15 Koordinační sloučeniny
A
1) Jaký je rozdíl mezi pojmy „koordinační sloučenina“ a „komplexní sloučenina“?
2) Vysvětlete následující pojmy: centrální atom, ligand, koordinační číslo, kompenzující
ion, chelát, chelátový efekt, chelátový ligand, izomerie koordinačních sloučenin.
3) Jak se liší vazba koordinačně-kovalentní od kovalentní?
4) Ve které oblasti chemie se nejvíce využívá chelátového efektu?
5) Vysvětlete, co je spektrochemická řada a uveďte ve správném pořadí některé její členy.
6) Vysvětlete, proč látky CO a CN−
jsou extrémně toxické.
B
1) Uvažujme kation [Co(en)2(NO2)2]+
. Odpovězte na následující otázky:
a) Který atom je centrální?
b) Co značí zkratka „en“ uvedená ve vzorci?
c) Jaké je oxidační číslo centrálního atomu?
d) Vypište jednovazné ligandy, pokud se ve sloučenině vyskytují.
e) Vypište dvojvazné ligandy, pokud se ve sloučenině vyskytují.
f) Vypište vícevazné (tj. více než dvojvazné) ligandy, pokud se ve sloučenině vyskytují.
g) Jaké je koordinační číslo centrálního atomu?
Řešení:
a) Centrální atom je kobalt.
b) Zkratka „en“ znamená ethylendiamin, tj. NH2-CH2-CH2-NH2.
c) +III.
d) NO2
-
.
e) Ethylendiamin.
f) Ve sloučenině nejsou.
g) 2·2 + 2·1 = 6
2) V následujících sloučeninách určete koordinační číslo centrálního atomu.
a) [Co(NH3)4Cl2]Cl
b) [Fe(CN)6]3–
c) [Cr(NH3)3Cl3]
d) [Co(en)2(H2O)CN]2+
Řešení:
Koordinační číslo centrálního atomu udává počet donorových atomů navázaných na daný
centrální atom. Jednovazné ligandy poskytují do koordinačně-kovalentní vazby 1 donorový
atom, dvojvazné poskytují 2 donorové atomy atd.
U všech uvedených sloučenin má koordinační číslo centrálního atomu hodnotu 6:
a) 4·1+2·1 = 6
b) 6·1 = 6
c) 3·1+3·1 = 6
d) 2·2+1+1 = 6
3) U následujících koordinačních sloučenin určete oxidační číslo centrálního atomu:
a) [Co(H2O)6]I3
b) [Ru(NH3)5Cl]2+
c) [Fe(CN)6]4d)
[Co(NH3)6]Cl2
e) [Cr(H2O)5Br]Br2
Řešení:
Nejprve určíme náboj každého z ligandů a každého z kompenzujících iontů. Následně pak
využijeme skutečnost, že celkový elektrický náboj uvažované molekuly či iontu je roven
součtu elektrických nábojů (či oxidačních čísel) ligandů, centrálního atomu a kompenzujících
iontů.
a) H2O0
I–I
Cox
x + 6 · 0 + 3· (– 1) = 0 => x = 3 CoIII
b) NH3
0
Cl–I
Rux
x + 5 · 0 + 1 · (– 1) = 2 => x = 3 RuIII
c) (CN)–
Fex
x + 6 · (–1) = – 4 => x = 2 FeII
d) NH3
0
Cl–I
Cox
x + 6 · 0 + 2 · (– 1) = 2 => x = 2 CoII
e) H2O0
Br–I
Crx
x + 5 · 0 + 3· (– 1) = 0 => x = 3 CrIII
4) U následujících sloučenin uveďte druhý z dvojice izomerů. Je udán typ izomerie.
a) [Co(NH3)5SO4]Cl , ionizační izomerie
b) cis-tetraammin-dichlorokobaltitý kation, geometrická izomerie
c) [Cr(NH3)4(NO2)Cl]Cl , vazebná izomerie
d) [Pt(NH3)4][NiCl4] , koordinační izomerie
Řešení:
a) [Co(NH3)5Cl]SO4 (odlišné rozdělení iontů mezi koordinační částici a kompenzující sféru)
b) trans-tetraammin-dichlorokobaltitý kation (izomerie cis-trans, cis znamená pozici dvou
shodných ligandů vedle sebe, trans znamená pozici dvou shodných ligandů naproti sobě).
