Најважније из лекције
Комплексна једињења: Састоје се од унутрашње сфере (комплексни јон унутар \([ \dots ]\)) и спољашње сфере (јони изван заграда који компензују наелектрисање).
Дисоцијација: У води комплекси дисосују на спољашње јоне и комплексни јон (нпр. \(\text{K}_4[\text{Fe}(\text{CN})_6] \rightarrow 4\text{K}^+ + [\text{Fe}(\text{CN})_6]^{4-}\)).
Грађа комплексног јона: Централни метални јон (акцептор) гради координативно-ковалентне везе са лигандима (донорима слободних електронских парова).
Координациони број: Број везаних лиганада за централни јон (најчешће 2, 4 или 6), што директно одређује геометријски облик (линеаран, квадратно-планаран/тетраедарски, октаедарски).
Дисоцијација: У води комплекси дисосују на спољашње јоне и комплексни јон (нпр. \(\text{K}_4[\text{Fe}(\text{CN})_6] \rightarrow 4\text{K}^+ + [\text{Fe}(\text{CN})_6]^{4-}\)).
Грађа комплексног јона: Централни метални јон (акцептор) гради координативно-ковалентне везе са лигандима (донорима слободних електронских парова).
Координациони број: Број везаних лиганада за централни јон (најчешће 2, 4 или 6), што директно одређује геометријски облик (линеаран, квадратно-планаран/тетраедарски, октаедарски).
Комплексна (координациона) једињења су сложене супстанце у којима постоји координативно-ковалентна веза између јона (или атома) метала и анјона или поларних молекула.
Комплексна једињења имају изузетно важну улогу у живим организмима:
- Хем – саставни део хемоглобина, садржи јон \(\text{Fe}^{2+}\) и преноси кисеоник кроз крвоток.
- Хлорофил – биљни пигмент одговоран за фотосинтезу, садржи јон \(\text{Mg}^{2+}\).
- Витамин \(\text{B}_{12}\) (кобаламин) – важан за синтезу хемоглобина, садржи јон \(\text{Co}^{2+}\).
- Ензими – у људском организму постоји преко 1 000 ензима који садрже јон цинка (\(\text{Zn}^{2+}\)).
Примењују се у медицини (лекови, дијагностика), аналитичкој хемији (доказивање јона), индустрији као катализатори, пигменти, за омекшавање воде и галванизацију.
Унутрашња сфера (комплексни јон): Део комплекса који се пише унутар угластих заграда \([ \dots ]\). Може бити комплексни катјон, комплексни анјон или неутрални молекул.
Спољашња сфера (спољашњи јон): Јони изван угластих заграда који неутралишу наелектрисање комплексног јона:
- Када је комплексни јон анјон, спољашњи јони су катјони алкалних или земноалкалних метала (\(\text{K}^+, \text{Na}^+, \text{Ca}^{2+}\)).
- Када је комплексни јон катјон, спољашњи јони су киселински остаци (\(\text{SO}_4^{2-}, \text{Cl}^-, \text{NO}_3^-\)) или хидроксидни јони (\(\text{OH}^-\)).
У воденом раствору комплексне соли потпуно дисосују на спољашње јоне и комплексни јон (унутрашња сфера се не распада при дисоцијацији).
Дисоцијација са комплексним катјоном:
\[ [\text{Cu}(\text{NH}_3)_4]\text{SO}_4(\text{s}) \longrightarrow \underbrace{[\text{Cu}(\text{NH}_3)_4]^{2+}(\text{aq})}_{\text{унутрашњи јон}} + \underbrace{\text{SO}_4^{2-}(\text{aq})}_{\text{спољашњи јон}} \]
Дисоцијација са комплексним анјоном:
\[ \text{K}_4[\text{Fe}(\text{CN})_6](\text{s}) \longrightarrow \underbrace{4\text{K}^+(\text{aq})}_{\text{спољашњи јон}} + \underbrace{[\text{Fe}(\text{CN})_6]^{4-}(\text{aq})}_{\text{унутрашњи јон}} \]
Напишите једначину електролитичке дисоцијације комплексног једињења \([\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]\text{Cl}\).
\[ [\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]\text{Cl}(\text{s}) \longrightarrow [\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq}) \]
Централни јон (градитељ комплекса): Атом или јон метала који везује лиганде. Најчешће су то d-метали (\(\text{Fe}^{2+}, \text{Fe}^{3+}, \text{Cu}^{2+}, \text{Zn}^{2+}, \text{Ag}^+\)), ређе p-метали (\(\text{Al}^{3+}, \text{Sn}^{2+}, \text{Pb}^{2+}\)) или s-метали (\(\text{Mg}^{2+}\)). Централни јон поседује празне орбитале и понаша се као акцептор електронских парова.
Лиганди: Анјони (\(\text{Cl}^-, \text{I}^-, \text{CN}^-, \text{OH}^-\)) или поларни молекули (\(\text{H}_2\text{O}, \text{NH}_3\)) који имају најмање један слободан електронски пар и понашају се као донори електронских парова.
Координативно-ковалентна веза: Хемијска веза у којој заједнички електронски пар потиче искључиво од једне честице (лиганда као донора), док друга честица (централни метални јон као акцептор) обезбеђује празну орбиталу за везивање.
