Metale przejściowe. Co to sąs. związki zki kompleksowe? Układ okresowy. Pm Sm 20_431

Transkrypt

1 Metale przejściowe to sąs związki zki kompleksowe? 20_431 Metale przejściowe Układ okresowy Sc Ti V Cr Mn Fe 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

2 Metale przejściowe Układ okresowy 20_432 Blok d Blok k d t Sc Ti V Cr Mn Fe 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 Metale przejściowe Konfiguracja elektronowa Metale przejściowe mogą przyjmować wiele stopni utlenienia (od +1 do +6) 21 Sc Ti V Cr Mn Fe 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 Uuu

3 Metale przejściowe Energia jonizacji 20_ Metale przejściowe mogą przyjmować wiele stopni utlenienia (od +1 do +6) Ionization energy (ev/atom) I 3 I 1 Sc Ti V Cr Mn Fe i Cu Zn Metale przejściowe Promień atomowy Atomic radii (nm) Y Sc La Ti Hf Zr Ta b V W Mo Cr Re Tc Mn Os Ru Fe 1st series (3d) 2nd series (4d) 3rd series (5d) Au Ag Ir Pt Rh Pd i Cu 0.1 Atomic number

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

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

6 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 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

7 Budowa [Fe(H 3 ) 6 ] 3+ - kation kompleksowy anion [Fe(H 3 ) 6 ] 3 wewnętrzna zewnętrzna sfera koordynacyjna Budowa [Fe(OH) 6 ] 3- a + anion kompleksowy kanion a 3 [Fe(OH) 6 ] zewnętrzna wewnętrzna sfera koordynacyjna

8 sp Budowa ordination number Geometry 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 Linear Tetrahedral Square planar Octahedral Budowa sp 180 Hybrydyzacja atomu centralnego i kształt cząsteczki sp 3 90 dsp d 2 sp

9 Budowa Jakie mogą być rodzaje ligandów? jednopodstawne: wielopodstawne, chelatowe: etylenodiamina, kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) Budowa 20_13T Table Typowe ligandy typ przykłady jednopodstawne H 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 ( ) O C H 2 C (CH 2 ) 2 CH 2 C O ( ) CH 2 C O ( ) O 6 atomów koordynujących

10 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-i-, 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) Skąd bierze się barwa związków kompleksowych?

11 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 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 dyz d xz

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

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

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

15 Skąd bierze się barwa związków kompleksowych? 400 nm 700 nm promieniowanie widzialne Model pola krystalicznego Przykład 4 [Fe(C) 6 ] 3- Energia potencjalna Fe 3+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 5 4p 0 d xy yz, d xz, d 2 2 d y 2 z x e g E t ( d 2 2 d 2 ) z ( d x 2g xy yz xz y )

16 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 2 d 2 ) z x y Energia potencjalna d xy Fala światła E=hν yz, d xz, d 2 2 d y 2 z x t ( d 2g xy yz xz Jeżeli hν= E to następuje wzbudzenie cząsteczki, przeniesienie elektronów na wyższy nieobsadzony poziom. Część promieniowania jest absorbowana przez cząsteczkę ) Model pola krystalicznego Energia i długość fali E = hν c λ = = λ ν T E = h c λ λ długość fali [m] ν częstość [1/s] Τ okres [s] 1 1 ν = [] s T

17 Model pola krystalicznego Pozostała część promieniowania daje barwę dopełniającą, którą odczuwamy jako kolor danego materiału dłg. fali pochłanianej Z F Ż C P dłg. fali widzianej Metal Sc Ti V Cr Mn Fe 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

18 Porfiryna pierścień porfirynowy kompleks hemu Liczba koordynacyjna Fe 2+ = 4 Mioglobina 20_473 C CD D FG HC W H F G E B AB EF A A GH

19 Hemoglobina 20_474

20 20_450 trans The trans isomer and its mirror image are identical. They are not isomers of each other. cis Isomer II cannot be superimposed exactly on isomer I. They are not identical structures. Isomer I Isomer II (a) (b) Isomer II has the same structure as the mirror image of isomer I. 20_441 Isomers (same formula but different properties) Structural isomers (different bonds) Stereoisomers (same bondsifferent spatial arrangements) ordination isomerism Linkage isomerism Geometric (cis-trans) isomerism Optical isomerism

21 20_446 Polarizing filter Unpolarized light Tube containing sample θ Polarized light Rotated polarized light 20_445 Light source Polarizing filter Unpolarized light Plane polarized light

22 20_448 Left hand Right hand Mirror image of right hand 20_444 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 (a) (b)

23 20_444 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 (a) (b) 20_449 Mirror image of Isomer I Isomer I Isomer II

24 20_461 d x 2 - y 2 d z 2 E Free metal ion d xy d z 2 d xz d yz mplex E Free metal ion d xz d yz d xy d x 2 - y 2 mplex x (a) M y (b) M z