【精品】-第二章 配合物及结构及异构现象精品ppt课件.ppt
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1、2012-第二章 配合物及结构及异构现象1-1 配位数与配位多面体配位数与配位多面体 Werner曾对配合物的立体结构和异构现象作了大曾对配合物的立体结构和异构现象作了大量研究工作,随着各种现代结构测定方法的建立,配合量研究工作,随着各种现代结构测定方法的建立,配合物的结构和异构现象更成为配位化学的重要方面。物的结构和异构现象更成为配位化学的重要方面。配位多面体:配位多面体:把围绕中心原子的配位原子看作点,以线把围绕中心原子的配位原子看作点,以线 按一定的方式连接各点就得到配位多面体。按一定的方式连接各点就得到配位多面体。用来描述中心离子的配位环境。用来描述中心离子的配位环境。1-2 配合物的
2、异构现象配合物的异构现象第二章第二章 1-1 配位数与配位多面体配位数与配位多面体 早在早在1893年维尔纳(瑞士)建立配位理论时,年维尔纳(瑞士)建立配位理论时,就已经提出了使中心离子周围配体之间的静电斥力就已经提出了使中心离子周围配体之间的静电斥力最小,配合物最稳定,即配体间应尽力远离,从而最小,配合物最稳定,即配体间应尽力远离,从而采取对称性分布,而实际测定结构的结果证实了这采取对称性分布,而实际测定结构的结果证实了这种设想。种设想。配合物的配位数与其空间结构有一定的联系,配合物的配位数与其空间结构有一定的联系,但配位数相同时,由于配体的不同,与中心离子的但配位数相同时,由于配体的不同,
3、与中心离子的作用不同,而空间结构也会不同。作用不同,而空间结构也会不同。配合物的配合物的配位数与配位数与几何构形几何构形v 配位数配位数2(Dh点群)点群)直线型直线型v 配位数配位数3(D3h)三角形三角形 v 配位数配位数4(D4h,Td)四面体构型和四面体构型和平面正方形平面正方形v 配位数配位数5(D3h,T4v)主要为三角双锥和四方锥主要为三角双锥和四方锥v 配位数配位数6(Oh,D4h,D3h,D3d,D2h)主要为八面体主要为八面体 v 配位数配位数8(D4d,D2d)四方反棱柱和十二面体四方反棱柱和十二面体一、配位数一、配位数2 一般为直线型结构,如:一般为直线型结构,如:H3
4、NAgNH3 大多限于大多限于Cu(I)、Ag(I)、Au(I)和和Hg(II)的配合物的配合物(中心原子的电子组态:中心原子的电子组态:d10)。如:如:Cu(NH3)2+,CuCl2 ,Ag(NH3)2+,AgCl2,Au(CN)2,HgCl2,HgX2 AgSCN晶体晶体二、二、配位数配位数3一般为等边三角形结构。一般为等边三角形结构。KCu(CN)2如:如:HgI3-、Pt(PPh3)3 化学式为化学式为 ML3 化合物并不一定都是三配位化合物并不一定都是三配位.如如 AlCl3、AuCl3为四配位为四配位(确切的分子式为确切的分子式为Au2Cl6);CrCl3为层状结构为层状结构,是
5、六配位的;是六配位的;已经确认的如已经确认的如 KCu(CN)2,它是一个聚合的阴离子它是一个聚合的阴离子,其中每个其中每个Cu(I)原子与两个原子与两个C原子和一个原子和一个N原子键合。原子键合。三、配位数三、配位数4 (D4h和和Td 点群)点群)1.1.四面体构型四面体构型 Td AlF4-(d0),SnCl4(d0),TiBr4(d0),FeCl4-(d5),ZnCl42-(d10),Zn(NH3)42+,VCl4(d1),FeCl42-(d6),CoCl42-(d7),NiCl42-(d8),Ni(CO)4(d10)一一般般非非过过渡渡元元素素的的四四配配位位化化合合物物都都是是四四
6、面面体体构构型型。这这是是因因为为采采取取四四面面体体空空间间排排列列,配配体体间间能能尽尽量量远远离离,静静电电排排斥斥作作用用最最小小能能量量最最低低。但但当当除除了了用用于于成成键键的的四四对对电电子子外外,还还多多余余两两对对电电子子时时,也也能能形形成成平平面面正正方方形形构构型型,此此时时,两两对对电电子子分分别别位位于于平平面面的的上上下下方方,如如XeF4就是这样。就是这样。Ni(CN)42-(d8),PdCl42-(d8),Pt(NH3)42+(d8),Cu(NH3)42+(d9)2.平面正方形构型平面正方形构型 D4h 一一般般地地,当当4个个配配体体与与不不含含有有d8电
7、电子子构构型型的的过过渡渡金金属离子或原子配位时可形成四面体构型配合物。属离子或原子配位时可形成四面体构型配合物。而而d8组组态态的的过过渡渡金金属属离离子子或或原原子子一一般般是是形形成成平平面面正正方方形形配配合合物物,但但具具有有d8组组态态的的金金属属若若因因原原子子太太小小,或或配配位位体体原原子子太太大大,以以致致不不可可能能形形成成平平面面正正方方形形时时,也也可可能能形形成四面体的构型。成四面体的构型。过过渡渡金金属属的的四四配配位位化化合合物物既既有有四四面面体体形形,也也有有平平面面正正方方形形,究竟采用哪种构型需考虑下列两种因素的影响。究竟采用哪种构型需考虑下列两种因素的
8、影响。(1)配体之间的相互静电排斥作用。配体之间的相互静电排斥作用。(2)配位场稳定化能的影响。配位场稳定化能的影响。四、配位数四、配位数5 (D3h和和C4v 点群)点群)Fe(CO)5BiF5C4vD3h 如:如:CuCl53-、CdCl53-如:如:VO(acac)2、InCl52-五五配配位位有有两两种种基基本本构构型型,三三角角双双锥锥和和四四方方锥锥,当当然然还还存存在在变变形形的的三三角角双双锥锥和和变变形形的的四四方方锥锥构构型型,它它们分别属于们分别属于D3h和和C4v对称群。对称群。D3h C4v 应应当当指指出出,虽虽然然有有相相当当数数目目的的配配位位数数为为5的的分分
9、子子已已被被确确证证,但但呈呈现现这这种种奇奇配配位位数数的的化化合合物物要要比比配配位位数数为为4和和6的化合物要少得多。的化合物要少得多。如如PCl5,在在气气相相中中是是以以三三角角双双锥锥的的形形式式存存在在,但但在在固固态态中中则则是是以以四四面面体体的的PCl4离离子子和和八八面面体体的的PCl6离离子子存存在在的的。因因此此,在在根根据据化化学学式式写写出出空空间间构构型型时时,要了解实验测定的结果,以免判断失误。要了解实验测定的结果,以免判断失误。这这两两种种构构型型易易于于互互相相转转化化,热热 力力 学学 稳稳 定定 性性 相相 近近,例例 如如 在在Ni(CN)53的的结
10、结晶晶化化合合物物中中,两两种种构构型型共共存存。这这是是两两种种构构型型具具有有相相近能量的有力证明。近能量的有力证明。五、配位数五、配位数6 (Oh点群)点群)八面体八面体Oh三棱柱三棱柱 D3h 如:如:Co(NH3)63+、Fe(CN)64-如:如:Re(S2C2Ph2)3 少数具有三棱柱构型。少数具有三棱柱构型。对于过渡金属对于过渡金属,这是最普遍且最重要的配位数。这是最普遍且最重要的配位数。其几何构型通常是相当于其几何构型通常是相当于6个配位原子占据八面体或个配位原子占据八面体或变形八面体的角顶。变形八面体的角顶。八八面面体体变变形形的的一一种种最最普普通通的的形形式式是是四四方方
11、形形畸畸变变,包包括括八八面面体体沿沿一一个个四四重重轴轴压压缩缩或或者拉长的两种变体。者拉长的两种变体。四方形畸变四方形畸变 变形的另一种型式是三方变形的另一种型式是三方形畸变形畸变,它包括八面体沿三重它包括八面体沿三重对称轴的缩短或伸长对称轴的缩短或伸长,形成三形成三方反棱柱体。方反棱柱体。三方形畸变三方形畸变(a),(b),D4h沿沿四重轴四重轴拉长或压扁拉长或压扁(c)D2h,沿沿二重轴二重轴(d)D3d,沿,沿三重轴三重轴 一种非常罕见的六配位配合物是具有三棱一种非常罕见的六配位配合物是具有三棱柱的几何构型柱的几何构型,因为在三棱柱构型中配位原子因为在三棱柱构型中配位原子间的排斥力比
12、在三方反棱柱构型中要大。如果间的排斥力比在三方反棱柱构型中要大。如果将一个三角面相对于相对的三角面旋转将一个三角面相对于相对的三角面旋转60,就就可将三棱柱变成三方反棱柱的构型。可将三棱柱变成三方反棱柱的构型。D3h 点群点群六、配位数六、配位数7 五角双锥构型,如五角双锥构型,如 ZrF73-、HfF73-五角双锥五角双锥 单帽八面体单帽八面体 单帽三角棱柱体单帽三角棱柱体 两种两种4 3的形式的形式 (帽在八面体的帽在八面体的 (帽在三棱柱的帽在三棱柱的 (正方形三角形帽结构投影正方形三角形帽结构投影)一个三角面上一个三角面上)矩形面上矩形面上)大多数过渡金属都能形成七配位的化合物大多数过
13、渡金属都能形成七配位的化合物,其立其立体化学比较复杂体化学比较复杂,已发现七配位化合物有下面几种构已发现七配位化合物有下面几种构型型,但最常见的是前三种。但最常见的是前三种。可以发现:可以发现:中中心心离离子子周周围围的的7个个配配位位原原子子所所构构成成的的几几何何体体远远比其它配位形式所构成的几何体比其它配位形式所构成的几何体对称性要差得多。对称性要差得多。这这些些低低对对称称性性结结构构要要比比其其它它几几何何体体更更易易发发生生畸畸变变,在溶液中极易发生分子内重排。在溶液中极易发生分子内重排。含含7个个相相同同单单齿齿配配体体的的配配合合物物数数量量极极少少,含含有有两两个个或或两两个
14、个以以上上不不同同配配位位原原子子所所组组成成的的七七配配位位配配合合物物更更趋稳定趋稳定,结果又加剧了配位多面体的畸变。结果又加剧了配位多面体的畸变。七、配位数七、配位数8 四方反棱柱四方反棱柱 D4d,如如 TaF83-、Sr(H2O)82+十二面体十二面体 D2d,如如 Co(NO3)42-Na3Mo(CN)88H2O 中中 Mo(CN)83 为为 D4d N(n-C4H9)3Mo(CN)8 中中 Mo(CN)8 3 为为 D2d四方反棱柱四方反棱柱十二面体十二面体 八配位的几何构型有五种基本方式:八配位的几何构型有五种基本方式:其中最常的是四方反棱柱体和十二面体。其中最常的是四方反棱柱
15、体和十二面体。四方反棱柱体四方反棱柱体 十二面体十二面体 立方体立方体 双帽三角棱柱体双帽三角棱柱体 六角双锥六角双锥八、高配位数的配合物八、高配位数的配合物 8配位和配位和8配位以上的配合物都是高配位化合物。配位以上的配合物都是高配位化合物。配位数大于配位数大于8的情况多出现在镧系及锕系金属配合物中。的情况多出现在镧系及锕系金属配合物中。CN=12 Ce(NO3)63 (NO3 为双齿配体为双齿配体)CN=8 Eu(dpm)3(py)2 (dpm 四四甲基庚二酮甲基庚二酮)双酮和稀土离子配位双酮和稀土离子配位Ce(NO3)62-一般而言一般而言,形成高配位化合物必须具备以下四个条件形成高配位
16、化合物必须具备以下四个条件:中中心心金金属属离离子子体体积积较较大大,而而配配体体要要小小,以以便便减减小小空间位阻空间位阻;中中心心金金属属离离子子的的d电电子子数数一一般般较较少少,一一方方面面可可获获得得较较多多的的配配位位场场稳稳定定化化能能,另另一一方方面面也也能能减减少少d电电子子与与配体电子间的相互排斥作用配体电子间的相互排斥作用;中心金属离子的氧化数较高中心金属离子的氧化数较高;配体电负性大配体电负性大,变形性小。变形性小。综综合合以以上上条条件件,高高配配位位的的配配合合物物,其其中中心心离离子子通通常常是是有有d0d2电电子子构构型型的的第第二二、三三过过渡渡系系列列的的离
17、离子子以以及及镧镧系、锕系元素离子系、锕系元素离子,而且它们的氧化态一般大于而且它们的氧化态一般大于3;而而常常见见的的配配体体主主要要是是F、O2、CN、NO3、NCS、H2O等。等。九配位九配位的理想几何构型是三帽三角棱柱体的理想几何构型是三帽三角棱柱体,即在三即在三角棱柱的三个矩形柱面中心的垂线上角棱柱的三个矩形柱面中心的垂线上,分别加上一个帽分别加上一个帽子;另外一种构型是单帽四方反棱柱体子;另外一种构型是单帽四方反棱柱体,帽子在矩形的帽子在矩形的上面。上面。三帽三角棱柱体三帽三角棱柱体 单帽四方反棱柱体单帽四方反棱柱体双帽四方反棱柱体双帽四方反棱柱体 双帽双帽12面体面体 配配位位数
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