Compuși complexi: nomenclatură și clasificare

Cel mai mare și mai diversificat dintre substanțele anorganice este clasa compușilor complexi. Poate include un grup de substanțe organometalice, cum ar fi clorofila și hemoglobina. Acești compuși sunt puntea care unește chimia anorganică și organică într-o singură știință. Rolul substanțelor complexe în dezvoltarea cunoașterii în domeniul chimiei analitice și chimiei cristaline, în studiul celor mai importante procese biologice: fotosinteza, respirația internă (celulară) este de neprețuit.

În acest articol vom studia structura și nomenclatorul compușilor complexi, precum și principiile de bază ale clasificării acestora.

Teoria coordonării lui A. Werner

La sfârșitul secolului al XX-lea, omul de știință elvețian A. Werner a demonstrat că în moleculă a oricărei substanțe complexe există mai multe structuri care au fost denumite, respectiv, ionul central, liganzii (addends) și sfera de coordonare exterioară. Pentru a clarifica clasificarea și nomenclatorul compușilor complexi, vom analiza aceste concepte în detaliu. Așadar, A. Werner a dovedit prezența în moleculă a unui ion (de obicei încărcat pozitiv), ocupând o poziție centrală. A devenit cunoscut ca un agent de complexare, un ion central sau un atom. În apropiere se află atât molecule neutre, numite liganzi, cât și particule anionice încărcate negativ, care formează sfera de coordonare internă a materiei. Toate particulele rămase, care nu sunt incluse în el, formează carcasa exterioară a moleculei.

Astfel, în formula cuprită de sodiu Na ₂ [Cu (OH) ₄ ], atomul central de cupru în starea de oxidare a +2 și patru grupări hidrox constituie sfera interioară, iar ionii de sodiu sunt localizați la o distanță față de atomul central din sfera exterioară.

Metode de determinare a formulelor de coordonare și a denumirilor substanțelor

Până în prezent, teoria lui A. Werner rămâne principala bază teoretică pe care sunt studiate compuși complexi complexi. Nomenclatorul, adică numele acestor substanțe, este determinat de regulile adoptate de Societatea Internațională de Chimie Teoretică și Aplicată.

Să dăm câteva exemple de formule de substanțe în care agentul de complexare este reprezentat de atomul platină-K2 [PtCl6] sau NH3 - [Ag (NH3) ₂ ] CI. După cum s-a dovedit, formulele pot fi obținute cu ajutorul următoarelor metode practice: prin reacții de schimb dublu, prin conductivitatea electrică molară a soluțiilor, prin metoda difracției cu raze X. Să luăm în considerare aceste metode mai detaliat.

Ca structură a compușilor complexi de platină

Substanțele din acest grup sunt caracterizate prin prezența în moleculă a atomului central de platină. Dacă se aplică o soluție de azotat de argint la compusul PtCl 4x6NH3 , atunci se formează întregul clor prezent în substanță la atomii de metal și fulgi albi ai AgCl. Aceasta înseamnă că toți anionii de clor s-au aflat în sfera de coordonare exterioară, în timp ce moleculele de amoniac s-au legat de atomul central de platină și, împreună cu acesta, au format o sferă interioară.

Prin urmare, formula de coordonare pentru substanță va fi scrisă în următoarea formă: [Pt (NH3) ₆ ] Cl4 și numită clorură de hexamină de platină. Utilizând metoda difracției cu raze X, chimistii au studiat și alți compuși complexi, ale căror nomenclatură va fi stabilită de noi în secțiunea următoare.

Compuși cristalini de crom

Structura substanțelor din această grupă a fost determinată de procesul fizic al difracției cu raze X care stă la baza analizei de difracție a razelor X. Trecând prin rețeaua de cristal, undele electromagnetice sunt împrăștiate de electronii substanței investigate. Acest lucru face posibilă stabilirea cu precizie a grupurilor de atomi care se găsesc în locurile din rețeaua cristalină. Pentru cristalele care conțin crom, a fost creată o nomenclatură corespunzătoare a compușilor complexi. Exemple de denumiri ale hidraților izomerici ai sărurilor de crom trivalent realizate utilizând metoda de difracție a razelor X sunt următoarele: clorura de tetraacvadichlorocrom (III), clorura de pentaacochlorochrom (III).

Sa constatat că în aceste substanțe atomul de crom este asociat cu șase addende diferite. Cum determinați acest indicator și ce factor afectează numărul de coordonare?

Atât atomul central este asociat cu liganzi

Pentru a răspunde la întrebarea de mai sus, ne amintim că în imediata vecinătate a agentului de complexare există mai multe structuri numite addende sau liganzi. Numărul lor total determină numărul de coordonare. Conform teoriei lui A. Werner, producția, clasificarea și nomenclatorul compușilor complexe depind în mod direct de acest indicator. Este corelativ corelat cu gradul de oxidare a atomului central. În compușii de platină, crom, fier, numărul de coordonare este de obicei șase; Dacă agentul de complexare este reprezentat de atomi de cupru sau zinc - patru, dacă atomul central este de argint sau de cupru - la două.

Tipuri de compuși complexi

În chimie, se disting atât clasele principale, cât și seria tranzitorie de substanțe dintre ele. Compușii complexi considerați în subpozițiile anterioare, a căror nomenclatură indică prezența moleculelor de apă în structura lor, se referă la acvacomplexuri. Pentru amoniac se includ substanțe care conțin particule neutre de amoniac, de exemplu triammotropium triiodiu. Clasa compușilor chelați este unică în structura moleculelor. Numele lor provine de la termenul biologic chelicera - așa-numitele gheare de crustacee decapodice. Aceste substanțe conțin adaosuri, a căror configurație spațială acoperă agentul de complexare, cum ar fi ghearele. Astfel de compuși includ complexul de oxalat de fier feric, complexul de etilendiamină de platină cu starea de oxidare +4, sărurile acidului aminoacetic, care includ ionii de rodiu, platină sau cupru.

Reguli pentru proiectarea numelor complexe de compuși

Cea mai obișnuită întrebare de control din cadrul catedrelor de chimie din cadrul liceului este: numiți compușii complexi pe nomenclatura IUPAC. Într-un exemplu concret, să analizăm algoritmul pentru formularea denumirii unei substanțe având formula: (NH4) ₂ [Pt (OH) 2Cl4].

1. Numele începe cu definirea compoziției sferei de coordonare internă. Conține anioni de grupări hidroxil și clor. Pentru numele lor adăugăm sfârșitul -o. Obținem: dihidro, tetraclor.
2. Acum gasim agentul de complexare, folosindu-ne pentru denumirea sa latina si adaugam la el sufixul -at, in paranteze indicam starea sa de oxidare: platina (IV).
3. După ce ați terminat cu desemnarea sferei interioare, treceți la partea exterioară. Să numim cationi: în exemplul nostru vor fi ioni de amoniu.

Ca rezultat, substanța va avea un nume în care sunt enumerate toate structurile de mai sus.

Aplicarea compușilor complexe

La începutul articolului am numit cei mai importanți reprezentanți ai substanțelor organometalice, cum ar fi hemoglobina, clorofila, vitaminele. Ei joacă un rol principal în metabolism. Compușii complexi sunt utilizați pe scară largă în ciclurile tehnologice de topire a metalelor feroase și neferoase. Un rol important în metalurgie îl joacă carbonilii - compușii complexi specifici a căror nomenclatură indică prezența în molecule a monoxidului de carbon CO sub forma unui addendum. Acești compuși se descompun la încălzire și restaurează metalele precum nichelul, fierul, cobaltul din minereurile lor. Compușii cei mai complexi sunt, de asemenea, utilizați ca catalizatori în reacțiile pentru producerea de lacuri, vopsele și materiale plastice.