Metale przejściowe

Transkrypt

Metale przejściowe

Metale przejściowe
Co to są związki kompleksowe?
Copyright © 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
1
Pierwiastki
Układ okresowy
1
18
niemetale
1
H
2
3
4
Li
Be
11
12
metale
2
13
14
15
16
17
He
5
6
7
8
9
10
B
C
N
O
F
Ne
13
14
15
16
S
17
Cl
18
Ar
33
34
35
36
Na
Mg
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Al
Si
P
19
20
21
22
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
As
Se
Br
Kr
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
I
54
Xe
85
86
K
Ca
Sc
Ti
37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
55
56
57
72
73
74
75
76
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
81
82
83
84
109
110
111
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
87
88
89
104
105
106
107
108
Fr
Ra
Ac
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu
2
Metale przejściowe
Układ okresowy
20_431
Sc
Ti
V
Y
Zr
Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
La
Hf
Ta
Cr Mn Fe Co Ni
W
Re Os
Ir
Pt
Cu Zn
Au Hg
Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho
Th
Pa
U
Np Pu Am Cm Bk
Cf
Er Tm Yb Lu
Es Fm Md No Lr
3
Metale przejściowe
Układ okresowy
20_432
Blok d
Blokkdt
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
Blok f
*Lantanowce Ce
Pr
Nd
Pm Sm Eu
† Aktynowce
Pa
U
Np
Th
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Pu Am Cm Bk
Cf
Es
Fm Md
No
Lr
4
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
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
4s 2 3d 1 4s 2 3d 2 4s 2 3d 3 4s 1 3d 5 4s 2 3d 5 4s 2 3d 6 4s 2 3d 7 4s 2 3d 8 4s 1 3d 10 4s 2 3d 10
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
5s 2 4d 1 5s 2 4d 2 5s 1 4d 4 5s 1 4d 5 5s 1 4d 6 5s 1 4d 7 5s 1 4d 8
57
72
La*
6s 2 5d 1
4f 14 6s 2 5d 2
89
104
A c**
7s 2 6d 1
Hf
Pd
4d 10
Ag
Cd
5s 1 4d 10 5s 2 4d 10
73
74
75
76
77
78
79
105
106
107
108
109
110
111
Uns
7s 2 6d 5
Uno
Une
7s 2 6d 7
Uun
Uuu
80
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
2
3
2
4
2
5
2
6
2
7
1
9
1
10
6s 5d 6s 5d 6s 5d 6s 5d 6s 5d 6s 5d 6s 5d 6s 2 5d 10
Unq
Unp
Unh
7s 2 6d 2 7s 2 6d 3 7s 2 6d 4
5
Metale przejściowe
Energia jonizacji
20_434
40
Metale przejściowe
mogą przyjmować
wiele stopni utlenienia
(od +1 do +6)
Ionization energy (eV/atom)
35
I3
30
25
20
15
10
5
I1
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
6
Metale przejściowe
Promień atomowy
0.2
La
1st series (3d)
Atomic radii (nm)
Y
2nd series (4d)
Hf
Zr
Sc
0.15
3rd series (5d)
Ta
Nb
Ti
V
W
Mo
Cr
Re
Tc
Mn
Os
Ru
Fe
Ir
Pt
Rh
Pd
Co
Ni
Au
Ag
Cu
0.1
Atomic number
7
Co to są związki kompleksowe?
LI
LI
LI

Men+

LI
LI
LI
Jon centralny (Men+): metale,
pierwiastki bloku d, a także
zwykle cięższe pierwiastki
powyżej 4 okresu e układzie
okresowym posiadające
nieobsadzone orbitale (Cu2+,
Cr3+, Fe3+, Pb2+)
Ligand (LI): cząsteczka
obojętna lub jon posiadające
wolną parę elektronową (Cl-,
Br-, OH-, CN-, H2O, NH3)
8
Związki kompleksowe
Ligandy

Jaką strukturę mają cząsteczki H2O, NH3, OH-?
Dlaczego CH4 nie jest ligandem?
9
Wiązania
Jakie wiązanie tworzy jon centralny i ligand?
LI = zasada Lewisa
= donor elektronów
= para elektronowa
Men+ = kwas Lewisa
= akceptor elektronów
= nieobsadzony orbital
wiązania koordynacyjne
10
Wiązania
Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand?
Przykład 1 [Fe(NH3)6]3+
Fe
Fe3+
1s22s22p63s23p64s23d6
1s22s22p63s23p64s03d54p0
NH3
NH3
NH3 NH3
NH3 NH3 NH3
sd2p3 – sześć wolnych orbitali ⇒ sześć ligandów
11
Wiązania
Na czym polega wiązanie koordynacyjne jon metalu-ligand?
pod wpływem pola ligandów orbitale i elektrony ulegają
reorganizacji - wolne orbitale obsadzane są przez wolne
pary elektronowe ligandów
12
Przykład 2
Cu
[Cu(NH3)4]2+
1s22s22p63s23p64s13d10
Cu2+ 1s22s22p63s23p64s03d94p0
sp3 – cztery wolne orbitale ⇒ cztery ligandy
13
Budowa
[Fe(NH3)6]3+
kation kompleksowy
Clanion
[Fe(NH3)6] Cl3
wewnętrzna
zewnętrzna
sfera koordynacyjna
14
Budowa
[Fe(OH)6]3anion kompleksowy
Na+
kation
Na3 [Fe(OH)6]
zewnętrzna
wewnętrzna
sfera koordynacyjna
15
Budowa
C oordination
num ber
Co to jest liczba koordynacyjna?
G eom etry
2
Linear
Liczba wiązań z ligandem: głównie
2, 4, 6
4
Jaki kształt mają cząsteczki
związków kompleksowych o
tych liczbach?
2 – liniowa
4 – tetraedr lub kwadrat
6 – oktaedr
Tetrahedral
S quare pla nar
6
O ctahedral
16
Budowa
180°
sp
sp 2
120°
Hybrydyzacja
atomu centralnego i
kształt cząsteczki
109.5°
sp 3
90°
dsp 3
120°
90°
d 2 sp 3
90°
17
Budowa
Jakie mogą być rodzaje ligandów?
jednopodstawne:
wielopodstawne, chelatowe: etylenodiamina, kwas
etylenodiaminotetraoctowy (EDTA)
18
Budowa
20_13T
Table 20.13
typ
Typowe ligandy
jednopodstawne
dwupodstawne
przykłady
−
H 20
NH 3
SCN − (thiocyanate)
−
OH
CN
−
NO 2
Jon szczawianowy
O
(−) O
O
C
C
O (−)
X − halogenki
etylenodiamina
(en)
H 2C CH 2
H 2N
M
NH 2
M
dietyleno triamina
(dien)
H 2N − (CH 2)2 − NH − (CH 2)2 − NH 2
wielopodstawne
3 centra koordynacji
O
jon etylenodiaminotetraoctanowy
(EDTA)
CH 2 − C − O ( − )
( − ) O − C − H 2C
N − ( CH 2)2 − N
(− ) O − C − H 2C
O
CH 2 − C − O (− )
6 atomów
koordynujących
Copyright
© 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.
19
Nazwy
Jak tworzyć nazwy związków kompleksowych?
•
•
•
•
•
•
•
•
Najpierw kation
Ligandy przed jonem centralnym metalu
Ligand = anion ⇒ dodaj „o” np. fluoro-, hydroksoLigand = cz. obojetna ⇒nie zmieniaj nazwy, amina, akwa,
Ligand≥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)
20
Skąd bierze się barwa związków
kompleksowych?
21
Model pola krystalicznego
Założenia
1.
2.
3.
Ligandy – ładunki ujemne skoncentrowane w punkcie
Wiązanie metal-ligand - jonowe
Ligandy oddziałują na orbitale d
Silne pole (kompleks niskospinowy): duże rozszczepienie orbitali d
Słabe pole (kompleks wysokospinowy): małe rozszczepienie orbitali d
22
Pole o symetrii oktaedrycznej
20_453
atom centralny
ligand
Z
X
dxy
Y
d z2
d x 2 - y2
dyz
dxz
23
Pole o symetrii oktaedrycznej – rozszczepienie
orbitali d
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
Energia potencjalna
∆E – różnica energii,
energia stabilizacji
t 2 g (d xy , d yz , d xz )
orbitale d jonu centralnego
d xy , d yz , d xz , d z 2 , d x 2 − d y 2
24
Pole o symetrii tetraedrycznej
dz 2
–
–
–
d x2 – y2
–
dxy
dxz
dyz
25
Pole o symetrii teraedrycznej – rozszczepienie
orbitali d
Energia potencjalna
t 2 (d xy , d yz , d xz )
∆E – różnica energii,
energia stabilizacji
e (d z 2 , d x 2 − d y 2 )
orbitale d jonu centralnego
26
Moc ligandów
silne pole
słabe pole
CN->NO2->en>NH3>H2O>OH->F->Cl->Br->I-
duże ∆E
małe ∆E
27
Pole o symetrii oktaedrycznej – obsadzenie orbitali d
Przykład 3 [Fe(OH)6]31s22s22p63s23p64s03d54p0
Energia potencjalna
Fe3+
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
∆E
słabe pole OH∆E - mała
kompleks wysokospinowy
28
Pole o symetrii oktaedrycznej – obsadzenie
orbitali d
Przykład 4 [Fe(CN)6]31s22s22p63s23p64s03d54p0
Energia potencjalna
Fe3+
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
∆E
silne pole CN- ∆E - duża
kompleks niskospinowy
E:\PPM do
strony\11_nieorganiczna\hexacyjano.avi
29
Skąd bierze się barwa związków
kompleksowych?
400 nm
700 nm
promieniowanie widzialne
30
Przykład 4 [Fe(CN)6]3Fe3+
1s22s22p63s23p64s03d54p0
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
Energia potencjalna
∆E
31
Przykład 4 [Fe(CN)6]3-
Energia potencjalna
Fe3+
1s22s22p63s23p64s03d54p0
Fala światła
E=hν
eg ( d z 2 , d x 2 − d y 2 )
Jeżeli hν= ∆E to następuje
wzbudzenie cząsteczki,
przeniesienie elektronów na
wyższy nieobsadzony poziom.
Część promieniowania jest
absorbowana przez cząsteczkę
32
Energia i długość fali
E = hν
c=
E=h
λ
T
= λ ⋅ν
c
λ
λ− długość fali [m]
ν − częstość [1/s]
Τ − okres [s]
1
ν=
T
[]
1
s
33
Pozostała część promieniowania daje barwę dopełniającą, którą
odczuwamy jako kolor danego materiału
dłg. fali pochłanianej
dłg. fali widzianej
34
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
Ni
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
35
Porfiryna
Liczba koordynacyjna Fe2+= 4
pierścień porfirynowy
– kompleks hemu
36
Mioglobina
20_473
CD
C
D
FG
W
HC
F
B
G
E
H
AB
EF
NA
A
GH
37
Hemoglobina
20_474
38
39
20_450
Cl
N
N
Cl
trans
N
N
Co
Cl
(a)
N
Co
N
The trans isomer and
its mirror image are
identical. They are not
isomers of each other.
Cl
N
N
Cl
Cl
N
cis
N
N
N
Co
N
Co
Cl
Isomer II cannot be
superimposed exactly
on isomer I. They are
not identical structures.
Cl
N
Cl
N
N
N
Co
N
Cl
Isomer I N
Isomer II N
(b)
Isomer II has the same
structure as the mirror
image of isomer I.
40
20_441
Isomers
(same formula but different properties)
Structural
isomers
(different bonds)
Coordination
isomerism
Linkage
isomerism
Stereoisomers
(same bonds, different
spatial arrangements)
Geometric
(cis-trans)
isomerism
Optical
isomerism
41
20_446
Polarizing
filter
Tube
containing
sample
Unpolarized
light
θ
Polarized
light
Rotated
polarized light
42
20_445
Polarizing
filter
Light
source
Unpolarized
light
Plane
polarized
light
43
20_448
Mirror image
of right hand
Left hand
Right hand
44
20_444
Cl
Cl
H3N
H3N
NH3
Co
Co
H3N
NH3
NH3
H3N
Cl
NH3
Cl
Cl
Cl
Co
Co
Cl
Cl
(a)
(b)
45
20_444
Cl
Cl
H3N
H3N
NH3
Co
Co
H3N
NH 3
NH 3
H3N
Cl
NH 3
Cl
Cl
Cl
Co
Co
Cl
Cl
(a)
(b)
46
20_449
N
N
Co
N
N
N
N
N
N
Mirror image
of Isomer I
N
N
N
Co
N
N
N
Isomer I
N
N
Co
N
Isomer II
N
47
20_461
dx2 - y2
E
E
dxy
dz2
Free metal ion
dz2
dxz
dyz
Complex
Free metal ion
dxz
dyz
dxy
dx 2 - y 2
Complex
x
M
M
z
y
(a)
(b)
48
49

Metale przejściowe

Transkrypt

Podobne dokumenty

Save to PDF

Noc Żywych Trupów - Wydawnictwo Gramel

Thexpan - Solcraft Sp. z oo

Ref. A342737..H

Bezpieczeństwo funkcjonalne maszyn