第11章 配位化合物
双基配体:含有二个配位原子的配体 (C2O42- ,en)等;
多基配体:含有多个配位原子的配体 (EDTA)。
7
常见的多齿配体:乙二胺四乙酸(EDTA)
HOOCH2C NCH2-CH2N HOOCH2C
CH2COOH CH2COOH
8
11-1-2
配位化合物的命名
常见配体的名称: F- 氟, Cl- 氯, Br- 溴, I- 碘, O2- 氧, N3- 氮, S2- 硫, OH- 羟,CN- 氰, H- 氢, -NO2- 硝基, -ONO- 亚硝酸根, SO42- 硫酸根, C2O42- 草酸根, SCN- 硫氰酸根, NCS- 异硫氰酸根, N3- 叠氮,O22-
N N N N Cl Cl
Cl N N N N Cl
(2)旋光异构:四面体配合物中Mabcd有旋光异构体。
14
11-2
配合物的价键理论
把杂化轨道理论应用于配合物的结构与成键研究,
就形成配合物的价键理论。其实质是配体中配位原子的孤
电子对向中心的空杂化轨道配位形成配位键。
11-2-1
配合物的构型
配位单元的构型由中心空轨道的杂化类型决定。
过氧根,N2 双氮, O2 双氧, NH3 氨, CO 羰, NO亚硝
酰, H2O 水, en 乙二胺,ph3P 三苯基膦,
9
1. 在配合物的内、外界之间加“化”字或“酸”字。例:
[Co (NH3 )6] Cl3 三氯化六氨合钴(III)
Cu2 [Si F6 ] 六氟合硅 ( IV ) 酸亚铜
2 . 在配位单元内先配体后中心。
列方程组 Ed - Ed = △t,3 Ed+2Ed = 0
解得: Ed = 2∕5 △t, Ed = -3∕5 △t
若 △t = 10 Dq , 则 E d = 4 Dq,E d =-6 Dq 对于相同的中心和配体 △t = 4/9 △o
35
2 晶体场稳定化能 ( C F S E )
27
(2) 四面体场
四面体场中的坐标和d轨道的分裂 由于dε和dγ两组轨道与配体电场作用的大小区别,远不如
在八面体场中的明显,所以四面体场的分裂能 △t 较小,
△t < △o 。
28
(3)正方形场
在正方形场中,△p 很大,△p > △o 。
正方形场中坐标的选取和d轨道的分裂
29
2. 影响分裂能大小的因素
低自旋排布(dε)6 (dγ)0 Fe(CN)64 – (△ > P)
32
11-3-2
晶体场稳定化能
1、 分裂后d 轨道的能量
以球形场时5个简并的d轨道的能量为零点,讨论分裂
后的 d 轨道的能量。电场对称性的改变不影响 d 轨道的
总能量,d 轨道分裂后,总的能量仍与球形场的总能量一
致,规定其为零。
4. 氯化硝基· 氨· 羟胺· 吡啶合铂 (II)
5. 氨基 ·硝基 ·二氨合铂(Ⅱ)
12
11-1-3
1. 结构异构
配位化合物的异构现象
(1)解离异构 Br - 定量沉淀。
(2)配位异构
如用Ba2+使紫色的[CoBr(NH3)5]SO4中
SO42- 定量沉淀,用Ag + 使红色的 [CoSO4(NH3)5] Br中 如 [Co(NH3)6] [Cr(CN)6] 中Co3+ 与Cr3+
配体前面用 二、三、四 … … 表示该配体的个数;
几种不同的配体之间加“· ”号隔开;配体与中心之间加
“合”字;中心后面加 ( ),内用罗马数字表示中心的价
态。
10
3 . 配体的先后顺序
(1)先无机后有机
(2)先阴离子后分子 (3)同类配体中,按配位原子在英文字母表中的次序。 (4)配位原子相同,配体中原子个数少的在前 (5)配体中原子个数相同,则按和配位原子直接相连的
22
例11-5 讨论Ni (CO)4的成键情况
解:Ni采取sp3杂化,CO中C上的孤电子对向Ni的
sp3 杂化空轨道配位,形成σ配键。实验结果表明,
Ni(CO)4 较稳定,这和配体与中心之间只有σ配键不符,
进一步实验和理论计算都证明,中心与配体之间肯定还有
其它成键作用。
Ni (CO)4 中d-pπ配键示意图
重排
19
11-2-3
配位化合物的磁性
化合物中成单电子数和磁性有关。磁矩 和单电子数
n 有如下关系,式中B.M. 为玻尔磁子。
μ n(n 2)B.M.
例11-4 在 Co(NH3)63+ 中d 电子是否发生重排?若 实验测得 = 0,推出 n = 0,无单电子,说明3d 6 电子
发生重排;若实验测得 ≠ 0,推出 n ≠ 0,说明3d 6 电子
33
(1)八面体场分裂后的d 轨道的能量: 列方程组 解得 : E d - E d = △o , 3 Ed + 2 Ed = 0 E d = 3∕5 △o, E d = - 2∕5 △o
若设分裂能 △o =10 Dq , 则E d = 6 Dq ,E d =-4 Dq
34
(2)四面体场分裂后的d 轨道的能量:
高自旋方式 △ < P
31
例11-7 讨论下列二种配离子d电子排布情况。
Fe(H2O)62 +中 △= 10400 cm-1 ,P = 15000 cm-1
Fe(CN)64 - 中 △= 26000 cm-1 ,P = 15000 cm-1
高自旋排布 (dε)4 (dγ)2 Fe(H2O)62+ (△ < P)
25
铂与乙烯之间的成键示意图
11-3
配位化合物的晶体场理论 晶体场中的 d 轨道
11-3-1
在自由原子或离子中,五种 d 轨道的能量简并,其原子 轨道的角度分布如图
y x
z x
z y
y
X
+
z
x 2 y2
dz 2
26
1. 晶体场中d 轨道的分裂
(1)八面体场
八面体场中d轨道的分裂
其它原子英文字母次序。
11
例11-1 命名下列配合物
1. PtCl2(Ph3P)2
2. K [PtCl3 (NH3 )]
3. [Co (NH3 )5 H2O ] Cl3
4. [Pt(Py)(NH3 )(NH2OH)(NO2)]Cl 5. [ Pt (NH3)2 (NO2) (NH2) ] 1. 二氯· 二(三苯基膦)合铂(II) 2. 三氯· 氨合铂(II) 酸钾 3. 三氯化五氨· 水合钴(III)
3
11-1
配位化合物的基本概念 配位化合物
11-1-1
1. 配位化合物定义 由中心原子(或离子)和几个配体分子(或离子) 以配位键相结合而形成的复杂分子或离子,通常称为配位
单元,含有配位单元的化合物称为配位化合物。
配位阳离子: [Co ( NH3 )6 ]3+ 和 [Cu ( NH3 )4 ]2+ 配位阴离子: [Cr(CN)6]3- 和 [Co(SCN)4]2- 中性配合物分子:Ni(CO)4 和Cu(NH2CH2COO)2
(1)晶体场的对称性:△p > △o > △t
(2)中心离子电荷数:电荷高,与配体作用强,△ 大。 △ [ Fe(CN)63- ] > △ [ Fe(CN)64- ] (3)中心原子所在周期数:周期数大,△ 相对大些。 △ [ Hg(CN)42- ] > △ [ Zn(CN)42- ]
(4)配体影响:配位原子的电负性越小,分裂能大。
d 电子在晶体场中分裂后的d轨道中排布,其能量用E
晶
表示,在球形场中的能量用E球 表示。因晶体场的存在,
体系总能量的降低值称为晶体场稳定化能 ( Crystal Field
Stabilization Energy )。
由E球=0,则
CFSE = E球-E晶 = 0 - E晶
36
例11-8 计算八面体强场中 d 5 组态的 CFSE
解: E晶 = ( - 4 Dq )×5 + 2p = - 20 Dq + 2P
CFSE = E球 - E晶 = 0- (-20 Dq + 2P) = 20 Dq – 2P = 2△– 2P
2. 配合物组成
5
3. 中心原子(离子): 也称为配位化合物的形成体。
4. 配位体 与中心离子结合的含孤电子对的离子或分子。
中性分子配体 :H2O、NH3等
阴离子配体 :Cl-、CN-等 直接同中心离子相连接的原子称为配位原子。
6
5. 多基配体和螯合物
单基配体:只有一个配位原子的配体(NH3,H2O);
交换配体,得到其配位异构体 [Cr(NH3)6] [Co(CN)6]。
(3)键合异构 如N配位的-NO2- 和O配位的-ONO-, 导致的两种键合异构体分别为 [Co(NO2) (NH3)5]Cl2 和 [Co(ONO) (NH3)5]Cl2。
13
2. 立体异构
(1)顺反异构 : [Co(en) 2Cl2]+ 顺式(紫色)和反式(绿色)
三角双锥
三角双锥 正八面体 正八面体
Fe(SCN)52-
Fe(CO)5 Co(NH3)62+ Co(NH3)63+ 16
11-2-2
中心价层轨道的杂化
若中心参与杂化的的价层轨道属同一主层,即中心采取
ns np nd杂化,形成的配合物被称为外轨型配合物;若中
心参与杂化的的价层轨道不属同一主层,即中心采取(n- 1)d ns np杂化,形成的配合物被称为内轨型配合物。
I-< Br-< SCN-< Cl-< F-< OH-<-ONO-<C2O42-< <
H2O < NCS- < NH3 < en < NO2- < CN-≈ CO