高中化学竞赛辅导课件第十一章配合物课件

1、第十一章第十一章 配合物结构配合物结构11.2 配合物的化学键理论配合物的化学键理论11.1 配合物的空间构型和磁性配合物的空间构型和磁性11.1 配合物的空间构型和磁性配合物的空间构型和磁性11.1.1配配合合物物的的空空间间构构型型11.1.2配配合合物物的的磁磁性性1.配合物的组成 配合物是Lewis酸碱的加合物，例如，Ag(NH3)2+是Lewis酸Ag+和NH3的加合物。 配合物的组成和命名配合物的组成和命名 形成体与一定数目的配位体以配位键按一定的空间构型结合形成的离子或分子叫做配合物。Lewis酸称为形成体(中心离子)；Lewis碱称为配位体。 形成体通常是金属离子和原子，也有少

2、数是非金属元素，例如：Cu2+，Ag+，Fe3+，Fe，Ni，B，P 配位体通常是非金属的阴离子或分子，例如：F，Cl，Br，I，OH，CN，H2O，NH3，CO 配位原子：与形成体成键的原子。 单基配位体：配位体中只有一个配位原子。 多基配位体：具有两个或多个配位原子的 配位体。例如：乙二胺（乙二胺（en）2 2 2 2HNCHCHNH乙二胺四乙酸根 EDTA（Y4）乙二酸根（草酸根）242OCO OC CO O2 OCO CH CH OCON CH CH N OCO CH CH OCO2222224 配位数：配位原子数 单基配体：形成体的配位数等于配位体的数目； 多基配体：形成体的配位数等

3、于配位体的数目与基数的乘积。 Cu(en)22Cu2+的配位数等于4。例如： CHNH NHCHCu CHNH NHCH2 22 22 22 22+Ca(EDTA)2或CaY2Ca2+的配位数为6，配位原子分别是4个O，2个N。 从溶液中析出配合物时，配离子常与带有相反电荷的其他离子结合成盐，这类盐称为配盐。配盐的组成可以划分为内层和外层。配离子属于内层，配离子以外的其他离子属于外层。外层离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。形成体配位原子配体配位数K3 Fe ( C N ) 6 外层内层2. 配合物的化学式和命名配酸：酸配碱：氢氧化配盐：先阴离子后阳离子，简单酸根加“化”字，复杂酸根加“酸”字

4、。配合物的命名原则：配合物的命名原则：配体名称列在中心元素之前，配体数目用倍数词头二、三、四等数字表示（配体数为 一时省略），不同配体名称之间以“”分开，在最后一个配体名称之后缀以“合”字。形成体的氧化值用带括号的罗马数字表示(氧化值为 0 时省略)。配体数配体数 配体名称配体名称 合合 形成体名称（氧化态值）形成体名称（氧化态值）以二、以二、三、四三、四表示表示不同不同配体配体“”分开分开以罗马数字以罗马数字、 表示表示配体次序： 先离子后分子，例如：KPtCl3NH3：三氯氨合铂()酸钾； 同是离子或同是分子，按配位原子元素符号的英文字母顺序排列，例如：Co(NH3)5H2OCl3：氯化五

5、氨水合钴()； 配位原子相同，少原子在先；配位原子相同，且配体中含原子数目又相同，按非配位原子的元素符号英文字母顺序排列，例如：PtNH2NO2(NH3)2：氨基硝基二氨合铂()； 先无机后有机，例如：KPtCl3(C2H4)：三氯乙烯合铂()酸钾。443SO)Cu(NH硫酸四氨合铜()2Ca(EDTA)3332)(NH)Co(NO5Fe(CO)3253ClO)(H)Co(NH332NOO)Zn(OH)(H)(NHPtClK35243(OH)Cu(NH62PtClH63Fe(NCS)K乙二胺四乙酸根合钙()三硝基三氨合钴()五羰(基)合铁(三)氯化五氨水合钴()硝酸羟基三水合锌()五氯氨合铂(

6、)酸钾氢氧化四氨合铜()六氯合铂()酸六异硫氰根合铁()酸钾3.分类简单配合物：一个中心离子，每个配体均为单基配体。如325346O)H()Co(NH Fe(CN)螯合物：一个中心离子与多基配体成键形成环状结构的配合物。如Cu(en)22+ ， CaY2。 多核配合物：含两个或两个以上的中心离子。如(H2O)4Fe(OH)2Fe(H2O)44+。羰合物：CO为配体。如Fe(CO)5，Ni(CO)4。 烯烃配合物：配体是不饱和烃。如： PdCl3(C2H4)。 多酸型配合物：配体是多酸根。如：(NH4)3P(Mo3O10)6H2O。 配合物分子或离子的空间构型与配位数的多少密切相关。直线形 四面

7、体 平面正方形 八面体配位数 2 4 6例23)Ag(NH24NiCl24)Ni(CN36Fe(CN)11.1.1 配合物的空间构型配合物的空间构型空间构型例3HgI25SbCl5Fe(CO)三角形 四方锥 三角双锥配位数 3 5 空间构型11.1.2 配合物的磁性配合物的磁性 n 未成对电子数顺磁性：被磁场吸引 0 , n 0 例：O2，NO，NO2反磁性：被磁场排斥 = 0 , n =0铁磁性：被磁场强烈吸引。例：Fe,Co,Ni磁 性：物质在磁场中表现出来的性质。)2( nn磁 矩： (B.M.)玻尔磁子 n 0 1 2 3 4 5/B.M. 0 1.73 2.83 3.87 4.90

