Уравнение первичной и вторичной диссоциации

Диссоциация комплексных соединений

Многие комплексные соединения, имеющие внешнюю сферу, хорошо растворимы в воде. Все они являются сильными электролитами при диссоциации по первой ступени (так называемая первичная диссоциация).

Первичная диссоциация — это распад комплексного соединения на комплексный ион и ионы внешней сферы. Именно первая ступень диссоциации комплексного соединения определяет его принадлежность к тому или иному классу неорганических соединений:

Комплексные ионы так же подвергаются диссоциации (вторичная диссоциация), но все они являются слабыми электролитами:

[Ag (NH3)2] + [Ag(NH3)] + + NH3 ,

[Ag(NH3)] + Ag + + NH3 .

Суммарное уравнение: [Ag(NH3)2] + Ag + + 2NH3 .

Константа диссоциации, найденная для суммарного уравнения, называется константой нестойкости комплекса:

Kн ([Ag(NH3)2]) + = .

Чем меньше значение Кн , тем менее данный комплекс подвержен электролитической диссоциации, тем более он устойчив в растворе.

Комплексные соединения

Материалы портала onx.distant.ru

Состав комплексных соединений

Номенклатура комплексных соединений

Реакции образования комплексных соединений

Реакции разрушения комплексных соединений

Диссоциация комплексных соединений

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Состав комплексных соединений

Рис. 1. Состав комплексного соединения

Комплексное соединение, рисунок 1, состоит из внутренней и внешней сферы. Центральная частица, вокруг которой расположены окружающие ее лиганды, называется комплексообразователем. Число лигандов комплексообразователя называется координационным числом.

Номенклатура комплексных соединений

Комплексное соединение может состоять из комплексного катиона, комплексного аниона или может быть нейтральным.

Соединения с комплексными катионами . Вначале называют внешнесферный анион, затем перечисляют лиганды, затем называют комплексообразователь в родительном падеже (ему дается русское название данного элемента). После названия комплексообразователя в скобках римской цифрой указывается его степень окисления.

К латинскому названию анионного лиганда добавляется окончание “о” (F — — фторо, Cl — -хлоро, ОН — — гидроксо, CN — — циано и т.д). Аммиак обозначают термином “аммин”, СО – карбонил, NO – нитрозил, H2O – аква.

Число одинаковых лигандов называют греческим числительным: 2 –ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса, 7 – гепта и т.д.

Вначале перечисляют лиганды анионные, затем нейтральные, затем катионные. Например,

[Pt(NH3)5Cl]Cl3 – хлорид хлоропентаамминплатины (IV) .

Если в комплексе имеются несколько лигандов одинакового знака заряда, то они называются в алфавитном порядке:

Соединения с комплексными анионами. Вначале называют комплексный анион в именительном падеже: перечисляют лиганды, затем комплексообразователь (ему дается латинское название и к названию добавляется окончание “ат”). После названия комплексообразователя указывается его степень окисления. Затем в родительном падеже называется внешнесферный катион.

Na2[Zn(OH)4] – тетрагидроксоцинкат (II) натрия;

K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат (II) калия;

K2[СuCl4] – тетрахлорокупрат (II) калия.

Соединения без внешней сферы. Вначале называют лиганды, затем комплексообразователь в именительном падеже с указанием его степени окисления. Все название пишется слитно.

[Ni(CО)4] – тетракарбонилникель (0);

Реакции образования комплексных соединений

Комплексные соединения обычно получают действием избытка лигандов на содержащее комплексообразователь соединение. Координационное число, как правило, в 2 раза больше степени окисления комплексообразователя. Из этого правила бывают, однако, исключения.

Образование комплексных солей.

Если комплексообразователем является Fe 2+ или Fe 3+ , то координационные числа в обоих случаях равны шести:

Координационные числа ртути и меди, как правило, равны четырем:

Для большинства аква- и амминных комплексов ионов d-элементов координационное число равно шести:

Реакции разрушения комплексных соединений

Разрушение комплексных соединений происходит в результате:

      • образования малорастворимого соединения с комплексообразователем:
      • образования более прочного комплексного соединения с комплексообразователем или с лигандом:
      • действия любой сильной кислоты на гидрокомплексы; в этом случае образуется соль и вода:

Диссоциация комплексных соединений

Комплексные соединения в водных растворах практически полностью диссоциируют на внешнюю и внутреннюю сферы. В то же время комплексный ион диссоциирует в незначительной степени как ассоциированный электролит. Количественной характеристикой диссоциации внутренней сферы в растворе является константа нестойкости, представляющая собой константу равновесия процесса диссоциации комплексного иона.

Например , в растворе комплексное соединение [Ni(NH3)6]SO4 диссоциирует следующим образом:

Для комплексного иона [Ni(NH3)6] 2+ , диссоциирующего по уравнению

константа равновесия процесса диссоциации носит название константы нестойкости Кн. Для рассматриваемого процесса Кн равна

Кн = [Ni 2+ ]·[NH3] 6 / [[Ni(NH3)6] 2+ ] (1)

Величина, обратная Кн, называется константой устойчивости:

Она представляет собой константу равновесия процесса образования комплексного иона:

Константа нестойкости Кн связана с изменением энергии Гиббса процесса диссоциации комплекса уравнением:

ΔGT о = — RTln Кн (3)

Примеры решения задач:

Задача 1. Вычислите:

1) Концентрацию ионов NO3 — в 0,01 М растворе [Ag(NH3)2]NO3.

2) Концентрацию Ag + в 0,01 М растворе [Ag(NH3)2]NO3, содержащем 2 моль/л избыточного аммиака,
если Кн[Ag(NH3)2] + = 5,7× 10 — 8 при 298 К.

3) Величину ΔG o 298 процесса диссоциации комплексного иона.

[NO3 — ] = 0,01М, поскольку комплекс диссоциирует как сильный электролит на комплексный ион и ионы внешней сферы.

2) Комплексный ион диссоциирует незначительно:

Положение равновесия комплексного иона в присутствии избытка NH3 еще больше смещено влево.

Пусть продиссоциировало x моль/л комплексного иона, тогда образовалось x моль/л ионов Ag + и 2x моль/л аммиака. Суммарная концентрация аммиака равна (2x+2) моль/л. Концентрация недиссоциированного комплексного иона [Ag(NH3)2] + составляет: (0,01–x) моль/л.

Концентрация аммиака, связанная с диссоциацией комплексного иона, ничтожно мала по сравнению с избытком аммиака. Доля комплексного иона, подвергшегося диссоциации, также ничтожно мала. Значит,

Следовательно, [Ag + ] = 1,43× 10 — 10 моль/л.

Константа нестойкости связана с изменением энергии Гиббса процесса диссоциации [Ag(NH3)2] + уравнением:

Значит, при Т = 298 К получаем:

ΔG о 298 = — 8,314× 298× ln5,7× 10 — 8 = 41326 Дж = 413,3 кДж.

Задача 2. Произойдет ли осаждение AgCl при сливании 0,01М раствора [Ag(NH3)2]NO3, содержащего 2 моль/л избыточного NH3, с равным объемом 0,5М раствора KCl, если при 298 К ПР(AgCl) = 1,73× 10 — 10 , Кн.[Ag(NH3)2] + = 5,7× 10 — 8 .

Решение. Осадок выпадет при условии: [Ag + ][Сl — ] > ПР(AgCl), т.е. если произведение концентраций ионов Ag + и Сl — в растворе будет больше ПР, то раствор окажется пересыщенным и из него будет выпадать осадок.

После смешения равных объемов растворов концентрации [Ag(NH3)2]NO3, NH3 и KCl уменьшатся в 2 раза и станут равными 5× 10 -3 , 1 и 0,25 М соответственно.

Найдем концентрацию [Ag + ] тем же способом, что и в предыдущей задаче,

откуда x = 2,85× 10 — 10 .

Значит, [Ag + ] = 2,85× 10 — 10 моль/л, а [Сl — ] = 0,25 моль/л.

Следовательно, произведение концентраций ионов равно:

[Ag + ][Сl — ] = 2,85× 10 — 10 × 0,25 = 7,1× 10 — 11 (моль/л) 2 .

Поскольку [Ag + ][Сl — ] = 7,1× 10 — 11 — 10 , то осадок не выпадет.

Задача 3. При какой концентрации ионов S 2- начнется выпадение осадка CdS из 0,6М раствора Na2[Cd(CN)4], содержащего 0,04 моль/л избыточного NaCN, если ПР(CdS) = 7,9× 10 — 27 , Кн[Cd(CN)4] 2- = 7,8× 10 — 18 .

Решение. Осадок выпадет при условии: [Cd 2+ ][S 2- ] > ПР(CdS), т.е. если произведение концентраций ионов Cd 2+ и S 2- в растворе будет больше ПР. Следовательно, выпадение осадка начнется при [S 2- ] > ПР(CdS):[Cd 2+ ].

Комплексный ион диссоциирует незначительно:

[Cd(CN)4] 2- → Cd 2+ + 4CN —

Пусть продиссоциировало x моль/л комплексного иона, тогда образовалось x моль/л ионов Cd 2+ и 4x моль/л ионов CN — . Суммарная концентрация ионов CN — равна (4x + 0,04) моль/л. Концентрация недиссоциированного комплексного иона [Cd(CN)4] 2- составляет: (0,6 – x) моль/л.

Кн[Cd(CN)4] 2- = [Cd 2+ ] · [CN — ] 4 / [[Cd(CN)4] 2- ]

Следовательно, [Cd 2+ ] = 1,8·10 — 12 моль/л.

Выпадение осадка начнется при [S 2- ] > 7,9·10 — 27 : 1,8·10 — 12 > 4,39·10 — 15 моль/л.

Задачи для самостоятельного решения

1. Назовите следующие комплексные соединения:

Na2[Pt(CN)4Cl2] – дихлоротетрацианоплатинат (IV) натрия;

2. Назовите следующие комплексные соединения

[Ni(NH3)6][PtCl4] – тетрахлороплатинат (II) гексаамминникеля (II).

3. Составьте уравнение химической реакции:

4. Составьте уравнение химической реакции:

5 . Составьте уравнение химической реакции:

6. Составьте уравнение химической реакции:

7. Составьте уравнение химической реакции:

Особенности строения, свойства и номенклатура комплексных соединений

Задача 182.
Для приведенных формул комплексных соединений: [Pt(NH3)4Br2]Cl2, [Ni(NH3)6]2[Fe(CN)6].
а) укажите внутреннюю и внешнюю координационные сферы, комплексообразователь и лиганды;
б) определите заряд комплекса, степень окисления и координационное число комплексообразователя;
в) классифицируйте соединения;
г) приведите названия;
д) напишите уравнения первичной и вторичной диссоциации и выражения констант
равновесия.
Решение:
1. [Pt(NH3)4Br2]Cl2
а) внутрення сфера — [Pt(NH3)4Br2] 2+ , внешня координационная сфера — 2Сl — ;
б) заряд комплекса (2+), степень окисления Pt (+4) и координационное число комплексообразователя (6);
в) катионная комплексная соль;
г) дибромотетраамминплатина(IV)хлорид или хлорид дибромоететраамминплатины (IV);
д) уравнение первичной диссоциации:

выражение константы равновесия:

а) внутрення сфера — [Fe(CN)6] 4- , внутренняя (внешня) координационная сфера — 2[Ni(NH3)6] 2+ ;
б) заряд комплексного аниона (4-), степень окисления Fe (+2) и координационное число комплексообразователя (6); заряд комплексного катиона (2+), степень окисления Ni (+2) и координационное число комплексообразователя (6);
в) двойной (ион-катионный) комплекс;
г) гексацианоферрат(II) 2 гексаамминникеля(II) или гексаамминникеля(II) гексацианоферрат(II)
д) уравнение первичной диссоциации:

Задача 183.
Надо назвать соединения, определить заряд комплекса и комплексообразователя в следующих соединениях. Написать выражение для константы нестойкости и реакцию диссоциации координационного соединения. Определить тип гибридизации и структурную форму комплекса.
(1.[Co(H2O)6]Cl3; 2.[Pt(H2O)(NH3)Cl2]; 3.Ca[PtCl6]; 4.[Pt(H2O)(NH3)I2].)
Решение:
1. [Co(H2O)6]Cl3
Название — хлорид гексааква хрома (III), заряд комплекса — (3+), заряд комплексообразователя Со — (3+).
Выражение константы нестойкости:

Со 3+ имеет d 2 sp 3 -гибридизацию.

[Cr(Н2О)6] 3+ имеет октаэдрическую конфигурацию.

2.[Pt(H2O)(NH3)Cl2] и 4.[Pt(H2O)(NH3)I2]

всё тоже только в названии вместо дихлоро. нужно дииодо.
дихлороамминакваплатина(II), заряд комплекса — (0), заряд комплексообразователя Pt — (2+).

Pt 2+ — dsp 2 -гибридизация. Плоскоквадратная структура комилекса.

3.Ca[PtCl6]
гексахлороплатинат(IV) кальция, заряд комплекса — (2-), заряд комплексообразователя Pt — (4+).
Выражение константы нестойкости:

Kн = [Pt 4+ ][Cl — ]6/[[PtCl6] 2- ].

[PtCl6]2- = Pt4+ + 6Cl-.

Pt 4+ имеет d 2 sp 3 -гибридизацию.
[PtCl6] 2- имеет октаэдрическую конфигурацию.

Комплексные ионы

Задача 184.
Как объяснить зеленую окраску раствора комплексного иона [Cu(H2O)2Cl4]2- и фиолетовую окраску раствора комплексного иона [Cu(еn)2]2+?
Решение:
При наличии на d-подуровне в ионе Cu 2+ 9 электронов суммарный спин в слабом и сильном поле получается одинаковым. Следовательно, на верхнем энергетическом подуровне имеется вакансия. Переход электронов с t2g на eg подуровень при поглощении кванта света и определяет окраску соединений меди (II). Различная окраска комплексных соединений комплексного иона Cu 2+ зависит от характера лигандов. Аквакомплексы меди (П) имеют в водном растворе голубую окраску, введение во внутреннюю сферу комплекса хлорид-ионов приводит к образованию смешанно-лигандного комплекса, что и вызывает изменение окраски раствора на зеленую. Объяснить это можно тем, что слабые лиганды Cl — и H2O. При этом октаэдрический, парамагнитный, внешнеорбитальный (высокопассивный) комплексный ион [Cu(H2O)2Cl4] 2- поглощает длину волн видимого спектра в диапозоне 510-550 нм.
Парамагнитный внутриорбитальный ион [Cu(еn)2] 2+ , образован лигандом сильного поля (еn), имеет линейную геометрическую структуру, гибридизация sp 2 . Ион [Cu(H2O)2Cl4] 2- имеет более высокий параметр поглощения энергии, чем ион [Cu(еn)2] 2+ и будет поглощать электромагнитные волны в диапазоне 390 — 440 нм, что и будет обусловливать фиолетовую окраску раствора.

Задача 185.
Даны растворы комплексных ионов с одинаковой молярной концентрацией: [Ni(NH3)4] 2+ (С1) и [Ni(CN)4] 2- (С2). В каком из двух растворов концентрация никеля будет больше? Напишите уравнения вторичной диссоциаци этих комплексных ионов.
Решение:
Известно, что чем устойчивее комплексный ион, тем меньшее численное значение имеет константа нестойкости данного комплексного иона и наоборот – чем большее численное значение имеет константа нестойкости комплексного иона, тем мене он устойчив. Так как константа нестойкости комплексного иона [Ni(NH3)4] 2+ больше чем у иона [Ni(CN)4] 2- (9,1•10 -8 > 1,0•10 -31 , то концентрация комплексообразователя (Ni) в растворе [Ni(NH3)4] 2+ больше чем в растворе [Ni(CN)4] 2- .
[Ni 2+ ](C1) = 9,1 • 10 -8 моль/л); [Ni 2+ ](C2) = 1,0 • 10 -31 моль/л).
Следовательно, [Ni 2+ ](C1) > [Ni 2+ ](C2).
Вторичная диссоциация комплексных ионов:

Задача 186.
Даны растворы комплексов с одинаковой молярной концентрацией: K2[Cd(CN)4](С1) и Cd[Co(CN)4](С2). Определите концентрации комплексообразователй и лигандов в этих растворах? Составьте схемы полной диссоциации этих комплексов.
Решение:
1. Схемы полной диссоциации комплексов:

K2[Cd(CN)4] = 2K + + Cd 2+ + 4CN — ;
Cd[Co(CN)4] = Co 2+ + Cd 2+ + 4CN — .

2. Определение концентраций комплексообразователей и лигандоов
Так как молярные концентрации комплексных соединений одинаковы, то концентрационными величинами можно пренебречь, тогда

[Cd 2+] (C1) = 1,4•10 -17 моль/л), [CN — ](C1) = 4 • 1,4•10 -17 моль/л;
[Cd 2+ ](C2) = 7,8•10 -6 моль/л), [CN — ](C2) = 4 • 7,8•10 -6 моль/л.


источники:

http://chemege.ru/complex/

http://buzani.ru/zadachi/obshchaya-khimiya/1815-stroenie-kompleksnykh-soedinenij-182-186