Co to sązwiązki kompleksowe? - Jagiellonian Universitylojewska/Wyklady/Wyklad22_...

1

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

Metale przejMetale przejśścioweciowe

Co to sCo to sąą zwizwiąązki kompleksowe?zki kompleksowe?

2


1H3Li11Na19K37Rb55Cs87Fr

4Be12Mg20Ca38Sr56Ba88Ra

21Sc39Y57La89Ac

22Ti40Zr72Hf104Unq

23V41Nb73Ta105Unp

24Cr42Mo74W106Unh

25Mn43Tc75Re107Uns

26Fe44Ru76Os108Uno

27Co45Rh77Ir109Une

110Uun

111Uuu

28Ni46Pd78Pt

29Cu47Ag79Au

30Zn48Cd80Hg

31Ga49In81Tl

5B13Al

32Ge50Sn82Pb

6C14Si

33As51Sb83Bi

7N15P

34Se52Te84Po

8O16S

9F17Cl35Br53I85At

10Ne18Ar36Kr54Xe86Rn

2He

1

2 13 14 15 16 17

18

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

PierwiastkiPierwiastkiPierwiastki

metale

niemetale

Układ okresowy

3


Metale przejMetale przejśścioweciowe20_431

Ce

Th

Pr

Pa

Nd

U

Pm Sm

Pu

Eu

Am

Gd

Cm

Tb

Bk

Dy

Cf

Ho

Es

Er

Fm

Tm

Md

Yb

No

Lu

Lr

Sc

Y

La

Ac

Ti

Zr

Hf

Unq

V

Nb

Ta

Unp

Cr

Mo

W

Unh

Mn

Tc

Re

Uns

Fe

Ru

Os

Co

Rh

Ir

Ni

Pd

Pt

Cu

Ag

Au

Zn

Cd

Hg

Uno Une Uun Uuu

Np

Układ okresowy

4


Metale przejMetale przejśścioweciowe20_432

Sc

Y

La*

Ac†

Ti

Zr

Hf

Unq

V

Nb

Ta

Unp

Cr

Mo

W

Unh

Mn

Tc

Re

Fe

Ru

Os

Co

Rh

Ir

Ni

Pd

Pt

Cu

Ag

Au

Zn

Cd

Hg

Ce

Th

Pr

Pa

Nd

U

Pm

Np

Sm

Pu

Eu

Am

Gd

Cm

Tb

Bk

Dy

Cf

Ho

Es

Er

Fm

Tm

Md

Yb

No

Lu

Lr

Blok dk t

*Lantanowce

†Aktynowce

Blok f

Uns Uno Une Uun Uuu

20_432

Sc

Y

La*

Ac†

Ti

Zr

Hf

Unq

V

Nb

Ta

Unp

Cr

Mo

W

Unh

Mn

Tc

Re

Fe

Ru

Os

Co

Rh

Ir

Ni

Pd

Pt

Cu

Ag

Au

Zn

Cd

Hg

Ce

Th

Pr

Pa

Nd

U

Pm

Np

Sm

Pu

Eu

Am

Gd

Cm

Tb

Bk

Dy

Cf

Ho

Es

Er

Fm

Tm

Md

Yb

No

Lu

Lr

Blok dk t

*Lantanowce

†Aktynowce

Blok f

Uns Uno Une Uun Uuu

Blok d

Układ okresowy

5


Metale przejMetale przejśściowecioweKonfiguracja elektronowa

21Sc

39Y

57La*

89Ac**

22T i

40Zr

72H f

104Unq

23V

41Nb

73Ta

105Unp

24Cr

42M o

74W

106Unh

25M n

43Tc

75Re

107Uns

26Fe

44Ru

76O s

108Uno

110Uun

111Uuu

27Co

45Rh

77Ir

109Une

28N i

46Pd

78P t

29Cu

47Ag

79Au

30Zn

48Cd

80Hg

7s26d1 7s26d2 7s26d3 7s26d4 7s26d5 7s26d7

6s25d1 4f146s25d2 6s25d3 6s25d4 6s25d5 6s25d6 6s25d7 6s15d9 6s15d10 6s25d10

5s24d1 5s24d2 5s14d4 5s14d5 5s14d6 5s14d7 5s14d8 4d10 5s14d10 5s24d10

