Реферати українською » Химия » Комплексні сполуки в аналітичній хімії


Реферат Комплексні сполуки в аналітичній хімії

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Міністерство освіти і науки РФ

Державне освітнє установа вищого професійної освіти

>Дальневосточний державний університет

Інститут хімії і прикладної екології

Хімічний факультет

Кафедра неорганічної іелементорганической хімії

Курсова робота тему:

Комплексні з'єднання перетворені на аналітичної хімії

>Виполнил:

Іванов І.І.

Владивосток 2010


>Оглавление

Запровадження

1. Основні поняття ітерминалогия

2. Хімічна зв'язок в комплексних з'єднаннях й особливо їх будівлі

2.1 Тип гібридизації атомнихорбиталейкомплексообразователя і структура внутрішньої сфери комплексного сполуки

3. Хімічні властивості комплексних сполук

3.1Диссоциация в розчинах

3.2 Освіта комплексних сполук

3.3 Трансформація чи руйнація комплексних сполук

3.4Кислотно-основние властивості комплексних сполук

4. Комплексні з'єднання перетворені на аналітичної хімії

4.1 Якісний аналіз катионів

5.Комплексонометрия

5.1 Поняття

5.2Комплексонометрическое титрування —комплексонометрия

Укладання

Список використаної літератури


Запровадження

>Обширную групу хімічних сполук становлять комплекси, в молекулах яких можна виділити центральний атом чи іон, навколо якого згруповані інші іони чи молекулярні групи.

Комплекси мають тільки велике значення на живу і неживої природі. Гемоглобін, завдяки якому вона здійснюється перенесення кисню легке до клітинам тканини, є комплексом заліза, а хлорофіл, відповідальний за фотосинтез в рослинах, – комплексом магнію. Значна частина природних мінералів, зокрема багато силікати і поліметалічні руди, також становлять комплекси. Хімічні методи вилучення металів з руд пов'язані із заснуванням легкорозчинних,легкоплавких івисоколетучих комплексів. Сучасна хімічна промисловості широко використовує комплекси як каталізатори.

З використанням комплексів пов'язана можливість отримання різноманітних лаків і водно-дисперсійних фарб, міцних електрохімічних покриттів, фотоматеріалів, надійних коштів переробки нафти та консервування їжі.

Величезне значення мають комплексні з'єднання перетворені на аналітичної хімії. Їх використовують як і якісному, і у кількісному аналізах. Таке розмаїтість застосувань залежить від особливостях будівлі, структурі хімічних зв'язків.

Під час вивчення літератури я собі ставив такі цілі:

- уявити такі поняттях і величинах:комплексообразователь, ліганд, координаційне число,дентатностьлиганда, внутрішня й зовнішня сфери комплексного сполуки,хелатние іполиядерние комплексні сполуки;

- знати особливості хімічного зв'язку у внутрішній сфері комплексних сполук; умови освіти, руйнації та трансформації комплексних сполук; особливості будівлі та функції в організмі міоглобіну, гемоглобіну, метгемоглобіну,цитохромов,ионофоров;

- розуміти сутністьметаллолигандного гомеостазу і можливостей його порушення і відновлення;комплексонометрии і його застосування всанитарно-клиническом аналізі.


  1. Основні поняття ітерминалогия

Багато процеси життєдіяльності протікають з участю комплексних сполук. Живим організмах присутні комплексні сполуки біогенних металів з білками, вітамінами й іншими речовинами, граючими роль ферментів чи які виконують специфічні функції в обміні речовин. Характерною ознакою комплексних сполук є у них хімічного зв'язку, яка виникла здонорно-акцепторному механізму.

Тому сутність реакції комплексоутворення полягає в взаємодії двох протилежностей: акцептора електронної пари донора електронної пари.

Комплексні сполуки - стійкі хімічні сполуки складного складу, у яких обов'язково є хоча тільки зв'язок, виникла подонорно-акцепторному механізму.

Комплексні сполуки складаються зкомплексообразователя ілигандов, їхнім виокремленням внутрішню сферу, і до зовнішньої сфери, що з іонів, які й компенсують заряд внутрішньої сфери.

>Комплексообразователь (центральний атом) - атом чи іон, що є акцептором електронних пар, надаючи вільні атомніорбитали, і центральне становище у комплексному поєднанні.

