Теория Вернера и современные концепции

В мире химии координационные соединения занимают значительное место из-за их сложности и полезности. Швейцарский химик Альфред Вернер предложил революционную теорию в начале 20 века, которая заложила основу современной координационной химии. Эта теория важна для понимания того, как различные элементы могут образовывать сложные структуры. Изучение координационных соединений включает понимание того, как образуются молекулы, взаимодействуют и могут быть применены в различных областях, от промышленных приложений до биологических систем.

Теория координационных соединений Вернера

Альфред Вернер представил теорию в 1893 году, которая оспаривала существующие фундаментальные концепции валентности. Основная идея теории Вернера заключается в том, что поведение и структура координационных соединений не могут быть объяснены с использованием простой ионной или ковалентной связи. Рассмотрим внимательно ключевые аспекты теории Вернера:

Ключевые концепции

• Главная и вторичная валентность: Вернер предложил, что ионы металлов проявляют два типа валентности:
  • Главная валентность: Это степень окисления иона металла, которая дополняется ионами с зарядом (положительным или отрицательным). Например, главная валентность Cr в CrCl 3 равна +3.
  • Вторичная валентность: Это координационное число металла и представляет количество атомов, непосредственно связанных с центральным ионом металла. Это обычно нейтральные молекулы или ионы, такие как NH 3 или Cl - соответственно.
• Координационное число: Координационное число равно количеству донорных атомов лигандов, связанных с центральным атомом. Во времена Вернера оно обычно было равно 4 или 6.
• Геометрия координационных соединений: Вернер предположил, что координационные соединения могут образовывать пространственные геометрии. Он выделил октаэдрические, тетраэдрические и квадратные планарные конфигурации.

Эксперименты Вернера

Давайте обсудим серию экспериментов, которые помогли Вернеру сформулировать свою теорию. Рассмотрим соединение CoCl 3 .6NH 3. Вернер предложил три разные формы для этого химического соединения: [Co(NH 3) 6]Cl 3, [CoCl(NH 3) 5]Cl 2 и [CoCl 2(NH 3) 4]Cl. Это показывает, что молекула может демонстрировать разные схемы с разным количеством координированных и анионных атомов хлора.

Когда эти соединения растворяли в воде, образовывалось разное количество ионов, которое Вернер измерил с помощью экспериментов по электропроводности. Это различие в количестве ионов поддерживает предложенные структуры.

Современные концепции координационной химии

Современная координационная химия значительно развилась с времен Вернера благодаря развитию квантовой механики и передовых аналитических техник. Вот некоторые современные концепции, основывающиеся на фундаменте Вернера:

Теория кристаллического поля (CFT)

Теория кристаллического поля предлагает простую модель для понимания взаимодействия ионов металлов с лигандами. Согласно CFT, электростатическое взаимодействие между лигандами и ионами металлов вызывает расщепление энергии d-орбиталей. Это расщепление приводит к:

• t _2g орбитали: более низкая энергия
• e _g орбитали: более высокая энергия

Разница в энергии между этими орбиталями влияет на свойства соединения, такие как его цвет и магнитное поведение.

Теория лиганда поля (LFT)

Теория лиганда поля объединяет аспекты CFT и теории молекулярных орбиталей (MOT) для более полного понимания координационных соединений. LFT предоставляет представление о связанности и электронной структуре, рассматривая, как разные лиганды могут влиять на гибридизацию и геометрию соединения.

Теория валентных связей (VBT)

Теория валентных связей включает концепцию гибридизации, где атомные орбитали ионов металлов смешиваются для образования гибридных орбиталей. Эти гибридные орбитали могут связываться с орбиталями лигандов, образуя координационные комплексы. Например, никель проходит sp 3 гибридизацию в комплексе [Ni(CN) 4] 2-.

Пример: координационные соединения в биологических системах

Координационные соединения не ограничиваются только промышленными приложениями. В биологических системах они играют важную роль. Например:

• Гемоглобин: Координационный комплекс с железом в гемоглобине помогает транспортировать кислород в крови.
• Хлорофилл: В центре молекулы хлорофилла находится ион магния, координированный с атомами азота.

Заключение

Теория Вернера заложила прочный фундамент, позволивший будущим исследователям и химикам изучать координационные соединения и находить их применения. Современные теории, такие как теория кристаллического поля и теория лиганда поля, расширили наше понимание и приложения. Таким образом, координационная химия остается важной областью, связывающей различные химические концепции и предлагающей разнообразные практические приложения.

Комментарии