Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

1. CH18. Chemie komplexotvorných (koordinačních) sloučeninMgr. Aleš Chupáč, RNDr. YvonaPufferováGymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Soubor prezentací: CHEMIE PRO I. ROČNÍK GYMNÁZIA Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. • Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“

2. Koordinační chemie • obor, který se zabývá komplexními (koordinačními ) sloučeninami • zakladatelem je švýcarský chemik Alfred Werner • v r. 1913 získal Nobelovu cenu za chemii obr.č.1 A. Werner

3. Koordinační (komplexní) sloučeniny • iontové sloučeniny, kde tzv. komplex může být tvořen jak kationtem nebo aniontem, případně oba ionty jsou komplexní • jejich vzorec lze formálně rozepsat na jednoduché sloučeniny K4 [Fe(CN)6]………… 4KCN + Fe (CN)2 [Cu (NH3)4]SO4 ………… CuSO4 + 4NH3 • jejich objevením v 19. stol. došlo k narušení představy o maximálních hodnotách oxidačního čísla • vznik komplexu je možno vysvětlit jako reakci lewisovské kyseliny a zásady

4. Složení komplexů K4+1 [Fe+II(CN)6-I] koordinační číslo centrální atom ligandy [centrální atom (ion) + ligandy (atom, skupiny atomů)] akceptor el. párůdonor el. párů (lewisovská kyselina) (lewisovská zásada) donor – akceptorová (koordinační vazba)

5. Koordinační (komplexní) sloučeniny • koordinační číslo – udává počet ligandů (= počet vazeb), 2, 3, 4, 5, 6, 7 i více • počet koordinačních vazeb je vyšší než je hodnota oxid. čísla centrálního atomu (počet navázaných ligandů převyšuje oxidační číslo centrálního atomu) •  aby centrální atom či ion mohl být akceptorem, musí mít prázdné (vakantní) orbitaly, nejčastěji typu d • komplexy jsou typické pro přechodné prvky

6. - 4 NC NC NC FeII K4+I NC NC NC Komplexní sloučenina vnitřní koordinační sféra koordinační vazba (6 vazeb) koordinační číslo 6 koordinační částice hexakyanoželeznatan(tetra)draselný obr. č. 2 Stavba komplexní sloučeniny

7. Koordinační sloučeniny • mohou být: • jednojaderné – jeden centrální atom 2. vícejaderné– více centrálních atomů

8. Geometrické izomery • jsou koordinační částice stejného složení, ale s různým prostorovým uspořádáním • cis izomer – stejné ligandy jsou vedle sebe • trans izomer – stejné ligandy jsou na protilehlých stranách • izomery se liší zbarvením, rozpustností, reaktivitou… obr. č. 3 Cis izomer PtBr2Ci2 obr. č. 4 Trans izomer PtBr2Ci2

9. Názvosloví • koordinační částice – v hranaté závorce [vlevo - centrální atom, vpravo – ligandy ] • dvouslovný název • anion – podstatné jméno (1. ligandy, 2.centrální atom) • kation – přídavné jméno • koordinační částice bez náboje ……název + komplex s nábojem …… kation + název anion

10. Ligandy Elektroneutrální ligandy: • H2O (aqua), NH3 (ammin), NO (nitrosyl), CO (karbonyl) Aniontové ligandy: • CI-, I-, Br-,F- (chloro -, jodo – bromo -, fluoro - ), • CN- (kyano), OH- (hydroxo), H- (hydrido), • O2- (oxo), S2- (thio), • SO42-(sulfato), NO3-(nitrato), • PO43-(fosfato), CO32(karbonato)

11. Nové názvy ligandů: • F- ,CI-, Br-, I-, (fluoro -, chloro -, bromo -, jodo -) • fluorido- , chlorido -, bromido-, jodido- • CN- (kyano), OH- (hydroxo), • kyanido-, hydroxido-

12. Vícečetné ligandy • předpony di, tri, … dle abecedy (rozhodující 1. písmeno názvu, ne předpony!) • různé ligandy odděleny v názvu pomlčkou, ale poslední ligand bez pomlčky, přímo k názvu centrálnímu atomu • náboj iontu se může uvést do závorky za název iontu [Fe(CN)6]4-hexakyanoželeznatan(4-)

13. Oxidační číslo centrálního atomu a) kladné koncovka ox. čísla Ca+2 vápenatý b) nulové bez zakončení (1. n. 2. pád) Ni0 nikl(u) c) záporné koncovka –id Cl-I  chlorid

14. Postavení koordinační částice • v kationtu [Ag(NH3)2]Cl chlorid diamminstříbrný • v aniontu K2[PtCl6] hexachloroplatičitan draselný • v kationtu i aniontu [Pt(NH3)4] [PtCl4] tetrachloroplatnatantetraamminplatnatý • elektroneutrální[Co(NH3)3Cl3] triammin– trichlorokobaltitý komplex

15. Komplexní kationty • [Cu(NH3)4]SO4 • [Ag (NH3)2]Cl • [Cr (H2O)6]F3 • [NiII(H2O)4] Cl2 • [Pb(NH3)4(OH)2]CO3 • [Mg(NH3)4]2+ • [AuCl3(OH)]- • [Co (NH3)5I]2+ DÚ • Chlorid pentaammin – aquakobaltitý • [CoIII (NH3)50 (H2O)0]IIICl3

16. Komplexní kationty • [CuII(NH3)40]2+ SO4 síran tetraamminměďnatý • [AgI (NH3)20]Cl chlorid diamminstříbrný • [CrIII (H2O)60]IIIF3 fluorid hexaaquachromitý • [NiII(H2O)40] Cl2 chlorid tetraaquanikelnatý • [Pb(NH3)4(OH)2]CO3 uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý • [MgII(NH3)40]2+ kation tetraamminhořečnatý • [AuCl3(OH)]- anion trichloro-hydroxozlatitý • [Co (NH3)5I]2+kation pentaammin- jodokobaltitý DÚ • Chlorid pentaammin – aquakobaltitý • [CoIII (NH3)50 (H2O)0]IIICl3

17. Komplexní anionty • H2[SiF6] • K3[Fe(CN)6] • LiI[AlH4] • NaCo(CO)4 DÚ • hexafluorohlinitan sodný • hexakyanoželeznatan draselný

18. Komplexní anionty • H2[SiF6] kyselina hexafluorokřemičitá • K3[FeIII(CN)6-]-IIIhexakyanoželezitan draselný • LiI[AlIIIH4-]-Itetrahydridohlinitan lithný • NaCo(CO)4 tetrakarbonylkobaltid(1-) sodný DÚ • hexafluorohlinitan sodný Na3[AlF6] • hexakyanoželeznatan draselný K4I [FeII(CN)-]-IV

19. Elektroneutrální koordinační sloučenina • [Co(NH3)4Cl3] • [Ni(CO)4] • diammin – dibromopaladnatý komplex • CoH2(CO)4 • tetraamminplatina

20. Elektroneutrální koordinační sloučenina • [CoIII(NH3)40Cl3-] tetraammin – trichlorokobaltitý komplex • [Ni0(CO)40]0tetrakarbonyl nikl(u) • diammin – dibromopaladnatý komplex [PdII(NH3)20Br2-]0 • CoH2- (CO) 04dihydridotetrakarbonylkobaltnatý komplex • tetraamminplatina [Pt0(NH3)40]

21. Aqua-komplexy • Ionty přechodných kovů je vytvářejí zpravidla ve vodném prostředí • Na2[Fe(CN)5NO] . 2H2O • trihydráttetrakyanoplatnatanu sodného

22. Úkol 1 - pojmenujte • [ Pt(NH3)2Cl2] • [ Co(NH3)4Cl ] • K4Ni(CN)4 • Co(NH3)3Cl3 • NaCo(CO)4 • H2[SiF6]

23. Úkol 2 - napište vzorec • dihydrido-tetrakarbonylkobaltnatý komplex • tetrakarbonylkobaltid draselný • kyselina tetrachloridozlatitá • chlorid diammin-trichloridoplatičitý • uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý • anion pentakyanido-nitrosylželezitý • anion trichloro-hydroxozlatitý • kation pentaammin-jodokobaltitý

24. Úkol 2 řešení • CoH2(CO)4 dihydrido-tetrakarbonylkobaltnatý komplex • K[Co(CO)4]tetrakarbonylkobaltid draselný • H[AuCl4] kyselina tetrachloridozlatitá • [Pt(NH3)2Cl3]Cl chlorid diammin-trichloridoplatičitý • [Pb(NH3)4(OH)2]CO3 uhličitan tetraammin-dihydroxoolovičitý • [Fe(CN)5(NO)]2- anion pentakyanido-nitrosylželezitý • [AuCl3(OH)]- anion trichloro-hydroxozlatitý • [Co (NH3)5I]2+ kation pentaammin-jodokobaltitý

25. Rovnováhy v komplexotvorných dějích • Konstanta stability • V roztocích komplexních sloučenin se ustavuje chemická rovnováha • Rovnovážný stav soustavy určuje konstanta stability. Např. Ag+ (aq) + 2 NH3 [Ag(NH3)2]+ platí: [Ag(NH3)2]+ [Ag+][NH3]2 • Čím je hodnota Kk větší, tím je vzniklý komplex stálejší a naopak. Kk =

26. Vlastnosti • stabilita – méně disociované viz konstanta stability • barevnost - je způsobena d-elektrony. Ligandy způsobují tzv. štěpení d-orbitalů – to dává možnost elektronům excitovat se viditelným zářením do vzniklých vyšších stavů barevnost (Cu2+ je bezbarvý, kation [Cu(H2O)4]2+ je světlemodrý) • vznikem komplexu je často způsobena rozpustnost některých sraženin, např. přidáním amoniaku k sraženině AgCl vzniká bezbarvý roztok chloridu diamminstříbrného • tvorbou komplexních částic dochází často k poklesu vodivosti roztoku • s využitím komplexů lze znehodnotit jedovaté kyanidy či připravit třaskaviny (např. acetylid stříbrný Ag2C2)

27. Barevnost komplexních sloučenin obr. č. 6 Žlutá krevní sůl obr. č. 5 Krystal žluté krevní soli

28. Barevnost komplexních sloučenin obr. č. 7 Červená krevní sůl obr. č. 8 Modrá skalice

29. Využití v praxi • při výrobě kovů, plastických hmot, změkčování vody • v barvířství • jako katalyzátory • jako léčiva • v jaderné chemii • v analytické chemii - kvalitativní (jakočinidla) a kvantitativní (komplexometrickétitrace) • vyskytují se i v živých organismech (hemoglobin, chlorofyl, cytochromy, vitamín B12).

30. Chlorofyl a hemoglobin obr. č. 10 Model hemoglobinu obr. č. 9 Hemoglobin a chlorofyl

31. Savčí cytochromy P450 obr. č. 11 Model cytochromu

32. Některé běžnější komplexní sloučeniny • CuSO4. 5 H2O – pentahydrát síranu měďnatého nebo-li modrá skalice, je přesněji monohydrát síranu tetraaquamědnatého [Cu(H2O)4] SO4.H2O • [Ag(NH3)2] OH – hydroxid diamminstříbrný, je znám pod názvem Tollensovo činidlo na důkaz aldehydické skupiny • K2[HgI4] – tetrajodortuťnatan draselný, známý jako Nesslerovo činidlo na důkaz ionzů NH4+. • Na2[Fe(CN)5NO] – pentakyano-nitrosylželeznitan sodný, tzv. nitroprusid sodný se používá k důkazů iontů S2-, SO32-, S2O3- a SO2.

