Најважније из лекције
Комплексна једињења: Састоје се од унутрашње сфере (централни метални јон као Луисова киселина/акцептор + лиганди као Луисове базе/донори) и спољашње сфере.
Координациона веза: Настаје донирањем слободног електронског пара лиганда у празне орбитале метала. Број везаних донорских атома је координациони број (најчешће 4 или 6).
Номенклатура: Код комплексних анјона метал добија наставак -ат на латински корен (нпр. ферат, купрат); код катјона користи се редован српски назив метала (нпр. бакар(II), сребро(I)).
Аналитичка и биолошка важност: Користе се за квалитативно доказивање јона (\(\mathrm{Fe^{3+}, Cu^{2+}, Cl^-}\)), одређивање и омекшавање тврдоће воде (ЕДТА), док у живом свету представљају основу хемоглобина (\(\mathrm{Fe^{2+}}\)), хлорофила (\(\mathrm{Mg^{2+}}\)) и витамина \(\mathrm{B_{12}}\) (\(\mathrm{Co^{2+}}\)).
Координациона веза: Настаје донирањем слободног електронског пара лиганда у празне орбитале метала. Број везаних донорских атома је координациони број (најчешће 4 или 6).
Номенклатура: Код комплексних анјона метал добија наставак -ат на латински корен (нпр. ферат, купрат); код катјона користи се редован српски назив метала (нпр. бакар(II), сребро(I)).
Аналитичка и биолошка важност: Користе се за квалитативно доказивање јона (\(\mathrm{Fe^{3+}, Cu^{2+}, Cl^-}\)), одређивање и омекшавање тврдоће воде (ЕДТА), док у живом свету представљају основу хемоглобина (\(\mathrm{Fe^{2+}}\)), хлорофила (\(\mathrm{Mg^{2+}}\)) и витамина \(\mathrm{B_{12}}\) (\(\mathrm{Co^{2+}}\)).
Комплексна (координациона) једињења су сложене супстанце у чијој структури постоји координативно-ковалентна веза између централног јона (или атома) метала и лиганада (анјона или поларних молекула).
Делови комплексног једињења:
- Унутрашња сфера (комплексни јон/честица): Записује се унутар угластих заграда \([\ ]\). Састоји се од централног јона и везаних лиганада. Може бити катјон, анјон или неутралан молекул.
- Спољашња сфера (спољашњи јони): Јони који неутралишу наелектрисање комплексног јона (код комплексних катјона то су киселински остаци или \(OH^-\), а код комплексних анјона катјони алкалних или земноалкалних метала).
\[ \underbrace{\mathrm{K_4}}_{\text{спољашња сфера}}[\underbrace{\mathrm{Fe}}_{\text{центр. јон}}\underbrace{\mathrm{(CN)_6}}_{\text{лиганди}}] \qquad \text{или} \qquad [\underbrace{\mathrm{Cu}}_{\text{центр. јон}}\underbrace{\mathrm{(NH_3)_4}}_{\text{лиганди}}]\underbrace{\mathrm{SO_4}}_{\text{спољашња сфера}} \]
У воденом раствору комплексна једињења електролитички дисосују на јоне спољашње сфере и комплексни јон, док се комплексни јон практично не разлаже:
\[ \mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4(s) \xrightarrow{H_2O} [Cu(NH_3)_4]^{2+}(aq) + SO_4^{2-}(aq)} \]
\[ \mathrm{K_4[Fe(CN)_6](s) \xrightarrow{H_2O} 4K^+(aq) + [Fe(CN)_6]^{4-}(aq)} \]
Централни јон (градитељ комплекса): Атом или јон метала (најчешће \(d\)-блока: \(\mathrm{Fe^{2+}, Fe^{3+}, Cu^{2+}, Zn^{2+}, Ag^+}\), ређе \(p\)-блока: \(\mathrm{Al^{3+}, Sn^{2+}, Pb^{2+}}\) или \(s\)-блока: \(\mathrm{Mg^{2+}}\)). Он служи као акцептор (прималац) слободних електронских парова.
Лиганди: Анјони (\(\mathrm{Cl^-, I^-, CN^-, OH^-, SCN^-, NO_2^-}\)) или поларни молекули (\(\mathrm{H_2O, NH_3}\)) који поседују бар један слободан електронски пар. Лиганди су донори (даваоци) електронских парова.
Координативно-ковалентна веза настаје преклапањем попуњених орбитала лиганда (донора) и празних орбитала централног јона (акцептора).
Координациони број: Број лиганда (донорских атома) који су директно везани за централни метални јон. Најчешће износи 4 или 6, а може бити и 2 или 5.
У комплексном катјону \(\mathrm{[Ag(NH_3)_2]^+}\), централни јон је \(\mathrm{Ag^+}\), лиганди су молекули \(\mathrm{NH_3}\), а координациони број сребра је \(2\).
1. Комплексни јон је АНЈОН:
Редослед: назив катјона из спољашње сфере + цртица + префикс за број лиганада + назив лиганда + латински назив метала са суфиксом -АТ + (валенца/оксидациони број метала римским бројем).
Пример: \(\mathrm{K_4[Fe(CN)_6]}\) - калијум-хексацијаноферат(II).
Редослед: назив катјона из спољашње сфере + цртица + префикс за број лиганада + назив лиганда + латински назив метала са суфиксом -АТ + (валенца/оксидациони број метала римским бројем).
Пример: \(\mathrm{K_4[Fe(CN)_6]}\) - калијум-хексацијаноферат(II).
2. Комплексни јон је КАТЈОН:
Редослед: префикс за број лиганада + назив лиганда + српски назив метала + (валенца/оксидациони број метала римским бројем) + цртица + назив анјона спољашње сфере.
Пример: \(\mathrm{[Ag(NH_3)_2]Cl}\) - диамминсребро(I)-хлорид.
Редослед: префикс за број лиганада + назив лиганда + српски назив метала + (валенца/оксидациони број метала римским бројем) + цртица + назив анјона спољашње сфере.
Пример: \(\mathrm{[Ag(NH_3)_2]Cl}\) - диамминсребро(I)-хлорид.
\[
\begin{array}{|c|c||c|c||c|c|}
\hline
\textbf{Број} & \textbf{Префикс} & \textbf{Лиганд} & \textbf{Назив} & \textbf{Метал у анјону} & \textbf{Назив} \\
\hline
2 & \text{ди-} & \mathrm{Cl^-} & \text{хлоро} & \mathrm{Fe} & \text{ферат} \\
3 & \text{три-} & \mathrm{OH^-} & \text{хидроксо} & \mathrm{Cu} & \text{купрат} \\
4 & \text{тетра-} & \mathrm{CN^-} & \text{цијано} & \mathrm{Ag} & \text{аргентат} \\
5 & \text{пента-} & \mathrm{SCN^-} & \text{тиоцијанато} & \mathrm{Al} & \text{алуминат} \\
6 & \text{хекса-} & \mathrm{H_2O} & \text{аква} & \mathrm{Zn} & \text{цинкат} \\
- & - & \mathrm{NH_3} & \text{аммин} & \mathrm{Co} & \text{кобалтат} \\
\hline
\end{array}
\]
Збир оксидационих бројева свих атома у неутралном молекулу је 0:
За \(\overset{+1}{\mathrm{K}}_3[\overset{x}{\mathrm{Fe}}(\overset{-1}{\mathrm{CN}})_6]\): \[ 3 \cdot (+1) + x + 6 \cdot (-1) = 0 \implies +3 + x - 6 = 0 \implies x = +3 \quad \rightarrow \text{калијум-хексацијаноферат(III)} \]
За \(\overset{+1}{\mathrm{K}}_3[\overset{x}{\mathrm{Fe}}(\overset{-1}{\mathrm{CN}})_6]\): \[ 3 \cdot (+1) + x + 6 \cdot (-1) = 0 \implies +3 + x - 6 = 0 \implies x = +3 \quad \rightarrow \text{калијум-хексацијаноферат(III)} \]
Комплексна једињења елемената \(d\)-блока су на собној температури у чврстом агрегатном стању и карактеристично су обојена због специфичне електронске конфигурације централног јона и утицаја лиганада.
Значајне реакције и примена у аналитичкој хемији:
- Доказивање \(\mathrm{Fe^{3+}}\) јона са \(\mathrm{K_4[Fe(CN)_6]}\): Настаје тамноплави талог/комплекс (берлинско плаво): \[ \mathrm{4FeCl_3(aq) + 3K_4[Fe(CN)_6](aq) \longrightarrow Fe_4[Fe(CN)_6]_3(s) + 12KCl(aq)} \]
- Доказивање \(\mathrm{Fe^{3+}}\) јона са тиоцијанатом (\(\mathrm{KSCN}\)): Настаје раствор крваво-црвене боје: \[ \mathrm{FeCl_3(aq) + 6KSCN(aq) \longrightarrow K_3[Fe(SCN)_6](aq) + 3KCl(aq)} \]
- Доказивање \(\mathrm{Cu^{2+}}\) јона помоћу \(\mathrm{NH_3}\): Формира се интензивно плави тетраамминбакар(II)-јон: \[ \mathrm{[Cu(H_2O)_6]^{2+} + 4NH_3 \rightleftharpoons [Cu(NH_3)_4]^{2+} + 6H_2O} \]
- Растварање \(\mathrm{AgCl}\) талога у амонијаку: Доказ хлоридних јона: \[ \mathrm{AgCl(s) + 2NH_3(aq) \rightleftharpoons [Ag(NH_3)_2]^+(aq) + Cl^-(aq)} \]
- Индикатор влаге: Кобалт(II)-хлорид мења боју из плаве (\(\mathrm{[Co(H_2O)_4]Cl_2}\)) у ружичасту (\(\mathrm{[Co(H_2O)_6]Cl_2}\)) при везивању воде.
- Омекшавање и одређивање тврдоће воде: Реагенс ЕДТА везује јоне \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и \(\mathrm{Mg^{2+}}\) у стабилне комплексе.
Многи природни молекули су комплекси без којих живот није могућ:
- Хем (у хемоглобину): Садржи јон гвожђа(II), \(\mathrm{Fe^{2+}}\); омогућава пренос кисеоника (\(\mathrm{O_2}\)) и других гасова крвотоком.
- Хлорофил: Биљни пигмент неопходан за фотосинтезу; садржи јон магнезијума, \(\mathrm{Mg^{2+}}\).
- Витамин \(\mathrm{B_{12}}\) (кобаламин): Садржи јон кобалта(II), \(\mathrm{Co^{2+}}\); важан за синтезу еритроцита и функционисање нервног система.
- Ензими: Преко 1000 ензима у људском телу представљају комплексе са јонима метала, нарочито са цинком (\(\mathrm{Zn^{2+}}\)).
Задаци за вежбање
1. (Лак ниво) За комплексно једињење формуле \(\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4}\) одредити:
а) Централни јон и лиганде
б) Координациони број централног јона
в) Спољашњу сферу
а) Централни јон и лиганде
б) Координациони број централног јона
в) Спољашњу сферу
Одговор:
а) Централни јон је бакар (\(\mathrm{Cu^{2+}}\)), а лиганди су молекули амонијака (\(\mathrm{NH_3}\)).
б) Координациони број је \(4\) (јер су четири молекула \(\mathrm{NH_3}\) директно везана за \(\mathrm{Cu^{2+}}\)).
в) Спољашњу сферу чини сулфатни анјон (\(\mathrm{SO_4^{2-}}\)).
а) Централни јон је бакар (\(\mathrm{Cu^{2+}}\)), а лиганди су молекули амонијака (\(\mathrm{NH_3}\)).
б) Координациони број је \(4\) (јер су четири молекула \(\mathrm{NH_3}\) директно везана за \(\mathrm{Cu^{2+}}\)).
в) Спољашњу сферу чини сулфатни анјон (\(\mathrm{SO_4^{2-}}\)).
2. (Средњи ниво) Написати хемијске формуле или називе следећих комплексних једињења:
а) \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\)
б) Тетраамминдиаквабакар(II)-хлорид
в) Калијум-хексацијаноферат(III)
а) \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\)
б) Тетраамминдиаквабакар(II)-хлорид
в) Калијум-хексацијаноферат(III)
Одговор:
а) натријум-тетрахидроксоалуминат(III) (јер је \(1 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-1) = 0 \implies x = +3\))
б) \(\mathbf{[Cu(NH_3)_4(H_2O)_2]Cl_2}\)
в) \(\mathbf{K_3[Fe(CN)_6]}\) (јер \(\mathrm{Fe^{3+}}\) и \(6\mathrm{CN^-}\) дају комплекс \(\mathrm{[Fe(CN)_6]^{3-}}\), коме требају \(3\mathrm{K^+}\))
а) натријум-тетрахидроксоалуминат(III) (јер је \(1 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-1) = 0 \implies x = +3\))
б) \(\mathbf{[Cu(NH_3)_4(H_2O)_2]Cl_2}\)
в) \(\mathbf{K_3[Fe(CN)_6]}\) (јер \(\mathrm{Fe^{3+}}\) и \(6\mathrm{CN^-}\) дају комплекс \(\mathrm{[Fe(CN)_6]^{3-}}\), коме требају \(3\mathrm{K^+}\))
3. (Напредни ниво) У две епрувете налазе се безбојни раствори: у једној је \(\mathrm{FeCl_3}\), а у другој \(\mathrm{AgNO_3}\).
а) Како се помоћу раствора \(\mathrm{KSCN}\) може доказати у којој је епрувети гвожђе(III)-јон и шта ће се уочити?
б) Како помоћу реакције грађења комплекса доказати присуство сребра након што се у епрувету дода \(\mathrm{NaCl}\)?
а) Како се помоћу раствора \(\mathrm{KSCN}\) може доказати у којој је епрувети гвожђе(III)-јон и шта ће се уочити?
б) Како помоћу реакције грађења комплекса доказати присуство сребра након што се у епрувету дода \(\mathrm{NaCl}\)?
Одговор:
а) Додатком \(\mathrm{KSCN}\) у епрувету са \(\mathrm{FeCl_3}\) раствор постаје крваво-црвене боје услед настанка комплекса калијум-хексатиоцијанатоферата(III): \[ \mathrm{FeCl_3 + 6KSCN \longrightarrow K_3[Fe(SCN)_6] + 3KCl} \]
б) Додатком \(\mathrm{NaCl}\) у раствор \(\mathrm{AgNO_3}\) најпре се таложи бели талог \(\mathrm{AgCl}\). Додатком воденог раствора амонијака (\(\mathrm{NH_3}\)), талог се раствара услед грађења растворљивог комплекса диамминсребро(I)-хлорида: \[ \mathrm{AgCl(s) + 2NH_3(aq) \longrightarrow [Ag(NH_3)_2]Cl(aq)} \]
а) Додатком \(\mathrm{KSCN}\) у епрувету са \(\mathrm{FeCl_3}\) раствор постаје крваво-црвене боје услед настанка комплекса калијум-хексатиоцијанатоферата(III): \[ \mathrm{FeCl_3 + 6KSCN \longrightarrow K_3[Fe(SCN)_6] + 3KCl} \]
б) Додатком \(\mathrm{NaCl}\) у раствор \(\mathrm{AgNO_3}\) најпре се таложи бели талог \(\mathrm{AgCl}\). Додатком воденог раствора амонијака (\(\mathrm{NH_3}\)), талог се раствара услед грађења растворљивог комплекса диамминсребро(I)-хлорида: \[ \mathrm{AgCl(s) + 2NH_3(aq) \longrightarrow [Ag(NH_3)_2]Cl(aq)} \]
