Chuyên đề phức chất

Trường THPT Chuyên Bắc Giang Chuyên đề phức chất LỜI NÓI ĐẦU Việc bồi dưỡng học sinh giỏi về Hóa học ở trường phổ thông nằm trong nhiệm vụ phát hiện, đào tạo nhân tài mà trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay có một vị trí không thể thiếu được. Trong khi lượng thông tin ngày càng tăng, nhưng cũng chưa có một tài liệu nào chính thức dùng để tổ chức và bồi dưỡng cho học sinh giỏi môn Hoá học. Thực tế từ trước đến nay, giáo viên dạy các lớp chuyên Hóa phải tự tìm tòi bài cho đủ dạng, đủ loại để tiến hành bồi dưỡng cho học sinh. Việc đề xuất một hệ thống các chuyên đề lí thuyết và bài luyện tập với các dạng khác nhau theo chương trình chuyên (kèm theo lời giải hoặc hướng dẫn) là một việc cần thiết của các giáo viên hoá học ở các trường THPT chuyên. Chuyên đề “ Phức Chất ” là một trong những nội dung quan trọng trong chương trình thi học sinh giỏi quốc gia. Chúng tôi viết chuyên đề “ Phức Chất ” nhằm cung cấp thêm một phần tài liệu để ôn luyện cho học sinh chuẩn bị tham dự kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 môn Hoá học. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do thời gian hạn chế nên chuyên đề có thể khó tránh khỏi một số thiếu sót, tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp xây dựng của các bạn đồng nghiệp và của các em học sinh. Bắc Giang, tháng 5 năm 2014 Trại hè Hùng Vương lần thứ X- 2014 Trang 1 Trường THPT Chuyên Bắc Giang Chuyên đề phức chất CHUYÊN ĐỀ PHỨC CHẤT I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1. Phức chất là gì. + Là những hợp chất hoá học mà trong phân tử của nó có chứa ion phức hoặc phân tử phức trung hoà, thường có công thức tổng quát dạng [MLx]nXm. + Nếu n = 0, thì chúng ta có phức trung hoà ví dụ: [Co(NH3)3Cl3], [Pt(NH3)2Cl2] + Nếu n ≠ 0, thì chúng ta có ion phức ví dụ: [Al(H2O)6] Cl3, K4[Fe(CN)6] 2. Nhân trung tâm. + Thường là nguyên tử hoặc ion của các nguyên tố chuyển tiếp họ d (các electron đang điền vào phân lớp d); nhân trung tâm thường liên kết với các nguyên tử hoặc ion khác để tạo hành ion phức hoặc phân tử phức trung hoà. 3. Phối tử (ligand). + Là các phân tử hay các ion bao quanh nhân trung tâm để tạo nên phân tử hoặc ion phức. - Một số phối tử là ion: F-, Cl-, I-, OH-, CN-, - Một số phối tử là phối tử trung hoà: H2O, NH3, H2N-CH2-CH2-NH2 (etylenđiamin) 4. Cầu nội. + Là phần nằm trong móc vuông nó bao gồm nhân trung tâm và các phối tử. Ví dụ: [Al(H2O)6]Cl3, K4[Fe(CN)6] cầu nội là: [Al(H2O)6]3+, [Fe(CN)6]45. Cầu ngoại. + Là những ion mang điện tích trái dấu với cầu nội nằm bên ngoài móc vuông dùng để trung hoà điện tích của cầu nội. Phối tử [Co(NH3)6]Cl3 Cầu nội Cầu ngoại Nhân trung tâm 6. Số phối trí của nhân trung tâm. + Là tổng số liên kết σ mà nhân trung tâm tạo được với các phối tử trong cầu nội. Ví dụ: [Co(NH3)6]Cl3: số phối trí của Co3+ là 6 Na3[AlF6]: số phối trí của Al3+ là 6 Na2[Zn(OH)4]: số phối trí của Zn2+ là 4 7. Dung lượng phối trí của phối tử. + Là số liên kết σ mà một phối tử thực hiện được với nhân trung tâm. Trại hè Hùng Vương lần thứ X- 2014 Trang 2 Trường THPT Chuyên Bắc Giang Chuyên đề phức chất - Khi một phối tử liên kết với nhân trung tâm qua một nguyên tử, tức là tạo được một liên kết σ , lúc này dung lượng phối trí của phối tử bằng 1. Phối tử này được gọi là phối tử đơn càng (đơn răng). - Khi một phối tử liên kết với nhân trung tâm qua từ 2 nguyên ử trở lên, tức là tạo được số liên kết σ ≥ 2, lúc này dung lượng phối trí của phối tử ≥ 2. Phối tử này được gọi là phối tử đa càng (đa răng). CH2 CH2 3+ 3+ Ví dụ: với phức chất [Co(NH2CH2CH2NH2)3] : NH2 NH2 - Số phối trí của Co3+ là 6. NH2 CH2 CH2 NH2 - Dung lượng phối trí của etylenđiamin là 2. Co CH2 8. Phân loại phức chất. NH2 NH2 CH2 Dựa vào điện tích của cầu nội người ta phân chia phức chất thành 3 loại : - Nếu cầu nội mang điện tích dương thì có phức cation như: [Al(H2O)6]3+Cl3, [Zn(NH3)4]2+Cl2, [Co(NH3)6]3+Cl3 - Nếu cầu nội mang điện tích âm thì có phức anion như: K2[Si(F)6]2-, K2[Zn(OH)4]2-, - Nếu điện tích của cầu nội bằng 0 thì có phức trung hoà như: [Co(NH3)6Cl3], [Ni(CO)4]. 9. Cách gọi tên phức chất. a. Cách gọi tên cầu nội: * Bước 1: Gọi tên các phối tử là gốc axit bằng cách viết số lượng số phối tử là gốc axit (số la mã) + gốc axit + đuôi o. Số phối tử 2 3 4 5 6 7 ... Tên đi tri tetra penta hexa hepta - Nếu phối tử là phối tử đa càng: Số phối tử 2 3 4 5 6 ... Tên bis tris tetrakis pentakis hexakis * Bước 2: Gọi tên các phối tử trung hoà bằng cách viết số lượng số phối tử trung hoà (số la mã) sau đố đến tên phối tử trung hoà. - Một số phối tử trung hoà có tên riêng: H2O (aqua), NH3(ammin), CO (cacbonyl), NO (Nitrozyl). - Các phối tử hữu cơ lấy tên riêng của chúng: C2H4 (etylen), C5H5N (pyridin), NH2-CH2-CH2-NH2 (etylenđiamin) N C5H5N (pyridin) Trại hè Hùng Vương lần thứ X- 2014 Trang 3 Trường THPT Chuyên Bắc Giang Chuyên đề phức chất * Bước 3: Gọi tên của nhân trung tâm. - Nếu là phức cation: Lấy tên thường của cation + số oxi hoá theo số la mã. - Nếu là phức anion: Lấy tên quốc tế của nhân trung tâm + đuôi at + số oxi hoá theo số la mã. b. Gọi tên phức: + Giống như cách gọi tên muối + Nếu là phức cation: Tên phức = tên cầu nội + tên gốc axit cầu ngoại. + Nếu là phức anion: Tên phức = tên cation cầu ngoại + tên cầu nội. - Chú ý: một số phức có thể gọi tên theo cách thêm các chữ cái vào sau tên nhân trung tâm để chỉ số oxi hoá: Số oxi hoá 1 2 3 4 Chữ cái a o i e Ví dụ: [Co(NH3)6]Cl3: hexaammincoban (III) Clorua [Co(H2O)5Cl]Cl2 : Cloropentaaquacoban (III) Clorua [Cu(NH2-CH2-CH2-NH2)2]SO4: bisetylenđiamin đồng (II) sunfat. K2[Zn(OH)4]: Kali tetrahiđroxo Zincat (II). II. BẢN CHẤT CỦA LIÊN KẾT TRONG PHỨC CHẤT Để giải thích liên kết trong phức chất người ta dùng 3 thuyết sau: - Thuyết VB. - Thuyết trường tinh thể . - Thuyết obitan phân tử MO. 1. Thuyết VB. + Liên kết trong cầu nội là liên kết cho nhận, trong đó các phối tử là chất cho cặp điẹn tử, còn nhân trung tâm dùng obitan trống để nhận các cặp điện tử này. + Trong cầu nội nếu chỉ có một loại phối tử trung hoà các liên kết giữa nhân trung tâm và các phối tử phải tương đương nhau về mặt năng lượng cũng như kích thước. Như vậy nhân trung tâm phải ở trạng thái lai hoá. + Cấu hình không gian của phức chất phụ thuộc vào trạng thái lai hoá của nhân trung tâm. + Dựa vào kết quả của thuyết trường tinh thể, xây dựng được dãy quang phổ hoá học: sắp xếp theo chiều tăng dần lực tương tác của các phối tử và nhân trung tâm. I- < Br- < Cl- R(Pt2+) ∆o([Pt(Cl)4]2-) < ∆o([Ni(Cl)4]2-) - Ảnh hưởng của phối tử + Nếu phối tử có điện tích âm càng lớn và có bán kính càng nhỏ thì càng dễ dàng tiến lại gần nhân trung tâm và các electron d của nhân trung tâm càng bị đẩy mạnh, làm cho năng lượng tách ∆o có giá trị lớn. Ví dụ: ∆o( F-) >∆o( Cl-)>∆o( Br-)>∆o( I-) Bằng thực nghiệm: dựa vào giá rị thông số tách ∆o người ta đã xây dựng được dãy quang phổ hoá học: sắp xếp theo chiều tăng dần lực tương tác của các phối tử và nhân trung tâm. I- < Br- < Cl-