Контрольные вопросы. Комплексные соединения

• Название: Комплексные соединения
• Дата: 11.10.2020
• Размер: 79.5 Kb.
• Имя файла: Контрольные вопросы.doc
• Тип: Контрольные вопросы; #142303

Контрольные вопросы

Тема: Комплексные соединения
Выполнил: Кадырбеков А.
1. Какие соединения называются комплексными соединениями?
Комплексные соединения (КС) – это такие соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся комплексные, сложные ионы, способные к самостоятельному существованию в растворах или расплавах.
2. Структура комплексного соединения
Большинство комплексных соединений имеют внутреннюю и внешнюю сферы. Записывая химические формулы комплексных соединений, внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки. Например, в комплексных соединениях К[Al(OH)⁴] и [Ca(NH³)⁸]Cl², внутренней сферой являются группы атомов (комплексы) — [Al(OH)⁴]— и [Ca(NH³)⁸]²⁺, а внешней сферой — ионы К⁺ и Сl^– соответственно.

Центральный атом или ион внутренней сферы называют комплексообразователем. Обычно, в качестве комплексообразователей выступают атомы или ионы металлов с достаточным количеством свободных орбиталей – это p-, d-, f- элементы: Cu²⁺, Pt²⁺, Pt⁴⁺, Ag⁺, Zn²⁺, Al³⁺и др. Но это может быть и атомы элементов, образующих неметаллы. Заряд комплексообразователя обычно положительный, но также может быть отрицательным или равным нулю и равен сумме зарядов всех остальных ионов. В приведенных выше примерах комплексообразователями являются ионы Al³⁺и Ca²⁺.

Комплексообразователь окружен и связан сигма-связью с ионами противоположного знака или нейтральными молекулами, так называемыми лигандами. В качестве лигандов в комплексных соединениях могут выступать такие анионы, как F^– , OH^–, CN^–, CNS^–, NO₂^–, CO₃^2–, C₂O₄^2–и др., или нейтральные молекулы Н²О, NН³, СО, NО и др. В наших примерах это – ионы OH— и молекулы NH³. Количество лигандов в различных комплексных соединениях лежит в пределах от 2 до 12. А само число лигандов (число сигма-связей) называется координационным числом (к.ч.) комплексообразователя. В рассматриваемых примерах к.ч. равно 4 и 8.

Заряд комплекса (внутренней сферы) определяется как сумма зарядов комплексообразователя и лигандов.

Внешнюю сферу образуют ионы, связанные с комплексом ионной или межмолекулярной связью и имеющие заряд, знак которого противоположен знаку заряда комплексообразователя. Числовое значение заряда внешней сферы совпадает с числовым значением заряда внутренней сферы. В формуле комплексного соединения записываются они за квадратными скобками. Внешняя сфера может и вовсе отсутствовать, в случае, если внутренняя сфера нейтральна. В приведенных примерах, внешнюю сферу образуют 1 ион K⁺ и 2 иона Cl^— соответственно.
3. Что такое лиганда, как определить координационное число комплексообразователя
Лига́нд — атом, ион или молекула, связанные с другим атомом (акцептором) с помощью донорно-акцепторного взаимодействия.

Координационное число (КЧ) – число - связей, образуемых центральным атомом с лигандами. Если лиганды унидентатные, то координационное число равно числу таких лигандов. КЧ зависит от электронного строения центрального атома, от его степени окисления, размеров центрального атома и лигандов, условий образования комплексного соединения, температуры и других факторов. КЧ может принимать значения от 2 до 12.
4.Какие элементы, чаще всего, выступают в роли комплексообразователя? Как определить заряд комплексообразователя?
Соединения р-элементов проявляют комплексообразующие свойства и выступают в комплексном соединении в качестве лигандов. Лигандами могут быть атомы и молекулы (белка, аминокислот, нуклеиновых кислот, углеводов). По числу связей, образуемых лигандами с комплексо-образователем, лиганды делятся на моно-, ди- и полидентатные лиганды. Вышеперечисленные лиганды (молекулы и анионы) являются моноден-татными, так как они доноры одной электронной пары. К бидентатным лигандам относятся молекулы или ионы, содержащие две функциональные группы, способные быть донором двух электронных пар.
5. Какие КС относятся к катионным, анионным и нейтральным?
Катионный комплекс образован в результате координации вокруг положительного иона нейтральных молекул (Н2О, NН3 идр.)

Соединения, содержащие амминокомплексы (NН3), называются аммиакатами, содержащие аквакомплексы (Н2О) - гидратами.

