželeznatan draselný K4I [FeII(CN)-]-IV

Elektroneutrální koordinační sloučenina

• [Co (NH3)4Cl3]

• [Ni (CO)4]• diammin – dibromopaladnatý komplex• CoH2(CO)4 • tetraamminplatina

Elektroneutrální koordinační sloučenina

• [CoIII(NH3)40Cl3

-] tetraammin – trichlorokobaltitý komplex• [Ni0(CO)4

0]0 tetrakarbonyl nikl(u)• diammin – dibromopaladnatý komplex [PdII(NH3)2

0Br2-]0

• CoH2- (CO) 0

4 dihydridotetrakarbonylkobaltnatý komplex• tetraamminplatina [Pt0(NH3)4

0]

Aqua-komplexy

• Ionty přechodných kovů je vytvářejí zpravidla ve vodném prostředí

• Na2[Fe(CN)5NO] . 2H2O • trihydrát tetrakyanoplatnatanu sodného

Úkol 1 - pojmenujte

• [ Pt(NH3)2Cl2]

• [ Co(NH3)4Cl ]

• K4Ni(CN)4

• Co(NH3)3Cl3

• NaCo(CO)4

• H2[SiF6]

Úkol 2 - napište vzorec

• dihydrido-tetrakarbonylkobaltnatý komplex• tetrakarbonylkobaltid draselný• kyselina tetrachloridozlatitá• chlorid diammin-trichloridoplatičitý• uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý• anion pentakyanido-nitrosylželezitý• anion trichloro-hydroxozlatitý• kation pentaammin-jodokobaltitý

Úkol 2 řešení

• CoH2(CO)4 dihydrido-tetrakarbonylkobaltnatý komplex

• K[Co(CO)4] tetrakarbonylkobaltid draselný

• H[AuCl4] kyselina tetrachloridozlatitá

• [Pt(NH3)2Cl3]Cl chlorid diammin-trichloridoplatičitý

• [Pb(NH3)4(OH)2]CO3 uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý

• [Fe(CN)5(NO)]2- anion pentakyanido-nitrosylželezitý

• [AuCl3(OH)]- anion trichloro-hydroxozlatitý

• [Co (NH3)5I]2+ kation pentaammin-jodokobaltitý

Rovnováhy v komplexotvorných dějích

• Konstanta stability• V roztocích komplexních sloučenin se ustavuje chemická rovnováha

• Rovnovážný stav soustavy určuje konstanta stability. Např. Ag+ (aq) + 2 NH3 [Ag(NH3)2]+ platí: [Ag(NH3)2]+ [Ag+][NH3]2

• Čím je hodnota Kk větší, tím je vzniklý komplex stálejší a naopak.

Kk =

Vlastnosti• stabilita – méně disociované viz konstanta stability

• barevnost - je způsobena d-elektrony. Ligandy způsobují tzv. štěpení d-orbitalů – to dává možnost elektronům excitovat se viditelným zářením do vzniklých vyšších stavů barevnost

(Cu2+ je bezbarvý, kation [Cu(H2O)4]2+ je světle modrý)

• vznikem komplexu je často způsobena rozpustnost některých sraženin, např. přidáním amoniaku k sraženině AgCl vzniká bezbarvý roztok chloridu diamminstříbrného

• tvorbou komplexních částic dochází často k poklesu vodivosti roztoku

• s využitím komplexů lze znehodnotit jedovaté kyanidy či připravit třaskaviny (např. acetylid stříbrný Ag2C2)

Barevnost komplexních sloučenin

obr. č. 5 Krystal žluté krevní soli

obr. č. 6 Žlutá krevní sůl

Barevnost komplexních sloučenin

obr. č. 7 Červená krevní sůl

obr. č. 8 Modrá skalice

Využití v praxi• při výrobě kovů, plastických hmot, změkčování vody

• v barvířství

• jako katalyzátory

• jako léčiva

• v jaderné chemii

• v analytické chemii - kvalitativní (jako činidla) a kvantitativní (komplexometrické titrace)

• vyskytují se i v živých organismech (hemoglobin, chlorofyl, cytochromy, vitamín B12).

