Metale przejściowe
Metale przejściowe
Co to sÄ… zwiÄ…zki kompleksowe?
Co to sÄ… zwiÄ…zki kompleksowe?
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
1
Pierwiastki
Pierwiastki
Pierwiastki
Układ okresowy
1 18
niemetale
1 2
H He
2 13 14 15 16 17
3 4 5 6 7 8 9 10
metale
Li Be B C N O F Ne
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg Al Si P S Cl Ar
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111
Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
2
Metale przejściowe
Metale przejściowe
20_431
Układ okresowy
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Y Zr Nb 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 Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
3
Metale przejściowe
Metale przejściowe
Układ okresowy
20_432
20_432
Blok d
k t
t
Blok d
Blokkd
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu
Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu
Blok f
Blok f
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
*Lantanowce
*Lantanowce


Aktynowce Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Aktynowce Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
4
Metale przejściowe
Metale przejściowe
Konfiguracja elektronowa
Metale przejściowe mogą
przyjmować wiele stopni
utlenienia (od +1 do +6)
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
4s23d1 4s23d2 4s23d3 4s13d5 4s23d5 4s23d6 4s23d7 4s23d8 4s13d10 4s23d10
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
5s24d1 5s24d2 5s14d4 5s14d5 5s14d6 5s14d7 5s14d8 4d10 5s14d10 5s24d10
57 72 73 74 75 76 77 78 79 80
La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
6s25d1 4f146s25d2 6s25d3 6s25d4 6s25d5 6s25d6 6s25d7 6s15d9 6s15d10 6s25d10
89 104 105 106 107 108 109 110 111
Ac** Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu
7s26d1 7s26d2 7s26d3 7s26d4 7s26d5 7s26d7
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
5
Metale przejściowe
Metale przejściowe
Energia jonizacji
20_434
40
35
I3
30
25
20
15
Metale przejściowe
10
mogą przyjmować
wiele stopni utlenienia
5
I1
(od +1 do +6)
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
6
Ionization energy (eV/atom)
Metale przejściowe
Metale przejściowe
Promień atomowy
0.2
La
1st series (3d)
Y
2nd series (4d)
3rd series (5d)
Hf
Zr
Sc Ta
Au
Nb
W
Ag
0.15
Re
Mo Os
Pt
Tc Ir
Ti
Ru
Pd
V
Rh
Cr
Cu
Fe
Mn
Ni
Co
0.1
Atomic number
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
7
Atomic radii (nm)
Co to sÄ… zwiÄ…zki kompleksowe?
Co to sÄ… zwiÄ…zki kompleksowe?
Jon centralny (Men+): metale,
LI
LI LI
pierwiastki bloku d, a także
zwykle cięższe pierwiastki
powyżej 4 okresu e układzie
okresowym posiadajÄ…ce
nieobsadzone orbitale (Cu2+,
Men+
Men+
Cr3+, Fe3+, Pb2+)
Ligand (LI): czÄ…steczka
obojętna lub jon posiadające
wolnÄ… parÄ™ elektronowÄ… (Cl-,
LI LI
LI
Br-, OH-, CN-, H2O, NH3)
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
8
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Ligandy
JakÄ… strukturÄ™ majÄ… czÄ…steczki H2O, NH3, OH-?
Dlaczego CH4 nie jest ligandem?
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
9
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
WiÄ…zania
Jakie wiÄ…zanie tworzy jon centralny i ligand?
LI = zasada Lewisa
= donor elektronów
= para elektronowa
Men+ = kwas Lewisa
= akceptor elektronów
= nieobsadzony orbital
wiÄ…zania koordynacyjne
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
10
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
WiÄ…zania
Na czym polega wiÄ…zanie koordynacyjne jon metalu-ligand?
Przykład 1 [Fe(NH3)6]3+
Fe 1s22s22p63s23p64s23d6
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0
NH3 NH3 NH3 NH3 NH3 NH3
NH3
sd2p3  sześć wolnych orbitali Ò! sześć ligandów
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
11
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
WiÄ…zania
Na czym polega wiÄ…zanie koordynacyjne jon metalu-ligand?
pod wpływem pola ligandów orbitale i elektrony ulegają
reorganizacji - wolne orbitale obsadzane sÄ… przez wolne
pary elektronowe ligandów
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
12
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Przykład 2 [Cu(NH3)4]2+
Cu 1s22s22p63s23p64s13d10
Cu2+ 1s22s22p63s23p64s03d94p0
sp3  cztery wolne orbitale Ò! cztery ligandy
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
13
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Budowa
[Fe(NH3)6]3+ Cl-
kation kompleksowy anion
[Fe(NH3)6] Cl3
wewnętrzna zewnętrzna
sfera koordynacyjna
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
14
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Budowa
[Fe(OH)6]3- Na+
anion kompleksowy kation
Na3 [Fe(OH)6]
zewnętrzna wewnętrzna
sfera koordynacyjna
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
15
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Coordination
Geometry
Budowa
number
2
Linear
Co to jest liczba koordynacyjna?
Liczba wiązań z ligandem: głównie
2, 4, 6
Tetrahedral
4
Jaki kształt mają cząsteczki
związków kompleksowych o
Square planar
tych liczbach?
2  liniowa
6
4  tetraedr lub kwadrat
6  oktaedr
Octahedral
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
16
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
180°
sp
Budowa
sp2
120°
109.5°
Hybrydyzacja
sp3
atomu centralnego i
kształt cząsteczki
90°
dsp3
120°
90°
d2sp3
90°
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
17
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Budowa
Jakie mogą być rodzaje ligandów?
jednopodstawne:
wielopodstawne, chelatowe: etylenodiamina, kwas
etylenodiaminotetraoctowy (EDTA)
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
18
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Budowa
20_13T
20_13T
Table 20.13
Table 20.13
Typowe ligandy
Typowe ligandy
typ przykłady
typ przykłady
-
-
H20 CN- SCN (thiocyanate) X- halogenki
H20 CN- SCN (thiocyanate) X- halogenki
jednopodstawne
jednopodstawne
NH3 NO2- OH-
NH3 NO2- OH-
Jon szczawianowy etylenodiamina
Jon szczawianowy etylenodiamina
dwupodstawne
dwupodstawne
(en)
(en)
O O
O O
H2C
H2C
CH2
CH2
C C
C C
(-) O O
(-) O O
(-)
(-)
H2N NH2
H2N NH2
M
M
M
M
dietyleno triamina
dietyleno triamina
wielopodstawne
wielopodstawne
(dien)
(dien)
H2N - (CH )2 - NH - (CH )2 - NH2
H2N - (CH )2 - NH - (CH )2 - NH2
2 2
2 2
3 centra koordynacji
3 centra koordynacji
jon etylenodiaminotetraoctanowy
jon etylenodiaminotetraoctanowy
O
O
(EDTA)
(EDTA)
(-)
(-)
CH2 - C - O
CH2 - C - O
(-)
(-) - C - H2C
O -
O C - H2C
N -( - N
N -( - N
CH2)2
CH2)2
(-) (-)
(-) - C - H2C
(-)
CH2 - C - O
O - CH2 - C - O
O C - H2C
O
O
6 atomów koordynujących
6 atomów koordynujących
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
19
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Nazwy
Jak tworzyć nazwy związków kompleksowych?
" Najpierw kation
" Ligandy przed jonem centralnym metalu
" Ligand = anion Ò! dodaj  o np. fluoro-, hydrokso-
" Ligand = cz. obojetna Ò!nie zmieniaj nazwy, amina, akwa,
" Ligande"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)
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
20
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Skąd bierze się barwa związków
kompleksowych?
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
21
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Model pola krystalicznego
Założenia
1. Ligandy  Å‚adunki ujemne skoncentrowane w punkcie
2. WiÄ…zanie 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
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
22
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Pole o symetrii oktaedrycznej
20_453
atom centralny
ligand
Z
Y
X
d
d
z2
x2 - y2
dxy
dyz dxz
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
23
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Pole o symetrii oktaedrycznej  rozszczepienie
orbitali d
eg (dz , dx - dy )
2 2 2
"E  różnica energii,
energia stabilizacji
t2g (dxy, dyz, dxz )
orbitale d jonu centralnego
dxy, dyz, dxz,dz , dx - dy
2 2 2 Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
24
Energia potencjalna
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Pole o symetrii tetraedrycznej
2 2
dz dx  y2




dxy dxz dyz
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
25
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Pole o symetrii teraedrycznej  rozszczepienie
orbitali d
t2 (dxy, dyz, dxz )
"E  różnica energii,
energia stabilizacji
e (dz , dx - dy )
2 2 2
orbitale d jonu centralnego
dxy, dyz, dxz,dz , dx - dy
2 2 2
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
26
Energia potencjalna
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Moc ligandów
silne pole słabe pole
CN->NO2->en>NH3>H2O>OH->F->Cl->Br->I-
duże "Emałe "E
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
27
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Pole o symetrii oktaedrycznej  obsadzenie orbitali d
Przykład 3 [Fe(OH)6]3-
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0
eg (dz , dx - dy )
2 2 2
"E
t2g (dxy,dyz ,dxz )
słabe pole OH-
"E - mała
kompleks wysokospinowy
dxy, dyz, dxz,dz , dx - dy
2 2 2
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
28
Energia potencjalna
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Pole o symetrii oktaedrycznej  obsadzenie
orbitali d
Przykład 4 [Fe(CN)6]3-
eg (dz , dx - dy )
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0 2 2 2
"E
t2g (dxy,dyz ,dxz )
silne pole CN- -
"E - duża
kompleks niskospinowy
dxy, dyz, dxz,dz , dx - dy
2 2 2
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
E:\PPM do
29
strony\11_nieorganiczna\hexacyjano.avi
Energia potencjalna
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Skąd bierze się barwa związków
kompleksowych?
400 nm
700 nm
promieniowanie widzialne
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
30
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Przykład 4 [Fe(CN)6]3-
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0
eg (dz , dx - dy )
2 2 2
"E
t2g (dxy,dyz ,dxz )
dxy, dyz, dxz,dz , dx - dy
2 2 2
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
31
Energia potencjalna
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Przykład 4 [Fe(CN)6]3-
Fe3+ 1s22s22p63s23p64s03d54p0
eg (dz , dx - dy )
2 2 2
Fala światła
t2g (dxy,dyz ,dxz )
E=h½
Jeżeli h½= "E to nastÄ™puje
wzbudzenie czÄ…steczki,
przeniesienie elektronów na
wyższy nieobsadzony poziom.
Część promieniowania jest
dxy, dyz, dxz,dz , dx - dy
2 2 2
absorbowana przez czÄ…steczkÄ™
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
32
Energia potencjalna
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Energia i długość fali

c = =  Å"½
E = h½
T
c
E = h

- długość fali [m]
1
1
½ = [ ]
½-czÄ™stość [1/s]
s
T
Å„ - okres [s]
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
33
Model pola krystalicznego
Model pola krystalicznego
Pozostała część promieniowania daje barwę dopełniającą, którą
odczuwamy jako kolor danego materiału
dłg. fali pochłanianej
dłg. fali widzianej
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
34
Metale przejściowe
Metale przejściowe
Biologia
Metal Funkcja biologiczna
Sc Nie znana
Ti Nie znana
V Nie znana u ludzi
Cr Towarzyszy insulinie przy kontrolowaniu poziomu cukru we krwi; również uczestniczy
w kontrolowaniu poziomu cholesterolu
Mn Konieczny w wielu reakcjach enzymatycznych
Fe Składnik hemoglobiny i mioglobiny; bierze udział w transporcie elektronowym
Co Składnik witaminy B23, która jest potrzebna przy przemianie węglowodanow, tłuszczów
i białek
N i Składnik enzymu ureazy i hydrogenazy
Cu Składnik kilku enzymów. Bierze udział w procesie odkładania żelaza w organizmie; oraz
przy tworzeniu pigmentów barwiących skórę, włosy i oczy
Zn Składnik insuliny i wielu enzymów
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
35
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
pierścień porfirynowy
Porfiryna
 kompleks hemu
Liczba koordynacyjna Fe2+= 4
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
36
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Mioglobina
20_473
CD
C
D
FG
W
HC
F
B
G
E
H
AB
EF
A
GH
NA
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
37
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
Hemoglobina
20_474
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
38
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
39
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
20_450
Isomer II cannot be
The trans isomer and
Cl Cl
superimposed exactly
its mirror image are
on isomer I. They are
identical. They are not
N N N N
Co Co not identical structures.
isomers of each other.
N N N
Cl
Cl
Cl Cl
Cl
N
N N N N
N
Cl
trans cis
Co Co Co
N N N N N
Cl
N N
Cl
Isomer I Isomer II
Isomer II has the same
structure as the mirror
(a) (b)
image of isomer I.
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
40
20_441
Isomers
(same formula but different properties)
Structural Stereoisomers
isomers (same bonds, different
(different bonds) spatial arrangements)
Geometric
Coordination Linkage Optical
(cis-trans)
isomerism isomerism isomerism
isomerism
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
41
20_446
Polarizing
filter
Tube
containing
Unpolarized
sample
light
¸
Polarized
light
Rotated
polarized light
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
42
20_445
Polarizing
filter
Light
source
Unpolarized
light
Plane
polarized
light
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
43
20_448
Mirror image
of right hand
Left hand
Right hand
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
44
20_444
Cl
Cl
H3N NH3
H3N NH3
Co
Co
H3N Cl
H3N NH3
NH3
Cl
Cl Cl
Co Co
Cl
Cl
(a) (b)
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
45
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
20_444
Cl
Cl
H3N NH3
H3N NH3
Co
Co
H3N Cl
H3N NH3
NH3
Cl
Cl Cl
Co Co
Cl
Cl
(a) (b)
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
46
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
20_449
N
N N
Mirror image
Co
of Isomer I
N N
N
N N
N N N N
Co Co
N N N N
Isomer I Isomer II
N N
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
47
ZwiÄ…zki kompleksowe
ZwiÄ…zki kompleksowe
20_461
2
dx - y2
2
dz
E
E dxz dyz
dxy
dz2
dxy dx2
- y2
dxz dyz
Free metal ion Complex
Free metal ion Complex
x
M
M z
y
(a) (b)
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
48
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
49