33. Schéma rozdělení kationtů I.třídy obr. č. 12 Použití Nesslerova činidla

34. Některé běžnější komplexní sloučeniny • K4[FeII(CN)6] . 3 H2O – hexakyanoželeznatan draselný, ferrokyanid draselný nebo žlutá krevní sůl • K3[FeIII(CN)6] . 3 H2O – hexakyanoželezitan draselný, ferrikyanid draselný nebo červená krevní sůl – obě látky reagují s ionty těžkých kovů za vzniku málo rozpustných sraženin. Známé jsou reakce s ionty Fe2+ a Fe3+, kdy vznikají sytě modré, ve vodě nerozpustné sraženiny známé pod názvem berlinská a Turnbullova modř. • K4[Fe(CN)6] + Fe3+→ KFe[Fe(CN)6](berlínská modř) hexakynoželeznatandraselno-železitý • K3[Fe(CN)6] +Fe2+→ KFe[Fe (CN)6] (Turnbulova modř) hexakynoželezitandraselno-železnatý

35. Některé běžnější komplexní sloučeniny • Dusičnan diamminstříbrný [Ag(NH3)2]NO3 je amoniakální roztok dusičnanu stříbrného využívající se při přípravě třaskavého acetylidu stříbrného Ag2C2 zaváděním ethynu (acetylenu) do něj. • Hydroxid tetraamminměďnatý [Cu(NH3)4](OH)2, triviálně činidlo Schweizerovo, je dobrým rozpouštědlem celulosy, což umožňuje jeho využití při výrobě hedvábí.

36. Úkol 3 • Na internetových stránkách • http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=Wuv7NEYY4kc • http://www.youtube.com/watch?v=LSvFJh1HYjw&feature=player_embedded • http://www.youtube.com/watch?v=IRL59zNw3yA zhlédni uvedená videa a popiš vlastními slovy průběh chemických reakcí a vysvětli význam uvedených látek.

37. Jak se zbavit jedovatého kyanidu ? • „Do vodného 10 % roztoku kyanidu draselného KCN přidáme několik kapek síranu železnatého FeSO4. • Vzniká žlutý hexakyanidoželeznatan draselný K4[Fe(CN)6]. • Po dvou minutách přidáme k připravenému roztoku kapku koncentrované kyseliny chlorovodíkové. • Pozorujeme vylučování berlínské modři, což je triviální název pro hexakyanidoželeznatan železitý Fe4[Fe(CN)6]3.  • Tímto způsobem jsme znehodnotili prudce jedovatý „kyanid.“

38. Použité informační zdroje obrázek č.[2] – autor Yvona Pufferová [1] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Alfred_Werner.jpg [3] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Cis-PtBr2Cl2.JPG [4] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Trans-PtBr2Cl2.JPG [5] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://137846.ua.all.biz/cs/goods_zluta-krevni-sul_1483073#!prettyPhoto/0/ [6] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:%C5%BDlut%C3%A1_krevn%C3%AD_s%C5%AFl.png [7] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:%C4%8Cerven%C3%A1_krevn%C3%AD_s%C5%AFl.png [8] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://www.fichema.cz/siran-mednaty-modra-skalice-kg-cuso4-5h2o-cas-7758998-p-392.html [9] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://www.zelenepotraviny.cz/zkusenosti-se-zelenymi-potravinami.html [10] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Hemoglobin.jpg [11] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://fch.upol.cz/vyzkum/fold.png [12] [online]. [cit. 2012-10-19]. Dostupné z http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Schema_rozdeleni_kationtu_I.tridy.JPG Literatura MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2002. ISBN 80-7182-055-5. KOVALČÍKOVÁ, Tatiana. Obecná a anorganická chemie: studijní text pro SPŠCH. 3., upr. vyd. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2004, 118 s. ISBN 80-86369-10-2.

39. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.