- Làm cho HS tự nhận thức được lợi ích, giá trị của việc được chọn vào đội tuyển HSG
h) Chính sách hỗ trợ, động viên, xã hội hóa công tác bồi dưỡng học sinh giỏ
2.2.1. Các khái niệm cơ bản về Hóa học phức chất
a- Phức chất
- Khi xét các nguyên tố điển hình (nhóm A) chúng ta đã gặp một số phản ứng tạo phức :
Ví dụ :
Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4
AlF3 + 3NaF → Na3[AlF6] SiF4 + 2HF → H2SiF6
NH3 + HCl → NH4Cl
- Khả năng tạo phức của các nguyên tố chuyển tiếp (nhóm B) còn rộng lớn hơn nhiều và là một trong những điểm khác biệt giữa nguyên tố chuyển tiếp và nguyên tố điển hình. Số phức chất của kim loại chuyển tiếp lớn gấp nhiều lần so với số hợp chất đơn giản của chúng.Hóa học của kim loại chuyển tiếp thường coi cơ bản là hóa học phức chất. Đây là một lãnh vực bao trùm Hóa học vô cơ.
- Một lí do quan trọng nữa là nguyên tử kim loại chuyển tiếp có nhiều obitan hóa trị, trong đó có nhiều obitan trống và có độ âm điện lớn hơn kim loại kiềm và
kim loại kiềm thổ cho nên khả năng nhận cặp electron tự do là dễ dàng nhất, và chính vì thế những nguyên tử kim loại chuyển tiếp là chất tạo phức tốt nhất.
-Vậy phức chất là những phần tử được tạo thành bởi một ion kim loại, được gọi là ion trung tâm, liên kết với một số ion âm hay phân tử trung hòa, được gọi là phối tử.
Ví dụ : [PtCl2(NH3)2] trong đó Pt là nguyên tử trung tâm. [Co(NH3)4Cl2]Cl trong đó Co là nguyên tử trung tâm.
b- Phối tử
- Phối tử bao quanh ion trung tâm không tuân theo tỉ lệ hợp thức được xác định bởi quan hệ hóa trị thông thường.
Ví dụ : [Ag(NH3)2]Cl, số oxi hóa +1 của Ag đã được “ trung hòa” bởi số oxi hóa -1 của Cl theo quy tắc hóa trị thông thường, thế nhưng ion Ag+ vẫn liên kết với 2 phân tử NH3 để tạo thành ion phức [Ag(NH3)2]+.
- Những phối tử là anion thường gặp là : F-, Cl-, I-,OH-,CN-, SCN-, NO S O C O2−, 2 32−, 2 42−
,... - Những phối tử là phân tử thường gặp là :
H2O, NH3,CO,NO, pyridin (C5H5N), etylendiamin (H2N-CH2-CH2-NH2).... - Dựa vào số nguyên tử mà phối tử có thể phối trí quanh nguyên tử trung tâm, người ta chia phối tử ra làm hai loại là phối tử một càng và phối tử nhiều càng.
- Những anion F-, Cl-, I-,OH-,CN-,... và những phân tử H2O, NH3,... là phối tử một càng.
- Những anion C O2 42−, phân tử etylendiamin (H2N-CH2-CH2-NH2)....là phối tử hai càng.
Ví dụ : ion phức của ion Cu2+ với amoniac và của ion Cu2+ với etylendiamin có cấu tạo :
Cu NH3 NH3 H3N H3N 2+ Cu NH2 CH2 CH2 NH2 NH2 NH2 H2C H2C 2+
([Cu(NH3)4]2+) ([Cu(en)2]2+ , en = etylendiamin)
-Vai trò cơ bản của phối tử trong phức chất kinh điển là cho cặp electron. Tùy theo số nguyên tử của phối tử liên kết trực tiếp với nguyên tử kim loại trung tâm M là 1, 2, 3… hay nhiều hơn ,và phối tử được gọi là một, hai, ba… hay nhiều càng. Đối với phối tử nhiều càng, tùy thuộc vào bản chất của phối tử mà sự phối trí có thể xảy ra theo các cách khác nhau. Phức chất được tạo nên bởi phối tử nhiều càng với một ion kim loại tạo thành vòng khép kín, hiện tượng này đươc gọi là hiện tượng tạo vòng hay hiện tượng chelat hóa. Hiện tượng này đặc trưng cho tất cả các phối tử nhiều càng. Nhờ có hiện tượng chelat hóa mà liên kết kim loại – phối tử bền hơn, phức chất dễ tạo thành hơn.
- Trong số các phối tử 6 càng có lẽ etilenđiamintetraaxetat ( EDTA) là quen thuộc N CH2 CH2 N CH2 COO CH2 COO OOC CH2 OOC CH2 ( EDTA)
-Và quan trọng hơn cả. Phối tử này liên kết với nguyên tử kim loại trung tâm qua nguyên tử O của 4 nhóm cacboxylat COO- và 2 nguyên tử N của nhóm etilenđiamin. - Do có khả năng tạo thành nhiều vòng chelat nên EDTA tạo phức bền với hầu hết các kim loại được dùng làm thuốc thử phân tích, để tách riêng các kim loại trong hỗn hợp, hòa tan cáu cặn trong nồi hơi, làm thuốc để thải loại các kim loại độc hại ra khỏi cơ thể nhiễm độc …
c-Số phối trí
- Số phối tử bao quanh ion trung tâm được gọi là số phối trí của nó. Mỗi ion kim loại trung tâm thường có những số phối trí đặc trưng xác định
- Theo Werner: “số phối trí là số nguyên tử, phân tử hoặc ion liên kết trực tiếp với nguyên tử trung tâm, không phân biệt bằng hóa trị chính hay hóa trị phụ”
Ví dụ : Trong [Co(NH3)6]Cl3, chỉ số 6 gọi là số phối trí, nó có ý nghĩa tương tự hóa trị trong hợp chất đơn. Còn sự hút của nguyên tử (hay ion) trung tâm với nguyên tử (hay ion), hoặc nhóm nguyên tử bao quanh nó gọi là sự phối trí.
- Số phối trí của ion trung tâm không phải luôn luôn là một hằng số, thực nghiệm cho thấy, một số ion có số phối trí không đổi như Co(III), Cr(III), Fe(II), Fe(III), Ir(III), Ir(IV), Pt(IV) có số phối trí là 6 không phụ thuộc vào bản chất của phối tử hay các yếu tố vật lý khác. Một số ion C(IV), B(III), Be(II), Pt(II), Au(III) cũng có số phối trí không đổi là bằng 4.
-Cần chú ý rằng, số oxi hóa của một nguyên tố trong hợp chất đơn giản phụ thuộc vào bản chất của chất tương tác, điều kiện để xảy ra sự tương tác... thì số phối trí cũng phụ thuộc một cách tương tự.
Ví dụ :
- Ag(I) : có số phối trí 2 ( hoặc 3) [ Ag(NH3)2[Cl - Ag (II) : có số phối trí 4 [Ag(py)4]S2O8
- Cu(II) : có số phối trí 2, 4, 6 trong K[Cu(CN)2], K2[CuCl4], [Cu(en)3]SO4,... - Số phối trí thường gặp là 4,6.ít gặp là 5,7 mỗi ion kim loại đều có số phối trí đặc trưng và bền.
Ví dụ : Co(III), Fe(III), Ni(II)… có spt là 6, Cu(II) có spt là 4, Ag (I) có spt là 2
d- Cầu nội , cầu ngoại
- Cầu nội hay còn gọi là cầu phối trí được viết trong dấu móc vuông, bao gồm chất tạo phức và các phối tử.
- Câù ngoại bao gồm những ion nằm ngoài và ngược dấu với cầu nội Ví dụ : [Co(NH3)6]Cl3 [Co(NH3)5Cl]Cl2 và [Co(NH3)4Cl2]Cl
o Cầu nội : [Co(NH3)6], [Co(NH3)5Cl], [Co(NH3)4Cl2] o Cầu ngoại : Cl3, Cl2, Cl
+ Cầu nội của phức chất có thể là Cation
Ví dụ : [Al(H2O)6]Cl3, [Zn(NH3)4]Cl2
+ Cầu nội của phức chất có thể là Anion
Ví dụ : H2[SiF6] K2[Zn(OH)4] K2[PbI4]
+ Cầu nội của phức chất có thể là phân tử trung hòa điện, không phân li trong dung dịch
Ví dụ :[Co(NH3)3Cl3] [Pt(NH3)2Cl2] [Ni(CO)4] - Số phối trí :
Thường được kí hiệu spt
Bảng 2.1 . Các kiểu lai hóa và cấu trúc của phức chất tương ứng
Spt Cấu hình cơ bản Lai hóa
2 Thẳng hàng sp
3 Tam giác phẳng sp2
4 Tứ diệnVuông phẳng spdsp32
5 Lưỡng tháp tâm giác
Tháp vuông dsp3
6 Lăng trụ tâm giácBát diện dsd2sp5, sp3,sp3d32d2
8 Lập phương d4sp3 d5p3