ZWI
ZKI KOMPLEKSOWE
Znaczna większość związków chemicznych jest związkami kompleksowymi.
Występujące w nich wiązanie koordynacyjne, które posiada następujące własności
1. tworząca je para elektronów pochodzi od jednego atomu  donoru
2. akceptor uzupełnia ostatnią powłokę elektronową do konfiguracji najbliższego gazu
szlachetnego
3. donor uzyskuje Å‚adunek dodatni, akceptor uzyskuje Å‚adunek ujemny
4. donorami elektronów są atomy lub jony z przynajmniej jedną wolną parą elektronów,
np, tlen siarka, jon chlorkowy
5. akceptorami zazwyczaj sÄ… jony wodoru oraz atomy majÄ…ce lukÄ™ oktetowÄ….
Wiązanie to łączy elementy strefy wewnętrznej związku kompleksowego  jon centralny
(centrum koordynacji) i otaczające go ligandy, którymi mogą być:
" związki proste, obdarzone jedną wolną para elektronów, np. NH , H O, CO, CN-, Cl-
3 2
" związki mogące dostarczać dwie lub więcej par elektronów niezbędnych do
utworzenia wiÄ…zania koordynacyjnego  ligandy chelatowe (kleszczowe)
Kompleksy chelatowe charakteryzują się znacznie większą trwałością niż kompleksy
zawierające ligandy proste. Jednym z nich jest należący do tzw. kompleksonów sól sodowa
kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA, komplekson II). Podobnie, jak inne zwiÄ…zki z
tej grypy charakteryzuje siÄ™:
" dużą trwałością w stanie stałym i roztworach wodnych
" łatwą rozpuszczalnością w wodzie
" tworzeniem stosunkowo trwałych kompleksów chelatowych z prawie wszystkimi
metalami wielowartościowym
" powstałe kompleksy są bezbarwne jeśli sam metal nie ma właściwości
chromoforowych (Fe, Cr, Cu, Ni)
" z jonami metali wielowartościowych, niezależnie od ich wartościowości, reaguje w
stosunku 1:1
Men+ + H Y
2 2- + 2H O Ć! MY(n-4)+ 2H O+
2 3
" dla kationu czterowartościowego powstały kompleks jest chelatem wewnętrznym z
zerowym Å‚adunkiem elektrycznym
" równowaga reakcji kompleksowania zależy od pH roztworu, pozwala na łatwe
sterowanie przebiegiem reakcji
" zdolność do tworzenia kompleksów chelatowych z metalami zależy od pH roztworu
EDTA Kleszczowy kompleks utworzony przez
EDTA i jony wapniowe.
Związki kompleksowe podlegają, podobnie jak wszystkie inne związki prawu działania mas.
Ogólna reakcja tworzenia związków kompleksowych ma postać:
M + n L Ä! ML
n
M  atom centralny (metal)
L  ligand
ML  kompleks
n
stała równowagi reakcji tworzenia kompleksu, nazywana stałą trwałości
[MLn ]
² =
[M][L]n
reakcja rozpadu kompleksu:
ML Ä! M + n L
n
zdefiniowana jest przez stałą nietrwałości:
1 [M][L]n
K = =
²
[MLn ]
Trwałość kompleksu wzrasta wraz z obniżaniem się wartości stałej nietrwałości. W praktyce.
dla oznaczenia trwałości związku kompleksowego stosuje się parametr pK
1
pK = - log(K) = - log( )
²
Im większa jest wartość pK, tym trwalszy jest kompleks.
CHARAKTERYSTYCZNE REAKCJE ZWI
ZKÓW KOMPLEKSOWYCH
Tworzenie kompleksu polega na zastępowaniu jednego ligandu przez drugi ligand, o
większej zdolności kompleksotwórczej w stosunku do danego atomu centralnego.
Metale takie jak miedz
czy wapń w roztworze wodnym znajdują się w postaci
2+ 2+
akwakompleksów czyli hydratów: Cu(H O) , Ca(H O) a nie w postaci wolnych jonów.
2 4 2 6
Cząsteczki wody w sferze koordynacyjnej metalu są zastępowane odpowiednimi ligandami.
Przykład  tworzenie się kompleksu aminamiedzi(II) przez stopniową eliminację
czÄ…steczek wody z akwakompleksu
1. [Cu(H O) ]2+ + NH [Cu(H O) NH ]2+ + H O
2 4 3 2 3 3 2
2. [Cu(H O) NH ]2+ + NH [Cu(H O) (NH ) ]2+ + H O
2 3 3 3 2 2 3 2 2
3. [Cu(H O) (NH ) ]2+ + NH [Cu(H O)(NH ) ]2+ + H
2 2 3 2 3 2 3 3 2
4. [Cu(H O)(NH ) ]2+ + NH [Cu(NH ) ]2+ + H O
2 3 3 3 3 4 2
Do najważniejszych reakcji jakim ulegają związki kompleksowe należą:
a) reakcje podstawienia, w których nie zmienia się liczba koordynacyjna metalu.
[Co(NH ) CO ]+ + 2HF [Co(NH ) F]2+ + F- + CO + H O
3 5 3 3 5 2 2
b) reakcje zwiÄ…zane ze zmianÄ… stopnia utlenienia, np. substytucji utleniajÄ…cej
2[Co(H O) ]Cl + 2NH Cl + 10NH + H O 2[Co(NH ) ]Cl + 14 H O
2 6 2 4 3 2 2 3 6 3 2
c) reakcje przyłączania, w których wzrasta liczba koordynacyjna metalu.
Zn(CN) + 2CN- [Zn(CN) ]2-
2 4
Przy tworzeniu nazwy związku kompleksowego należy kierować się regułami
ustalonymi przez IUPAC (Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej):
- nazwę kompleksu tworzy się dodając do nazwy jonu centralnego przedrostki określające
ilość i rodzaj ligandu
-w nazwie jonu kompleksowego wymienia się najpierw ligandy, a na końcu atom centralny
- stopień utlenienia atomu centralnego zaznacza się cyfrą rzymską w nawiasie na końcu
nazwy, np. siarczan tetraaminamiedzi(II) [Cu(NH ) ]SO
3 4 4
- kompleksy o Å‚adunku ujemnym (aniony kompleksowe) majÄ… do nazwy anionu centralnego
dodaną końcówkę  an np. tetrachloromiedzian(II) potasu K [CuCl ]
2 4
- w kompleksach kationowych i zawierających obojętne cząstki podajemy nie zmienioną
nazwÄ™ pierwiastka np. chlorek tetraakwadichlorochromu(III) [Cr(H O) Cl ]Cl
2 4 2
- do najczęściej stosowanych ligandów należą:
- amina -NH , - hydrokso OH-
3
- akwa H O - karbonyl CO
2
- bromo Br- - okso O2-
- chloro Cl- - tio S2-
- cyjaniano CNO- - tiocyjaniano CNS-
2-
- cyjano CN- - tiosiarczano S O
2 3
- fluoro F-
- liczbę ligandów przedstawia się za pomocą przedrostków:
- dla ligandów prostych: mono, di, tri, tetra, penta, heksa
np. chlorek tetraaminakadmu(II) [Cd(NH ) ]Cl
3 4 2
- dla ligandów złożonych: bis, tris, tetrakis, pentakis
np. tris(tetraoksosiarczan) bis(heksaaminakobaltu) [Co(NH ) ] (SO )
3 6 2 4 3
- nazwy ligandów anionowych mają końcówkę -o,
np. cyjano - heksacyjanożelazian(III) potasu K [Fe(CN) ]
3 6
- rodniki węglowodorowe mają ogólnie przyjęte skróty Me- metyl, Et  etyl, Ph  fenyl,
en- etylenodiamina np. tetrafenyloboran(III) potasu K[B(Ph) ]
4
- przedrostki w nawiasie są stosowane, jeśli nazwa ligandu zawiera już jeden z przedrostków
np. bromek tri(etylenodiamino)platyny(IV) [Pt(en) ]Br
3 4
- kolejność ligandów jest zgodna z kolejnością alfabetyczną bez uwzględnienia przedrostków
określających liczbę ligandów każdego typu występujących w sferze koordynacyjnej.
- w nawiasie, na końcu nazwy zamiast stopnia utlenienia (podawanego cyframi rzymskimi)
można umieścić znak ładunku całego jonu oraz ładunek (podawany cyframi arabskimi)
np.: K [Co(CN) ] heksacyjanokobaltan(III)potasu,
3 6
heksacyjanokobaltan(3+) potasu,
heksacyjanokobaltan tripotasu,
Sfera
zwenetrzna wewnetrzna
,
,
K3 [ Fe (CN)6 ]
heksa
liczba ligandów
.
potasu cyjano
zelazian(III)
ligandy
jon centralny
.
heksacyjanozelazian(III) potasu
Przykładowe wzory i nazwy związków i jonów kompleksowych:
[Co(H O) ](NO ) azotan(V) heksaakwakobaltu(II)
2 6 3 2
[Co(CO )(NH ) ]NO azotan(V) tetraaminawęglanokobaltu(III)
3 3 4 3
[CoCl(NH ) (H O)]2+ kation akwatetraaminachlorokobaltu(III)
3 4 2
[CoCl(NH ) ]Cl chlorek pentaaminachlorokobaltu(III)
3 5 2
K [Fe(SCN) ] heksatiocyjanianożelazian(III)potasu
3 6
[Fe(edta)] anion etylenodiaminatetraoctanożelazianowy(III)
[Cr(OH)(H O) ]2+ kation pentaakwahydroksochromu(III)
2 5
[CrCl (H O) ]Cl chlorek tetraakwadichlorochromu(III)
2 2 4
[Cu(NH ) ]SO siarczan(VI) tetraaminamiedzi(II)
3 4 4
[Cd(en) ]Cl chlorek bis1,2-diaminoetanokadmu(II)
2 2
Na [Cu(CN) ] tetracyjanomiedzian(I)sodu,
3 4
Na [Ag(S O ) ] tiosiarczanosrebrzan(I)sodu,
3 2 3 2
[Cu(H O) ]SO siarczan(IV)heksaakwamiedzi(II),
2 6 3
K [NiF ] heksafluoroniklan(II)sodu,
4 6
[Cu(NH ) ]SO siarczan(VI) tetraaminamiedzi(II)
3 4 4
Doświadczenie 1
Otrzymywanie soli o kompleksowym kationie
1. Do 2 probówek wprowadzić około 2cm3 0,25 mol/dm3 roztworu CoCl i NiCl .
2 2
2. Do każdego z roztworów dodać około 1cm3 0,1 mol/dm3 roztworu NaOH do
wytrÄ…cenia siÄ™ osadu soli. WytrÄ…ci siÄ™ osad chlorku wodorotlenku kobaltu(II) i chlorku
wodorotlenku niklu(II). Obserwować osad i zmianę barwy roztworów.
3. Następnie do każdej z probówek dodać powoli ostrożnie około 2 cm3 stężonego
amoniaku. W przypadku soli kobaltu następuje rozpuszczenie osadu i powstaje
roztwór wodorotlenku heksaaminakobaltu(II) o różowej barwie, związek nietrwały
przechodzÄ…cy w wodorotlenek heksaaminakobaltu(III) o barwie brunatnej. Sole niklu
tworzą klarowny roztwór wodorotlenku heksaaminaniklu(II) barwy niebieskiej.
Doświadczenie 2
Otrzymywanie soli o kompleksowym anionie
1. Do probówki wlać 1cm3 roztworu CoCl , 1cm3 roztworu KSCN
2
i 2cm3 acetonu. W wyniku reakcji powstaje zwiÄ…zek kompleksowy - tetrakis
(tiocyjaniano) kobaltan(II) potasu, barwy ciemnoniebieskiej, nietrwały w roztworach
wodnych.
2. Do probówki zawierającej 1cm3 roztworu FeCl dodawać kroplami roztwór KSCN do
3
zmiany zabarwienia, dodać niewielki nadmiar odczynnika obserwując intensywność
barwy. Zmiana w intensywności związana jest z powstawaniem nowych jonów
zespolonych. W reakcji powstaje heksakis (tiocyjaniano) żelazian(III) potasu.
3. Do probówki zawierającej 1cm3 roztworu FeCl dodawać kroplami
3
heksacyjanożelazian(II) potasu K [Fe(CN) ]. Wytrąca się ciemnoniebieski,
4 6
bezpostaciowy osad błękitu pruskiego Fe [Fe(CN) ] .
4 6 3
Doświadczenie 3
Zastąpienie ligandów Cl- przez H O
2
1. Suchą zlewkę o pojemności 50cm3 wytarować na wadze analitycznej i odważyć 0,5 g
soli CoCl ..
2
2. Do zlewki zawierającej naważkę soli wlać 10 cm3 alkoholu etylowego doprowadzając
do całkowitego rozpuszczenia soli.
3. Do 2 probówek pobrać po 3 cm3 przygotowanego powyżej alkoholowego roztworu
CoCl . Do każdej probówki dozować kroplami za pomocą pipety Pasteura wodę
2
destylowaną (5-10 kropli). Wstrząsając delikatnie probówką spowodować
wymieszanie roztworu. Obserwować barwę roztworu.
4. Do jednej z probówek dodać ostrożnie kroplami stężony HCl aż do zmiany barwy
roztworu (10-15 kropli).