В роли комплексообразователя в анионном комплексе выступает атом с положительной степенью окисления (положительный ион), а лигандами являются атомы с отрицательной степенью окисления (анионы). Например: К2[BeF4] - тетрафторобериллат (II) калия.

Нейтральные комплексы образуются при координации вокруг атома молекул, а также при одновременной координации вокруг положительного иона-комплексообразователя отрицательных ионов и молекул. Например: [Pt(NH₃)₂CI₂] - дихлородиамминплатина (II). Электронейтральные комплексы являются комплексными соединениями без внешней сферы.

Роль комплексообразователя может играть любой элемент периодической системы. Неметаллические элементы обычно дают анионные комплексы. Металлические элементы образуют комплексы катионного типа.
6. Дайте определение понятию дентатность лиганды.
Дентатность лиганда – количественная характеристика донорно-акцепторной способности лиганда, измеряемая числом координационных мест, занимаемых одним лигандом во внутренней сфере комплекса.
7. Что такое константа нестойкости комплексных соединений?
Константа устойчивости комплексного соединения – величина, обратная константе нестойкости комплексного соединения.
8.Изомерия комплексных соединений.
Изомерия комплексных соединений. Изомерией называют такое явление, когда вещества, имеющие одинаковый состав и молекулярную массу, обладают различным строением и, следовательно, различными свойствами. Изомерия широко распространена среди комплексных соединений и является одной из причин их многообразия. Различают геометрическую, оптическую, гидратную, ионизационную и другие виды изомерии.
9. Классификация комплексных соединений.

Основываясь на различных принципах, комплексные соединения можно классифицировать различными способами:

1. 
   По электрическому заряду: катионные, анионные и нейтральные комплексы.
   

• 
  Катионные комплексы имеют положительный заряд и образуются если вокруг положительного иона координированы нейтральные молекулы. Например, [Al(H₂O)₆]Cl₃, [Ca(NH₃)₈]Cl₂
  
• 
  Анионные комплексы имеют отрицательный заряд и образуются, если вокруг положительного иона координированы атомы с отрицательной степенью окисления. Например, К[Al(OH)₄], K₂[BF₄]
  
• 
  Нейтральные комплексы имеют заряд равный нулю и не имеют внешней сферы. Они могут образоваться при координации вокруг атома молекул, а также при одновременной координации вокруг центрального положительно заряженного иона отрицательных ионов и молекул.
  

2. 
   По количеству комплексообразователей
   

• 
  Одноядерные – комплекс содержит один центральный атом, например, K₂[Be(SO₄)2]
  
• 
  Многоядерные — комплекс содержит два и более центральных атомов, например, [CrFe(NH₃)₆(CN)₆]
  

3. 
   По типу лиганда
   

• 
  Гидраты – содержат акво-комплексы, т.е. в качестве лигандов выступают молекулы воды. Например, [Cr(H₂O)₆]Br₃, [Co(H₂O)₆]Br₂
  
• 
  Аммиакаты – содержат аммин-комплексы, в которых в качестве лигандов выступают молекулы аммиака (NН_3­). Например, [Zn(NH₃)₄]Cl₂, [Ag(NH₃)₂]Cl
  
• 
  Карбонилы – в таких комплексных соединениях, в качестве лигандов выступают молекулы монооксида углерода. Например, [Ni(CO)₄], .
  
• 
  Ацидокомплексы – комплексные соединения, содержащие в качестве лигандов кислотные остатки как кислородсодержащих, так и бескислородных кислот (F^–, Cl^–, Br^–, I^–, CN^–, NO₂^–, SO₄^2–, PO₄^3–и др., а также ОН^–). Например, K₄[Ni(CN)₆], Na₂[FeCl₄]
  
• 
  Гидроксокомплексы— комплексные соединения, в которых в качестве лигандов выступают гидроксид-ионы: K₂[Zn(OH)₄], Cs₂[Sn(OH)₆]
  

Комплексные соединения могут содержать лиганды, относящиеся к различным классам приведенной классификации. Например: К[Pt(H₂O)­₃Br₃], [Cr(NH₃)₄Br₂]Br

4. 
   По химическим свойствам: кислоты, основания, соли, неэлектролиты:
   

• 
  Кислоты — H[AuBr₄], H₂[PtCl₆]
  
• 
  Основания — [Cu(NH₃)₄](OH)₂,[Ag(NH₃)₂]OH
  
• 
  Соли — Cs₃[Al(OH)₆], [Ni(H2O)₄]Cl₂
  
• 
  Неэлектролиты — [Pt(NH₃)₂Cl₂]
  

5. 
   По количеству мест, занимаемых лигандом в координационной сфере
   

В координационной сфере лиганды могут занимать одно или несколько мест, т.е. образовывать с центральным атомом одну или несколько связей. По этому признаку различают:

• 
  Монодентатные лиганды – это такие лиганды как молекулы Н₂О, NH₃, CO, NO и др. и ноны CN⁻, F⁻, Cl⁻, OH⁻, SCN⁻, и др.
  
• 
  Бидентатные лиганды. К такому типу лигандов относятся ионы H₂N—CH₂—COO⁻, СО₃²⁻, SO₄²⁻, S₂O₃²⁻, молекула этилендиамина H₂N—CH₂—CH₂—H₂N (сокращенно en).
  
• 
  Полидентатные лиганды. Это, например, органические лиганды, содержащие несколько групп — CN или  -COOH (ЭДТА). Некоторые полидентантные лиганды способны образовать циклические комплексы, называемые хелатными (например, гемоглобин, хлорофилл и др.)
  

10. Значение комплексных соединений
Значение комплексных соединений определяется прежде всего спецификой их структуры и свойств. Их широко используют в качественном и количественном анализе.

Исключительно велика роль комплексных соединений в биохимии: два важнейших вещества — хлорофилл и гемоглобин — представляют координационные соединения соответственно магния и железа. Хлорофилл играет важнейшую роль в протекании фотосинтеза, а гемоглобин осуществляет перенос кислорода из крови к тканям.
ОВР

1. 
   Какие химические реакции относятся к ОВР?
   

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это химические реакции, при протекании которых степени окисления элементов изменяются.

2. 
   В чем основное отличие реакций ионного обмена от ОВР?
   

В окислительно-восстановительных реакциях изменяется степень окисление реагентов и в итоге у получившихся веществ другая степень окисление.

А в реакциях ионного обмена участвуют только ионы и никаких электронов, то есть степени окисления остаются неизменными. Например,

3. 
   Что такое степень окисления атома химического элемента?
   

Степень окисления – это условный заряд атома в химическом соединении, если предположить, что оно состоит из ионов. Степень окисления – это количественная характеристика элемента в химическом соединении. Степень окисления обозначается цифрой со знаком (+) или (-), ставится над символом элемента ( например: H+Сl- ). В целом сумма положительных степеней окисления равна числу отрицательных степеней окисления и равна нулю.

4. 
   Атомы каких элементов имеют постоянную степень окисления в химических соединениях?
   

Степень окисления может иметь три значения: нулевое – атом находится в состоянии покоя (все простые вещества имеют степень окисления 0); положительное – атом отдаёт электроны и является восстановителем (все металлы, некоторые неметаллы); отрицательное – атом принимает электроны и является окислителем (большинство неметаллов).

5. 
   Как определяется максимальная и минимальная степень окисления атомов элементов исходя из их положения в ПС элементов?
   

Максимальную положительную и минимальную отрицательную степень окисления можно определить с помощью Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Они равны номеру группы, в которой расположен элемент, и разнице между значением «высшей» степени окисления и числом 8, соответственно.

Если рассматривать химические соединения более конкретно, то в веществах с неполярными связями степень окисления элементов равна нулю (N₂, H₂, Cl₂).

Степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю, так как распределение электронной плотности в них равномерно.

В простых ионных соединениях степень окисления входящих в них элементов равна электрическому заряду, поскольку при образовании этих соединений происходит практически полный переход электронов от одного атома к другому: Na⁺¹I^-1, Mg⁺²Cl^-1₂, Al⁺³F^-1₃, Zr⁺⁴Br^-1₄.

При определении степени окисления элементов в соединениях с полярными ковалентными связями сравнивают значениях их электроотрицательностей. Поскольку при образовании химической связи электроны смещаются к атомам более электроотрицательных элементов, то последние имеют в соединениях отрицательную степень окисления.

Существуют элементы, для которых характерно только одно значение степени окисления (фтор, металлы IA и IIA групп и т.д.). Фтор, характеризующийся наибольшим значением электроотрицательности, в соединениях всегда имеет постоянную отрицательную степень окисления (-1).

Щелочные и щелочноземельные элементы, для которых свойственно относительно невысокое значение электроотрицательности, всегда имеют положительную степень окисления, равную соответственно (+1) и (+2).

6. 
   Что называется процессом окисления (восстановления)?
   

Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции (ОВР), также редокс (сокр. англ. redox, от reduction-oxidation — восстановление-окисление) — встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ (или ионов веществ), реализующимся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем (акцептором) и атомом-восстановителем (донором).

7. 
   Что называется окислителем (восстановителем)?
   

Окислителем называют реагент, который принимает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. (Легко запомнить: окислитель — грабитель.) Восстановителем называют реагент, который отдаёт электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции.

8. 
   Почему все металлы проявляют только восстановительные свойства, а многие неметаллы и окислителями и восстановителями?
   

Неметаллы - это химические элементы, для атомов которых характерна способность принимать электроны до завершения внешнего слоя благодаря наличию, как правило, на внешнем электронном слое четырех и более электронов и малому радиусу атомов по сравнению с атомами металлов.

Это определение оставляет в стороне элементы VIII группы главной подгруппы — инертные или благородные газы, атомы которых имеют завершенный внешний электронный слой. Электронная конфигурация атомов этих элементов такова, что их нельзя отнести ни к металлам, ни к неметаллам. Они являются теми объектами, которые в естественной системе четко разделяют элементы на металлы и неметаллы, занимая между ними пограничное положение. Инертные или благородные газы («благородство» выражается в инертности) иногда относят к неметаллам, но чисто формально, по физическим признакам. Эти вещества сохраняют газообразное состояние вплоть до очень низких температур.

Инертность в химическом отношении у этих элементов относительна. Для ксенона и криптона известны соединения с фтором и кислородом. Несомненно, в образовании этих соединений инертные газы выступали в роли восстановителей.

Из определения неметаллов следует, что для их атомов характерны высокие значения электроотрнцательности. Она изменяется в пределах от 2 до 4. Неметаллы - это элементы главных подгрупп, преимущественно р элементы, исключение составляет водород - s-элемент.

Все элементы-неметаллы (кроме водорода) занимают в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева верхний правый угол, образуя треугольник, вершиной которого является фтор.

9. 
   Что такое электронный баланс в уравнении ОВР?
   

Составляя любое уравнение химической реакции, следует соблюдать закон сохранения масс веществ - кол-во атомов в исходных веществах (левая часть уравнения) и в продуктах реакции (правая часть уравнения) должны совпадать.

Составляя уравнения окислительно-восстановительных реакций, следует также следить за суммой зарядов, которые у исходных веществ и в продуктах реакции должны быть равны.

В уравнениях ОВР в левой части обычно указывают первым вещество-восстановитель (отдает электроны), а затем - вещество-окислитель (принимает электроны); в правой части уравнения первым указывают продукт окисления, затем восстановления, а потом другие вещества, если они имеются.

Главное требование, которое необходимо соблюдать при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций, - кол-во электронов, которое отдал восстановитель, должно быть равно кол-ву электронов, принятых окислителем.

В основе метода электронного баланса лежит сравнение степеней окисления в исходных веществах и продуктах реакции, что подразумевает тот факт, что, составляющий уравнение ОВР методом электронного баланса, должен знать, какие вещества образуются в ходе реакции.
10. Какие виды ОВР существуют?

1) Межмолекулярные  окис.-вост. реакции  -  реакции окислитель и восстановитель находятся в разных молекулах.

2) Внутримолекулярные окислительные реакции -  реакции в котором окислитель  и восстановитель в составе одной молекулы.

3) Диспропорционирование (самоокисление или самовосстановление)

- реакции в которой атомы одного элемента одновременно повышают или понижают степень окисления.

4) Синпропорционирование - реакции которые атомы одного и того де элемента в разных степенях окисления могут переходить в промежуточную степень окисления.
11. Могут ли реакции окисления и восстановления протекать раздельно?

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) - реакции, протекающие с изменением степени окисления одного или нескольких элементов. Не окислительно-восстановительные реакции: Не окислительно-восстановительные реакции – реакции, идущие без изменения степеней окисления элементов.

Но т.к. угольная кислота – очень слабая, она может существовать только в разбавленных растворах, а в присутствии более сильных кислот неустойчива и разлагается на углекислый газ и воду.
12. Может ли одно вещество быть и окислителем и восстановителем?

Может. И окислители И восстановители - элементы с промежуточной степенью окисления могут принять электрон (степень окисления уменьшится), могут отдать электрон (степень окисления увеличится)
13. Как рассчитывается эквивалент окислителя и восстановителя?

Эквивалентом восстановителя (или окислителя) называется такое его количество, которое, окисляясь (или восстанавливаясь), отдает (или принимает) один моль электронов. Формула эквивалента вещества А имеет вид 1/Z А, где 1/Z называется фактором эквивалентности, а Z числом эквивалентности.
14. Какие простые вещества обладают наиболее сильными окислительными (восстановительными) свойствами?

Наиболее ярко восстановительные и окислительные свойства выражены у атомов элементов «крайних» групп периодической системы – щелочных металлов и галогенов. Лучшие восстановители – щелочные металлы и наиболее активный из них - франций.