Wykład 22 Związki kompleksowe

Egzamin
I termin: 2.02.2011 (środa) godz. 10.30 aula
średnia A, Auditorium Maximum
dogrywka ustna: 3.02.2011 (czwarteg)
godz. 10.00 pok. 28, WCh ul. Ingardena

II termin: 22.02.2011 (wtorek) godz. 10.00
sala 22, WCh ul. Ingardena 3

Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

1

Związki kompleksowe
 co to są związki kompleksowe?
 jaka jest ich budowa?
 skąd się bierze kolor?

Model pola krystalicznego


2

Pierwiastki
07_117
Układ okresowy
1 18
1 niemetale 2
H 2 13 14 15 16 17 He
3 4 5 6 7 8 9 10
Li Be metale B C N O F Ne
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111
Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu


Lanthanide 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 3
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Metale przejściowe
Układ okresowy
20_431
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

4

Metale przejściowe
Układ okresowy
20_432

Blok d
Blokkd
t


Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Ac† Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu

Blok f

*Lantanowce Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

† Aktynowce Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr


5

roup
umbers
A 3
s2 Metale przejściowe ns2

e
Konfiguracja elektronowa 2s2
s2 Metale przejściowe mogą
2 przyjmować wiele stopni
g A
utlenienia (od +1 do +6)
s2 3s2
0 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
a Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn G
2 4s23d1 4s23d2 4s23d3 4s13d5 4s23d5 4s23d6 4s23d7 4s23d8 4s13d10 4s23d10 4s2
8 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
r Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd I
2
5s24d1 5s24d2 5s14d4 5s14d5 5s14d6 5s14d7 5s14d8 4d10 5s14d10 5s24d10 5s2
6 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80
a La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg T
s2 6s25d1 4f146s25d2 6s25d3 6s25d4 6s25d5 6s25d6 6s25d7 6s15d9 6s15d10 6s25d10 6s2
8 89 104 105 106 107 108 109 110 111
a Ac** Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu
2
7s26d1 7s26d2 7s26d3 7s26d4 7s26d5 7s26d7

f - Transition Elements 6

Co to są związki kompleksowe?

LI  Jon centralny (Men+): metale,
LI LI pierwiastki bloku d, a także
zwykle cięższe pierwiastki
powyżej 4 okresu e układzie
okresowym posiadające
Men+ nieobsadzone orbitale (Cu2+,
Cr3+, Fe3+, Pb2+)
 Ligand (LI): cząsteczka
obojętna lub jon posiadające
LI LI wolną parę elektronową (Cl-,
LI Br-, OH-, CN-, H2O, NH3)


7

Ligandy
 Jaką strukturę mają cząsteczki H2O, NH3, OH-?
 Dlaczego CH4 nie jest ligandem?


8

Wiązania
Jakie wiązanie tworzy jon centralny i ligand?

 LI = zasada Lewisa
= donor elektronów
= para elektronowa

 Men+ = kwas Lewisa
= akceptor elektronów
= nieobsadzony orbital
wiązania koordynacyjne

9

Wiązania
Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand?
Przykład 1 [Fe(NH3)6]3+
Fe 1s22s22p63s23p64s23d6
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0

NH3 NH3 NH3 NH3 NH3 NH3
NH3 sd2p3 – sześć wolnych orbitali ⇒ sześć ligandów

10

Wiązania
Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand?

pod wpływem pola ligandów orbitale i elektrony ulegają
reorganizacji - wolne orbitale obsadzane są przez wolne
pary elektronowe ligandów


11

Przykład 2 [Cu(NH3)4]2+

Cu 1s22s22p63s23p64s13d10
Cu2+ 1s22s22p63s23p64s03d94p0

sp3 – cztery wolne orbitale ⇒ cztery
ligandy


12

Budowa

[Fe(NH3)6]3+ Cl-
kation kompleksowy anion

[Fe(NH3)6] Cl3

wewnętrzna zewnętrzna
sfera koordynacyjna


13

Budowa

[Fe(OH)6]3- Na+
anion kompleksowy kation

Na3 [Fe(OH)6]

zewnętrzna wewnętrzna
sfera koordynacyjna


14

Nazwy
Jak tworzyć nazwy związków kompleksowych?

• Najpierw kation
• Ligandy przed jonem centralnym metalu
• Ligand = anion ⇒ dodaj „o” np. fluoro-, hydrokso-
• Ligand = cz. obojetna ⇒nie zmieniaj nazwy, amina, akwa,
• Ligand≥1 przedrostki mono-, di-, tri-, itd.
• Stopień utlenienia jonu centralnego metalu (rzymskie cyfryl)
np. jon kobaltu (III)
• Jeżeli jest więcej niż jeden rodzaj ligandu to obowiazuje kolejność
alfabetyczna, np. pentaaminachloro
• Jeżeli jon komplekspwy ma ładunek ujemny dodajemy końcówkę
„an”, np. heksachlorokobaltan (III)

15

Budowa
20_438
Coordination
Geometry
number

2
Co to jest liczba koordynacyjna? Linear

 Liczba wiązań z ligandem:
głównie 2, 4, 6
4 Tetrahedral

Jaki kształt mają cząsteczki
związków kompleksowych o
Square planar
tych liczbach?
 2 – liniowa
 4 – tetraedr lub kwadrat 6

 6 – oktaedr
Octahedral

16

09_179 09_179
Number of Number of Arrangement
Effective Pairs
Effective Pairs Pairs
of
Arrangement
of Pairs
Hybridization
Hybridization
Required Required
180° 180°

Budowa 2 2 Linear Linearsp sp

3 3 Trigonal Trigonal 2
sp sp2
planar planar
120° 120°

Hybrydyzacja 4 4 sp
Tetrahedral Tetrahedral 3 sp3
109.5° 109.5°

atomu centralnego i
kształt cząsteczki
90° 90°
5 5 Trigonal Trigonal dsp3 dsp3
bipyramidal bipyramidal
120° 120°

90° 90°
6 6 Octahedral Octahedral sp3
d2 d2sp3

90° 90°

17

Budowa przykłady


18

Budowa

Jakie mogą być rodzaje ligandów?

 jednopodstawne:
 wielopodstawne, chelatowe: etylenodiamina, kwas
etylenodiaminotetraoctowy (EDTA)


19

Budowa
20_13T
Table 20.13 Typowe ligandy
typ przykłady
−
H 20 CN SCN − (thiocyanate) X − halogenki
jednopodstawne NH 3 NO 2
−
OH
−

dwupodstawne Jon szczawianowy etylenodiamina
O O (en)
C C H 2C CH 2 N N
( −) O O (−) H 2N NH 2
M
M

wielopodstawne dietyleno triamina
(dien)
H 2N − (CH 2)2 − NH − (CH 2) 2 − NH 2

3 centra koordynacji

jon etylenodiaminotetraoctanowy
O (EDTA)

( − ) O − C − H 2C CH 2 − C − O ( − )
N − ( CH 2)2 − N
(− ) O − C − H 2C CH 2 − C − O (− )

O 6 atomów koordynujących

20

Budowa przykłady

N N


21

Budowa przykłady


22

Izomeria
nazwa wolne kolor
aniony

[Co(NH3)6]Cl3 chlorek heksaamina kobaltu (III) 3 pomarańczowy

[Co(NH3)5Cl]Cl2 chlorek pentaaminachloro 2 czerwony
kobaltu (III)

cis-[Co(NH3)4Cl2]Cl chlorek cis-tetraaminadichloro 1 fioletowy
kobaltu (III)

trans-[Co(NH3)4Cl2]Cl chlorek trans-tetraaminadichloro 1 Zielony
kobaltu (III)


23

Izomeria geometryczna

trans cis


24

Stereoizomeria


25

L-limonen D-limonen

L-karwon D-karwon


26


Skąd bierze się barwa związków
kompleksowych?


27

Założenia

1. Ligandy – ładunki ujemne skoncentrowane w punkcie
2. Wiązanie metal-ligand - jonowe
3. Ligandy oddziałują na orbitale d

Silne pole (kompleks niskospinowy): duże rozszczepienie orbitali d
Słabe pole (kompleks wysokospinowy): małe rozszczepienie orbitali d

28

Pole o symetrii oktaedrycznej
20_453

atom centralny
ligand Z

X Y

d z2 d x2 - y2

dxy dyz dxz

29

Pole o symetrii oktaedrycznej – rozszczepienie
orbitali d
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
∆E – różnica energii,
Energia potencjalna

energia stabilizacji
t 2 g (d xy , d yz , d xz )

orbitale d jonu centralnego
d xy , d yz , d xz , d z 2 , d x 2 − d y 2 Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

30

20_459
Pole o symetrii tetraedrycznej
20_459

– – dz 2 dz 2 dx2 – y2x2 – y2
d
– – – –
– –– – – –
–
– –
– – –
– –

dxy dxy dxz dxz dyz dyz
(a) (a) (b) (b)

31

Pole o symetrii teraedrycznej – rozszczepienie
orbitali d
t 2 (d xy , d yz , d xz )
Energia potencjalna

∆E – różnica energii,
energia stabilizacji
e (d z 2 , d x 2 − d y 2 )

orbitale d jonu centralnego

32


Moc ligandów

silne pole słabe pole

CN->NO2->en>NH3>H2O>OH->F->Cl->Br->I-

duże ∆E małe ∆E


33

Pole o symetrii oktaedrycznej – obsadzenie orbitali d

Przykład 3 [Fe(OH)6]3-
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
Energia potencjalna

∆E

słabe pole OH-
∆E - mała
kompleks
d xy , d yz , d xz , d z 2 , d x 2 − d y 2 wysokospinowy

