"Это ЧТО?!" - искренне удивляется мой ученик Тарас, впервые увидев формулу с квадратными скобками.
Рассказываю.
Комплексные (от латинского complexus — сочетание, обхват) или координационные (от латинского co — «вместе» и ordinatio — «упорядочение») соединения — это вещества, которые образуются в результате присоединения к одному атому или иону - комплексообразователю - нейтральных молекул или ионов, которые называются лигандами.
Комплексное соединение, если оно построено из ионов, растворяясь в воде, всегда диссоциирует на ионы внешней сферы и собственно комплексный ион, который довольно прочен:
Бывают комплексные соединения, в которых центральным атомом является нейтральный атом, а вокруг него координируются нейтральные лиганды. Самые известные из таких веществ - карбонилы металлов. А самые известные для нас - тетракарбонилникель [Ni(CO)4] - катализатор в некоторых видах органического синтеза (встречается в курсе органики) и пентакарбонил железа [Fe(CO)5] - продукт разрушения гемоглобина крови при отравлении угарным газом. Такие соединения, как можно догадаться, в воде нерастворимы, поскольку они неполярны.
Важнейшая характеристика комплексного соединения - это координационное число (КЧ) центрального атома. Количество лигандов, то есть координационное число центрального атома зависит от многих факторов, например, от степени окисления и валентных способностей центрального атома и от валентных способностей лигандов. Причём, валентность здесь будет основана на донорно-акцепторном механизме (как у аммоний иона). То есть координационное число у одного и того же атома - комплексообразователя может быть разным.
Например, тетрахлоркобальтат калия К2[CoCl4] , где кобальт в степени окисления +2 имеет КЧ=4 и гексаамминокобальтат калия К3[Co(NH3)6], где кобальт в степени окисления +3 имеет КЧ=6.
Но есть и постоянные значения.
Легко запомнить, что у алюминия КЧ всегда = 4, как в тетрагидроксоалюминате натрия Na[Al(OH)4]:
А у серебра КЧ всегда = 2, как в [Ag(NH3)2]OH:
На этом веществе - аммиачном комплексе гидроксида серебра остановимся. Мы знаем его как реактив, который обеспечивает красивую реакцию серебряного зеркала и называем его «аммиачный раствор оксида серебра». Так всё-таки - оксида или гидроксида? В чём тут дело? Посмотрим в Таблицу растворимости и увидим, что в клеточке гидроксида серебра стоит прочерк. Он действительно разлагается в момент образования на оксид серебра и воду: 2AgOH = Ag2O + H2O и опускается на дно пробирки грязным осадком. Но, если если к этому осадку добавить раствор аммиака, то происходит чудо:
Ag₂O + 4NH₃ + H₂O → 2 [Ag (NH₃)₂]OH
Осадок растворяется, образуя аммиачный комплекс. Задача молекул аммиака, которые становятся лигандами - стабилизировать ион серебра. Так, непосредственно перед применением, готовят реактив Толленса - аммиачный раствор оксида серебра.
Но вернёмся к координационным числам в комплексах. Вообще, значение КЧ редко бывает больше 6. Типичный пример - комплексы хрома в степени окисления +3, где КЧ = 6:
А вот отличное видео про аквакомплексы хрома (III) на примере сульфата.
Часто, но не всегда, КЧ в 2 раза больше валентности (или степени окисления) центрального атома. Поэтому мы видим для цинка комплекс тетрагидроксоцинката натрия Na2[Zn(OH)4]:
Поэтому мы видим, например, для разных степеней окисления железа вот такие комплексы с одинаковым КЧ = 6:
K4[Fe(CN)6] - гексацианоферрат (II) калия или жёлтая кровяная соль:
и K3[Fe(CN)6] - гексацианоферрат (III) калия или красная кровяная соль:
Эти два комплексных соединения железа - очень интересные вещества. Они являются реактивами для определения в растворе ионов железа (II) и ионов железа (III). В обоих случаях продуктами качественных реакций являются также комплексные соединения с красивыми названиями - турнбулева синь указывает на наличие ионов железа (II), а берлинская лазурь - на наличие в растворе ионов железа (III):
На самом деле оба эти вещества с такими романтичными названиями - одна и та же смесь гексацианоферратов разного состава от KFe[Fe(CN)6] до Fe4[Fe(CN)6]3. По сути - синий пигмент, который применяют при производстве самых разных вещей - от бумажной копирки до автоэмали. Вот так он выглядит. Или вот - отличный школьный эксперимент.
А самые необходимые нам знания о самых простых комплексных соединениях вот:
Осталось лишь добавить, что комплексными могут быть не только соли и основания, но и кислоты: