第八章配位化合物.ppt

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1、第八章 配位化合物 Coordination Compounds 8-1 基本概念 8-2 配合物结构的价键理论 8-4 配合物的稳定性 8-7 配合物的应用 侩 槐 律 周 汲 镭 拓 庄 涨 臃 掇 是 玩 鸡 肯 冈 详 校 躯 斯 菲 克 晰 慰 旬 玲 针 租 打 伶 钓 侯 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 4、重点掌握配离子浓度及有关配位平衡的计算。 基本要求: 1、掌握配合物的价键理论和晶体场理论,用价键理论解释配合物 的空间构型,用晶体场理论解释配合物磁性、晶体场稳定化能和 配合物的颜色。 2、了解配合物分子轨道理论的基本内容。对羰基配合物,夹心

2、配 合物,簇状配合物和大环配体配合作一般了解。 3、了解中心离子的性质、配体的性质、配位原子和中心离子的关 系对配合物稳定性的影响规律。对配位平衡在现代科技中的应用 作一般了解。 醉 喧 吸 躯 誊 遍 憾 孰 作 父 灿 叁 烯 凿 批 椿 嫡 卖 鹅 乞 莆 旨 痛 迈 杠 委 恕 问 轨 滇 豺 黎 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 1、无机化学的发展 无机化学经过了全盛时期,18世纪大量的无机化合物的合成,使得当时人们普 遍认为无机化学已经发展到成熟的阶段,即认为无机化学已经无所作为了。从此 ,有机化学获得了快速发展,一直到1789年法国化学家塔赫特(Ta

3、ssert)发现六 氨三氯合钴CoCl36NH3的存在,才引起化学家的重视。 2、配合物化学键理论的发展 配合物也称络合物它是由简单分子加合而成的一类复杂化合物。 配合物化学键理论的发展经理了四个阶段: Co -NH3-NH3-NH3-NH3-NH3-NH3 Cl Cl Cl 序 言 (1)主价和副价理论 配位化学的创始人维尔纳(A.Werner)提出了主价和副价的概念,从而 奠定了配位化学的基础,他指出:在配合物中,存在着主价和副价。例如: 蔫 蠕 伍 杀 缆 酥 瓶 贺 伞 孽 伏 钱 悉 闪 黍 镶 渤 淆 擎 瞪 自 涂 即 吟 耪 钵 揭 朴 段 珍 醇 脑 第 八 章 配 位 化

4、合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 CoCl36NH3,其结构为: 配位原子 配合物 内界外界 Co(NH3 )6 3+3Cl- 中心原子 配体 配位数 配离子电荷 (2)配合物的价键理论 (3)配合物的晶体场理论 8-1 基本概念 一、配合物的组成 配合物由配离子和带异号电荷离子两部分组成。 1、中心离子 中心离子或原子位于配合物的中心,是配合物的核心,通常是 金属阳离子或原子或非金属高价态离子。 例如:Co(NH3)63+ ; Ni(CO)4, Fe(CO)5, SiF62-等。 副 键主键 掐 哪 藕 棒 舀 咱 购 炎 跺 些 袖 接 煞 歇 腥 笺 辈 尉 讼 炕 票 负 腮 剪

5、 陕 婆 蒙 婉 牲 徒 迈 呈 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 NH3 :H2O:F-: H2CCH2 H2N . NH2 . 乙二胺(en) CC O O O O : : 2- 草酸根 (OX) 2.配位体(配体) 在配合物中,与中心离子以配位键结合的负离子或分子称为配体; 给出孤对电 子的原子称为配位原子。 如::NH3, H2O:, :F-, :Cl-等。一些常见的配位原子是电负性较大的非金属原子。 双齿配体: 单齿配体: 多齿配体:H2CCH2 H2NNH CH2CH2 NH2 . 二乙烯三胺 NCH2CH2N CCH2 CCH2 CH2C CH2C

6、O O O O O: O: O O : : : : : 乙二胺四乙酸(EDTA) 在配体中,给出的电子对数称为齿或基。 根据给出的电子对数的多少,将配体分为: 纬 铅 难 余 疽 泡 抹 遭 征 滤 吟 港 瘤 输 围 修 宠 纳 靖 凯 麦 丙 萤 街 菠 疽 淋 丘 做 融 驯 曰 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 梭 喷 仆 结 趴 坐 痈 搪 篇 射 碳 柑 愤 虑 砷 唤 骤 孩 抛 柏 提 撰 守 皱 构 辩 懦 乔 施 砌 镑 标 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 3、配离子的电荷 中心离子的电荷与配体电荷的代数和即为配

7、离子的电荷,例如 : K2HgI4 HgI42-的电荷为: 21+(-1)4 = -2 CoCl(NH3)5Cl2 CoCl(NH3)52+的电荷为: (31) ( - 11)+(05) = +2 由单齿配体形成的配合物中,中心 离子的配位数等于配体的个数 Cu(NH3)4SO4中,Cu2+的配位数为4 CoCl(NH3)5Cl2中,Co3+的配位数为6 由多齿配体形成的配合物中,中心离子 的配位数等于配体的个数乘以齿数 Cu(en)2SO4中,Cu2+的配位数为4 Co(en)33+中, Co3+的配位数为6 Fe(C2O4)33-中,Fe3+配位数为6 中心离子的配位数与离子半径、配体的大

8、小、离子电荷等因素 有关,常见配合物中,中心离子的配位数一般为4和6。一些常见离 子的配位数和构型列于下表: 4、配位数 在配体中,直接与中心离子结合成键的配位原子的数目称为中心离子的配 位数。 编 艾 奏 旋 偿 阿 吉 胸 体 放 淘 舞 否 舅 癌 脐 蚀 除 骑 鸵 娄 赏 分 凑 稽 讣 娃 蚕 愿 宅 韭 帧 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 枚 惊 鳖 膀 宗 者 蛹 期 戊 钉 雍 炳 地 部 盂 丢 齿 作 浮 磐 至 吉 唐 勤 死 驹 拂 创 访 帐 吴 琢 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 二、配合物的命名 配

9、合物的命名时阴离子在前,阳离子在后。 若配离子为阳离子时,则叫某化 或某酸 ; 若配离子为阴离子时,则在配阴离子与外界阳离子之间用“酸”字 连接。 (2)不同类型的配体顺序为:阴离子在前,中性分子在后;无机配 体在前,有机配体在后,配体与配体之间用“”隔开。例如: Cr(OH)3(H2O)(en) 三羟基一水乙二胺合铬(III) 具体配离子的原则如下: (1) 配离子中配体的名称放在中心离子之前,用“合”连接,中心 离子的电荷用罗马数字表出。例如: Pt(NH3)6Cl4 四氯化六氨合铂(IV) Ag(NH3)2Cl2 二氯化二氨合银(I) KFe(OX)3 三草酸合铁(III)酸钾 蔑 聘

10、假 犁 衡 秤 著 荤 咨 稍 痕 园 年 橡 博 坦 菌 润 蚜 绩 遮 合 炎 构 吵 录 采 瘩 掌 脱 颜 滩 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 (7)有些配合物有习惯名,不符合命名原则,例如: K4Fe(CN)6称为亚铁氰化钾(黄血盐)。 (3)同类配体的顺序为配位原子元素符号英文字母顺序。 CoCl2 (NH3)3 (H2O)Cl氯化二氯三氨一水合钴(III) (6)无机配体为含氧酸根阴离子时用“根”字结尾。如: Na3Ag(S2O3)2 二(硫代硫酸根)合银(I)酸钠 (4)同类配体中若配位原子相同,则将含原子数较少的配体排列在前,较多原子 数的配位

11、排后。如: PtNO2NH3(NH2OH)(py)Cl 氯化硝基氨羟胺吡啶合铂() (5)配体原子相同,配体中含原子的数目也相同,则按在结构式中与配位原 子相连的元素符号的英文字母顺序排列。如: PtNH2NO2(NH3)2 氨基硝基二氨合铂() 钻 发 记 蛰 嫡 绒 厩 进 乓 务 扇 根 验 丈 入 好 冤 蘑 蓝 锗 红 断 兴 醚 察 谆 叙 耪 煞 对 滦 绷 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 三、螯合物 螯合物又称内配合物,它是由多齿配体通过两个或两个以上 的配位原子与中心离子形成的具有环状结构的配合物。 例如:EDTA(乙二胺四乙酸)、en(乙二胺

12、)和C2O4 2-(草酸根)分 别与Ca2+、Cu2+和Fe3+形成的配合物Ca(EDTA)2-, Cu(en)22+, Fe(C2O4)33- 等。 一般地,螯合物有较高的稳定性,有特征颜色,较难溶于水而易溶 于有机溶剂。利用这些特性,常用于沉淀分离,溶剂萃取,比色分 析测定,容量分析等。 几 凸 泳 啪 迁 穷 恒 灯 荷 眷 喧 僻 披 堪 财 歌 戊 氛 潭 如 贿 啼 逛 击 撮 海 捣 怕 肃 网 彰 翰 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 C N O Ca2 + 如EDTA与Ca2+形成的螯合物的结构为: NCH2CH2N CCH2 CCH2 CH2C

13、 CH2C O O O O O: O: O O : : : : : 乙二胺四乙酸(EDTA) 翌 蔡 闹 摔 匈 漠 桂 许 侍 被 床 纫 猴 英 尼 婿 烙 讶 暑 烙 卜 赣 唐 碉 姻 和 箭 侧 赣 粪 肃 努 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 四、配合物的几何异构现象 (a) 顺式 (b) 反式 (a) 顺式 (b) 反式 因配合物的化学组成相同,而配体在空间的位置不同所产生的异构现象称为 几何异构。这种现象主要发生在配位数为4的平面正方形和配位数为6的八面体配 合物中。例如: 馅 外 捌 娥 残 隔 吱 序 胎 敦 亮 侨 掳 脯 儒 哑 酞 潍 噬

14、 烟 吻 理 媳 汰 屠 洲 涅 松 熬 革 筏 咕 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 配合物的异构体在物理及化学性质方面都呈现出明显的不同, 例如:顺-PtCl2(NH3)2 为黄色晶体,是极性分子、易溶于水;而 反- PtCl2(NH3)2则是非极性分子不溶于水。另外几何异构体在生理 上也 有明显的不同,例如 PtN2(NH3)2 有顺、反两种构型: 顺式结构具有抗癌作用。而反式结构则没有抗癌作用。 熟 夫 尖 负 搞 癣 贞 杉 篓 考 纬 娱 揽 忱 羹 轰 藩 迭 嘴 肖 淬 另 赤 姆 锁 揩 渗 铺 涨 隆 润 驳 第 八 章 配 位 化 合 物 第

15、 八 章 配 位 化 合 物 八面体配合物的几何异构更为普遍,对于MA4X2型,其最典型 的是二氯四氨合铬(III)离子的紫色型(顺式)和绿色型(反式),如图 : (顺式) (顺式) (反式) (反式) 连 杨 蛇 毁 毫 乏 围 舒 叙 驶 犬 哺 裴 必 快 粮 纱 奎 燕 取 砷 鸭 涡 舔 弯 疯 搁 燃 弊 机 茹 竿 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 本课题组有关工作:大环配合物超分子自组装 曾 勒 蒜 赢 罐 绅 缄 氓 妆 燕 揉 斌 醛 展 窟 盔 颇 款 朝 筏 肖 脑 磋 赘 撤 质 矣 曳 右 仲 屋 沃 第 八 章 配 位 化 合 物 第

16、 八 章 配 位 化 合 物 一维链状结构 轰 圾 窟 诸 办 抑 段 物 崔 懂 所 尝 漠 照 纷 罕 机 磺 忙 胰 划 隶 嘶 城 汐 毛 纶 永 珊 栏 团 缮 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 一维分子梯 培 淮 噶 茎 乡 以 模 椒 惨 熄 朝 锑 产 蔚 哨 缩 蘑 蘑 最 飞 嗡 藉 土 掩 瞻 烦 仍 脚 众 倒 飘 勘 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 阐 毕 木 钩 搅 杰 悬 珍 疮 何 老 稽 尸 迸 跳 亿 帛 孰 祭 耻 轧 夜 镐 掐 松 登 姻 椭 师 哑 厚 缕 第 八 章 配 位 化 合 物

17、第 八 章 配 位 化 合 物 娩 七 籍 离 草 迫 嗓 晰 痞 探 纤 彤 廓 垂 你 睛 盘 涡 吊 擞 奥 径 娇 哲 俭 汛 栋 趣 秩 旱 隘 宦 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 8-2 配合物结构的价键理论 1928年,鲍林把杂化轨道理论应用到了配合物之中,并提出了 配合物的价键理论,价键理论的核心是:在配合物中,配体的配 位原子提供孤对电子进入中心离子空的杂化轨道形成配位键。也就 是说配体必须能提供孤对电子,而中心离子(原子)则必须提供经 杂化后能量相同的空轨道,以便二者重叠时形成 配位共价键。 配离子的不同几何构型正是由于中心离子采用了不同的杂

18、化轨 道与配体进行配位的结果。中心离子除了前面所述的sp,sp2,sp3 杂化轨道外, d轨道也可参与杂化。 在Ag(NH3)2+配离子中,Ag+的1个空s和1个空p轨道经杂化形 成两个新的能量相同的空sp杂化轨道。分子为直线型: (一)杂化理论和空间构型 一、杂化轨道 盒 影 焊 修 勘 皇 承 楔 断 周 野 悦 义 配 商 尿 病 诛 陵 睛 渤 悬 影 仗 炔 惭 忿 锚 纫 加 台 镑 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 1、四配位的配离子 配位数为4的配离子空间构型有两种:正四面体和平面正方形 。 下面分别讨论之: sp3杂化轨道: 3d4s4p 3d

19、sp3杂化轨道 4NH3 Ni2+: 3d8 Ni(NH3)42+: 由于4 个 sp3 杂化轨道指向正四面体的四个顶点,所以 Ni(NH3)42+ 配离子具有正四面体构型。在该配离子中有2个未成对 的单电子,所以它是顺磁性的。 1个空s轨道和3个空 p轨道 进行sp3杂化 四个NH3中N上的孤对电 子进入sp3杂化轨道 单电子 是 京 披 赡 吊 七 进 冕 惜 程 馈 嗜 鸟 滚 嘛 浸 扶 酵 像 赞 裴 拷 愁 梧 槽 洼 滓 霓 旺 轻 玩 约 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 由图可见:当4个CN-接近Ni2+时,Ni2+的2个未成对电子合并到 一个

20、d轨道,空出一个3d轨道与1个4s轨道和2个4p轨道进行杂化, 构成4个空的且能量相同的dsp2杂化轨道,这4个轨道接受4个CN-中 C原子所提供的孤对电子,形成平面正方形结构,而不是形成理论 上的sp3杂化。 3d4s 4p 4p3ddsp2杂化轨道 4CN- Ni2+: 3d8 Ni(CN)42-: 1个3d、1个4s 和2个4p轨道 进行 dsp3杂化 先成对,空出一 个d轨道参与杂 化 浦 檬 取 峪 凳 凿 让 洁 凑 茵 翅 败 苦 惋 憾 噪 烯 鸵 娇 播 皖 糜 呻 迸 肾 潜 缨 蛤 岂 兵 沪 树 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 2、六配位

21、数的配离子 配位数为6的配离子构型为正八面体。下面举例说明。 6F- 3d 3d 4s4p4d 4d sp3d2杂化轨道 Co3+: 3d6 CoF63-: 这里是外层4d轨 道参与杂化 形成sp3d2杂化 内层d轨道不参 与杂化 默 昭 入 疥 庙 垂 吠 字 衫 该 社 凿 郁 姿 划 梧 蹲 靶 乙 物 旗 帅 柱 狮 沂 基 鸭 洪 付 慑 旭 睦 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 4p4d 3d4s 6CN- 3d4d Co3+: 3d6 Co(CN)63- 理应1个s、3个p和2个d 轨道 进行sp3d2杂化 实际为2个d 、1个s和3个p 和轨道进行

22、d2sp3杂化 内层d电子先成对而空出2个轨 道参与杂化。反磁性物质。 笔 蹿 孪 瞳 颇 橡 别 矽 铬 蕊 绎 洋 几 慧 婴 般 宦 毙 薛 擅 吮 就 萌 堂 骡 镍 惯 么 榷 汲 番 敢 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 (二) 外轨型配合物和内轨型配合物 产生这种情况的原因与配体场的强弱有关。当配体场较强时,它可以影响中 心离子的d电子,使得自由离子时的单电子配对,让出空轨道,该空轨道再与外层 的s、 p轨道杂化形成内轨型的d2sp3杂化轨道,这样形成的配合物比较稳定。当配 体场较弱时,它不能影响中心离子的d电子,这时只能采用外轨型的sp3d2杂化轨

23、道 形成配合物,这种配合物的稳定性较差。 3d 3d 4s4p 4d 4dsp3d2杂化轨道 3d 4d d2sp3杂化轨道 Fe3+: 3d5 Fe(H2O)63+: Fe(CN)63-: 中心离子d轨道的电子数为47时,形成配离子时情况较复 杂。例如Fe3+离子的3d 轨道上有5个电子,形成配合物时有两种情况。一种是外层d轨道参与杂化,形成 所谓外轨型配合物,另一种是内层d轨道参与杂化,形成所谓内轨型配合物, 例如: 京 裴 懈 朝 焊 掂 侣 眶 坯 冻 抹 萝 宇 盂 紊 吨 诛 雌 窑 拼 敲 数 撵 凸 亚 屎 郑 盎 撒 旋 就 匡 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配

24、 位 化 合 物 该顺序是总结了配合物光谱实验数据而得到的,所以称为光谱化学序。由此 可见: 强场配体有:CO,CN-,NO2- 中强场配体: H2O ,NH3 弱场配体有:I-, Br-, Cl-, F- I- Br- Cl - F- H2O SCN- NH3 en NO2- CN- 0 则为顺磁性物质 。 值越大,磁性越 强。通常可用(-1)判断配合物的单电子数。 泊 半 泳 猜 陈 妹 驱 双 滞 晓 转 掇 判 荷 洗 墅 斟 西 尾 盆 悼 湾 蒂 籽 羚 兹 疹 聋 泵 号 槽 企 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 课堂习题 Cr(NH3)2(H2O)

25、4Cl3 1.命名 Cu(NH3)4PtCl4 K3Fe(CN)5CO 2. 已知CoF63的 = 4.90 B.M, 试说明离子杂化轨道类型, 并指出是外轨型还是内轨型。 KFeCl2 (OX) (en) 二氯草酸根乙二胺合铁(III)酸钾 逃 礼 归 倦 眨 疫 旧 砒 你 驻 勾 艾 浑 优 辕 滔 悟 必 翻 歼 啦 镊 贞 芹 芽 伊 梢 上 慕 剖 欲 谊 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 二、晶体场理论 鲍林的价键理论成功地说明了配合物的结构、磁性和稳定性, 但是它是一个定性理论,存在着局限性。它不能解释配合物的光谱 性质和反应性。 晶体场理论(Cr

26、ystal Field Theory )于1929年提出,它的出发 点是配体场对中心离子d轨道的影响。能巧妙的解释配合物的结构 、磁性、光学性质和反应机理。 (一)、晶体场理论的基本要点和d轨道的分裂 1、晶体场理论的基本要点 (1) 在配合物中,中心离子与配体之间的作用,类似于离子晶 体中正、负离子间的静电作用; (2)中心离子在周围配体形成的非球形对称电场的作用下,原来 能量相同的五个简并d轨道分裂成能级不同的几(两)组轨道; (3)由于d轨道的分裂,导致d轨道上的电子将重新排布,并优先 占据能量较低的轨道,使体系的能量降低; 寄 韵 盔 闻 揽 嗓 霜 缎 饭 瀑 宦 曳 赣 丑 乞 鲜

27、 煎 茸 要 铬 仆 站 于 星 郸 管 篮 名 倪 候 殷 岩 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 x z dz2 轨道 配体 6个配体分别位于球体的六个不 同部位,所形成的电场为非球形对 称的电场(八面体场)。 x z dz2 轨道 整个球壳带电荷,形 成球形对称的电场。 能 量 球形场中d轨道能级 d dxy dyz dxz dz dx -y 22 2 4Dq 6Dq 0 d 懦 帖 呢 嫂 鞭 表 涝 节 瓦 拖 僧 宝 馆 泊 崖 贬 扇 镶 语 杂 怜 氰 灌 劈 歼 挡 悼 悠 掇 婉 湃 亨 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合

28、 物 具体作用如图: Z dx2-y2 X Y dz2 X Y Z dxy X Y Z dyz X Y Z dxz X Y Z 攘 二 无 条 未 参 呕 姓 畅 颖 格 凭 哪 欧 触 啊 喻 鄂 恼 高 辗 柳 喝 洋 驯 紊 农 络 像 屡 赐 香 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 2、中心离子d 轨道的分裂 虽然d轨道的能量相同,但中心离子的各d轨道在空间有不同的 伸展方向。在球形对称的负静电场作用下,这五个简并轨道的能量 会同时升高,不会产生能级分裂: 但在配体场中,由于配体场产生的电场不是球形对称的,各轨 道受电场的影响是不相同的。例如:在八面体场中,

29、六个配体沿x, y, z的方向接近中心离子,使dxy, dyz, dxz比球形场中受的影响小, 能量比球形场中低,称为d轨道,而dz2, dx2-y2受的影响比球形场中 大,能量比球形场中高,称为d轨道。 能 量 自由离子d轨道能级 球形场中d轨道能级 d dxy dyz dxz dz dx -y 22 2 4Dq 6Dq 0 d 在八面体场中d轨道能级分裂 乏 擒 跌 灿 拥 庚 累 勃 呸 励 蛔 蚂 缕 摧 稠 仆 铃 痛 训 析 炊 趴 姨 桨 忻 姨 绸 累 顷 跺 星 篓 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 (二)、分裂能 d轨道在不同构型的配合物中,分

30、裂的方式和大小都不同。我们把分裂后最 高能量d轨道和最低能量d轨道之间的能量差称为分裂能,通常用符号表示,对 于八面体配合物的分裂能,用0表示,它相当于1个电子在d-d间的跃迁所需的 能量。若将0分成10等份,则每等份为1Dq。 0=10 Dq 若将分裂前d轨道的能量作为0点,根据能量守衡,有: 2Ed - 3Ed = 0 0= Ed -Ed =10 Dq Ed =3/5 0= 6 Dq Ed = - 2/5 0= - 4Dq 能 量 自由离子d轨道能级 球形场中d轨道能级 d dxy dyz dxz dz dx -y 22 2 4Dq 6Dq 0 d 在八面体场中d轨道能级分裂 淑 赔 羽

31、壕 游 笑 碑 政 缠 唁 蜘 控 极 去 堡 斥 翁 诗 哲 畸 吃 曝 甭 鞘 驯 属 擎 醋 均 块 苟 候 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 分裂能的大小由配合物的光谱确定。它与中心离子的电荷和半径、配体的 性质等因素有关。 1、中心离子的电荷和半径 (1)当配体相同时,同一中心离子的电荷愈高,分裂能0愈大。 例如: Fe(H2O)2+ 0 = 10400KJ. mol-1; Fe(H2O)3+ 0 = 13700 KJ. mol-1 (3)同族同氧化值离子的分裂能随中心离子d轨道主量子数的增大而增大。第五 周期(d 轨道主量子数为4)比第四周期(d轨道主

32、量子数为3)约增大4050%, 第六周期(d轨道量子数为5)比第五周期约增大2030%,例如: Co(NH3)63+ Co 3d74s2 0 = 22900 KJ. mol-1 Rh(NH3)63+ Rh 4d85s1 0 = 34100 KJ. mol-1 Ir(NH3)63+ Ir 5d76s2 0 = 41000 KJ. mol-1 (2)电荷相同的中心离子,半径愈大,分裂能0愈大。 例如:Fe2+: r = 76 pm Fe(H2O)62+ 0 = 10400 KJ. mol-1 Co2+: r = 74 pm Co(H2O)62+ 0 = 9300 KJ. mol-1 Ni2+: r

33、 = 72 pm Ni(H2O)62+ 0 = 8500 KJ. mol-1 垃 恢 蔑 采 黍 惹 捻 弃 疟 阁 砍 矗 建 锡 貉 舔 汇 拂 并 政 吹 广 典 苍 可 功 芭 贸 追 谷 敞 樊 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 该顺序是总结了配合物光谱实验数据而得到的,所以称为光谱化学序。由 此可见: 强场配体有:CO,CN-,NO2-, 中强场配体: H2O ,NH3 弱场配体有:I-, Br-, Cl-, F- 3、配合物的几何结构 平面正方形配合物的分裂能最大,四面体配合物分裂能最小. s o t 长 短 0 小 0 大 I- Br- Cl -

34、F- H2O SCN- NH3 en NO2- CN- Ep,电子进入d轨道,未成对电子数减少,形成低自旋配 合物; 0 0 ;有单电子, 为 顺磁性物质 强场排 列 弱场排 列 强场配体 0 大 弱场配体 0 小 d d d d 臆 阵 档 吧 晋 瞩 漾 莆 率 淫 绕 锨 仲 民 遥 惜 殉 唇 恩 催 硒 驳 蜂 觉 鳞 泻 蹭 咨 岩 佑 摊 平 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 2. 判断晶体的稳定性(晶体场稳定化能) 在晶体场的影响下,中心离子的d电子进入分裂后的轨道,轨道的总能量往往会 低于未分裂时轨道的能量,这个能量的降低值,称为晶体场的稳定化能

35、(CFSE) 。 在正八面体场中,若配合物d电子排布为dm dn,则: CFSE = mE d + nE d = m (-4Dq) + n (+6Dq) m: 排在d轨道上的电子数,n: 排在 d 轨道上的电子数 例如:Co(NH3)63+的磁矩为.,按晶体场理论,指出各中心离子d轨道分 裂后的d电子排布,并算相应的晶体场稳定化能。 解:Co3+的电子构型为d6: d d 遏 曹 压 接 酱 丰 阶 构 贺 粮 秆 艾 皋 论 闭 遮 炬 布 输 舶 换 振 沤 垂 卉 画 叹 齿 淫 脸 秀 年 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 3、配合物的颜色 过渡金属配离子

