配位鍵和配位化合物(1 / 1)

配位鍵和配位化合物

AgCl是一種難溶於水的白色沉澱,每100gH2O中可以溶解1.35×10-4gAgCl,因此常利用Cl-與Ag+生成AgCl沉澱反應去檢出Ag+或Cl-。AgCl既不溶於強酸,也不溶於強堿,卻易溶於氨水,這是因為Ag+和NH3可以形成可溶性的[Ag(NH3)2]+:

AgCl+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O

[Ag(NH3)2]+叫銀氨絡離子或配離子,其中Ag+和NH3用配位鍵相結合,這類化合物叫配位化合物,簡稱配合物,也叫絡合物。周期表裏d區和f區金屬元素都容易形成配合物,特別是金屬和有機分子形成的配位化合物,普遍存在於各種體係中。生物化學、催化、分析化學等領域都在廣泛研究各類配位化合物的合成、結構和性質。配位化合物有何特征?配位鍵與共價鍵有何異同?

配位化合物是一類比較複雜的分子間化合物,其中含有一個複雜離子,它是一個穩定的結構單元,可以存在於晶體中,也可以存在於溶液中,可以是正離子,也可以是負離子。例如:

CuSO4+4NH3[Cu(NH3)4]SO4[Cu(NH3)4]2++SO42-

3NaF+AlF3Na3[AlF6]3Na++[AlF6]3-

在[Cu(NH3)4]2+中的4個NH3分子位於同一平麵上,以正四邊形的方位與Cu2+結合,其中Cu2+位於四邊形的中心位置,叫中心體;NH3分子位於四邊形的頂角,叫配位體;有4個NH3與Cu2+相配,因此Cu2+的配位數為4;整個離子叫內界,用方括號括在一起;SO42-則為外界。

Cu2+和NH3之間的結合力與共價鍵略有不同,叫配位鍵,現以此為例說明配位鍵的本質。基態Cu的外層電子結構是3d104s1,失電子成Cu2+後為3d9,其中有1個3d電子被激發到4p軌道之後,能量相近的1個3d,1個4s和2個4p軌道雜化形成4個能量相等的dsp2雜化軌道,這是4個空軌道。

NH3分子中N原子的4個sp3雜化軌道上有3個未成對電子,可以和3個H形成N-H鍵,此外還有一對未成鍵的孤對電子,它們恰好與Cu2+的dsp2雜化空軌道相結合形成配位鍵。Cu與N之間也共用了一對電子,但這對電子是由N提供的,而Cu則提供了空軌道,我們用N→Cu表示,箭頭指向具有空軌道的原子,以便與共價鍵的短線區別。總之,一個原子有雜化空軌道,另一個原子有孤對電子,兩者可結合,借這類結合形成的化學鍵稱為配位鍵。

[AlF6]3-中的情況也差不多。Al是中心體,F-是配位體,配位數為6,內界帶負電荷,配離子為負3價,外界是3個Na+。[AlF6]3-為正八麵體結構,Al位於八麵體中心,6個F-位於八麵體的頂點,這6個F→Al配位鍵是等長的,其中4個F-位於同一平麵正四邊形的頂角,另外2個分別位於四邊形的上方與下方,這6個F-形成的八麵猶如一個網兜將Al3+裝在八麵體的中心。這類化合物形象地也叫絡合物,“絡”字的含義就是指網絡或網袋的意思。

d區元素和f區元素有足夠的d軌道和能量相近的s軌道、p軌道進行雜化,提供若幹空軌道;多種負離子或中性分子(可以是簡單的無機分子,也可以是很複雜的的有機分子)中有未成鍵的孤對電子,這兩類原子容易以配位鍵相結合形成配位化合物。這類化合物品種繁多,結構複雜,用途廣泛,是現代無機化學的重要研究領域。