Комплексные соединения. Основы бионеорганической химии

З А Н Я Т И Е N 11

ТЕМА: Комплексные соединения.

Основы бионеорганической химии

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ:

1. Сущность координационной теории Вернера и ее развитие школой

2. Комплексообразующая способность ионов s-, p-, d-, f-элементов.

3. Природа и механизм образования связей в комплексах с точки зрения метода ВС.

4. Способы получения комплексных соединений, их химические свойства.

5. Классификация и номенклатура комплексных соединений.

6. Устойчивость комплексных соединений. Константы неустойчивости комплексов. Двойные соли.

7. Строение молекул внутрикомплексных соединений.

8. Химизм реакций Трилона-Б с ионами металлов и применение комплексонометрии в медицине и санитарно-гигиенических исследованиях.

УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА N 11

Получение КС с катионным комплексом

ОПЫТ 1. Получить осадок меди (II) гидроксида, внеся в пробирку 2-3 мл раствора меди сульфата и такой же объем раствора натрия гидроксида. К осадку добавить 1-2 мл 25% раствора аммиака. Что происходит? Сравнить окраски ионов Cu2+ в растворе меди сульфата с окраской полученного раствора. Присутствием каких ионов обусловлена окраска раствора?

Написать уравнения реакций: образования меди (II) гидроксида, взаимодействия его с аммиаком и уравнение электролитической диссоциации образовавшегося комплексного основания. Какое основание является более сильным: простое или комплексное? Ответ обосновать.

ОПЫТ 2. Получить осадок никеля (II) гидроксида, внеся в пробирку 3-4 капли раствора никеля сульфата и такой же объем раствора едкого натрия. Полоской фильтровальной бумаги удалить жидкую фазу.

К осадку добавить 5-6 капель 25% раствора аммиака. Что происходит? Сравнить окраску ионов Ni2+ в растворе никеля сульфата с окраской полученного раствора. Присутствием каких ионов обусловлена окраска раствора?

Написать уравнение реакций: образования никеля (II) гидроксида, взаимодействия никеля гидроксида с аммиаком и уравнение электролитической диссоциации образовавшегося комплексного основания (координационное число никеля принять равным 6). Какое основание является более сильным: простое или комплексное? Ответ обосновать.

Получение КС с анионным комплексом

ОПЫТ 3. В пробирку к 3-4 каплям раствора висмута нитрата прибавлять по каплям раствор калия иодида до выпадения темно-бурого осадка иодида висмута. Растворить этот осадок в избытке раствора калия иодида. Каков цвет полученного раствора? Может ли та окраска обуславливаться присутствием ионов К+, I‾, Bi3+? Какой из этих ионов может быть комплексообразователем? С какими лигандами он мог образовать в данном растворе сложный ион? Ответ обосновать.

Зная, что состав полученного соединения выражается эмпирической формулой KI7BiI3, написать его координационную формулу. Написать уравнения реакций: образования висмута иодида, взаимодействия его с избытком калия иодида. Написать уравнение электролитической диссоциации полученного комплексного соединения.

ОПЫТ 4. В две пробирки внести по 2-3 капли раствора ртути нитрата (II). Одну пробирку оставить в качестве контрольной, в другую добавить раствор калия иодида до полного растворения образующегося вначале оранжевого осадка ртути (II) иодида. Испытать растворы в обеих пробирках на присутствие ионов Hg2+, добавив в каж­дую пробирку по 2 капли раствора едкого натра.

Из какого раствора выпадает желтый осадок ртути (II) оксида? Почему во второй пробирке при действии щелочи осадок не выпадает?

Написать уравнения проведенных реакций: образования ртути (II) иодида, взаимодействия его с избытком калия иодида (координационое число иона Hg2+ равно 4).

Написать уравнение электролитической диссоциации ртути (II) нитрата и полученной комплексной соли – тетраиодомеркурата калия K2[HgI4].

ОПЫТ 5. В три пробирки поместить раздельно растворы солей цинка, хрома(III) и алюминия и в каждую из них добавлять по каплям раствор щелочи. Наблюдать вначале выпадение осадков, а затем их растворение в избытке щелочи.

Написать уравнения проделанных реакций, учитывая, что образуются растворимые гидроксокомплексы, содержащие ионы [Zn(OH)4]2‾, [Cr(OH)6]3‾, [Al(OH)6]3-.

Внутрикомплексные соединения

ОПЫТ 6. В 3 пробирки внести по 3 капли раствора железа (III) хлорида. Одну оставить в качестве контрольной. В две другие добавить по 3 капли раствора щелочи. К образовавшемуся осадку в одну из них добавить 12-15 капель 2 н. щавелевой кислоты, в другую – столько же 2 н. лимонной кислоты. В обе пробирки и в контрольную внести 1-2 капли 0,01 н. раствора аммония роданида или калия, который образует с ионами Fe3+ ярко окрашенный железа роданид Fe(CNS)3. Во всех ли пробирках наблюдается окрашивание?

При растворении железа (III) гидроксида в щавелевой и лимонной кислотах образуются внутрикомплексные соединения, в которых карбоксильные группы кислот присоединяются к комплексообразователю. Для щавелевого комплекса формула имеет вид:

Моно - или полидентатным лигандом является остаток щавелевой кислоты? Написать аналогично формулу лимоннокислого (цитратного) комплекса.

Прочность комплексных ионов.

Разрушение комплексов.

ОПЫТ 7. Разрушение комплексов при разбавлении раствора. Внести в пробирку 2 капли раствора серебра нитрата и добавлять 0,1 н. раствор калия иодида по каплям, встряхивая пробирку после каждого добавления.

Почему растворяется выпавший вначале осадок йодида серебра? К получившемуся раствору добавить 4-5 капель воды. Что наблюдается?

Описать наблюдаемые процессы. Написать уравнения реакций: образования серебра иодида, его перехода в комплексное соединение, диссоциации комплексного иона, выражение константы нестойкости. Какое влияние оказывает разбавление раствора на диссоциацию комплексного иона?

ОПЫТ 8. Сравнительная устойчивость роданидного комплекса кобальта воде и в спирте.

Получить в пробирке аммония тетрароданокобальтат (II) (NH4)2[Co(CNS)4], добавляя к 2-3 каплям кобальта (II) хлорида 8-10 капель насыщенного раствора роданида аммония. Наблюдать появление лиловой окраски комплексного соединения. Разделить раствор на 2 пробирки, в одну из них добавить амиловый спирт, в другую – 10 капель воды. Как изменяется окраска в каждой пробирке?

Написать уравнения реакций: образования комплексного соединения, его диссоциации и диссоциации комплексного иона. В воде или в спирте диссоциация комплексного иона протекает полнее? Чем это объясняется?

ОПЫТ 9. Получить в пробирке натрия гексагидроксоалюминат, добавляя к 5-6 каплям алюминия хлорида избыток раствора щелочи. К раствору полученного комплексного соединения прибавить насыщенный раствор NH4Cl. Что наблюдается?

Написать уравнения реакций: образования комплексного соединения, его диссоциации и диссоциации комплексного иона.

ФОРМА ОТЧЕТА:

Привести уравнения выполненных реакций в молекулярной и молекулярно-ионной формах.

Вспомогательные материалы:

(оснащение занятия)

а) химическая посуда: пробирки, предметные стекла, глазные пипетки;

б) реактивы;

в) таблицы 1,2,3.

Материалы для контроля усвоения темы:

– тексты контрольных работ

– лабораторная работа

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ:

1. Определить величину и знак заряда комплексного иона и составить формулы КС, дописав ионы внешней среды:

2+ х 3+ х 2+ х

[Ni(CN)4] ; [Cr(NH3)6] ; [Zn(OH)4];

2+ х 3+ х

[Pt(NH3)4Cl2] ; [Co(CN)4Br2].

2. Определить величину и знак заряда центрального атома КС:

х х х х

K2[PtBr4]; Na4[Fe(CN)6]; [Pb(NH3)6]Cl4; [Cu(H2O)4]SO4;

х х

[Cr(NH3)5Cl]Cl2; K[Co(H2O)2(NO2)4].

Назвать комплексные соединения.

4. Что такое константа нестойкости комплексного иона? Написать выражение Кн для комплексного иона [Fe(CN)6]4‾ и ее значение.

5. Какие соединения называются внутрикомплексными? Что такое дентантность лиганда? Привести примеры.

6. Каков механизм реакций между индикатором, трилоном-Б и ионами металлов?

7. Написать формулы КС:

а) хлоропентааминплатины(IV) хлорид;

б) калия тетрагидроксохромат(III);

в) гексааминкобальта(III) бромид.

8. Составить формулы комплексных ионов и определить их заряд:

а) для Ag+ с координационным числом (к. ч.) 2 и лигандами NH3;

б) для Au3+ с к. ч. 4 и лигандами NO2‾ и Br‾.

Дописать ионы внешней среды. Назвать выше указанные комплексные соединения.

МАТЕРИАЛЫ УИРС

Биометаллы и биолиганды. Понятие о металлоферментах.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ:

1. Конспект лекций.

2. и др. "Общая химия", М., "Высшая школа", 1993, с.191-203;

3. "Введение в бионеорганическую и биофизическую химию", М., 1989, с. 219-227.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

1. "Химия", Санкт-Петербург,"Спец. литература", с. 71-84;

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Под ред. и . – М., "Высшая школа", 1993 г., с. 115-122.