Природа сил комплексообразования

Познакомившись со строением комплексных соединений, перейдем теперь к вопросу о природе тех сил, которые обусловливают химическую связь в комплексе.

В настоящее время при объяснении образования комплексных соединений пользуются двумя уже известными из предыдущей части курса общими теориями образования химических соединений — электростатической теорией и теорией ковалентных связей. Согласно первой из них, связь между центральным атомом или ионом и аддендами обусловливается электростатическим притяжением частиц и по своей природе аналогична ионной связи.

Вторая теория при объяснении комплексообразования исходит из представления об электронных парах, связывающих адденды с комплексообразователем так же, как и в обычных атомных соединениях.

Разберем, например, как происходит образование типичной комплексной соли K₂[PtCl₆], являющейся продуктом соединении хлорной платины PtCl₄ с хлористым калием, с точки зрения: электростатической теории. При взаимодействии платины с хлором каждый атом платины отдает четыре электрона атомам хлора, превращаясь в ион Pt⁴⁺.

Ионы Pt⁴⁺ связываются с получающимися одновременна ионами хлора, образуя соль PtCl₄:

Pt + 2Сl₂ = PtCl₄

Но присутствие четырех ионов Сl^— отнюдь не лишает ион Pt⁴⁺ способности действовать, на другие ионы хлора. Поэтому, если последние оказываются поблизости, ион Pt⁴⁺ сейчас же начинает их притягивать. Однако каждый приближающийся к иону Pt⁴⁺ ион Сl^— испытывает в то же время отталкивание со стороны уже связанных с платиной четырех ионов хлора. Если сила притяжения со стороны иона Pt⁴⁺ больше силы отталкивания, происходит присоединение новых ионов хлора. По мере их присоединения отталкивающая сила растет, и, наконец, в тот момент, когда она превысит силу притяжения, присоединение новых ионов прекратится. В данном случае этот момент наступает, когда с ионом платины свяжутся шесть ионов хлора (четыре бывших первоначально и два новых). Образовавшаяся группа одного иона Pt⁴⁺ и шести ионов Сl^— содержит два избыточных отрицательных, заряда и представляет собой комплексный ион [PtCl₆]. После присоединения к нему двух положительных ионов К⁺, попадающих уже во внешнюю сферу, получается соль K₂[PtCl₆].

Так же просто объясняется и присоединение к комплексообра-зователю нейтральных молекул. Нужно только учесть, что обычно в образовании комплексных ионов участвуют молекулы, являющиеся ясно выраженными диполями (как, например, Н₂O, NH₃). Под действием электрического поля комплексообразователя диполи определенным образом ориентируются по отношению к нему и затем притягиваются противоположно заряженными полюсами, образуя комплексный ион; поскольку взаимное отталкивание полярных молекул гораздо слабее, чем взаимное отталкивание ионов, то устойчивость таких комплексов часто оказывается очень высокой.

Таким образом, согласно электростатической теории, образование комплексных ионов и комплексных соединений обусловливается действием тех же электростатических сил, за счет которых происходит образование более простых бинарных соединений. Различны лишь механизмы этих процессов. При образовании простых бинарных соединений валентная связь получается в результате перехода электронов от одних атомов к другим, после чего образовавшиеся ионы связываются благодаря взаимному притяжению разноименных зарядов. В образовании же комплексных соединений участвуют уже готовые ионы (или полярные молекулы). Никакого перехода электронов здесь не происходит, а имеет место лишь «электростатическое стяжение» ионов или ионов и молекул. Природа валентной связи в обоих случаях, очевидно, одна и та же.

Другая теория образования химических соединений — теория ковалентных связей уже была нами применена при рассмотрении образования комплексного иона аммония из иона водорода и молекулы аммиака :

Вторым примером может служить образование комплексного аниона [BF₄]^— из ионов F^— и молекул BF₃:

В молекуле трехфтористого бора атом бора связан с атомами фтора шестью электронами, которые при образовании аниона [BF₄]^— дополняются до восьми за счет пары электронов иона фтора.

Ковалентные связи в комплексных ионах [NH₄]⁺ и [BF₄]^— отличаются от обычных ковалентных связей, осуществляемых парами общих электронов, лишь своим происхождением. В то время как при обыкновенной ковалентной связи каждый из соединяющихся атомов предоставляет для пары по одному электрону, при образовании комплексных соединений связь осуществляется за счет пары электронов, принадлежавших до этого только одному из соединяющихся атомов. Такого рода связь иначе называется координационной или донорно-акцепторной.

Атом или ион, предоставляющий для образования связи электронную пару, называется донором, а воспринимающий эту пару — акцептором. В первом из приведенных выше примеров донором являлся атом азота молекулы аммиака, а во втором — ион фтора. Аналогичную роль могут выполнять: атом кислорода в ионе гидроксила или в молекуле воды , ион хлора и вообще любой атом или ион, имеющий «свободные» пары электронов.

Акцепторами при образовании ионов [NH4]⁺ и [BF₄]^— были ион Н⁺ и атом бора в молекуле BF₃,имеющие незавершенную электронную оболочку. Вообще акцепторами всегда являются атомы или ионы с незавершенными электронными оболочками, т. е. имеющие не занятые еще электронами возможные орбиты во внешнем электронном слое.

В заключение следует указать, что анионы обыкновенных кислородных кислот также можно рассматривать как комплексные ионы. Например, строение анионов серной и хлорной кислот.

Комплексные соединения чрезвычайно многочисленны и разнообразны. Изучение их имеет не только теоретическое, но и прикладное значение. Это обусловлено тем. что комплексные соединения играют крупнейшую роль в качественном и количественном анализе и в производстве химически-чистых металлов платиновой группы.

Необходимость систематических исследований в области комплексных соединений постоянно подчеркивал Д. И. Менделеев. Принципиально важные работы в этом направлении были выполнены уже в конце прошлого века академиком Курнаковым. Но особенно большую роль в изучении комплексных соединений сыграли работы Л. А, Чугаева.

Изучая взаимодействие различных органических веществ с соединениями неорганическими, Чугаев открыл много новых комплексных соединений, очень важных в теоретическом отношении для обоснования координационной теории и в то же время представляющих большой практический интерес. Так, им были получены соединения никеля и палладия с органическим веществом диметилглиоксимом, которые с тех пор применяются в лабораториях всего мира для качественного и количественного определения этих элементов.

В 1907 г. Л. А. Чугаев становится заведующим кафедрой неорганической химии Петербургского университета, где продолжает свои исследования, главным образом в области металлов платиновой группы. Классические работы Л. А. Чугаева по металлам платиновой группы не только обогатили науку новыми фактами и новыми соединениями, но и определили направление дальнейших исследований в этой области.

Заслугой Л. А. Чугаева была также организация в 1918 г. Платинового института, работы которого сыграли большую роль в развитии советской платиновой промышленности.

216 217 218

Вы читаете, статья на тему Природа сил комплексообразования