Избранные главы курса Радиохимия - страница 8
Существуют лиганды, которые называются полидентатными, которые могут предоставить две или более электронных пар центральному атому для образования комплекса. Комплекс, состоящий из центрального атома и одного или нескольких полидентатных лигандов, называется хелатным соединением или хелатом. В некотором смысле две или более электродонорных групп каждого лиганда действуют как клешни, захватывающие центральный атом при образовании связи с ним. Таким образом, полифункциональные молекулы или ионы могут присоединяться к центральному атому металла более, чем одним атомом группы. Термин «хелат» первоначально использовали для обозначения бидентатного характера группы, но впоследствии он был перенесен на все полидентатаные лиганды, и стал применяться, как для названия хелатной группы, так и для комплекса в целом.
Примеры лигандов различной дентатности.
1. Монодентатные лиганды: H>2O, NH>3, Cl>-, CN>-…
2. Бидентатные лиганды: SO>4>2-, CO>3>2-, C>2O>4>2-, NH>2 – C>2H>4 – NH>2 (этилендиамин).
3. Тридентатные лиганды: диацетоамин
и далее вплоть до октадентатных.
Для бидентатных лигандов типа SO>4>2-, CO>3>2-, C>2O>4>2- возможно образование равноценных связей с образованием циклов. Причем связи в этом случае пространственно и энергетически симметричны.
Другой большой класс соединений в которых образуются в частности четырехчленные циклы составляют мостиковые комплексы. В этом случае донорный атом связывает два иона металла и его называют мостиковой группой:
где X ≡ OH>-, NH>2>-, Cl>-.
Среди факторов, которые влияют на устойчивость комплексов, необходимо отметить следующие:
1. дентатность лиганда: комплексы с полидентатными лигандами более устойчивы, чем с монодентатными;
2. размер хелатного цикла: наибольшей устойчивостью обладают пяти– и шестичленные циклы;
3. пространственные факторы;
4. резонансные эффекты.
Количественную оценку образующихся комплексных соединений можно сделать сравнивая их константы устойчивости. Рассмотрим устойчивость комплексных соединений меди с лигандами различной дентатности, включающие в состав аминные группы:
Увеличение устойчивости комплекса с увеличением дентатности лиганда называют хелатным эффектом ХЭ:
Рассмотрим образование комплексов меди с аммиаком и этилендиамином (NH>2C>2H>4NH>2, введем обозначение en):
[Cu(H>2O)>4]>2+ + 4NH>3 ↔ [Cu(NH>3)>4]>2+ + 4H>2O (1)
[Cu(H>2O)>4]>2+ + 2en ↔ [Cu(en)>2]>2+ + 4H>2O (2)
Устойчивость комплексного соединения симбатна количеству образующихся циклов. Играет роль энергетика и пространственная организация связи.
Энергия Гиббса
Теплота образования ΔH практически одинакова при образовании связи, как для аммиака, так и для этилендиамина, т. к. в обоих случаях образуется связь через азот. Поэтому энтальпийная составляющая отличается незначительно. Следовательно, дело в энтропийном факторе, который характеризуется изменением числа степеней свободы системы:
Таким образом, во второй реакции наблюдается увеличение числа частиц в системе, рост энтропии, что приводит к росту устойчивости данного соединения и выражается в конечном счете хелатным эффектом.
Более того, существует выигрыш в кинетике процесса. Рассмотрим две реакции с участием в качестве лигандов аммиака и этилендиамина.
M + 2NH>3 ↔ M(NH>3)>2 (1)
M + en ↔ M(en) (2)
Если рассматривать механизм, учитывая ступенчатое комплексообразование, то образование соединений по обеим реакциям происходит в две стадии:
Похожие книги