c) [Cr(NH3)4(ONO)Cl]Cl (odlišný způsob navázání ligandu na centrální atom)
d) [Ni(NH3)4][PtCl4 ] (opačné umístění centrálních atomů v koordinačním kationtu
a koordinačním aniontu)
5) Na základě teorie ligandového pole zjistěte obsazení do molekulových orbitalů
podílejících se na koordinačně-kovalentní vazbě v těchto koordinačních částicích:
a) [Co(NO2)6]3−
b) [Co(H2O)6]3+
Řešení:
a) Konfigurace Co3+
: [Ar] 3d6
4s0
4p0
Ze spektrochemické řady ligandů zjistíme, že ligandy NO2
–
vytvářejí silné ligandové pole.
Proto energetické štěpení d-orbitalů na t2g a eg bude velké.
b) Konfigurace Co3+
: [Ar] 3d6
4s0
4p0
Ze spektrochemické řady ligandů zjistíme, že ligandy H2O vytvářejí slabé ligandové pole.
Proto energetické štěpení d-orbitalů na t2g a eg bude malé.
C
1) Označte v níže uvedených sloučeninách centrální atom, ligandy, koordinační částici,
kompenzující ion a určete koordinační číslo centrálního atomu.
a) K3[Fe(CN)6]
b) Na[Co(CN)4]
c) [Cr(H2O)6]Cl3
d) [Co(NH3)5I]Br2
e) [Cu(NH2CH2CH2NH2)2]2+
f) [Co(NH3)3(H2O)Cl2]Cl
g) [Pt(NH3)4][PtCl4]
h) K3[Fe(CO)(CN)5]
i)
Řešení:
2) Seřaďte níže uvedené ligandy od nejslabšího po nejsilnější. Využijte spektrochemickou
řadu, viz níže. OH−
, H2O, CN−
, Cl−,
NH3
Spektrochemická řada:
slabé ligandové pole I– < Br– < CrO4
–
< Cl– < SCN–
< N3
–
< F– < S2O3
2–
< CO3
2–
<
OH–
< < NO3
–
< SO4
2–
< O2–
< H2O < (COO)2–
< NCS–
< NO2
–
< NH3 < ethylendiamin
< H–
< CH3
–
< C6H5
–
< C5H5
–
< CO < CN– silné ligandové pole
3) Pomocí pozice ligandů ve spektrochemické řadě rozhodněte, jestli reakce proběhne.
Pokud ano, napište produkty.
a) PtCl2 + 4 H2O →
b) [Pt(H2O)4]2+
+ 4 NH3 →
c) [Pt(NH3)4]2+
+ 4 H2O →
d) [Pt(H2O)4]2+
+ 4 CN– →
e) [Pt(NH3)4]2+
+ 4 CN– →
f) [Cr(H2O)6]3+
+ 6 F– →
g) [Fe(CN)6]3–
+ 6 OH– →
h) [Cr(H2O)6]3+
+ 6 CN– →
4)
a) Jak jsou zaplněny elektrony atomové orbitaly centrálního atomu, skupinové orbitaly
ligandů a molekulové orbitaly v kationtu [Co(NH3)6]3+
? Energetické štěpení d-orbitalů v
uvedené v uvedené koordinační částici je větší než energie odpudivého působení mezi
elektrony s opačnými spiny.
b) Má tato látka silné oxidační vlastnosti?
c) Je tato látka paramagnetická, nebo diamagnetická?
b) Látka nemá výrazné redoxní vlastnosti.
c) Látka má všechny elektrony spárované, je proto diamagnetická.
5)
a) Do energetického diagramu molekulových orbitalů koordinační částice [Fe(H2O)6]2+
zakreslete obsazení atomových orbitalů Fe2+
, skupinových orbitalů šesti ligandů H2O a
molekulových orbitalů elektrony. Energetické štěpení d-orbitalů [Fe(H2O)6]2+
je menší než
energie odpudivého působení mezi elektrony s opačnými spiny.
b) Má tato látka silné oxidační vlastnosti?
c) Je tato látka paramagnetická, nebo diamagnetická?
6) Nakreslete energetické diagramy molekulových orbitalů pro částice [Fe(CN)6]3–
a
[FeF6]3–
. Srovnejte jejich oxidační vlastnosti.
Výsledky k úlohám C1-C6: