Combinatiile complexe,compusii de coordinatie sau, simplu,complecsi sunt combinatiile care contin un atom sau un ion central (de obicei un metal) de care sunt legati prin legaturi covalente coordinative molecule neutre sau ioni (asa-numitii liganzi).
In functie de suma sarcinilor ionului central si a gruparilor care-l inconjoara , combinatia complexa poate fi un anion , un cation sau o molecula neutra: aNH4i+ ; a Fe(CN)64i aPtCl4(NH3)2i
Numarul de molecule sau ioni (liganzi) care se leaga de ionul central poarta numele de numar de coordinatie. Astfel,in ionul complex aFe(CN)6i 4- , numarul de coordinatie este 6 ; iar in aAg(NH3) iOH , numarul de coordinatie este 2. In general, numarul de coordinatie are valori cuprinse intre 2 si 6 si foarte rar valoarea 7 sau 8. Ca atom central poate functiona aproape oricare din elementele sistemului periodic, dar cea mai mare tendinta de a forma complecsi o au metalele tranzitionale; la r`ndul lor , liganzii pot fi foarte diferiti , de la ioni monoatomici simpli p`na la substante organice cu structuri foarte complicate. Ca liganzi in acesti compusi apar fie molecule neutre, ca: NH3 , H2O , H2N - H2C - CH2 - NH2 (etilendiamina) , C5H5N (piridina);fie ioni, ca : F -, Cl - , Br - , SO 2-3 ,SCN -
Sarcina ionului complex se stabileste tin`nd seama de sarcina ionului central , precum si de sarcinile liganzilor.Astfel,daca liganzii sunt molecule neutre,sarcina ionului complex este data de sarcina ionului central.In complexul aCu(NH3) iSO4 , datorita faptului ca NH3 e o molecula neutra, iar ionul Cu are 2 sarcini pozitive, ionul va aparea incarcat astfel:aCu(NH3)4i . Daca liganzii sunt ionici, sarcina ionului complex va fi egala cu suma algebrica dintre sarcina atomului central si sarcinile liganzilor.Astfel, in complexul K2aHgI4i, mercurul are sarcina 2 , cei patru ioni I - totalizeaza 4 sarcini negative , deci sarcina ionului complex va fi data de suma -4+2s -2 . Ionul se va scrie aHgI4 i
Sarcina ionului complex este neutralizata intotdeauna de ioni de semn contrar : aCu(NH3)4i (OH) - ; 4K aFe(CN)6i
Pentru ca un ion metalic sa formeze combinatii complexe, trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii : sa aiba un volum ionic mic si sa posede orbitali liberi in care sa poata accepta electronii neparticipanti ai ligandului , stabilindu-se astfel legaturi covalente coordinative intre ionul central si atomul de nemetal din ligand.
OB|INEREA UNOR COMBINA|II COMPLEXE
EXPERIEN|A 1 : Se introduc intr-o eprubeta 2 - 3 ml dintr-o solutie de CuSO4 si apoi se adauga o solutie apoasa de NH3 p`na la aparitia precipitatului de culoare verde-albastru.Se adauga in continuare o solutie de amoniac p`na la dizolvarea precipitatului; se observa ca in eprubeta culoarea solutiei se schimba in albastru intens. Ecuatia reactiei care a avut loc este: CuSO4 4 NH3 s aCu(NH )4 iSO4
EXPERIEN|A 2 : Intr-o eprubeta cu 1 - 2 cm3 de solutie de CuSO4 de concentratie 0,1 M turnati c`teva picaturi de solutie de NaOH 1M . Se formeaza un precipitat albastru , gelatinos de Cu(OH)2 . Se adauga , in picaturi , solutie de NH3 1M , agit`nd eprubeta . Se observa disparitia precipitatului si colorarea solutiei in albastru intens , datorita formarii combinatiei complexe, hidroxidul de tetraaminocupru (II). Ecuatiile reactiilor care au avut loc sunt : CuSO4 2 NaOH s Cu(OH)2 Na2SO4
Cu(OH)2 4 NH3 saCu(NH3)4i(OH)2 .
EXPERIEN|A 3 : Intr-o eprubeta ce contine 3 ml solutie de AlCl3 se introduce ,in picaturi, o solutie de NaOH .Se observa aparitia unui precipitat gelatinos alb de Al(OH)3 .Daca se continua adaugarea de NaOH , se observa dizolvarea precipitatului . Ecuatiile reactiilor care au avut loc sunt :
AlCl3 3 NaOH s Al(OH)3 3 NaCl
Al(OH)3 NaOH s NaaAl(OH)4i
PROPRIET{|ILE COMBINA|IILOR COMPLEXE
Combinatiile complexe , in functie de natura atomului central , precum si de aceea a liganzilor , manifesta stabilitate at`t in stare solida , cat si in solutie.
Majoritatea combinatiilor complexe sunt solubile in apa sau in solventi organici . Unele au o solubilitate redusa , altele sunt intens colorate . Foarte multe dintre aceste combinatii se comporta ca electroliti , iar in solutie apoasa se disociaza dupa scheme ca:
K4aFe(CN)6i 4K +a Fe(CN)6 i 4-
aAg(NH3)2 iCl aAg NH3)2i + + Cl -
Dar ionii complecsi sufera la randul lor o disociere secundara ,insa intr-o masura foarte mica :
aFe(CN) i 4 Fe2 6 CN-
aAg(NH3) i + Ag + +2 NH3
Fiind aici cazul unor reactii de echilibru , aplicand legea actiunii maselor se gasesc relatiile:
KsaFe 2+i*aCN -i6 aFe(CN)6 i s 1*10-37 ioni-g/ l
Ks aAg i*aNH3i 2 / aAg(NH3) i + s 9*10-8 ioni-g/ l
Acestea sunt constantele de disociere ale ionilor complecsi, denumite si constante de instabilitate ; ele exprima stabilitatea ionilor complecsi.
STRUCTURA COMBINATIILOR COMPLEXE
Liganzii din jurul unui ion metalic pot fi identici sau diferiti.
Pentru ca o specie ( neutra sau ionica )sa poata functiona ca ligand , ea trebuie sa contina atomi cu cel putin o pereche de electroni neparticipanti , pe care sa ii puna in comun cu ionul metalic ( legatura coordinativa ). Acesti atomi se numesc atomi donori .Atomii donori pot fi :
anionii halogenura;
atomii de azot din moleculele de amoniac;
atomii de carbon din anionii cianura ,CN -
atomii de oxigen din moleculele de apa
Numarul de atomi donori care interactioneaza cu ionul metalic poarta denumirea de numar de coordinare.Liganzii ocupa pozitii bine determinate in spatiu , fiecarui numar de coordinare asociindu-i-se una sau mai multe geometrii de coordinare .
In ionii complecsi aAg(CN)2i aAg(NH3)2 i si aCuI2 - i , ionii metalici au numarul de coordinare 2 si liganzii sunt dispusi liniar .
In ionii complecsi aCoCl4i si aNi(CN)4 i 2- , ionii metalici au numerele de coordinare 4 .In primul , liganzii ( anionii clorura ) sunt dispusi in varful unui tetraedru regulat .
In cazul ionului complex aNi(CN)4 i 2- , cei 4 liganzi ,respectiv anionii cianura(CN -),sunt dispusi in varfurile unui patrat .
Deci, pentru numarul de coordinare 4 sunt posibile doua geometrii de coordinare, ambele frecvent intalnite : tetraedica si plan-patrata .
Toate combinatiile complexe pe care le formeaza ionul Pt 2 au o geometrie plan-patrata , de exemplu : aPtCl4 i a Pt(CN)4i aPt(NH3)4i aPt(NH3)2Cl2i . In acest din urma caz , liganzii sunt doua molecule de amoniac si doi anioni clorura si pot fi dispusi in doua moduri :
Structurile de mai sus corespund unor compusi reali , care difera prin unele din proprietatile lor.Asemenea compusi,care au aceeasi compozitie, in cazul nostru ultimul exemplu,dar au structuri si proprietati diferite,poarta denumirea de izomeri.Pentru ca izomerii de mai sus difera prin geometria lor , ei se numesc izomeri geometrici.
Pentru nr. de coordinare 6 ,de exemplu,in
aNi(NH3)6i 2 , aNi(H2O)6i, aCo(NH3)6i3+,aCo(H2O)6 i 2 geometria de coordinare este octaedrica.
La dizolvarea sarurilor in apa,ionii metalelor tranzitionale formeaza specii cationice complexe in care liganzii sunt molecule de apa.
DENUMIREA COMBINA|IILOR COMPLEXE
La stabilirea denumirii combinatiilor complexe se iau in considerare:
-clasa de compusi din care face parte combinatia complexa:acid,baza,sare;
-nr. de coordinare;
-numele ligandului;
-numele ionului central;
-numele ionului care neutralizeaza sarcina ionului central si nr. acestor ioni.
Daca liganzii sunt molecule neutre,se va citi intai gruparea din exteriorul parantezelor mari , apoi nr.de liganzi si apoi atomul central cu sarcina sa. Ex. denumirea urmatorilor compusi este :aAl(H2O)6 iCl3 -triclorura de e he xaacvaluminiu (3
aCr(NH3)6 Cl3 -triclorura de hexaaminocrom (3
Daca liganzii sunt grupari ionogene,se va citi in primul rand nr. liganzilor,apoi atomul central cu sarcina sa sau sarcina ionului si grupa sau gruparile din afara parantezei mari .Ex. denumirea urmatorilor compusi este : K4aFe(CN)6 i -hexacianoferat (4-) de potasiu
K2aNi(CN)4i-tetracianonichelat (2-) de potasiu.
Intotdeauna se denumeste mai intai ionul cu sarcina negativa si apoi cel cu sarcina pozitiva,legati prin prepozitia 'de',desi in scrierea formulei chimice ordinea e inversa.Ex: aCu(NH3)4i(OH)2 - hidroxid de tetraaminocupru(II)
aAg(NH3) iNO3-azotat de diaminoargint(I)
NaaAl(OH)4i-tetrahidroxoaluminat de Na
Cele mai frecvente utilizari ale comb. complexe sunt in analiza chimica.O serie de ioni ai metalelor,datorita usurintei de a forma combinatii complexe,caracterizate prin culoare intensa sau prin solubilitate redusa,se pot determina prin analiza calitativa sau cantitativa.
Exemple de identificare a unor ioni:
(I)
Intr-o eprubeta se introduc
2-3 ml dintr-o solutie de FeCl3 in care se adauga o solutie apoasa
de K4aFe(CN)6i.Se
observa aparitia unui precipitat albastru(albastru de
Reactia este caracteristica pentru ionul Fe3 ;daca solutia ce contine ionii respectivi este foarte diluata,se obtine osolutie albastra, ceea ce permite determinarea prezentei Fe3+in urme.
(II) Intr-o eprubeta in care se gasesc 2-3 ml solutie conc. de Co(NO3)2 se adauga 1-2 ml eter etilic si apoi o solutie de KSCN.Se obtine o coloratie intens albastra,caracteristica pt Co2 .Ecuatia reactiei este:Co2++4SCN aCo(SCN) i2-
(II) Intr-o eprubeta in care se afla 2-3 ml dintr-o solutie de CuSO4 se adauga cateva picaturi de acid acetic si apoi 2 ml dintr-o solutie de K4aFe(CN)6i. Se observa formarea unui precipitat de culoare brun-roscata.Ecuatia reactiei este 2CuSO4+K4aFe(CN)6i+Cu2aFe(CN) i+2K2SO4.Daca ionii de Cu2+sunt in concentratie mica,in solutie se obtine o conc. roza,reac. permitand evidentierea Cu in urme.