8、5.92实例：Ti(H2O)63+ Ti3+： 3d1 =1.73 n=1K3Mn(CN)6 Mn3+： 3d4 =3.18 n=2K3Fe(CN)6 Fe3+： 3d5 =2.40 n=1)2( nn 根据 可用未成对电子数目n估算磁矩 。11.2 配合物的化学键理论配合物的化学键理论 11.2.1 价键理论价键理论11.2.2 晶体场理论晶体场理论*11.2.3 分子轨道理论分子轨道理论价键理论的要点：1. 形成体(M)：有空轨道 配位体(L)：有孤对电子 二者形成配位键ML2. 形成体(中心离子)采用杂化轨道成键3. 杂化方式与空间构型有关11.2.1 价键理论价键理论NH3 NH3Ag

9、(NH3)2+的空间构型为直线形，=0。5p4d5s例：AgCl2-，CuCl2-4d5s5pAg+Ag(NH3)2+sp杂化1.配位数为 2 的配合物BeX42-的空间构型为四面体。1s2s2p1s2s2pX-X-X-X-sp3杂化BeX42- Be2+2.配位数为 4 的配合物Ni(CN)42-的空间构型为平面正方形，=0NiCl42-的空间构型为四面体，=2.83B.M.Ni(CN)42-Ni2+3d4s4p3d4s4pNiCl42-Cl-Cl-Cl-Cl-dsp2杂化sp3杂化CN-CN-CN-CN- 这类配合物绝大多数是八面体构型，形成体可能采取d2sp3或sp3d2杂化轨道成键。F

10、e(CN)63- ，=2.4B.M. ； 内轨配键。以内轨配键形成的配合物叫内轨形配合物。3.配位数为 6 的配合物Fe3+3d4s4pFe(CN)63-d2sp3杂化CN-CN-CN-CN-CN-CN-FeF63- ，=5.90B.M. 外轨配键。以外轨配键形成的配合物叫外轨形配合物。 同一中心离子的内轨形配合物比外轨形配合物稳定。FeF63-sp3d2杂化F-F-F-F-F-F-Fe3+3d4s4p4d(Fe(CN)63-) =52.6， (FeF63-) = 14.3lgK flgK f 对价键理论的评价: 很好地解释了配合物的空间构型、磁性、稳定性。 直观明了，使用方便。 无法解释配合

11、物的颜色(吸收光谱)。晶体场理论要点： 在配合物中，中心离子M处于带电的配位体L形成的静电场中，二者完全靠静电作用结合在一起； 晶体场对M的d 电子产生排斥作用，使M的d 轨道发生能级分裂； 分裂类型与化合物的空间构型有关；晶体场相同，L不同，分裂程度也不同。11.2.2 晶体场理论晶体场理论 在八面体型的配合物中，6个配位体分别占据八面体的6个顶点，由此产生的静电场叫做八面体场。八面体场中d 轨道与配体间的作用：1.八面体型的配合物八面体场中d轨道能级分裂自由离子的能量在球形对称场中的能量在八面体场中的能量dz2dx2-y2dxydxzdyz3255=6=10= 4DqDqDqegt2goo

12、o八面体场及四面体场中d轨道能级分裂配合物离子的颜色所吸收光子的频率与分裂能大小有关。颜色的深浅与跃迁电子数目有关。配合物离子的颜色影响影响 o的因素的因素(中心离子,配位体,晶体场) 中心M离子：电荷Z增大， o增大; 主量子数n增大， o增大。 Cr(H2O)63+ Cr(H2O)62+o /cm-1 17600 14000 Fe(H2O)63+ Fe(H2O) 62+o /cm-1 13700 10400 CrCl63- MoCl63-o /cm-1 13600 19200配位体的影响:光谱化学序列 Co(H2O)63+ Co(CN)63- CoF63- Co(NH3)63+ o /cm

13、-1 13000 18600 22900 34000 2-2-I-Br- Cl-,SCN-F- OH- C2O4 H2ONCS- EDTANH3enbipyphenSO3NO2 P弱场：o P八面体场中电子在t2g和eg轨道中的分布八面体场中电子在t2g和eg轨道中的分布例：Co(CN)63-CoF 6 3-o /J67.524 10-2025.818 10-20P/J35.250 10-2035.250 10-20场强弱Co3+的价电子构型3d63d6八面体场中d电子排布t2g6 eg0t2g4 eg2未成对电子数04实测磁矩/B.M05.62自旋状态低高价键理论内轨型外轨型杂化方式d2sp

14、3sp3d25.26晶体场稳定化能(CFSE)的定义 d电子从未分裂的d轨道进入分裂后的d轨道，所产生的总能量下降值。3.晶体场稳定化能(CFSE)dz2dx2-y2dxydxzdyzt2geg4Dq6DqCFSE的计算轨道中的电子数：轨道中的电子数：ggentn221CFSE=(-4n1+6n2)Dq+(m1-m2)P轨道中的成对电子数：球形体场中，轨道中的成对电子数：八面体场中，dd21mmCFSE=n1Et2g+n2Eeg+(m1-m2)P =n1(-4Dq)+n2(6Dq)+(m1-m2)P =(-4n1+6n2)Dq+(m1-m2)Pdz2dx2-y2dxydxzdyzt2geg4Dq6Dq八面体场的CFSE弱 场 强 场 电子对数 电子对数 dn 构型 m1 m2 CFSE 构型 m1 m2 CFSE d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 -4Dq -8Dq -12Dq -6 Dq 0 Dq -4 Dq -8 Dq -12Dq -6 Dq 0 Dq 0 0 0 1 2 3 3 3 4 5 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 -4Dq -8Dq -12Dq -16 Dq+P -20 Dq