36、一般具有颜色,如下表: 绿青 赤 橙 黄 蓝 紫 这可以用晶体场理论来解释。 物质的颜色是由于它选择性地吸收可见光中某些波长的光产生 的。当白光投到物体上,如果全部被吸收,物体呈黑色;如果全部 反射出来,物体呈白色;如果只吸收可见光中某些波长的光,则剩 下的未被吸收的光线的颜色就是物质的颜色。 赫 稼 涅 扔 殴 柱 钱 启 瞥 脚 豁 鹰 扇 冷 或 矩 萎 三 滋 土 辩 翘 警 插 驹 哨 粳 乃 屎 知 鹏 亨 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 配合物具有颜色是因为d轨道在晶体场的作用下发生能级分裂,在d 轨道没有被电子充满的情况下,d电子就有可能从较低能

37、级的轨道 向较高能级的轨道发生d-d跃迁,跃迁所需要的能量就是d轨道的分 裂能0。尽管不同配合物的分裂能不同,但其数量级一般都在近紫 外和可见光的能量范围之内。不同配合物由于分裂能的不同,发生 d-d 跃迁吸收光的波长也不同,使配合物产生不同的颜色。例如 Ti(H2O)63+离子发生 d-d 跃迁的吸收波长在510 nm处,即蓝绿及黄 色成分,吸收最少的是紫色及红色成分,所以它呈淡红紫色。 观察到的颜色 吸收的颜色 白 色 光 绿 黄 黄 红 蓝 紫 吸 收 率 波长/nm 用 妒 咆 驭 漫 疽 干 讼 踞 惧 告 篙 莎 间 跑 挟 螟 掐 字 烽 勺 睹 锡 狗 翘 惋 乓 怜 狄 信

38、翰 捻 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 课 堂 习 题 1.已知Fe(H2O)62+的分裂能o为10400cm-1,电子成对能P 为17600cm-1,写出该配合物的中心离子d轨道排布方式,判断其 是否具有磁性,计算晶体场稳定化能。 2.已知下列配离子的磁矩,试用晶体场理论判断中心离子的d电子 分布、各配离子中分裂能(o)与电子成对能(Ep)的相对大小 及配离子空间构型。指出属于高自旋还是低自旋配离子。 Mn (SCN)64-, = 6.10 B.M Fe(CN)64-, = 0.00 B.M 反 被 裔 蔫 淖 齿 丘 肄 渊 掸 狱 塞 们 烟 想 乃 擦

39、分 怔 旷 贮 晋 领 墙 莎 虏 菜 缘 千 兴 绚 咒 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 8-4 配合物的稳定性 一、热力学稳定性 1、稳定常数和不稳定常数 (1)稳定(形成)常数和不稳定(离解)常数 Cu(NH3)42+ Cu2+ + 4 NH3 称为不稳定常数, 愈大,配合物愈不稳定。 Cu2+ + 4 NH3 Cu(NH3)42+ 草 嵌 示 帖 硕 戴 舌 培 言 休 伎 抠 聋 罪 跌 谗 摆 与 噶 衫 列 蔑 浸 泅 怒 燃 咕 犁 狐 香 斤 需 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 显然有: (2)逐级稳定常数和累积

40、稳定常数 Cu2+ + NH3 Cu(NH3)2+ Cu(NH3)2+ + NH3 Cu(NH3)22+ Cu(NH3)22+ + NH3 Cu(NH3)32+ Cu(NH3)32+ + NH3 Cu(NH3)42+ 称为逐级稳定常数,显然有: 冻 预 乡 料 酝 疙 颜 菏 咖 舰 艰 蒜 脯 鸥 气 摆 隋 十 吃 搓 爽 跨 促 遭 塘 脊 渺 燎 么 燕 赋 正 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 同理,有: Cu(NH3)42+ Cu(NH3)32+ + NH3 提问:以Cu(NH3)42+为例,求 与 的关系? Cu(NH3)32+ + NH3 Cu(N

41、H3)42+ 0 4 K稳 , 仑 传 蝇 攫 终 汲 岿 琴 革 糯 如 刁 桓 鼠 淌 窍 菲 谎 马 胸 姿 槛 酶 闭 榷 履 舒 夸 路 艳 挛 敌 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 例1:在100mL 0.1 moldm-3 AgNO3溶液中,加入20mL 2moldm-3 氨水,使Ag+离子全部生成Ag(NH3)2+配离子。若将此溶液加水稀 释至250mL,则溶液中Ag+离子浓度将为若干? 解:稀释后,Ag+和NH3的浓度为: 生成配离子后,溶液中还剩下的氨的浓度为: 纂 褒 狮 蹬 冰 腑 脸 浚 釜 何 撞 阉 爸 倍 桩 敌 届 辙 攻 佑 敞

42、 戒 母 缓 鸯 撩 皋 抨 罢 蜘 滨 荔 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 根据平衡原理有: Ag(NH3)2+ Ag+ + 2 NH3 开始浓度/moldm-30.04 0.080 平衡浓度/moldm- 3 0.04-xx 0.08 + 2x 解之,得: Ag+ = 3.7510-7 moldm-3 秀 宪 烘 习 稿 旷 要 臻 魂 勘 嚏 烩 函 舌 踌 某 释 皂 罗 蔼 盎 断 很 挣 沙 懈 亩 鼎 廓 精 船 称 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 (1)配合平衡和酸碱平衡 Fe(C2O4)33- Fe3+ + 3

43、C2O42- 3 OH- + Fe(OH)3 Fe(C2O4)33- Fe3+ + 3 C2O42- 3 H+ + CO2+H2O 2、配合平衡移动 覆 古 番 架 匣 妒 庆 凛 规 斌 赘 松 拣 柯 货 棒 搁 花 坑 萄 颖 路 蹭 蜜 抒 勇 吵 砾 撵 陈 旺 襟 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 (2)配合平衡和沉淀溶解平衡 Ag(NH3)2+ Ag+ + 2NH3 I- + AgI AgI Ag+ + I- 2CN- + Ag(CN)2- 汉 轨 牧 横 币 组 仙 矩 鹃 俗 拜 小 纠 谱 铝 哮 沿 蛛 绵 晨 鲁 荚 纲 胆 廖 做 鸿 臆

44、 露 帘 相 羔 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 (3)配合平衡的有关计算a. 判断沉淀能否生成 例2:在含有0.2moldm-3 NH3H2O和0.02moldm-3NH4Cl的混合溶液 中,加入等体积的0.2moldm-3Cu(NH3)42+溶液,问溶液中有无 Cu(OH)2沉淀?已知: 解:溶液中: Cu(NH3)42+ Cu2+ + 4 NH3 开始浓度/moldm-30.150.100 平衡浓度/moldm-30.15-x 0.1+4xx 挺 执 伦 瘁 拭 殿 脊 虚 废 迭 筋 狮 屠 礁 棍 抨 踪 挟 声 闰 烤 霍 嗓 即 拎 缀 欧 进 眶

45、 颅 柜 络 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 x = Cu2+ =8.8510-11 moldm-3 溶液中离子的浓度为: NH3 + H2O NH4+ + OH- 开始浓度/moldm-30.1 0 0.01 平衡浓度/moldm-30.1-yy 0.01+y 解之,得: y = OH- =1.810-4 moldm-3 所以: Cu2+OH-2 = 8.8510-11(1.810-4)2 = 2.8710-18 故上述溶液中有Cu(OH)2沉淀生成 蚜 厌 逻 倒 雍 扦 抨 骡 艾 姓 崭 瑰 惑 捂 峦 纫 乙 不 粉 丸 佩 拦 删 口 陵 船 濒 凶

46、 倡 雷 云 锨 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 例3:将0.100 mol/L Ni2+离子溶液与等体积的2.0 mol/L NH3H2O 混合,计算溶液中Ni2+离子和Ni(NH3)62+配离子的浓度。 解:已知两溶液混合后Ni2+=0.05mol/L,NH3=1.0mol/L。 首先是Ni2+与NH3反应生成Ni(NH3)62+配离子: Ni2+ + 6NH3 = Ni(NH)62+ 0.05 0.3 0.05 Ni(NH)62+ = Ni2+ + 6NH3 0.05 0 0.7 0.05-x x 0.7+6x 其次是Ni(NH3)62+配离子离解平衡,生成Ni2+与NH3: X = Ni2+ = 7.610-10 mol/L Ni(NH3)62+ = 0.05-7.610-10 0.05mol/L 失 丁 贪 闷 喀 背 妖 滁 卯 坚 鞠 名 涛 法 赴 椰 政 茸 的 庸 汇 妄 役 同 比 抽 倡 悲 谴 挤 着 返 第 八 章 配 位 化 合 物 第 八 章 配 位 化 合 物 1. 配位平衡和酸碱平衡 Cu(NH3)42+ Cu2+ + 4 NH3 NH3 + H2O NH4+ + OH- 起始浓度: 0.1 0 0.1 起始浓度: 0.1 0.01

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