Химическая связь в комплексных соединениях

Для объяснения образования, строения и свойств комплексных соединений применяют в настоящее время четыре теории: теорию (метод) валентных связей, теорию кристаллического поля, метод молекулярных орбиталей и теорию поля лигандов. Каждая из этих теорий основывается на представлениях квантовой химии.

Метод валентных связей, как и все другие квантовомеханические теории, приближенны. Однако он явился первой квантовомеханической теорией, которая позволила исследовать химические связи и пространственную конфигурацию комплексных соединений. Метод валентных связей основан на предположении, что химическая связь всегда является двухэлектронной связью. Этот метод основывается также на методе о гибридизации орбиталей комплексообразователя. Во время присоединения лигандов происходит гибридизация близких по энергии орбиталей комплексообразователя, в результате чего все гибридный орбитали становятся одинаковыми (в случае одинаковых лигандов) и отличаются только направленностью. Наиболее часто встречающиеся виды гибридизации и конфигурации образующихся комплексов приведены в таблице 2.

Рассмотрим образование комплексных соединений элементами второго периода на примерах комплексных соединений бора и бериллия.

Изобразим в виде энергетических ячеек электронную структуру внешнего энергетического уровня атома бора

В возбужденном состоянии происходит распаривание электронов s- подуровня, и на внешнем энергетическом уровне бора теперь имеется три неспаренных валентных электрона, способных участвовать в образовании ковалентных -связей.

При взаимодействии атома бора с тремя атомами фтора образуется молекула трифторида бора по обменному механизму образования ковалентной связи

Образовавшаяся молекула имеет свободную орбиталь и может участвовать как акцептор в образовании ковалентной -связи по донорно-акцепторному механизму.

При образовании иона происходит – гибридизация орбиталей атома бора. Четыре гибридные орбитали направлены в углы тетраэдра, т.е. ион имеет тетраэдрическое строение (табл. 2).

При изучении природы химической связи в комплексных соединениях обычно принимают допущение, что все связи между комплексообразователями и лигандами имеют донорно-акцепторный механизм образования. Рассмотрим с этих позиций строение некоторых комплексных соединений.

Образование тетраэдрического комплексного иона можно объяснить – гибридизацией орбиталей иона

.

Тетраэдрические комплексы за счет – гибридизации образуют и другие элементы второго периода. Комплексы с координационным числом более чем четыре элементы второго периода не образуют, так как не имеют d -подуровня. У элементов второго периода в образовании связей принимают участие только четыре орбитали.

Тетраэдрические комплексы с – гибридизацией образуют сравнительно легко элементы третьего периода, а также металлы подгруппы цинка и др.).

Элементы третьего периода, имеющие в отличии от элементов второго периода свободные d -орбитали, за счет -гибридизации могут образовывать октаэдрические комплексы с координационным числом шесть (табл. 2). Примером могут служить ионы и. Рассмотрим

Однако такие соединения образуются весьма редко, так как орбитали 3 d резко отличаются по энергии от орбиталей 3 s и 3 p. Гибридизация, как известно, легко происходит, когда орбитали близки по энергии.

Октаэдрические комплексы с координационным числом 6 легко образуют переходные металлы 4, 5 и 6-го периодов. Эти элементы имеют свободные d -орбитали предвнешнего энергетического уровня, которые близки со энергия с s - и p- орбиталями внешнего энергетического уровня; поэтому легко осуществляется -гибридизация. В качестве примера рассмотрим образование октаэдрического комплекса

Гибридизация с увеличением предвнешнего d -орбиталей возможно даже тогда, когда эти орбитали заняты неспаренными электронами. При этом неспаренные электроны спариваются и в результате освобождается необходимое количество d -орбиталей. Это можно проследить на примере образования комплекса

.

ПРИМЕР 10. Определить гибридные орбитали и пространственную структуру комплексного иона, если установлено, что он содержит два неспаренных электрона.

Решение:

Изобразим электронно-графическую формулу свободного иона.

По условию задачи комплексный ион имеет два неспаренных электрона следовательно структура иона с двумя неспаренными электронами сохраняется в комплексном ионе, а в образовании связей о ионами участвуют свободные орбитали и.

Пространственная структура иона -тетраэдр.

ПРИМЕР 11. определить гибридные орбитали и пространственную структуру комплексного иона, если известно, что в нем нет неспаренных электронов.

Решение:

Изобразим электронно-графическую формулу свободного иона.

В комплексе нет неспаренных электронов, следовательно, под действием ионов электроны размещаются на четырех 3 d орбиталях, а принимает участие в -гибридизации.

Пространственная структура иона -квадрат.

Дата добавления: 2014-10-23