5. Drugą probówkę z roztworem ogrzać nad płomieniem palnika obserwując zmianę
barwy.
Doświadczenie 4
Reakcje kompleksowe jonów Cu2+ z różnymi ligandami
A. Reakcja CuSO z amoniakiem
4
1. Do zlewki o pojemności 50 cm3 wlać 5 cm3 stężonego amoniaku i 5 cm3 wody
destylowanej. Roztwór wymieszać bagietką. Następnie czystą i suchą łyżeczką
pobrać ze słoiczka bezwodny siarczan(VI) miedzi(II) i powoli wsypać
kryształki do przygotowanego roztworu amoniaku. Nie mieszać! obserwować
zachodzÄ…cÄ… reakcjÄ™.
2. Do drugiej zlewki o pojemności 50 cm3 wlać około 10 cm3 0,25 mol/dm3
roztworu CuSO . Następnie dozować za pomocą pipety Pasteura stężony
4
amoniak w takiej ilości, aby początkowo wytrącony hydroksosiarczan
miedzi(II) rozpuścił się w nadmiarze odczynnika tworząc klarowny roztwór
barwy szafirowej.
3. Z przygotowanego powyżej roztworu pobrać po 3 cm3 do dwóch probówek.
Do pierwszej probówki dozować kroplami 2 mol/dm3 roztwór H SO do
2 4
zmiany zabarwienia. Do drugiej probówki dodać 3-4 krople roztworu Na S.
2
A. Reakcja jonów Cu2+ z jonami [Fe(CN) ]4-
6
1. Do probówki wlać 3 cm3 0,25 mol/dm3 roztworu CuSO
4
2. Następnie kroplami dozować roztwór heksacyjanożelazianu (II) potasu do
wytrÄ…cenia siÄ™ trudnorozpuszczalnego czerwono-brunatnego osadu
heksacyjanożelazianu(II) miedzi.
C. Reakcja jonów Cu2+ z jonami Cl-
1. Do probówki wlać 3 cm3 0,25 mol/dm3 roztworu CuSO .
4
2. Następnie do roztworu dodać szczyptę NaCl. Probówkę wstrząsać powodując
rozpuszczenie się stałej soli.
3. Tak przygotowany roztwór ogrzać nad płomieniem palnika do zmiany barwy.
Po lekkim wystudzeniu probówkę wstawić do łaz
ni z lodem obserwujÄ…c
zmianÄ™ barwy.
Doświadczenie 5
Przykłady kompleksów chelatowych
Sole wewnętrznie zespolone są przykładem kompleksów chelatowych. Ligandami w
tym przypadku sÄ… zwiÄ…zki organiczne. Kompleksy chelatowe charakteryzujÄ… siÄ™ znacznie
większą trwałością niż kompleksy z ligandami prostymi.
A. Alizarynosulfonian sodu (alizaryna S) tworzy zwiÄ…zek kompleksowy z jonami
glinu
w środowisku amoniakalnym.
1. Do probówki wlać 2 cm3 roztworu AlCl .
3
2. Następnie dodać kroplami roztwór amoniaku do wytrącenia osadu Al(OH) i
3
kilka kropli roztworu alizaryny S.
AlCl + 3NH OH = Al(OH) + 3NH Cl
3 4 3 4
B. Ortohydroksychinolina tworzy zwiÄ…zek kompleksowy z jonami magnezu w
środowisku amoniakalnym (pH 9,5 -12,5).
1. Do probówki zawierającej 1cm3 roztworu MgCl dodawać kroplami roztwór
2
NH OH do momentu powstania osadu Mg(OH) .
4 2
2. Następnie dodać kilka kropli roztworu ortohydroksychinoliny, aż wypadnie
żółty osad soli wewnętrznie zespolonej.
Opracowanie wyników:
1. W każdym przeprowadzonym doświadczeniu należy obserwować barwy roztworów
przed i po reakcji. Barwy zaznaczyć przy odpowiednim związku w zapisie równania
reakcji.
2. Do każdego doświadczenia należy napisać równania reakcji otrzymywania związków
kompleksowych.
3. Każdy związek kompleksowy musi być opisany nazwą systematyczną.
4. Wyjaśnić pojęcia: liczba koordynacyjna, ligand, stał trwałości i nietrwałości jonu
kompleksowego, ligand chelatowy, sole wewnętrznie zespolone.
5. Podaj wzory sumaryczne, nazwy systematyczne i zastosowanie w jakościowej analizie
chemicznej następujących związków: - odczynnik Nesslera
- błękit pruski
- błękit Turnbulla
- odczynnik Schweitzera