34

Pole o symetrii oktaedrycznej – obsadzenie
orbitali d
Przykład 4 [Fe(CN)6]3-
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0 eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
Energia potencjalna

∆E

silne pole CN- -
∆E - duża
kompleks niskospinowy
E:PPM do strony11_nieorganicznahexacyjano.av
35

Skąd bierze się barwa związków
kompleksowych?

promieniowanie widzialne


36

Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )

∆E
Energia potencjalna


d xy , d yz , d xz , d z 2 , d x 2 − d y 2

37

Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )

Fala światła
Energia potencjalna

E=hν t 2 g (d xy , d yz , d xz )

Jeżeli hν= ∆E to następuje
wzbudzenie cząsteczki,
przeniesienie elektronów na
wyższy nieobsadzony poziom.
Część promieniowania jest
d xy , d yz , d xz , d z 2 , d x 2 − d y 2 absorbowana przez cząsteczkę

38

Energia i długość fali
λ
E = hν c = = λ ⋅ν
T

c
E=h
λ
λ− długość fali [m] 1
ν − częstość [1/s] ν= []1
s
Τ − okres [s] T

39

Pozostała część promieniowania daje barwę dopełniającą, którą
odczuwamy jako kolor danego materiału

dłg. fali pochłanianej

dłg. fali widzianej

40

Metale przejściowe
Biologia
Metal Funkcja biologiczna
Sc Nie znana
Ti Nie znana
V Nie znana u ludzi
Cr Towarzyszy insulinie przy kontrolowaniu poziomu cukru we krwi; również uczestniczy
w kontrolowaniu poziomu cholesterolu
Mn Konieczny w wielu reakcjach enzymatycznych
Fe Składnik hemoglobiny i mioglobiny; bierze udział w transporcie elektronowym
Co Składnik witaminy B23, która jest potrzebna przy przemianie węglowodanow, tłuszczów i
białek
Ni Składnik enzymu ureazy i hydrogenazy
Cu Składnik kilku enzymów. Bierze udział w procesie odkładania żelaza w organizmie; oraz
przy tworzeniu pigmentów barwiących skórę, włosy i oczy
Zn Składnik insuliny i wielu enzymów

41

Biologia

pierścień porfinowy


42

Mioglobina
20_473

CD
C
D

FG

HC W
F
G B
E
H

AB

EF A

NA GH


44

Hemoglobina
20_474


45


46

20_450

Cl The trans isomer and Cl Isomer II cannot be
its mirror image are superimposed exactly
N N identical. They are not N N on isomer I. They are
Co isomers of each other. Co not identical structures.
N N N Cl
Cl Cl Cl
Cl N
N N N Cl N N
trans Co cis Co Co
N N N N N Cl

Cl Isomer I N Isomer II N

Isomer II has the same
structure as the mirror
(a) (b) image of isomer I.


47

20_441

Isomers
(same formula but different properties)

Structural Stereoisomers
isomers (same bonds, different
(different bonds) spatial arrangements)

Geometric
Coordination Linkage Optical
(cis-trans)
isomerism isomerism isomerism
isomerism


48

20_446

Polarizing
filter

Tube
containing
Unpolarized
sample
light θ
Polarized
light

Rotated
polarized light


49

20_445

Polarizing
filter
Light
source

Unpolarized
light
Plane
polarized
light


50

20_448

Mirror image
of right hand
Left hand Right hand


51

20_444
Cl
Cl
H3N NH3
H3N NH3
Co Co

H3N NH3 H3N Cl

Cl NH3

Cl Cl

Co Co
Cl

Cl
(a) (b)


52

20_444
Cl
Cl
H3N NH3
H3N NH3
Co Co

H3N NH3 H3N Cl

Cl NH3

Cl Cl

Co Co
Cl

Cl
(a) (b)


53

20_449

N

N N
Mirror image
Co
N N of Isomer I

N
N N

N N N N
Co Co
N N N N
Isomer I Isomer II
N N


54

20_461

dx2 - y2
dz2

E
E dxy dxz dyz
dz2
dxy dx2 - y2
dxz dyz
Free metal ion Complex
Free metal ion Complex

x

M
M z
y
(a) (b)


55

Metale przejściowe
Energia jonizacji
20_434

40

35
I3
Ionization energy (eV/atom) 30

25

20

15
Metale przejściowe
mogą przyjmować 10

wiele stopni utlenienia 5
(od +1 do +6) I1

56

Metale przejściowe
Promień atomowy
20_435

0.2
La
1st series (3d)
Y 2nd series (4d)
Hf 3rd series (5d)
Atomic ra dii (n m)

Zr
Sc Ta
Au
Nb W Ag
0.15 Re
Mo Os Pt
Ti Tc Ru Ir
V Rh Pd
Cr Fe Cu
Mn Co Ni

0.1
Atomic number


57


58

Wykład 22 Związki kompleksowe

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

More from lojewska

More from lojewska (20)

Wykład 22 Związki kompleksowe

Editor's Notes