Związki kompleksowe pigmenty i barwniki co to są związki kompleksowe? jaka jest ich budowa? skąd się bierze kolor?

Transkrypt

1 pigmenty i barwniki co to są związki kompleksowe? jaka jest ich budowa? skąd się bierze kolor? 1

2 1 1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr 4 Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra Układ okresowy Sc 39 Y 57 La 89 Ac 22 Ti 40 Zr 72 Hf 104 Unq 23 V 41 Nb 73 Ta 105 Unp metale 24 Cr 42 Mo 74 W 106 Unh Pierwiastki 25 Mn 43 Tc 75 Re 107 Uns 26 Fe 44 Ru 76 Os 108 Uno 27 Co 45 Rh 77 Ir 109 Une niemetale Ni 46 Pd 78 Pt 110 Uun 29 Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu 30 Zn 48 Cd 80 Hg 5 B 13 Al 31 Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si 32 Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P 33 As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S 34 Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At 18 2 He 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 2

3 Metale przejściowe Konfiguracja elektronowa Metale przejściowe mogą przyjmować wiele stopni utlenienia (od +1 do +6) 21 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 4s 2 3d 1 4s 2 3d 2 4s 2 3d 3 4s 1 3d 5 4s 2 3d 5 4s 2 3d 6 4s 2 3d 7 4s 2 3d 8 4s 1 3d 10 4s 2 3d Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd 5s 2 4d 1 5s 2 4d 2 5s 1 4d 4 5s 1 4d 5 5s 1 4d 6 5s 1 4d 7 5s 1 4d 8 4d 10 5s 1 4d 10 5s 2 4d La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 6s 2 5d 1 4f 14 6s 2 5d 2 6s 2 5d 3 6s 2 5d 4 6s 2 5d 5 6s 2 5d 6 6s 2 5d 7 6s 1 5d 9 6s 1 5d 10 6s 2 5d Ac** Unq Unp Unh Uns Uno Une 7s 2 6d 1 7s 2 6d 2 7s 2 6d 3 7s 2 6d 4 7s 2 6d 5 7s 2 6d Uun 111 Uuu 3

4 Co to są związki kompleksowe? LI LI Me n+ LI Jon centralny (Me n+ ): metale, pierwiastki bloku d, a także zwykle cięższe pierwiastki powyżej 4 okresu e układzie okresowym posiadające nieobsadzone orbitale (Cu 2+, Cr 3+, Fe 3+, Pb 2+ ) LI LI LI Ligand (LI): cząsteczka obojętna lub jon posiadające wolną parę elektronową (Cl-, Br-, OH-, CN-, H 2 O, NH 3 ) 4

5 Ligandy Jaką strukturę mają cząsteczki H 2 O, NH 3, OH -? Dlaczego CH 4 nie jest ligandem? 5

6 Wiązania Jakie wiązanie tworzy jon centralny i ligand? LI = zasada Lewisa = donor elektronów = para elektronowa Me n+ = kwas Lewisa = akceptor elektronów = nieobsadzony orbital wiązania koordynacyjne 6

7 Wiązania Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand? Przykład 1 [Fe(NH 3 ) 6 ] 3+ Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Fe 3+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 5 4p 0 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 sd 2 p 3 sześć wolnych orbitali sześć ligandów 7

8 Wiązania Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand? pod wpływem pola ligandów orbitale i elektrony ulegają reorganizacji - wolne orbitale obsadzane są przez wolne pary elektronowe ligandów 8

9 Przykład 2 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ Cu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 Cu 2+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 9 4p 0 sp 3 cztery wolne orbitale cztery ligandy 9

10 Budowa Cl - Cl - kation kompleksowy [Fe(NH 3 ) 6 ] 3+ anion Cl - wewnętrzna zewnętrzna sfera koordynacyjna [Fe(NH 3 ) 6 ] Cl 3 10

11 Budowa Na + anion kompleksowy [Fe(OH) 6 ] 3- Na + Na + kation wewnętrzna zewnętrzna sfera koordynacyjna Na 3 [Fe(OH) 6 ] 11

12 Nazwy Jak tworzyć nazwy związków kompleksowych? Najpierw kation Ligandy przed jonem centralnym metalu Ligand = anion dodaj o np. fluoro-, hydrokso- Ligand = cz. obojetna nie zmieniaj nazwy, amina, akwa, Ligand 1 przedrostki mono-, di-, tri-, itd. Stopień utlenienia jonu centralnego metalu (rzymskie cyfry) np. jon kobaltu (III) Jeżeli jest więcej niż jeden rodzaj ligandu to obowiazuje kolejność alfabetyczna, np. pentaaminachloro Jeżeli jon komplekspwy ma ładunek ujemny dodajemy końcówkę an, np. heksachlorokobaltan (III) 12

13 Budowa Co to jest liczba koordynacyjna? Liczba wiązań z ligandem: głównie 2, 4, 6 Jaki kształt mają cząsteczki związków kompleksowych o tych liczbach? 2 liniowa 4 tetraedr lub kwadrat 6 oktaedr Coordination number Geometry Linear Tetrahedral Square planar Octahedral 13