4s23d1 4s23d2 4s23d3 4s13d5 4s23d5 4s23d6 4s23d7 4s23d8 4s13d10 4s23d10

Metale przejściowe mogąprzyjmować wiele stopni utlenienia (od +1 do +6)

6



20_434

40

35

30

25

20

15

10

5

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Ioni

zatio

n en

ergy

(eV

/ato

m)

Energia jonizacji

Metale przejściowe mogą przyjmowaćwiele stopni utlenienia (od +1 do +6)

I3

I1

7



0.2

Ato

mic

radi

i (nm

)

Atomic number

La

Hf

TaW Re Os Ir Pt

AuZr

Y

NbMo Tc Ru

Rh Pd

AgSc

Ti

VCr Mn Fe Co Ni Cu

1st series (3d)2nd series (4d)3rd series (5d)

0.1

0.15

Promień atomowy

8


Co to sCo to sąą zwizwiąązki kompleksowe?zki kompleksowe?

MeMen+n+

LI LILI

LI LILI

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

9


ZwiZwiąązki kompleksowezki kompleksowe

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

Ligandy

10



Jakie wiązanie tworzy jon centralny i ligand?

LI = zasada Lewisa= donor elektronów= para elektronowa

Men+ = kwas Lewisa= akceptor elektronów= nieobsadzony orbital

wiązania koordynacyjne

Wiązania

11


Fe 1s22s22p63s23p64s23d6

Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0

NH3 NH3 NH3 NH3NH3NH3

NH3

Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand?

sd2p3 – sześć wolnych orbitali ⇒ sześć ligandów

Przykład 1 [Fe(NH3)6]3+

ZwiZwiąązki kompleksowezki kompleksoweWiązania

12


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

Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand?

ZwiZwiąązki kompleksowezki kompleksoweWiązania

13


Cu 1s22s22p63s23p64s13d10

Cu2+ 1s22s22p63s23p64s03d94p0

sp3 – cztery wolne orbitale ⇒ cztery ligandy

Przykład 2 [Cu(NH3)4]2+


14


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

[Fe(NH3)6] Cl3

wewnętrzna zewnętrznasfera koordynacyjna

Budowa


15


[Fe(OH)6]3- Na+

anion kompleksowy kation

Na3 [Fe(OH)6]

zewnętrzna wewnętrznasfera koordynacyjna

Budowa


16


Co to jest liczba koordynacyjna?Liczba wiązań z ligandem: głównie 2, 4, 6

Jaki kształt mają cząsteczki związków kompleksowych o tych liczbach?

2 – liniowa4 – tetraedr lub kwadrat6 – oktaedr

Coordinationnum ber

2

4

6

Geom etry

Linear

Tetrahedral

Square planar

Octahedral

Budowa


17


sp

180°

sp2

120°

109.5°

dsp3

90°

120°

90°

90°

d2sp3

sp3Hybrydyzacja

atomu centralnego i kształt cząsteczki

Budowa


18


Jakie mogą być rodzaje ligandów?

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

Budowa


19


20_13TTable 20.13 Typowe ligandytyp przykłady

jednopodstawne H20 CN− SCN − (thiocyanate) X− halogenkiNH3 NO2

− OH−

dwupodstawne Jon szczawianowy etylenodiamina(en)

wielopodstawne dietyleno triamina(dien)

jon etylenodiaminotetraoctanowy(EDTA)

O OCC

O OM

(−)(−)CH2H2C

M

NH2H2N

H2N − (CH 2)2 − NH − (CH 2)2 − NH2

3 centra koordynacji

O − C − H2C

O − C − H2C

N − (CH2)2 − N

CH2 − C − O

CH2 − C − O

(−)

(−)

O

O

(−)

(−)

6 atomów koordynujących

20_13TTable 20.13 Typowe ligandytyp przykłady

jednopodstawne H20 CN− SCN − (thiocyanate) X− halogenkiNH3 NO2

− OH−

dwupodstawne Jon szczawianowy etylenodiamina(en)

wielopodstawne dietyleno triamina(dien)

jon etylenodiaminotetraoctanowy(EDTA)

O OCC

O OM

(−)(−)CH2H2C

M

NH2H2N

H2N − (CH 2)2 − NH − (CH 2)2 − NH2

3 centra koordynacji

O − C − H2C

O − C − H2C

N − (CH2)2 − N

CH2 − C − O

CH2 − C − O

(−)

(−)

O

O

(−)

(−)

6 atomów koordynujących

Budowa


20


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. heksachlorocobaltan (III)

Nazwy


21


Skąd bierze się barwa związków kompleksowych?


22


Model pola krystalicznego

Założenia

1. Ligandy – ładunki ujemne skoncentrowane w punkcie2. Wiązanie metal-ligand - jonowe3. Ligandy oddziałują na orbitale d

Silne pole (kompleks niskospinowy): duże rozszczepienie orbitali d

Słabe pole (kompleks wysokospinowy): małe rozszczepienie orbitali d


23


20_453

d z2 d x2 - y2

dxy dyz dxz

Z

X Y

Model pola krystalicznegoModel pola krystalicznegoPole o symetrii oktaedrycznej

ligandatom centralny

24


Pole o symetrii oktaedrycznej – rozszczepienie orbitali d

),( 222 yxzg ddde −

),,(2 xzyzxyg dddt

222 ,,,,yxzxzyzxy dddddd −

orbitale d jonu centralnego

Ener

gia

pote

ncja

lna

Model pola krystalicznegoModel pola krystalicznego

∆E – różnica energii, energia stabilizacji

25


dz2 dx2 – y2

dxy dyzdxz

Pole o symetrii tetraedrycznej


–

–

–

–

26


Pole o symetrii teraedrycznej – rozszczepienie orbitali d

),( 222 yxz ddde −

),,(2 xzyzxy dddt


orbitale d jonu centralnego

Ener

gia

pote

ncja

lna


∆E – różnica energii, energia stabilizacji

27


silne pole słabe pole

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

duże ∆E małe ∆E

Moc ligandów


28


Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0

Przykład 3 [Fe(OH)6]3-

Pole o symetrii oktaedrycznej – obsadzenie orbitali d



),,(2 xzyzxyg dddt


Ener

gia

pote

ncja

lna

słabe pole OH-

∆E - małakompleks wysokospinowy

∆E

29


Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0

Przykład 4 [Fe(CN)6]3-

Pole o symetrii oktaedrycznej – obsadzenie orbitali d



silne pole CN- -∆E - dużakompleks niskospinowy

Ener

gia

pote

ncja

lna


),,(2 xzyzxyg dddt

∆E

E:\PPM do strony\11_nieorganiczna\hexacyjano.avi

30


Skąd bierze się barwa związków kompleksowych?


400 nm 700 nm

promieniowanie widzialne

31


Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0



222 ,,,,yxzxzyzxy dddddd −En

ergi

a po

tenc

jaln

a


),,(2 xzyzxyg dddt

∆E

32


Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0



222 ,,,,yxzxzyzxy dddddd −En

ergi

a po

tenc

jaln

a Fala światłaE=hν

Jeżeli hν= ∆E to następuje wzbudzenie cząsteczki, przeniesienie elektronów na wyższy nieobsadzony poziom. Część promieniowania jest absorbowana przez cząsteczkę


),,(2 xzyzxyg dddt

33



νhE =

[ ]sT11

=νλ− długość fali [m]ν − częstość [1/s]Τ − okres [s]

νλλ⋅==

Tc

λchE =

Energia i długość fali

34



Pozostała część promieniowania daje barwę dopełniającą, którąodczuwamy jako kolor danego materiału

dłg. fali pochłanianej

dłg. fali widzianej

35


BiologiaMetale przejMetale przejśścioweciowe

Składnik insuliny i wielu enzymówZn

Składnik kilku enzymów. Bierze udział w procesie odkładania żelaza w organizmie; oraz przy tworzeniu pigmentów barwiących skórę, włosy i oczy

Cu

Składnik enzymu ureazy i hydrogenazyN i

Składnik witaminy B23, która jest potrzebna przy przemianie węglowodanow, tłuszczów i białek

Co

Składnik hemoglobiny i mioglobiny; bierze udział w transporcie elektronowymFe

Konieczny w wielu reakcjach enzymatycznychMn

Towarzyszy insulinie przy kontrolowaniu poziomu cukru we krwi; również uczestniczy w kontrolowaniu poziomu cholesterolu

Cr

Nie znana u ludziV

Nie znanaTi

Nie znanaSc

Funkcja biologicznaMetal

36


ZwiZwiąązki kompleksowezki kompleksowePorfiryna

pierścień porfirynowy– kompleks hemu

Liczba koordynacyjna Fe2+= 4

37


ZwiZwiąązki kompleksowezki kompleksoweMioglobina

20_473

W

D

EF

E

AB

B

GH

A

NA

H

HC

FG

G

CD

C

F

38


ZwiZwiąązki kompleksowezki kompleksoweHemoglobina

20_474

39


40


20_450

Cl

Cl

N

N

N

NCo

Cl

Cl

N

N

N

NCo

Cl

Cl

N

N

N

NCo

Cl

Cl

N

N

N

NCo

Cl

Cl

N

N

N

NCo

Isomer IIIsomer I

cistrans

Isomer II cannot besuperimposed exactlyon isomer I. They arenot identical structures.

The trans isomer andits mirror image areidentical. They are notisomers of each other.

Isomer II has the samestructure as the mirrorimage of isomer I.(b)(a)


41


20_441

Isomers(same formula but different properties)

Stereoisomers(same bonds, differentspatial arrangements)

Structuralisomers

(different bonds)

Opticalisomerism

Geometric(cis-trans)isomerism

Linkageisomerism

Coordinationisomerism

42


20_446

Unpolarizedlight

Polarizingfilter

Polarizedlight

Tubecontainingsample

θ

Rotatedpolarized light

43


20_445

Lightsource

Unpolarizedlight

Polarizingfilter

Planepolarizedlight

44


20_448

Left hand Right hand

Mirror imageof right hand

45


20_444

H3N

Co

H3N

NH3

NH3

Cl

Cl

H3N

Co

H3N

NH3

Cl

Cl

NH3

Cl

Cl

Co

Cl

ClCo

(a) (b)

46


20_444

H3N

Co

H3N

NH3

NH3

Cl

Cl

H3N

Co

H3N

NH3

Cl

Cl

NH3

Cl

Cl

Co

Cl

ClCo

(a) (b)


47


20_449

N

N

N

N

N

NCo

N

N

N

N

N

NCo

Mirror imageof Isomer I

Isomer I Isomer II

N

N

N

N

N

NCo


48


20_461

E

Free metal ion Complex

dz2

dxy

dxz dyz

dx2 - y2

M z

(b)

Free metal ion Complex

dx2 - y2

dxydz2

dxz dyz

M

(a)

x

y

E


49


Co to sązwiązki kompleksowe? - Jagiellonian Universitylojewska/Wyklady/Wyklad22_...

Documents

Transcript of Co to sązwiązki kompleksowe? - Jagiellonian Universitylojewska/Wyklady/Wyklad22_...