Ролькомплексообразователя переважно виконують атоми чи іониd- іf-металлов, оскільки вони теж мають багато вільних атомнихорбиталей навалентном рівні, і досить великий позитивного заряду ядра, завдяки якому здатні притягати електронні пари донорів. Кількість вільних атомнихорбиталей, наданих комплексоутворювачем, визначає її координаційне число. Значення координаційної числакомплексообразователя залежить від багатьох чинників, але воно одно подвоєному заряду іонакомплексообразователя. Найбільш характерними координаційними числами є 2, 4 і шість.

У комплексних з'єднанняхкомплексообразователь пов'язані злигандами.

>Лиганди - молекули чи іони, що є донорами електронних пар так і безпосередньо пов'язані з комплексоутворювачем.

Зазвичайлигандами є іони чи молекули, містятьнеподеленние (вільні) електронні пари чи достатньо рухливі-електронние пари.

>Лиганди-аниони: F- ,Cl-,Br-, I-,OH-, NO2-,CN-, CNS-,RCOO-

>фторид хлорид бромід йодидгидроксид нітрит ціанід роданідкарбоксилат

>Лиганди-молекули: H2>O,ROH,R—O—R,CO,NH3

вода спирти ефіримонооксид вуглецю аміак

За кількістю зв'язків, утворенихлигандом з комплексоутворювачем,лиганди діляться на моно-, бі- іполидентатние. Усі вищевказанілиганди ємонодентатними, оскільки вони донорами лише однієї електронної пари.

Добидентатнимлигандам ставляться молекули чи іони, містять дві функціональні групи та найздібніші виступати донорами двох електронних пар:

H2NCH2>CH2>NH2->OOC—COO-,H2NCH2>COO молекулаетилендиаминадианион щавлевої кислоти аніонаминоуксусной кислоти

Прикладамиполидентатнихлигандов є:

>тетраанионетилендиаминтетрауксусной кислоти (>EDTA)

>6-дентатний ліганд

Відповідно до своєїдентатностью ліганд може утворювати відповідне число зв'язку з комплексоутворювачем.

>Лиганди координуються навколокомплексообразователя, створюючи внутрішню сферу комплексного сполуки.

Внутрішня сфера комплексного з'єднання є сукупність центрального атома ілигандов.

У внутрішній сфері зв'язоккомплексообразователя злигандами маєдонорно-акцепторное походження і є ковалентної. При записи формули комплексного сполуки його внутрішню сферу виділяють квадратними дужками, наприклад [>NН4]С1; До3[>Fе(СN)6]. Заряд внутрішньої сфери комплексного сполуки дорівнює алгебраїчній сумі зарядівкомплексообразователя і батько всіхлигандов. Внутрішня сфера то, можливо:

а) заряджено позитивно - катіон:

 

[>Сu2+(>NН3)40]>z              z = +2 + 4 -0 = +2

б) заряджено негативно - аніон:

 

[Fe3+(>CN-)6]>z        z = +3 + 6*(-1) = -3

в)електронейтральна:

 

[>Fе0(ЗІ)0]>z          z = 0 + 5*0 = 0

Відповідно до зарядом внутрішньої сфери комплексні сполуки поділяються наанионние,катионние і нейтральні комплекси.

Заряд внутрішньої сфери компенсується іонами зовнішньої сфери комплексного сполуки.

Зовнішня сфера комплексного сполуки — це позитивно чи негативно заряджені іони, нейтралізують заряд комплексного іона і з ним іонної зв'язком.

Сумарний заряд іонів зовнішньої сфери завжди дорівнює за значенням і протилежний за сигналом заряду внутрішньої сфери, щоб молекула комплексного сполуки булаелектронейтральна

[>Сu(NH3)4]>S04

внутрішня зовнішня

сфера сфера


2. Хімічна зв'язок в комплексних з'єднаннях й особливо їх будівлі

У освіті хімічного зв'язку у внутрішній сфері комплексного сполуки найважливішу роль граєдонорно-акцепторное взаємодіялигандов ікомплексообразователя. У цьому з-поміж них виникаєковалентная не вельми полярна зв'язок. Саме цим пояснюються головні особливості властивостей внутрішньої сфери комплексу: суворо визначений просторове розташуваннялигандов навколокомплексообразователя і висока опірність дисоціації зв'язкулиганда з комплексоутворювачем. Спочатку розглянемо структуру внутрішньої сфери комплексного сполуки.Комплексообразователь надає вільніорбитали, створених з незайнятихs-,p- іd-атомнихорбиталей зовнішніх електронних верств. У цьомукомплексообразователь надає не чистіs-, р- іd-орбитали, а енергетично рівноцінні гібридніорбитали, осі яких належним чином вміщено у просторі. І це створює структуру внутрішньої сфери комплексу, що визначається типом гібридизації вихідних вільних атомнихорбиталейкомплексообразователя.

2.1 Тип гібридизації атомнихорбиталейкомплексообразователя і структура внутрішньої сфери комплексного сполуки

Для комплексних сполук, містять у внутрішній сфері різнілиганди, характерна геометрична ізомерія, що спостерігається у випадках, коли за однаковому складі внутрішньої сферилиганди у ній розташовуються по-різному щодо одне одного. Якщо два однаковихлиганда розташовані поруч, то таке з'єднання називаєтьсяцис-изомером, коли цілиганди розташовані з різних боків відкомплексообразователя, цетрансизомер. Наприклад, комплекс [>Pt(NН3)2>Сl2].Геометрические ізомери комплексних сполук різняться як по фізичним і хімічним властивостями, а й у біологічну активність. Так,цис-изомер комплексу [>Pt(NН3)2>Сl2] виявляє яскраво виражену протипухлинну активність, атрансизомер - немає. Отже, як склад, а й геометрія внутрішньої. Ефективністьдонорно-акцепторного взаємодіїлиганда ікомплексообразователя, отже, і міцність зв'язок між ними визначаються їхполяризуемостью, т. е. здатністю трансформувати свої електронні оболонки під зовнішнім впливом. У цій ознакою реагенти поділяються на "жорсткі", чималополяризуемие, і "м'які" -легкополяризуемие.Поляризуемость атома, молекули чи іона залежить від розміру молекули і кількості електронних верств. Чим менший радіус і кількість електронів у частки, проте вонаполяризуема. Частинки з великим радіусом та очі великою числом електронів, навпаки, легко поляризуються. За цією ознаками можна розмістити до кількохкомплексообразователи ілиганди, що у процесах метаболізму:

>Комплексообразователи:

Збільшення м'якостікомплексообразователя:

>

>Na+, K+,Mg2+,Ca2+,Mn2+, Fe2+, З2+,Ni2+,Сu2+,Zn2+,Сd2+,>Pb2+,Hg2+.

Збільшення м'якостілиганда:

>

F-, ВІН-, М2Про,Сl-,Вr-, I-,RСОO-,NR3,RSН,СN-

Відповідно до загальним принципом "подібне у цьому" і специфікоюдонорно-акцепторного взаємодії найбільш міцна і стійка до дисоціаціїковалентная зв'язок виникає між м'якимикомплексообразователями і м'якимилигандами. З огляду на те що білки, включаючи ферменти, містять м'якілегкополяризуемие групи —>СОO-, —>NН2 і —>SН, стає зрозуміло, чому увесь "метали життя", які стосуються (>d-елементам, в організмі зустрічаються практично лише у вигляді комплексів з біосубстратами. З іншого боку, ясно, чому катиони важких металівСd2+,Рb2+,Нg2+ сильно токсичні. Ці катиони дуже "м'які", особливо катіонНg2+, і тому вони активно утворюють міцні комплекси з життєво важливимибелоксодержащими субстратами, порушуючи їх метаболізм. Особливо легко в реакцію комплексоутворення вступають білки, містять групу —>SН:

 

>2RSН +2Нg2+ > [>R—S—Не—S—R] +2Н+

Схильністю докомплексообразованию пояснюється також токсичність ціанідів, оскільки аніонСN- -- дуже м'який ліганд -- активно взаємодіє зі катионамиd-металлов в комплексах, заміщаючи у якихбиосубстрати і тим самиминактивируя цібиокомплекси.КатиониNa+ і Ко+ внаслідок свою жорсткість мало утворюють стійких комплексів з біосубстратами й у фізіологічних середовищах перебувають у основному у виглядігидратированних іонів.КатиониМg2+ іСа2+ здатні утворювати досить стійкі комплекси з білками, і у фізіологічних середовищах вони зустрічаються як іионизованном, і у пов'язаному стані (як комплексів з білками, і навіть нерозчинних солей — фосфатів, оксалатів і уратів). Отже, міцність і опірність дисоціації ковалентної зв'язок між комплексоутворювачем ілигандами залежить від своїх природи, і від нашої здатності викликати й виявлятиполяризуемость.