14 sp Budowa sp 180 Hybrydyzacja atomu centralnego i kształt cząsteczki sp 3 dsp d 2 sp

15 Budowa przykłady 15

16 Budowa Jakie mogą być rodzaje ligandów? jednopodstawne: CN - >NO 2- >NH 3 >H 2 O>OH - >F - >Cl - >Br - >I - wielopodstawne, chelatowe: etylenodiamina, kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) 16

17 20_13T Table Typowe ligandy typ przykłady H jednopodstawne 2 0 CN SCN (thiocyanate) X halogenki NH 3 NO 2 OH dwupodstawne Jon szczawianowy etylenodiamina O O (en) C C H 2 C CH 2 ( ) O O ( ) H 2 N NH 2 M M wielopodstawne Budowa dietyleno triamina (dien) H 2 N (CH 2 ) 2 NH (CH 2 ) 2 NH 2 N N 3 centra koordynacji O jon etylenodiaminotetraoctanowy (EDTA) ( ) O C H 2 C N (CH 2 ) 2 N CH 2 C O ( ) ( ) O C H 2 C CH 2 C O ( ) O 6 atomów koordynujących 17

18 Budowa przykłady N N 18

19 Budowa przykłady 19

20 Izomeria nazwa wolne aniony kolor [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 chlorek heksaamina kobaltu (III) 3 pomarańczowy [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2 chlorek pentaaminachloro kobaltu (III) 2 czerwony cis-[co(nh 3 ) 4 Cl 2 ]Cl chlorek cis-tetraaminadichloro kobaltu (III) 1 fioletowy trans-[co(nh 3 ) 4 Cl 2 ]Cl chlorek trans-tetraaminadichloro kobaltu (III) 1 Zielony 20

21 Izomeria geometryczna trans cis 21

22 Stereoizomeria 22

23 mięta L-limonen l - l i d - l i m o m o n n e e n n D-limonen cytryna mięta L-karwon D-karwon kminek 23

24 Skąd bierze się barwa związków kompleksowych? 24

25 Wiązania Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand? Przykład 1 [Fe(NH 3 ) 6 ] 3+ Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Fe 3+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 5 4p 0 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 sd 2 p 3 sześć wolnych orbitali sześć ligandów 25

26 Barwa związków kompleksowych Pole o symetrii oktaedrycznej ligand 20_453 atom centralny Z X Y d z 2 d x 2 - y 2 d xy d yz d xz 26

27 Barwa związków kompleksowych Pole o symetrii oktaedrycznej rozszczepienie orbitali d Energia potencjalna E różnica energii, energia stabilizacji orbitale d jonu centralnego 27

28 Barwa związków kompleksowych Moc ligandów silne pole słabe pole CN - >NO 2- >en>nh 3 >H 2 O>OH - >F - >Cl - >Br - >I - duże E małe E 28

29 Barwa związków kompleksowych Pole o symetrii oktaedrycznej obsadzenie orbitali d Przykład 3 [Fe(OH) 6 ] 3- E Energia potencjalna słabe pole OH - E - mała kompleks wysokospinowy orbitale d jonu centralnego 29

30 Barwa związków kompleksowych Pole o symetrii oktaedrycznej obsadzenie Przykład 4 [Fe(CN) 6 ] 3- orbitali d Energia potencjalna E E silne pole CN - - E - duża kompleks niskospinowy E:\PPM do strony\11_nieorganiczna\hexacyjano.avi 30

31 Skąd bierze się barwa związków kompleksowych? promieniowanie widzialne 31

32 Barwa związków kompleksowych Przykład 4 [Fe(CN) 6 ] 3- Przykład 4 [Fe(CN) 6 ] 3- Jeżeli hν= E to następuje wzbudzenie cząsteczki, przeniesienie elektronów na wyższy nieobsadzony poziom. Część promieniowania jest absorbowana przez cząsteczkę Energia potencjalna E E Fala światła E=hν 32

33 Barwa związków kompleksowych Energia i długość fali E = hν c λ = = T λ ν E = h c λ λ długość fali [m] ν częstość [1/s] Τ okres [s] ν = 1 T 1 [] s 33

34 Barwa związków kompleksowych Pozostała część promieniowania daje barwę dopełniającą, którą odczuwamy jako kolor danego materiału dłg. fali pochłanianej dłg. fali widzianej 34

35 Pigmenty syntetyczne Przykłady Błękit pruski Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 Błękit Turnbulla Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 Zieleń berlińska Fe 2 [Fe(CN) 6 ] Błękit Monastral pierścień ftalocyjaninowy 35

36 Pigmenty naturalne Mg 2+ chlorofil Fe 2+ hemoglobina pierścień porfinowy 36

37 Porfiryna pierścień porfirynowy kompleks hemu Liczba koordynacyjna Fe 2+ = 4 37

38 38