Chlorofyl a hemoglobin

obr. č. 9 Hemoglobin a chlorofyl

obr. č. 10 Model hemoglobinu

Savčí cytochromy P450

obr. č. 11 Model cytochromu

Některé běžnější komplexní sloučeniny

• CuSO4. 5 H2O – pentahydrát síranu měďnatého nebo-li modrá skalice, je přesněji monohydrát síranu tetraaquamědnatého [Cu(H2O)4] SO4. H2O

• [Ag(NH3)2] OH – hydroxid diamminstříbrný, je znám pod názvem Tollensovo činidlo na důkaz aldehydické skupiny

• K2[HgI4] – tetrajodortuťnatan draselný, známý jako Nesslerovo činidlo na důkaz ionzů NH4

+.

• Na2[Fe(CN)5NO] – pentakyano-nitrosylželeznitan sodný, tzv. nitroprusid sodný se používá k důkazů iontů S2-, SO3

2-, S2O3- a SO2.

Schéma rozdělení kationtů I.třídy

obr. č. 12 Použití Nesslerova činidla

Některé běžnější komplexní sloučeniny

• K4[FeII(CN)6] . 3 H2O – hexakyanoželeznatan draselný, ferrokyanid draselný nebo žlutá krevní sůl

• K3[FeIII(CN)6] . 3 H2O – hexakyanoželezitan draselný, ferrikyanid draselný nebo

červená krevní sůl

– obě látky reagují s ionty těžkých kovů za vzniku málo rozpustných sraženin. Známé jsou reakce s ionty Fe2+ a Fe3+, kdy vznikají sytě modré, ve vodě nerozpustné sraženiny známé pod názvem berlinská a Turnbullova modř.

• K4[Fe(CN)6] + Fe3+→ KFe [Fe(CN)6] (berlínská modř)

hexakynoželeznatan draselno-železitý

• K3[Fe(CN)6] +Fe2+→ KFe[Fe (CN)6] (Turnbulova modř)

hexakynoželezitan draselno-železnatý

Některé běžnější komplexní sloučeniny

• Dusičnan diamminstříbrný [Ag(NH3)2]NO3 je amoniakální roztok dusičnanu stříbrného využívající se při přípravě třaskavého acetylidu stříbrného Ag2C2 zaváděním ethynu (acetylenu) do něj.

• Hydroxid tetraamminměďnatý [Cu(NH3)4](OH)2, triviálně činidlo Schweizerovo, je dobrým rozpouštědlem celulosy, což umožňuje jeho využití při výrobě hedvábí.

Úkol 3

• Na internetových stránkách

• http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=Wuv7NEYY4kc

• http://www.youtube.com/watch?v=LSvFJh1HYjw&feature=player_embedded

• http://www.youtube.com/watch?v=IRL59zNw3yA

zhlédni uvedená videa a popiš vlastními slovy průběh chemických reakcí a vysvětli význam uvedených látek.

Jak se zbavit jedovatého kyanidu ?

• „Do vodného 10 % roztoku kyanidu draselného KCN přidáme několik kapek síranu železnatého FeSO4.

• Vzniká žlutý hexakyanidoželeznatan draselný K4[Fe(CN)6]. • Po dvou minutách přidáme k připravenému roztoku

kapku koncentrované kyseliny chlorovodíkové. • Pozorujeme vylučování berlínské modři, což je triviální

název pro hexakyanidoželeznatan železitý Fe4[Fe(CN)6]3. • Tímto způsobem jsme znehodnotili prudce jedovatý

„kyanid.“

Použité informační zdroje obrázek č.[2] – autor Yvona Pufferová [1] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Alfred_Werner.jpg [3] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Cis-PtBr2Cl2.JPG [4] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Trans-PtBr2Cl2.JPG [5] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://137846.ua.all.biz/cs/goods_zluta-krevni-sul_1483073#!prettyPhoto/0/ [6] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:%C5%BDlut%C3%A1_krevn%C3%AD_s%C5%AFl.png [7] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:%C4%8Cerven%C3%A1_krevn%C3%AD_s%C5%AFl.png [8] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://www.fichema.cz/siran-mednaty-modra-skalice-kg-cuso4-5h2o-cas-7758998-p-392.html [9] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://www.zelenepotraviny.cz/zkusenosti-se-zelenymi-potravinami.html[10] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Hemoglobin.jpg [11] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://fch.upol.cz/vyzkum/fold.png [12] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Schema_rozdeleni_kationtu_I.tridy.JPGLiteratura• MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2002. ISBN 80-7182-055-5. • KOVALČÍKOVÁ, Tatiana. Obecná a anorganická chemie: studijní text pro SPŠCH. 3., upr. vyd. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2004,

118 s. ISBN 80-86369-10-2.

Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A

FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.