 

3. Хімічні властивості комплексних сполук

3.1Диссоциация в розчинах

У розчинах комплексні сполуки можуть піддаватися первинної і вторинної дисоціації.

Первинна дисоціація комплексного сполуки — це розпад комплексного з'єднання перетворені на розчині на комплексний іон внутрішньої сфери, і іони зовнішньої сфери.

У водних розчинах первинна дисоціація комплексних сполук пов'язані з розривом у яких іонній зв'язку, і тому вона вже практично необоротна і його рівняння слід записувати так:

[>Ag(NН3)2]>Сl [>Ag(NН3)2]+ +Сl-

До4[>Fе(СN)6]4К+ + [>Fе(СN)]4-

>Возникающий внаслідок первинної дисоціації рухливий комплексний іон поводиться в розчині як ціла самостійна частка із наступними характерними нею властивостями. Тож у водних розчинах комплексних сполук, зазвичай, не можна знайти присутність іонів чи молекул, входять до складу внутрішньої сфери. Так було в водних розчинах [>Аg(NН3)2]>Сl вдасться знайти присутність катионівАg+ і молекулNН3, в розчинах До4[>Fе(СN)6] - катионівFе2+ і аніонівСN-,

>Вторичная дисоціація комплексного сполуки -це розпад внутрішньої сфери комплексу на складові її компоненти.

>Вторичная дисоціація пов'язані з розривом ковалентної зв'язку, тому вона дуже утруднена і має яскраво виражений рівноважний характер подібно дисоціації слабких електролітів. Відривлигандов з управління внутрішньої сфери комплексного іона відбувається східчасто:

1-ша щабель: [>Ag(NН3)2]+ > [>Ag(NН3)]+ +NH3

2-га щабель: [>Ag(NН3)]+ >Ag+ +NH3

>Вторичная дисоціація, як усякий рівноважний процес, характеризується константою рівноваги, причому кожна стадія має власну константу. Для кількісної характеристики стійкості внутрішньої сфери комплексного сполуки використовують константу рівноваги, описує повну її дисоціацію, звану константою нестійкості комплексу K>нест. Для комплексного іона [>Аg(NН3)2]+ вираз константи нестійкості має вигляд: Чим менший До>нест, тим стабільніше внутрішня сфера комплексу, т. е. тим менше вонадиссоциирует у водному розчині. Значення До>нест комплексних сполук, наведені у табл. 2, свідчать, у результаті процесу комплексоутворення відбувається міцне зв'язування іонів у воднихраспорах, особливо іонівкомплексообразователей. Отже, для зв'язування іонів з розчину можна найефективніше використовувати реакцію комплексоутворення. Особливо ефективне зв'язування іонівкомплексообразователя відбувається за реакції зполидентатними (">многозубими")лигандами. Цілиганди наявністю у яких двох і більшеелектронодонорних центрів здатні утворювати кілька зв'язку з іонами металів, формуючи стійку циклічну структуру. Кажучи образно, іон металу захоплюєтьсяполидентатнимлигандом подібно жертві, що влучила у клішні раку. У зв'язку з цим такі комплексні сполуки отримали назвихелатов.

 

Таблиця 2Константи нестійкості комплексних іонів

Комплексний іон >Кнест

[>NH4]+/>NH3+H+

5,4*10-10

[>Ag(NН3)2]+/>Ag++>2NH3

9,3*10-8

[>Cu(NH3)4]2+/>Cu2++>4NH3

2,1*10-13

[>Zn(OH)4]2-/>Zn2++>4OH-

3,6*10-16

[>Fe(CN)6]3-/Fe3++>6CN-

1*10-31

[>Fe(CN)6]4-/Fe2++>6CN-

1*10-36


>Хелати -- стійкі комплекси металів зполидентатнимилигандами, у яких центральний атом є компонентом циклічною структури.

