配合物与超分子

新教材】配合物与超分子一、配合物1．配位键概念：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。【注】配位键是一种特殊的共价键。配位键中的共用电子对是由成键单方提供的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。配位键的形成条件成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl-、OH-、CN-、SCN-等。成键原子另一方能提供空轨道。如H+、A13+、B及过渡金属的原子或离子。配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag+形成2个配位键；Cu2+形成4个配位键等。2．配位化合物配合物的概念：把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4>[Ag(NH3)2]OH.NHfl等均为配合物。配合物的形成上述实验现象产生的原因主要是配离子的形成。以配离子[Cu(NH3)4]2+为例，NH3分子中氮原子的孤电子对进入Cu2+的空轨道,Cu2+与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键。配离子[Cu(NH3)4]2+可表示为-NH3T+HN—Cu—NH33°―J配合物的组成配合物[Cu(NH3)4]SO4其组成如下图所示:LC1](NH3)JSOJI中心离子号体配解数离子配丄子中心原子是提供空轨道接受孤电子对的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子此匕时又叫中心离子)，过渡金属离子最常见的有Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+等。配体是提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl-、nh3、h2o等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。如[Fe(CN)6]4-中配位数为6。3．配合物的形成对物质性质的影响溶解性的影响：一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶于含过量Cl-、Br-、I-、CN-和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。颜色的改变：当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3+与SCN-在溶液中可生成配位数为1〜6的配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下：Fe3++〃SCN-===[Fe(SCN)]3-"(“=1〜6)。稳定性增强：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比Fe2+与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。4．配合物内界中共价键数目的判断若配体为单核离子如Cl-等，可以不予计入，若为分子，需要用配体分子内的共价键数乘以该配体的个数，此外，还要加上中心原子与配体形成的配位键，这也是g键。例如：配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3x4+4+2=18。【拓展】配位键与共价键的关系形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用，如在NH+中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。同普通共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子中(如NH+)。二、超分子1．概念：由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。【注】超分子定义中的分子是广义的，包括离子。2．超分子的实例(1)分离C60和C70(2)冠醚识别碱金属离子冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子(3)超分子两个的重要特征一分子识别、自组装。练习1．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是()配位化合物中必定存在配位键配位化合物中只有配位键[Cu(H2O)4]2+中的Cu2+提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用答案B[含有配位键的化合物就是配位化合物，但配位化合物还会含有共价键、离子键等，B错误。]练习2.(1)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2，1mol该配合物中含有o键的数目为。(2)关于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的说法正确的是。配位数为6配体为NH3和Cl-[Zn(NH3)4]2+为内界Zn2+和NH3以离子键结合[解析](1)[Zn(NH3)4]Cl2中[Zn(NH3)4]2+与Cl-形成离子键，而1个[Zn(NH3)4]2+中含有4个N-Zn键(配位键)和12个N—H键，共16个o键，故1mol该配合物中含有16molo键，即16NA。(2)Zn2+的配位原子个数是4,所以其配位数是4,故A错误；该配合物中氮原子提供孤电子对，所以NH3是配体，故B错误；西“型耳)』—中外界是Cl-，内界是[Zn(NH3)4]2+,故C正确；该配合物中，锌离子提供空轨道，氮原子提供孤电子对，所以Zn2+和NH3以配位键结合，属于特殊共价键，不属于离子键，故D错误。[答案](1)16NA(2)C练习3.(1)在卜心耳小+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为，提供孤电子对的成键原子是。(2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3+的溶液中，原因是。(用离子方程式表示，已知AlF6-在溶液中可稳定存在)。(3)配合物［Cr(H2O)6］3+中，与Cr3+形成配位键的原子是(填元素符号)。［解析］(l)Ni2+与NH3之间形成共价键时Ni2+提供空轨道，N提供孤电子对，形成配位键。(2)CaF2中存在沉淀溶2^解平衡：CaF2(s)Ca2+(aq)+2F-(aq),溶液中的F-与A13+形成配位离子A1F?-,使沉淀溶解平衡向右移动，导致氟化钙溶解。(3)H2O分子中的O原子有孤电子对，能与Cr3+形成配位键。［答案］(1)配位键N(2)3CaF2+A13+===3C@++AIF33-(3)O