維爾納配位學(xué)說
銅臭 / 2022-08-01
絡(luò)合物的形成為什么與般原子價理論不盡符合,在理論上怎樣解釋?近代絡(luò)合物化學(xué)的創(chuàng)始者維爾納認為格合物形成時有一定數(shù)量的中性分子或酸根離子配位于中心離子的周圍。這些中性分子或酸根離子位于所形成的絡(luò)合物的內(nèi)界,與中心離子直接連系而形成相當穩(wěn)定的格離子。如形成的絡(luò)離子是帶有陽電荷或陰電荷的絡(luò)離子,則必有足夠的電荷相反的離子位于絡(luò)離子的外界。配位于中心離子周圍的中性分子或酸根離子稱為配位體或加合體。配位體的多少,是該中心離子的特征,稱為該中心離子的特征配位數(shù)。一般離子的配位數(shù)為2、4、6、8,而最常見的是4和6。例如CoCl?-6NH?雖經(jīng)渡硫酸或渡鹽酸處理亦不能和它所含的氨作用而使它破壞,但加硝酸銀卻能使它所含的氯完至沉淀下來。這充分證明6個NH?分子配位于Co離子的周圍而形成一個相當穩(wěn)定的六氨合鈷絡(luò)離子[Co(NH?)?]³?。亦就是說,氨分子位于絡(luò)離子的內(nèi)界,和鈷離子比較緊密地結(jié)合在一起,因而失去了Co³?和NH?的化學(xué)反應(yīng)。3個Cl?離子在Co(NH?)?³?絡(luò)離子的外界,和普通氯離子一般無二。在這個例子中,中心離子Co³?的配位數(shù)是6,配位體是中性分子NH?。在K?PtCl?中,四個氯離子配位于中心離子Pt??的周圍而形成[PtCl4]??絡(luò)離子。在這絡(luò)離子內(nèi)界的氯就和一般CI?離子不同,AgNO?不能使它沉淀下來。中心離子Pt??的配位數(shù)是4,配位體是酸根或陰離子CF?。在前面提到的例子K?Fe(CN)?中,F(xiàn)e??是中心離子,它的配位數(shù)是6,在絡(luò)離子[Fe(CN)?]??的內(nèi)界,配位著6個CN?離子。在這里應(yīng)該注意兩點:
(i)貉離子的電荷如配位體 是氨(NH?)、水(H?O)、聯(lián)氦(N?H?)、吡啶(C?H?N)、羥氨(NH?OH)等中性分子,則絡(luò)離子的電荷和中心離子的電荷相同。例如Co²?是+3價離子,[Co(NH?)?]³?仍是+3價離子。如配位體全部或一部分是C1?、 Br?、I?、F?、ON?、CNS?、OH?、NO²?、C?O???等陰離子,則絡(luò)離子的電荷,應(yīng)該是中心離子和配位體電荷的代數(shù)和。例如Pt??是+2價,4CI?是一4價,所以PtCI???應(yīng)該是-2價; [Co(NH?)?Cl]??應(yīng)該是+2價; [Co(NH?)?Cl?] 應(yīng)該是中性的絡(luò)合物。因此, 一價的陰離子可以取代格離子內(nèi)界的一價陰離子而不改變絡(luò)離子的電荷,中性分子亦可取代內(nèi)界的中性分子而不改變絡(luò)離子的電荷。但絡(luò)離子內(nèi)界的中性分子被一價的陰離子取代后,則絡(luò)離子的電荷必相應(yīng)地減低,例如[Pt(NH?)?]??、[Pt(NH?)?Cl]?、[Pt(NH?)?Cl?]?、[Pt(NH?)Cl?]?、[PtCl?]?,電荷由+2遞減到-2;[Co(NH?)?]³?、[Co(NH?)?Cl]??、[Co(NH?)?Cl?]?、[Co(NH?)?Cl?]?、[Co(NH?)?Cl?]?、[Co(NH?)Cl?]??、[CoCl?]³?電荷由+3遞減到一3。
(ii)中心離子的配位數(shù)配位數(shù)一般可以借晶體的X射線分析而確定。例如K?PtCl?和K?PtCl?晶體,借X射線分析面確定二價鉑的配位數(shù)為4,四價館的配位數(shù)為6(圖16-2和圖16-5)。配位數(shù)的大小,決定于中心離子和配位體的性質(zhì)一它們的體積、電荷以及它們之開的極化作用-一以及絡(luò)合物形成時的條件,特別是濃度和溫度。中心離子的體積越大,配位數(shù)越大。例如Al³?和F?可以形成[AIF?]³?, 體積教小的B???就只能形成[BF?]?了。對于同一個中心離子來講,配位數(shù)隨著配位體半徑的增加而減小。半徑較大的Cl?、Br?、I?,就顯然和F?不同,只能形成四價配位的[AlX?]?。但中心離子越大,它和配位體周的引力越弱,這樣就限制了它,使它不能達到這個最高限度的配位數(shù)。這就是說,中心離子和配位體的體積,并不是決定配位數(shù)的唯一一因素。中心離子電荷(價數(shù))的增加,有利于多價絡(luò)合物(即配位數(shù)較高的絡(luò)合物)的形成;同時配位體電荷的增加,增強了它們相互間的斥力,配位數(shù)亦就不得不相應(yīng)地減小。因此,中心離子電荷的增加,以及配位體電荷的減小,均有利于配位數(shù)的增加。
影響配位數(shù)的因素雖然很多,并且相當復(fù)雜,但一個中心離子在較大范圍的改變條件下和許多配位體形成絡(luò)合物時,常具有一個特征性的配位數(shù)。例如三價鈷的特征配位數(shù)為6,二價銅的特征配位數(shù)為4,二價鉑和四價鉑的特征配位數(shù)分別為4和6。但配位數(shù)并不是一成不變的。 例如二價鋅在- -般情況下的配位數(shù)為4,有時可以增加到6。Zr??和F?形成的絡(luò)離子有[ZrF?]??、[ZrF?]??、[ZrF?]??、[ZrF?]??數(shù)種,它的配位數(shù)顯然在6到9范圍內(nèi)變動。
絡(luò)合物的形成體—中心離子—一般 是金屬離子或帶陽電荷的原子。配位體或加合體可以是中性分子,亦可以是陰離子。如把NH??看作四個氨配位于氨原子的周圍而成的絡(luò)離子,亦只能把它作為以雜爾納配位理論為基礎(chǔ)的絡(luò)合物的特例。