Metale przejściowe. związki zki kompleksowe? Co to sąs. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Transkrypt

1 Metale przejściowe Co to sąs związki zki kompleksowe? 1

2 1 1 H 3 Li 11 a 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 b 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 i 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 15 P 33 As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S 34 Se 52 Te 84 Po 9 F Br 53 I 85 At 18 2 He 10 e 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 2

3 Metale przejściowe 20_431 Układ okresowy Sc Ti V Cr Mn Fe Co i Cu Zn Y Zr b Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Ce Pr d Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U p Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md o Lr 3

4 20_432 Metale przejściowe Układ okresowy Blok d Blok k d t Sc Ti V Cr Mn Fe Co i Cu Zn Y Zr b Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Blok f *Lantanowce Ce Pr d Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Aktynowce Th Pa U p Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md o Lr 4

5 Metale przejściowe Konfiguracja elektronowa Metale przejściowe mogą przyjmować wiele stopni utlenienia (od +1 do +6) 21 Sc Ti V Cr Mn Fe Co i 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 b 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 5

6 Metale przejściowe Energia jonizacji 20_ I 3 Metale przejściowe mogą przyjmować wiele stopni utlenienia (od +1 do +6) Ionization energy (ev/atom) I 1 Sc Ti V Cr Mn Fe Co i Cu Zn 6

7 Metale przejściowe Promień atomowy 0.2 Y La 1st series (3d) 2nd series (4d) Atomic radii (nm) 0.15 Sc Ti Hf Zr Ta b V W Mo Cr Re Tc Mn Os Ru Fe 3rd series (5d) Au Ag Ir Pt Rh Pd Co i Cu 0.1 Atomic number 7

8 Co to sąs związki zki 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 (-, Br-, OH-, C-, H 2 O, H 3 ) 8

9 Ligandy Związki kompleksowe Jaką strukturę mają cząsteczki H 2 O, H 3, OH -? Dlaczego CH 4 nie jest ligandem? 9

10 Związki kompleksowe 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 10

11 Związki kompleksowe Wiązania a czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand? Przykład 1 [Fe(H 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 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 sd 2 p 3 sześć wolnych orbitali sześć ligandów 11

12 Związki kompleksowe Wiązania a 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 12

13 Związki kompleksowe Przykład 2 [Cu(H 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 13

14 Związki kompleksowe Budowa [Fe(H 3 ) 6 ] 3+ - kation kompleksowy anion [Fe(H 3 ) 6 ] 3 wewnętrzna zewnętrzna sfera koordynacyjna 14

15 Związki kompleksowe Budowa [Fe(OH) 6 ] 3- a + anion kompleksowy kation a 3 [Fe(OH) 6 ] zewnętrzna wewnętrzna sfera koordynacyjna 15

16 Związki kompleksowe 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 16

17 sp Związki kompleksowe Budowa sp 180 Hybrydyzacja atomu centralnego i kształt cząsteczki sp 3 dsp d 2 sp

18 Związki kompleksowe Budowa Jakie mogą być rodzaje ligandów? jednopodstawne: wielopodstawne, chelatowe: etylenodiamina, kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) 18

19 Związki kompleksowe Budowa 20_13T Table Typowe ligandy typ przykłady H jednopodstawne 2 0 C SC (thiocyanate) X halogenki H 3 O 2 OH dwupodstawne Jon szczawianowy etylenodiamina O O (en) C C H 2 C CH 2 ( ) O O ( ) H 2 H 2 M M wielopodstawne dietyleno triamina (dien) H 2 (CH 2 ) 2 H (CH 2 ) 2 H 2 3 centra koordynacji O jon etylenodiaminotetraoctanowy (EDTA) ( ) O C H 2 C (CH 2 ) 2 CH 2 C O ( ) ( ) O C H 2 C CH 2 C O ( ) O 6 atomów Copyright koordynujących 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved. 19

20 Związki kompleksowe azwy Jak tworzyć nazwy związków kompleksowych? ajpierw 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 cyfryl) 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. heksachlorocobaltan (III) 20

21 Związki kompleksowe Skąd bierze się barwa związków kompleksowych? 21

22 Związki kompleksowe Model pola krystalicznego Założenia 1. Ligandy ładunki ujemne skoncentrowane w punkcie 2. Wiązanie metal-ligand - jonowe 3. Ligandy oddziałują na orbitale d Silne pole (kompleks niskospinowy): duże rozszczepienie orbitali d Słabe pole (kompleks wysokospinowy): małe rozszczepienie orbitali d 22

23 Model pola krystalicznego 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 23

24 Energia potencjalna Model pola krystalicznego Pole o symetrii oktaedrycznej rozszczepienie orbitali d d xy, d yz, d xz, d 2, d 2 d y 2 z x e g t ( d 2, d 2 d 2 z E różnica energii, energia stabilizacji ( d x, d, d 2g xy yz xz orbitale d jonu centralnego y ) ) 24

25 Model pola krystalicznego Pole o symetrii tetraedrycznej d z 2 d x 2 y 2 d xy d xz d yz 25

26 Model pola krystalicznego Energia potencjalna Pole o symetrii teraedrycznej rozszczepienie orbitali d d xy, d yz, d xz, d 2, d 2 d y 2 z x t ( d e ( d 2, d 2 d 2 ) z, d x, d 2 xy yz xz orbitale d jonu centralnego ) E różnica energii, energia stabilizacji y 26

27 Model pola krystalicznego Moc ligandów silne pole słabe pole C - >O 2- >en>h 3 >H 2 O>OH - >F - > - >Br - >I - duże E małe E 27

28 Model pola krystalicznego Pole o symetrii oktaedrycznej obsadzenie orbitali d Przykład 3 [Fe(OH) 6 ] 3- Energia potencjalna Fe 3+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 5 4p 0 d xy, d yz, d xz, d 2, d 2 d y 2 z x e t g ( d 2, d 2 d 2 ) E z ( d x, d, d 2g xy yz xz słabe pole OH - E - mała kompleks wysokospinowy y ) 28

29 Model pola krystalicznego Pole o symetrii oktaedrycznej obsadzenie Przykład 4 [Fe(C) 6 ] 3- Fe 3+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 5 4p 0 e g ( d 2, d 2 d 2 ) z x y orbitali d Energia potencjalna d xy, d yz, d xz, d 2, d 2 d y 2 z x E t ( d, d, d 2g xy yz xz ) silne pole C - - E - duża kompleks niskospinowy E:\PPM do strony\11_nieorganiczna\hexacyjano.avi 29

30 Związki kompleksowe Skąd bierze się barwa związków kompleksowych? 400 nm 700 nm promieniowanie widzialne 30

31 Model pola krystalicznego Przykład 4 [Fe(C) 6 ] 3- Fe 3+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 5 4p 0 e g ( d 2, d 2 d 2 ) z x y Energia potencjalna d xy, d yz, d xz, d 2, d 2 d y 2 z x E t ( d, d, d 2g xy yz xz ) 31

32 Model pola krystalicznego Przykład 4 [Fe(C) 6 ] 3- Fe 3+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 5 4p 0 e g ( d 2, d 2 d 2 ) z x y Energia potencjalna d xy Fala światła E=hν, d yz, d xz, d 2, d 2 d y 2 z x t ( d, d, d 2g xy yz xz Jeżeli hν= E to następuje wzbudzenie cząsteczki, przeniesienie elektronów na wyższy nieobsadzony poziom. Część promieniowania jest absorbowana przez cząsteczkę ) 32

33 Model pola krystalicznego 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 Model pola krystalicznego Pozostała część promieniowania daje barwę dopełniającą, którą odczuwamy jako kolor danego materiału dłg. fali pochłanianej dłg. fali widzianej 34

35 Metal Sc Ti V Cr Mn Fe Co i Cu Zn Metale przejściowe Biologia Funkcja biologiczna ie znana ie znana ie znana u ludzi Towarzyszy insulinie przy kontrolowaniu poziomu cukru we krwi; również uczestniczy w kontrolowaniu poziomu cholesterolu Konieczny w wielu reakcjach enzymatycznych Składnik hemoglobiny i mioglobiny; bierze udział w transporcie elektronowym Składnik witaminy B 23, która jest potrzebna przy przemianie węglowodanow, tłuszczów i białek Składnik enzymu ureazy i hydrogenazy Składnik kilku enzymów. Bierze udział w procesie odkładania żelaza w organizmie; oraz przy tworzeniu pigmentów barwiących skórę, włosy i oczy Składnik insuliny i wielu enzymów 35

36 Związki kompleksowe Porfiryna pierścień porfirynowy kompleks hemu Liczba koordynacyjna Fe 2+ = 4 36

37 Związki kompleksowe Mioglobina 20_473 C CD D FG HC W F G E B H AB EF A A GH 37

38 Związki kompleksowe Hemoglobina 20_474 38

39 39

40 Związki kompleksowe 20_450 Co The trans isomer and its mirror image are identical. They are not isomers of each other. Co Isomer II cannot be superimposed exactly on isomer I. They are not identical structures. trans Co cis Co Co Isomer I Isomer II (a) (b) Isomer II has the same structure as the mirror image of isomer I. 40

41 20_441 Isomers (same formula but different properties) Structural isomers (different bonds) Stereoisomers (same bonds, different spatial arrangements) Coordination isomerism Linkage isomerism Geometric (cis-trans) isomerism Optical isomerism 41

42 20_446 Polarizing filter Unpolarized light Tube containing sample θ Polarized light Rotated polarized light 42

43 20_445 Light source Polarizing filter Unpolarized light Plane polarized light 43

44 20_448 Left hand Right hand Mirror image of right hand 44

45 20_444 H 3 Co H 3 H 3 Co H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 Co Co (a) (b) 45

46 Związki kompleksowe 20_444 H 3 Co H 3 H 3 Co H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 Co Co (a) (b) 46

47 Związki kompleksowe 20_449 Co Mirror image of Isomer I Co Co Isomer I Isomer II 47

48 Związki kompleksowe 20_461 d x 2 - y 2 d z 2 E Free metal ion d xz d xy d z 2 d yz Complex E Free metal ion d xz d yz d xy d x 2 - y 2 Complex x (a) M y (b) M z 48

49 49