При настајању комплексног катјона \([\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+\), јон сребра \(\text{Ag}^+\) као акцептор везује два молекула амонијака \(\text{NH}_3\), при чему сваки молекул амонијака донира по један слободан електронски пар са атома азота:
\[ 2\text{NH}_3 + \text{Ag}^+ \longrightarrow [\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+ \]
Координациони број: Број честица лиганада (или донорских атома) који су директно везани за централни метални јон. Најчешће вредности су 4 или 6, а може бити и 2 или 5.
Распоред лиганада око централног јона одређује просторни (геометријски) облик комплексне честице:
- Координациони број 2: линеаран облик, нпр. \([\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+\)
- Координациони број 4: тетраедарски облик, нпр. \([\text{CuCl}_4]^{2-}\), или квадратно-планарни облик, нпр. \([\text{Pt}(\text{NH}_3)_4]^{2+}\)
- Координациони број 6: октаедарски облик, нпр. \([\text{Ni}(\text{NH}_3)_6]^{2+}\), \([\text{Fe}(\text{CN})_6]^{4-}\)
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): У следећим биолошки важним комплексним једињењима одредите који се централни јон метала налази у њиховој структури:
а) хемоглобин (хем)
б) хлорофил
в) витамин \(\text{B}_{12}\)
а) хемоглобин (хем)
б) хлорофил
в) витамин \(\text{B}_{12}\)
а) Хем садржи јон гвожђа(II), \(\text{Fe}^{2+}\).
б) Хлорофил садржи јон магнезијума, \(\text{Mg}^{2+}\).
в) Витамин \(\text{B}_{12}\) (кобаламин) садржи јон кобалта(II), \(\text{Co}^{2+}\).
б) Хлорофил садржи јон магнезијума, \(\text{Mg}^{2+}\).
в) Витамин \(\text{B}_{12}\) (кобаламин) садржи јон кобалта(II), \(\text{Co}^{2+}\).
Задатак 2 (средњи): За неутрални комплекс формуле \([\text{Co}(\text{NH}_3)_3\text{Cl}_3]\) одредите:
а) честицу која представља централни јон,
б) честице које имају улогу лиганада,
в) укупан координациони број централног јона.
а) честицу која представља централни јон,
б) честице које имају улогу лиганада,
в) укупан координациони број централног јона.
а) Централни јон је јон кобалта (\(\text{Co}^{3+}\)).
б) Лиганди су молекули амонијака (\(\text{NH}_3\)) и хлоридни анјони (\(\text{Cl}^-\)).
в) Координациони број је збир свих везаних лиганада: \(3 + 3 = 6\).
б) Лиганди су молекули амонијака (\(\text{NH}_3\)) и хлоридни анјони (\(\text{Cl}^-\)).
в) Координациони број је збир свих везаних лиганада: \(3 + 3 = 6\).
Задатак 3 (средњи): Напишите хемијску формулу комплексне честице (катјона) у којој је централни јон бакар(II) (\(\text{Cu}^{2+}\)), лиганди су молекули воде (\(\text{H}_2\text{O}\)), а координациони број бакра је 6.
Централни јон је \(\text{Cu}^{2+}\), има 6 лиганада \(\text{H}_2\text{O}\), а пошто је вода неутралан молекул, наелектрисање комплексне честице потиче само од бакра (\(2+\)).
Формула: \([\text{Cu}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+}\)
Формула: \([\text{Cu}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+}\)
Задатак 4 (тежак): Комплексно једињење има формулу \(\text{K}_3[\text{Fe}(\text{CN})_6]\).
а) Напишите једначину његове електролитичке дисоцијације.
б) Идентификујте унутрашњу и спољашњу сферу.
в) Одредите оксидациони број (наелектрисање) јона гвожђа у овом комплексу ако је наелектрисање цијанидног јона \(-1\).
а) Напишите једначину његове електролитичке дисоцијације.
б) Идентификујте унутрашњу и спољашњу сферу.
в) Одредите оксидациони број (наелектрисање) јона гвожђа у овом комплексу ако је наелектрисање цијанидног јона \(-1\).
а) Једначина дисоцијације:
\[ \text{K}_3[\text{Fe}(\text{CN})_6](\text{s}) \longrightarrow 3\text{K}^+(\text{aq}) + [\text{Fe}(\text{CN})_6]^{3-}(\text{aq}) \]
б) Спољашња сфера: \(3\text{K}^+\); Унутрашња сфера: \([\text{Fe}(\text{CN})_6]^{3-}\).
в) Наелектрисање комплексног јона је \(3-\). Како 6 цијанидних лиганада даје \(6 \cdot (-1) = -6\), следи: \[ x + 6 \cdot (-1) = -3 \implies x = +3 \] Оксидациони број гвожђа је \(+3\) (јон \(\text{Fe}^{3+}\)).
в) Наелектрисање комплексног јона је \(3-\). Како 6 цијанидних лиганада даје \(6 \cdot (-1) = -6\), следи: \[ x + 6 \cdot (-1) = -3 \implies x = +3 \] Оксидациони број гвожђа је \(+3\) (јон \(\text{Fe}^{3+}\)).