Одним із найефективнішиххелатообразующихлигандов єетилендиаминтетрауксусная кислота (>ЕDТА) чи йогодинатриевая сіль, званатрилон Б:

>НООССН2 СП2>СООН

>N—СН2—СП2—N

>НООССН2 СП2>СООН

>ЕDТА

>НООССН2 СП2>СООН

>N—СН2—СП2—N

>НООССН2 СП2>СОOH

>трилон Б (>Nа2М2Т)

>ЕDТА утворює стійкі комплекси практично з катионами всіх металів, крім лужних, томуЕDТА широко використовують у аналітичної практиці визначення змісту іонів різних металів, а медицині - якдетоксиканта виведення з організму іонів важких металів як розчинних комплексів.

Серед природнихлигандов слід виділитимакроциклическиеполидентатниелиганди, всередині яких розміщаєтьсякомплексообразователь.Макроциклическимилигандами є порфірини, близькі до них структуроюкоррини, і навіть білки. І тут ліганд називається "господар", акомплексообразователь – "гість". У цих комплексахкомплексообразователь ізольований від довкілля та може утримуватися міцно, наприклад, у гемоглобіні,цитохромах, вітаміні У12, хлорофілі, чи слабко, наприклад, уионофорах, що використовуються транспорту катионів металів через мембрани.

У природі зустрічаютьсяполиядерние комплексні сполуки. Їх характерно наявність у внутрішній сфері кількохкомплексообразователей як жодного виду (наприклад, залізо вжелезосеропротеинах [FexP.Sx>Ргоt]), і різних (наприклад, вцитохромоксидазе містяться одночасно катиони заліза і міді). Отже, склад, структура і міцність внутрішньої сфери природних комплексних сполук надзвичайно різноманітні, і тому можуть виконувати різні функції живими системах.

3.2 Освіта комплексних сполук

Як відомо, реакції в розчинах завжди протікають у напрямі найповнішого зв'язування іонів, зокрема з допомогою освіти комплексних сполук, яких у результатідонорно-акцепторного взаємодії виникає стійка внутрішня сфера.

>FеCl3 +6КСNS До3[>Fе(СNS)6] +ЗКСl

(>Fе3+ +6СНS- > [>Fе(СNS)6]3-)

У результаті освіти стійких комплексів можливе навіть розчинення тих опадів, що надсилають в розчин з допомогою дисоціаціїрастворившейся частини речовини вкрай небагато іонів, здатних з доданим реагентом утворювати стійку внутрішню сферу комплексу:

>Zn(ОН)2 +2NаОНNа2[>Zn(ОН)4]

(>Zn(ОН)2 +OH- [>Zn(ОН)4]2-)


Завдяки освіті комплексу відбувається зв'язування молекули аміаку (газоподібноголиганда):

>NН3 +НС1 [>NН4]С1 (>NН3 + М+ [>NН4]+)

>NН3 + М20NН3 • М20

У кислої середовищі відбувається міцне зв'язуванняNН3 внаслідок освіти комплексного іона [>NН4]+, а нейтральній і лужної середовищі має місце конкуренція за міцне зв'язуванняКатиона водню між аніоном ВІН- (Доа= ДоH2O = 1,8*10-16) і молекулою аміаку (Доа = До>нест (>NH4+) = 5,4*10-10). З порівняння констант відповідних рівноваг видно, що молекула води утримує катіон М+ значно сильніші за, ніж комплексний іон [>NН4]+. Тому використовувати формулугидроксида амоніюNН4ВІН некоректно, а варто вдавати результат взаємодії між молекулами води та аміаку якNН2 • М2Про –комплекса-ассоциата (гідрату аміаку). Водний розчин аміаку, званий у побуті нашатирним спиртом", використовують у медичній практиці як джерело аміаку і засіб надання швидкої допомоги для порушення подиху і виведення з запаморочення. Отже, комплексне з'єднання виникає у тому випадку, колидонорно-акцепторное взаємодіякомплексообразователя злигандами призводить до їхнього міцному зв'язування з формуванням стійкою внутрішньої сфери.

3.3 Трансформація чи руйнація комплексних сполук

Трансформація чи руйнація комплексного сполуки відбувається у тому випадку, коли компоненти його внутрішньої сфери, вступаючи у взаємодію Космосу з доданим реагентом, зв'язуються чи трансформуються внаслідок освіти:

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація