Презентація до курсу "Хімія у побуті" "Комплексні сполуки"

Комплексні солі

Комплексні сполуки - це речовини, у вузлах кристалічних ґраток яких містяться складні йони, побудовані за рахунок координації певних частинок (йонів, нейтральних молекул) навколо центрального атома (чи йона), які здатні до самостійного існування після переходу речовини у розчинений (або розплавлений) стан.

Перші достовірні відомості про речовини, що відносяться до комплексних сполук, пов’язані з німецькими художниками, які використовували ці сполуки як фарби – це турнбулева синь і берлінська блакить.«Берлінську блакить» отримано випадково берлінським майстром Дисбахом у 1706 році, який виготовляв фарби для художників. Первинний спосіб полягав у змішуванні «жовтої кров’яної солі» К4 [Fe(CN)6 ] з солями Fe 2+ Fe2 [Fe(CN) 6 ] + кисень повітря → Fe4 [Fe(CN)6 ]3

«Турнбулеву синь» також одержали випадково наприкінці 18 століття в Шотландії при змішуванні «червоної кров’яної солі» К3 [Fe(CN)6 ] з залізним купоросом Fe. SO4 за реакцією: К3 [Fe(CN)6 ] + Fe. SO4 → КFe[Fe(CN)6 ] + K2 SO4та потім використовували для фарбування тканин на заводах фірми «Артур і Турнбуль». Значна різниця в роках відкриття обох барвників пов’язана з послідовністю винаходу «жовтої кров’яної солі», яку отримували з відходів м’ясопереробних господарств, та «червоної кров’яної солі», яку одержали значно пізніше окисненням вже відомої «жовтої кров’яної солі».

Але зараз відомо, що і «берлінська блакить» і «турнбулева синь» є однією й тою самою сполукою, або, точніше, сумішшю КFe[Fe(CN)6 ] і Fe4 [Fe(CN)6 ]3 змінного складу (в залежності від способу одержання).

Термін «комплексні» означає «складні». На відміну від простих з’єднань більшість комплексів побудовано не безпосередньо з атомів, а з готових молекул, які можуть існувати і самостійно. Комплексне з’єднання складається з центрального атома металу і приєднаних до нього молекул або іонів лігандів (від латинського Лігаро – зв’язувати). Вони розташовуються навколо центрального атома по строго визначеній для кожного з’єднання схемі; це явище називається координацією. Зазвичай ліганди займають місця у вершинах якої-небудь геометричної фігури.

Наприклад, чотири ліганда можуть розташовуватися по вершинах уявного квадрата або тетраедра. Іноді силует ліганда нагадує краба – такі сполуки називають клешнеподібними. Будову інших сполук можна порівняти зі спрутом, який простягнув до жертви свої щупальця. Кожне «щупальце» закінчується атомом, приєднаним до металу. Подібним лігандам дали назву комплексонів. Вони відрізняються високою стійкістю. Взагалі, чим більше зв’язків між лігандом і металевим серцем комплексу, тим більш міцне з’єднання.

Дослідників вже давно цікавила природа сил, які утримують ліганди близько атомів металу. Будова комплексних сполук суперечила традиційним уявленням про валентності атомів; вона здавалася спочатку винятком, справжнім дивом хімічного світу. Деякі вчені навіть визначили цей клас речовин як «сполуки, які не підкоряються звичайним правилам валентності». Справді, валентність металу в деяких комплексах мала б виражатися двозначним числом! Ще й зараз для науки тут не все ясно: загадка утворення ряду комплексних сполук залишається нерозкритою. Можливі кольори забарвлення розчинів комплексами Со 3+

Проте у ряді випадків на питання про сили комплексоутворення вже можна дати абсолютно певну відповідь. Іноді це сили звичайного електростатичного притягання між центральним іоном металу, зарядженим позитивно, і лігандами, які несуть негативний заряд або мають диполь (два протилежні заряди, розташовані на певній відстані). Так побудовані комплексні фториди, деякі кисневі сполуки. Крім того, часто між центром комплексу і його «оточенням» існує ковалентний зв’язок – коли атоми віддають по електрону на «загальне користування». У результаті утворюється електронна пара; вона взаємодіє з обома атомами і з’єднує їх. Кількість «колективних» електронів, «обслуговуючих» весь комплекс, може бути і значно більшою. Тоді вони утворюють електронну хмару, яке охоплює весь комплекс, не даючи йому розпастися на складові частини.

Гем-група в молекулі гемоглобіну

Комплексне з’єднання – дуже складна «співдружність», в ньому кожен з «союзників» зазнає впливу свого сусіда. При заміні лігандів будова центрального атома металу змінюється. Одні електронні орбіти його стискаються і стають енергетично невигідними, інші розширюються і стають більш вигідними. Електрони ліганда можуть перейти на орбіти атома металу, а електрони металу – на орбіти лігандів. Одним словом, всі складові частини комплексу перебудовуються, пристосовуючись до спільного існування.

Ці невидимі події електронного світу відразу ж стають зримими і відчутними, оскільки вони змінюють властивості комплексних сполук. Скажімо, роблять їх розчинними в одних рідинах і нерозчинними в інших, надають їм нове забарвлення, нові електричні та магнітні властивості. Таким чином, комбінуючи атоми металів з різними атомами, іонами, молекулами, здатними виступати в ролі лігандів, можна отримувати незвичайні і іноді дуже цінні речовини. І число таких комбінацій може бути як завгодно великим.

Практичне використання. Кожному, хто займався фотографією, відомо, що зображення на плівці і на фотопапері обов’язково потрібно фіксувати. Малорозчинне бромисте срібло при цьому розчиняється в тіосульфаті натрію, утворюючи складне з’єднання – тіосульфатний комплекс. Зображення стає чітким і стійким».

Багато неприємностей доставляє нам «жорстка вода» через утворення накипу – осаду нерозчинних сполук кальцію, магнію і заліза. Тим часом цієї неприємності можна уникнути, якщо зв’язати іони металів в комплекси. Лігандами для таких комплексів можуть служити, наприклад, поліфосфати, а також згадувані раніше спрутоподібні комплексони.

Ми вже говорили, об’єднання з атомом або іоном металу істотно відбивається на властивостях ліганду. Його електронні орбіти перебудовуються, у багатьох місцях молекула стає рихлою, більш доступною для взаємодії з іншими частинками. Саме на цьому явищі ґрунтується цілий ряд хімічних реакцій, які проходять за участю металів-каталізаторів. Причому іони металів надають каталітичну дію навіть при невловимо малих концентраціях: вже 12 грама (0,000000000001!) деяких металів в одному мілілітрі заявляють про свою присутність значним прискоренням хімічної взаємодії. Деякі чисті речовини взагалі не реагують одна з іншою, і лише внесення невеликих доз солей металів викликає реакцію.

Комплекс органічних похідних алюмінію і трьоххлористого титану чудодійно впливає на газ етилен; вже при звичайній температурі і звичайному тиску комплекс змушує його полімеризуватися, перетворюватися на твердий, дуже цінний матеріал поліетилен.

Яскраве забарвлення відрізняє багато комплексних сполук. Пояснюється це явище зміною енергетичних рівнів в молекулах лігандів: коли вони зближуються, речовина з безбарвної стає пофарбованою, а забарвлення змінює свій колір. Як барвники комплексні сполуки задовольняють найвищі вимоги: вони яскраві, стійки до дії сонця, вологи, температурних коливань.

Турнбулева синь. Метод ціанотипії

В принципі, можна згадати про берлінську блакить щоразу, проходячи повз картини з блакитним кольором, якщо вони написані в період з 1724 року, бо цей пігмент тоді був надзвичайно модний у живописців.

Та ж суміш гексаціаноферратів використовується як протиотрута при отруєнні солями талію (улюблена отрута Агати Крісті) і цезію (постчорнобильська отрута). Препарат "Ферроцин" в основі своїй має саме берлінську блакить, бо пов'язує радіоактивні нукліди, що надходять у шлунково-кишковий тракт, тим самим перешкоджаючи їх всмоктування.

Знайома синя копірка в якості основного барвника синього пігменту використовувала саме берлінську блакить. Який зв'язок, на вашу думку, між згаданою копіркою і чаєм? Прямий: у XIX столітті берлінська блакить використовувалася в для підфарбовування спитої заварки, а також для перефарбування чорного чаю в зелений.

Червону кров'яну сіль також називають сіллю ГМЕЛІНА або "червоною кров’яною сіллю". Чим же вона цікава?

Саме червона кров'яна сіль входила до складу ослаблювачів - реагентів, здатних відбілити дуже темний знімок цілком або в місцях, де це потрібно. (До речі, суміш цього реактиву з тіосульфатом натрію називається ОСЛАБНИКОМ ФАРМЕРА

Медикам також знайома ПРОБА ГМЕЛІНА - якісна реакція на білірубін

Червона кров'яна сіль застосовується: Як електроліт в електрохімічних приладах; У гальванотехніці - для створення копій з металу методом електролізу; В аналітичних реакціях для розпізнавання іонів Fe (II) +, Li, Sn (II) +, Ag, Co, Ni, Cs; як сильний окислювач; як компонент проявника під час друку фотографій для отримання ефектів тонування, освітлення, посилення зображення; для розпізнавання солей заліза (II) у ґрунтознавстві; у піротехніці як компонент палива.

Жовта кров'яна сіль використовується: Для фарбування тканин, в першу чергу, шовку; Для отримання пігментів; У виробництві кольорового паперу; у сталеливарному виробництві та машинобудуванні для надання виробам антикорозійних властивостей (ціанування, цементація сталей; створення на поверхні деталі покриття проти іржі);

у виробництві феритів, ціанідів, синильної кислоти, червоної кров'яної солі; у лабораторній практиці та аналітичній хімії - для виявлення іонів заліза (III)+, цинку (II)+, міді (II)+, кадмію, кобальту; для переробки та знищення радіоактивного Cs; як дозволена на території Євросоюзу харчова добавка Е 536, її застосовують як антизлежувач кухонної солі , як емульгатор у складі ковбас, для видалення важких металів з виноматеріалу.

СІЛЬ ФІШЕРА знає багато художників. Тому що це те ж саме, що і "жовтий кобальт", "індійська жовта" або "ауреолін".

З точки зору хімії, ця комплексна сполука називається гексанітрокобальтат(III) калію, K3[Co(NO2)6].