无机化学课件-配位化合物.ppt
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- 无机化学 课件 化合物
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1、第十二章第十二章 配位化合物配位化合物 第一节第一节 配合物的基本概念配合物的基本概念 一、配合物的定义一、配合物的定义 演示实验:演示实验:1.CuSO4BaCl2白白NaOH蓝蓝示有示有SO42-示有示有Cu2+2.CuSO4NH3 H2O蓝蓝NH3 H2O深蓝溶液深蓝溶液NH3 H2O深蓝溶液深蓝溶液(不再变化)(不再变化)BaCl2NaOH白白澄清透明澄清透明示有示有SO42-示检不出示检不出Cu2+倒少许酒精倒少许酒精离心分离离心分离亮蓝色晶体亮蓝色晶体配合物定义配合物定义 由简单阳离子由简单阳离子(或原子或原子)和一定数目的中性分子或阴离子和一定数目的中性分子或阴离子配体配体通过配
2、位键结合通过配位键结合,并按一定的组成和空间构型所形成的复并按一定的组成和空间构型所形成的复杂离子称为配位离子简称杂离子称为配位离子简称配离子配离子。若形成的不是复杂离子而。若形成的不是复杂离子而是复杂分子是复杂分子,这类分子称为这类分子称为配位分子配位分子 。二、配合物的组成二、配合物的组成 Cu(NH3)4SO4外界外界中心原子中心原子配(位)体配(位)体配位数配位数内界内界1.中心原子中心原子:表示:表示:M条件:条件:有空的价层轨道有空的价层轨道特点:特点:阳离子阳离子(多多),中性原子,中性原子(少少):Fe(CO)5 ,Ni(CO)4;金属元素;金属元素(多多):多数是:多数是d区
3、过渡元素;非区过渡元素;非金属元素金属元素(少少):BF 4-,SiF6 2-.2.配体配体:表示:表示:L条件:条件:有孤对电子有孤对电子特点:特点:一般是阴离子或中性分子一般是阴离子或中性分子.如:如:X-,SCN-,C2O42-,CN-,H2O,NH3,CO,en等等.配位原子:配位原子:配体中提供孤对电子的原子。配体中提供孤对电子的原子。配体分类配体分类单齿配体:单齿配体:只有一个配原子与中心原子只有一个配原子与中心原子以配位键结合的配体以配位键结合的配体 。如如X-、CN-、NO2-、ONO-、CO、H2O、SCN-、NCS-、OH-、NH3、py(吡啶)等(吡啶)等 多齿配体:多齿
4、配体:一个配体中有两个或两一个配体中有两个或两个以上的配原子同时与中心原子以个以上的配原子同时与中心原子以配位键结合的配体。配位键结合的配体。二齿配体二齿配体:乙二胺乙二胺(en)乙二酸根乙二酸根(草酸根草酸根):O OC CO O2-NH2CH2 CH2 NH2六齿配体六齿配体:乙二胺四乙酸根乙二胺四乙酸根 EDTA(Y4-)4-NCH2 CH2 NCH2 COO OOC H2CCH2 COO OOC H2C3.配位数配位数:指在配合物中直接与中心原子配合的配位指在配合物中直接与中心原子配合的配位原子的数目原子的数目表示:表示:n特点:特点:一般是一般是2,4,6,8 (偶数)(偶数)单齿配
5、体单齿配体:Cu(NH3)42+PtCl3(NH3)-多齿配体多齿配体:CoCl2(en)2+Al(C2O4)33-Ca(EDTA)2-配位数配位数6齿数的数目配位体配位数 i43+1=42+2 2=62 3=6影响配位数的因素:影响配位数的因素:1.qM,n2.rM,n3.qL,n4.rL,n5.c,T,n4.配离子的电荷数配离子的电荷数 等于中心离子和配体两者电荷的代数和等于中心离子和配体两者电荷的代数和Ag(S2O3)2x (x)PtCl3(NH3)-(+3)Fe(CN)6x(赤血盐赤血盐)(+2)Fe(CN)6x(黄血盐黄血盐)(x)CoCl3(NH3)3 (x)Fe(CO)5x=+1
6、+(-2 2)=-3x+(-1 3)=-1,x=+2x=+3+(-1 6)=-3x=+2+(-1 6)=-4x+(-1 3)=0,x=+3x+(0)=0,x=0三、配合物的命名和分类三、配合物的命名和分类 (一)命名(一)命名 1.内界和外界之间内界和外界之间 服从一般无机化合物的命名原则服从一般无机化合物的命名原则即阴离子名称在前即阴离子名称在前,阳离子名称在后阳离子名称在后,分别称分别称为为:某某化化某某、某某酸酸某某、某某某某酸酸或或氢氧化氢氧化某某等。等。2.内界内界 配体数配体数配体名称配体名称“合合”中心原子名称(氧化数)中心原子名称(氧化数)不同配体之间以中圆点不同配体之间以中圆
7、点()分开分开 3.配体顺序配体顺序先阴后中,先无后有,先简后繁先阴后中,先无后有,先简后繁 命名实例:命名实例:Cu(NH3)4SO4K3Fe(CNS)6H2PtCl6 Cu(NH3)4(OH)2KPtCl5(NH3)硫酸四氨合铜硫酸四氨合铜()六异硫氰根合铁六异硫氰根合铁()酸钾酸钾六氯合铂六氯合铂()酸酸氢氧化四氨合铜氢氧化四氨合铜()五氯五氯氨合铂氨合铂()酸钾酸钾Zn(OH)(H2O)3NO3Co(NH3)5(H2O)Cl3Fe(CO)5Co(NO2)3(NH3)3Ca(EDTA)2-硝酸一羟基硝酸一羟基三水合锌三水合锌()(三三)氯化五氨氯化五氨水合钴水合钴()五羰五羰(基基)合铁
8、合铁(0)三硝基三硝基三氨合钴三氨合钴()乙二胺四乙酸根合钙乙二胺四乙酸根合钙()离子离子(二二)分类分类 1.简单配合物简单配合物:由一个中心原子和一定数目的单齿由一个中心原子和一定数目的单齿 配体形成配体形成 2.螯合物螯合物:由一个中心原子和一定数目的多齿配体由一个中心原子和一定数目的多齿配体形成具有环状结构的配合物形成具有环状结构的配合物 3.3.特殊配合物特殊配合物多核配合物多核配合物 酸配体配合物酸配体配合物 桥基配合物桥基配合物 簇状配合物簇状配合物 H2O()OH2FeFeOOHH44COCOCOCOCOCOCOCOCOFeFe桥基配合物:桥基配合物:簇状配合物簇状配合物 :四
9、、配合物的几何异构现象四、配合物的几何异构现象 几何异构体几何异构体:组成相同、空间排列方式不同的物质:组成相同、空间排列方式不同的物质 平面四方形空间构型的平面四方形空间构型的Pt(NH3)2Cl2,就有两就有两种不同的排列方式:种不同的排列方式:PtClClNH3NH3ClClNH3NH3Pt顺式顺式反式反式0=0棕黄色棕黄色亮黄色亮黄色有抗癌活性有抗癌活性无抗癌活性无抗癌活性第二节第二节 配合物的化学键理论配合物的化学键理论 一、价键理论一、价键理论(一)(一)基本要点:基本要点:1.1.配合物的中心原子与配体之间是以配位键结合的:配合物的中心原子与配体之间是以配位键结合的:M L。2.
10、2.在形成配离子时,中心原子所提供的空轨道必须首在形成配离子时,中心原子所提供的空轨道必须首先进行杂化,形成数目相同的新杂化轨道,先进行杂化,形成数目相同的新杂化轨道,M以杂化以杂化空轨道接受空轨道接受L提供的电子而形成提供的电子而形成配键。配离子的空间配键。配离子的空间构型、配位数、稳定性,主要取决于形成配位键时,构型、配位数、稳定性,主要取决于形成配位键时,M所用的杂化轨道的类型。所用的杂化轨道的类型。3.3.M的原子轨道杂化时,由于参加杂化的轨道能级的原子轨道杂化时,由于参加杂化的轨道能级不同,形成的配离子可分为内轨型、外轨型。不同,形成的配离子可分为内轨型、外轨型。(二)(二)应用实例
11、:应用实例:Ag+(4d10)Ag(CN)2Zn2+(3d10)Zn(NH3)42+Ni2+(3d8)Ni(H2O)42+Ni(CN)42Fe3+(3d5)FeF63Fe(CN)63直线形直线形四面体四面体四面体(外轨型)四面体(外轨型)四方形(内轨型)四方形(内轨型)八面体(外轨型)八面体(外轨型)八面体(内轨型)八面体(内轨型)4d5s5psp3d4s4psp34s3d4p4dsp3dsp23d4s4p4dsp3d2d2sp31.配位数配位数=2一种空间构型:直线形(一种空间构型:直线形(spsp)杂化)杂化2.配位数配位数=4两种空间构型两种空间构型四面体(四面体(sp3杂化,外轨型)杂
12、化,外轨型)四方形(四方形(dsp2杂化,内轨型)杂化,内轨型)内轨型与外轨型的区别:内轨型与外轨型的区别:内轨型内轨型:n少(低自旋)少(低自旋),重排重排杂化杂化成键成键,较稳定较稳定外轨型外轨型:n多(高自旋)多(高自旋),d电子排布不变电子排布不变杂化杂化成键成键,较不稳定较不稳定内轨型与外轨型的判别:内轨型与外轨型的判别:.已知空间构型已知空间构型判断杂化轨道类型判断杂化轨道类型确定内轨型或外轨型确定内轨型或外轨型.未知空间构型未知空间构型测定磁矩测定磁矩计算未成对电子数计算未成对电子数n确定确定d d电子排布电子排布确定内轨型或外轨型确定内轨型或外轨型Bnn)2(B=9.2710-
13、24Am2(玻尔磁子(玻尔磁子)表表12-2 配合物的未成对电子数和磁矩的理论值配合物的未成对电子数和磁矩的理论值 n 0 1 2 3 4 5/B 0.00 1.73 2.83 3.87 4.90 5.92 3.配位数配位数=6一种空间构型一种空间构型,两种杂化态两种杂化态d2sp3(内轨型)(内轨型)sp3d2(外轨型)(外轨型)(八面体八面体)两种杂化态的区别和判断同两种杂化态的区别和判断同2配合物空间构型配合物空间构型:spsp3sp3d2dsp2d2sp3sp2 dsp3(三角双锥三角双锥)d2sp2(四方锥四方锥)配合物空间构型配合物空间构型:二、晶体场理论二、晶体场理论(一)(一)
14、基本要点:基本要点:1.中心原子和配体之间的相互作用完全是静电作用中心原子和配体之间的相互作用完全是静电作用(M和和L都看作点电荷)都看作点电荷),它们之间不存在轨道重叠它们之间不存在轨道重叠(共价键)。(共价键)。晶体场晶体场配体产生的电场配体产生的电场2.在晶体场影响下,中心原子在晶体场影响下,中心原子5个简并的个简并的d轨道发生能轨道发生能级分裂,有的轨道能量升高,有的轨道能量降低。级分裂,有的轨道能量升高,有的轨道能量降低。3.由于中心原子由于中心原子d轨道能级分裂,轨道能级分裂,d电子重新排布,使电子重新排布,使体系能量降低,从而产生晶体场稳定化能,使体系能量降低,从而产生晶体场稳定
15、化能,使M与与L间产生附加的成键效应,使配合物更加稳定。间产生附加的成键效应,使配合物更加稳定。(二)(二)中心原子轨道的能级分裂中心原子轨道的能级分裂 dz2dx2-y2dxy图 12-2 在八面体场中的d轨道zxyzxyzxydd0.4o球形场中的离子自由离子E=0 22ydxzd2dxyxdzdyz0.6oo(三)(三)分裂能分裂能 分裂能分裂能:中心原子:中心原子d d轨道能级分裂后最高能级与最低轨道能级分裂后最高能级与最低能级之间的能量差,用符号能级之间的能量差,用符号表示。表示。的大小可通过光谱实验来测定,在定性地解释配的大小可通过光谱实验来测定,在定性地解释配合物的性质时合物的性
16、质时,只要能够知道它的相对值即可。只要能够知道它的相对值即可。人为规定:人为规定:1.1.球形对称的静电场中,所有球形对称的静电场中,所有d d 轨道的总能量为零。轨道的总能量为零。2.2.八面体场的分裂能为八面体场的分裂能为o o 2E(d)+3E(d)=0 E(d)E(d)=o 解得:解得:E(d)=0.6o,E(d)=-0.4o 影响影响的因素的因素:1.1.配体场强配体场强L L场强场强,八面体配合物中,配体场强的顺序如下八面体配合物中,配体场强的顺序如下:I-Br-Cl-SCN-F-S2O32-OH-ONO-C2O42-H2ONCS-EDTA4-吡啶吡啶NH3enNO2-CN-CO光
17、谱化学序光谱化学序 从配原子来说,从配原子来说,的大小顺序为:的大小顺序为:X(卤素)(卤素)O N C2.中心原子电荷中心原子电荷qM,表12-5 中心原子的氧化数不同时的分裂能配合物配合物 Co(H2O)62+Co(H2O)63+V(H2O)62+V(H2O)63+o(kJmol-1)111.3 222.5 150.7 211.73.中心原子所属周期数中心原子所属周期数 中心原子所属的周期数中心原子所属的周期数,表表12-6 中心原子所属周期不同对分裂能的影响中心原子所属周期不同对分裂能的影响中心原子中心原子 价层电子排布价层电子排布 周期周期 配合物配合物 o(kJmol-1)Co3+3
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