Комплексна (електронейтральна) молекула

Блок інформації

Комплексними сполуками називають стійкі хімічні сполуки, що містять центральний йон (атом) і молекули або йони (ліганди), що його оточують. Комплексоутворювачем майже завжди є катіон металу, а лігандами найчастіше молекули NH3, H2O та аніони CN-, NO2-, OH- та інші. Число лігандів, що утримуються комплексоутворювачем, називається координаційним числом. Комплексоутворювач разом з лігандами утворює внутрішню сферу комплекса (комплексний йон), заключається в квадратні скобки. Йони, що входять до складу комплексної солі і утримуються комплексним йоном – зовнішня сфера комплексу.

Добування КС:Комплексні сполуки найчастіше утворюються сполученням середніх солей в більш складні системи – реакція комплексоутворення: Fe(CN)2 + 4KCN → K4[Fe(CN)6]

Дисоціація КС: Наприклад: первинна дисоціація: K4[Fe(CN)6] дисоціює у водному розчині на катіон калію та комплексний аніон: K4[Fe(CN)6] ↔ 4K+ + [Fe(CN)6]4-

Комплексні іони можуть бути як позитивно зарядженими (катіонами)-катіонні комплекси, так і негативно (аніонами) – аніоннікомплекси.

Класифікація комплексних сполук:1) За зарядом внутрішньої сфери: - Катіонні комплекси: роль лігандів виконують нейтральні молекули(H 2O, NH 3 та ін.) [(Zn (Н2О) 4] Cl 2 - тетракванцинк хлорид , [Co (NH 3) 6] (NО3) 2 - гексааммінкобальт (II) нітрат - Аніонні комплекси: лігандами є кислотні залишки: K 2 [BeCl 4] – калій тетрахлороберіллат (II)
Li [Al(NO2)4] – літій тетранітроалюмінат
K 3 [Fe(CN)6]- калій гексаціаноферрат (III) - Електронейтральні комплекси, у яких абсолютна величина заряду комплексоутворювача і лігандів однакові: [Ni (CO)4] - тетракарбонілнікель
[Pt (NH3)2Cl 2] - діхлородіаммінплатіна (II)

2) За природою лігандів: - Аквакомплекси – ліганди - молекули H2O. [Al(H2O)6]Cl3, [Cr(H2O)6](NO3)3. - Гидроксокомплекси– це комплексні сполуки, в яких лігандами є гідроксид –іони OH. Na[Al(OH)4], Ba[Zn(OH)4]. - Аміакати– це комплексні катіони, в яких лігандами є молекули амоніаку NH3. [Cu(NH3)4]SO4, [Ag(NH3)2]Cl. -Ацидокомплекси– це комплексні аніони, в яких лігандами є аніони неорганічних та органічних кислот (кислотні залишки). K3[Al(C2O4)3], Na2[Zn(CN)4], K4[Fe(CN)6]. - Змішані– містять ліганди різних класів: K[Al(OH)4(H2O)2], Na2[Pt(CN)4Br2]

Номенклатура. Комплексні (координаційні) сполуки називають за систематичною номенклатурою за певними правилами. Ці назви утворюються так: Число лігандів (найчастіше) : 2 – «ди», 4 – «тетра», 6 – «гекса» Назви лігандів: Cl- - хлоро - ; F- - флуоро -; CN- - ціано -; NO2- - нітро - ; OH- -гідроксо-; SCN- - тіоціанато- ; NH30 – амін- ; H2O0 – аква- ; СО0 – карбоніл.

Комплексний катіон

Число лігандів Їхня назва Назва комплексоутворювача Зовнішня сфера

Комплексний аніон

Зовнішня сфера Число лігандів Їхня назва Назва комплесоутворювача + - ат

Комплексна (електронейтральна) молекула

Число лігандів Їхня назва Назва комплексоутворювача у називному відмінку

 

КС з комплексним катіоном (катіонні) КС з комплексним аніоном (аніонні) Електронейтральні КС
[Ag(NH3)2]Cl Діамінаргентум хлорид K3[Fe(CN)6] Калій гексаціаноферат(III) Fe(CO)5 Пентакарбоніл феруму
[Cu(NH3)4](OH)2 Тетраамінкупрум(II) гідроксид Na3[Al(OH)6] Натрій гексагідроксоалюмінат  
[Hg(NH3)4]Cl2 Тетраамінмеркурій II) хлорид Na3[Co(NO2)6] Натрій гексанітрокобальтат(III)  

 

Завдання для позаудиторної самостійної роботи:

Дати письмові відповіді на запитання:

1. Дати визначення комплексним сполукам (КС). 2. Назвати біологічно важливі біокомплекси, що містяться в живих організмах, вказати центральні атоми (йони). 3. Вкажіть будову КС: Na2[Zn(CN)4]. 4. Вкажіть використання КС в медицині.

Зміст і методика проведення аудиторного заняття

План проведення заняття

1. Назвати складові частини комплексних сполук: Na[Al(OH)4], [Ag(NH3)2]Cl. 2. Обчислити заряди комплексних йонів, утворених атомами: Феруму(ІІ), Ніколю(ІІ): [Al(H2O)6 [Fe(CN)5NH3], [Nі(CNS)6], якщо ліганди CN,CNS мають заряд -1, а молекули амоніаку електронейтральні, тобто заряд – 0. 3. Для комплексної сполуки [Ag(NH3)2]OH вкажіть: комплексоутворювач і його ступінь окиснення. 4. Дайте назви комплексним сполукам: [Cu(NH3)4]SO4, K2[HgI4]. Напишіть рівняння первинної дисоціації.
5. Гемоглобін є комплексною сполукою Феруму (ІІ). До якого типу комплексних сполук він належить? а) катіонних комплексів б) аквакомплексів в) хелатних комплексів г) аміакатів

Еталони рішення завдань.1. Пояснити складові частини комплексної сполуки,назвати КС: [Cu(NH3)4] SO4 Рішення: Іон Cu2+ – центральний атом. Ліганди – молекули амоніаку NH3. Координаційне число n =4. Зовнішня сфера – сульфат-іон SO42– ; тетраамінкупрум(ІІ) сульфат 2. Визначити заряд комплексного іону в сполуці [Cо(NH3)5СІ]СІ2, якщо Со3+ : Рішення: (+3)+(0⋅5)+(-1· 1)= +2 3. Визначити заряд комплексоутворювача в сполуці К[Pt NH3 Сl5]: Рішення : К+[Pt NH3 Сl5]- : Х + (0 · 1) (-1 · 5) = -1 Х=4; Pt4+ 4.Назвати комплексну сполуку [Cr(H2O)6]Cl3: Рішення: гексааквахром(III) хлорид. 5. Назвати комплексну сполуку Na3 [FeF6]: Рішення: натрій гексафлуороферрат(III). 6. Написати рівняння первинної дисоціації комплексної сполуки K4 [Fe(CN)6] : Рішення: K4 [Fe(CN)6] ↔ 4K+ + [Fe(CN)6]4–

 

Самостійна робота: Дати відповіді на тестові завдання з теми «Комплексні сполуки»

 

 

Практична робота № 2

Тема: «Окисно-відновні процеси в біосистемах»

Актуальність теми.Окисно-відновні реакції є основою життєдіяльності, оскільки з ними пов’язані дихання та обмін речовин в організмі, гниття та бродіння органічних сполук, засвоєння вуглекислого газу зеленим листям рослин. Тому розуміння принципу протікання зазначених реакцій для медичного спеціаліста сприяє формуванню загального уявлення про фізіологічні процеси, що супроводжуються перетворенням енергії в живій природі, зокрема, окиснення жирів та вуглеводів, що потрапляють в організм людини при вживанні їжі. Самостійна позааудиторна робота студентів Засвоїти матеріал навчальної програми:поняття електронегативності;правила визначення ступенів окиснення елементів у сполуках; найпоширеніші окисники, відновники; сутність методу електронного балансу.

Блок інформації
 

Окисно-відновні реакції – це реакції, які перебігають із зміною ступені окислення атомів, що входять до складу молекул реагуючих речовин. Або: це взаємодія між окисником і відновником, яка призводить до утворення нового окисника і відновника. Ступінь окислення – умовний заряд атома в молекулі вичислений, виходячи із пропозиції, що молекула електронейтральна і складається із іонів. Електронегативність – це здатність атома відтягувати на себе загальну електронну густину і набувати негативний заряд. Процес окиснення – це віддача електронів атомом, молекулою або іоном. Процес відновлення – це процес приєднання електронів атомом, молекулою або іоном. Окисники – це речовини, що володіють яскраво вираженою властивістю приєднувати електрони. Відновники – це речовини здатні віддати електрони. Окиснення і відновлення - дві протилежні сторони одного окисно-відновного процесу. Кількість електронів, які приймає окисник, дорівнює кількості електронів, які віддає відновник, - існує електронний баланс. Методом електронного балансу добирають коефіцієнти в окисно-відновних реакціях.

Завдання для позаудиторної самостійної роботи:

Дати письмові відповіді на запитання:

1. Дати визначення поняття «ступінь окиснення». Розрахуйте ступені окиснення елементів у наведених прикладах: RO; R2O3; RO2;R(OH)2; R(OH)3;HNO2 ;HNO3; FeCl3; Ca(NO3)22.У наведених схемах переходу електронів вкажіть процеси окиснення і відновлення, окисник і відновник: 1. Fe0 - 3e → Fe +3 2. Fe+3 +3e → Fe0 3. Fe+3 +1e → Fe+2 Наприклад:Fe0 -3e→ Fe+3 процес окиснення; Fe0 – відновник; Fe+3 +3e→ Fe0 – процес відновлення; Fe+3 – окисник
4. Як змінюється ступінь окиснення елемента в результаті: а) приєднання електронів; б) віддавання електронів?

Еталон розв’язку:

Для визначення ступеня окиснення необхідно знати:

1. Оксиген завжди, виявляє ступінь окислення -2, крім сполуки F2 -1 O+2; де у Оксигену ступінь окиснення +2 тобто Оксиген менше електронегативний, ніж Флуор. 2. У пероксидах Н+120-12 Оксиген має ступінь окислення -1. 3. Гідроген завжди виявляє ступінь окислення +1, крім сполук Гідроген з активними металами (клас гідридів Na+1 H-1; Ca+2 H2-1). 4. Метали І групи головної підгрупи у таблиці Менделєєва завжди мають ступінь окиснення +1. Метали ІІ групи головної підгрупи – мають ступінь окиснення +2. Метали ІІІ групи головної підгрупи – мають ступінь окислення +3.

Оксиди: R2O-2 на два атоми металу (R) припадає два позитивних заряди, а на один атом (+2) : 2 = (+1) тоді – R2+1 О-2.

Основи: так як група ОН завжди має заряд -1, то елемент буде мати стільки позитивних зарядів, скільки в складі молекул є груп (ОН)-1; R+1(ОН)-1; R+2(ОН)2-1; R+3(ОН)3-

Кислоти: кислотний залишок в цілому буде мати стільки негативних зарядів, скільки у складі кислоти буде атомів Гідрогену: Н+1(NO3)-1; H2+1(SO4)-2; H3+1(PO4)-3 і т. д. Для розрахунку ступеня окиснення утворюючого елемента в кислоті необхідно пам'ятати, що Гідроген має ступінь окислення (+1), а Оксиген – (-2). H2+1 SO4-2 H+1= (+1)·2 ат = (+2) зарядів; О-2=(-2)·4 ат = -8 зарядів Отже всього позитивних зарядів повинно бути також 8, на Гідроген припадає тільки 2 позитивних заряди. Рахуємо різницю: (-8) – (+2) = (-6) міняємо знак на протилежний і отримуємо (+6), значить ступінь окиснення Сульфуру дорівнює (+6). Перевіряємо Н2+1 S+6 O4-2 (+1)·2 ат. = (+2) + (+6) = (+8); (-2)·4 = (-8) зарядів. Кількість позитивних зарядів (+8) рівна кількості негативних зарядів (-8) Солі: у солях ступінь окиснення кислотного залишку завжди така, як у кислоті. Умова така ж сама: кількість позитивних зарядів дорівнює кількості негативних зарядів, молекула електронейтральна, тобто заряд молекули дорівнює нулю. Розрахуємо ступінь окиснення алюмінія в солі Al2(SO4)3. Кислотний залишок SO4 має заряд (-2), таких залишків три, (-2)·3 иона = (-6). Негативних зарядів шість, значить позитивних зарядів також шість. Загальний позитивний заряд потрібно розділити на кількість атомів алюмінія. (+6) : 2 ат. = (+3) Al2+3(SO4)3-2

Процес віддачі електронів (ступінь окиснення збільшується) називаєтьсяокисненням:   Fe2+ - e- → Fe3+ Cr3+ - 3e- → Cr6+
Процес приєднання електронів (ступінь окиснення зменшується) називаєтьсявідновленням: Fe3+ + e- → Fe2+ Cr6+ + 3e- → Cr3+
Елемент (йон), що віддає електрони, називається відновником: Fe2+ Cr3+ в і д н о в н и к и
Елемент (йон), приймає електрони, називається окисником: Fe 3+ Cr 6+ о к и с н и к и

 

Зміст і методика проведення аудиторного заняття

План проведення заняття

Задача 1.Розрахуйте ступені окиснення елементів у наведених прикладахR2O5; RO3; R2O7; H3PO4; HCIO; HCIO2; HCIO3;

Задача 2.Виходячи із електронної теорії ОВР у наведених схемах переходу електронів вкажіть, процеси окиснення і відновлення, окисник і відновник. 1. S+6 +6e →S0 2. Cr+3 -3e→Cr+6 3. Mn+7 +5e→ Mn+2

Задача 3.Укажіть, які з перелічених нижче сполук можуть проявити а) тільки відновні властивості; б) тільки окисні властивості; в) і окисні, і відновні. Відповідь обґрунтуйте. HNO3 ; Na; Н2SO4 ; H2S ; H2O2 ; KI ; Na2SO3 ; H2 ; Cl2 .

Окисниками можуть бути, насамперед, сполуки вищих, а відновниками нижчих ступенів окиснення, властивих певному елементу. Якщо елемент перебуває у проміжному ступені окиснення, то його атоми або йони можуть, залежно від умов, віддавати або приймати електрони. Наприклад, Манган – знаходиться в VII групі періодичної системи, найвищий ступінь окиснення – 7+ (тільки окисник), найнижчий – 0 (тільки відновник).

Mn Тільки відновник Mn0 – 2e- → Mn2+
MnO 2+ Відновник Mn2+ - 4e- → Mn6+
MnO2 4+ Окисник і відновник Mn4+ + 2e- → Mn2+ Mn4+ - 3e- → Mn7+
K2MnO4 6+ Окисник і відновник Mn6+ + 4e- → Mn2+ Mn6+ - e- → Mn7+
KMnO4 7+ Тільки окисник Mn7+ + 5e- → Mn2+ рН < 7 Mn7+ + e- → Mn6+ рН > 7 Mn7+ + 3e- → Mn4+ рН = 7

Задача 4. Методом електронного балансу підберіть коефіцієнти у наступному рівнянні ОВР. Вкажіть окисник, відновник. HI + FeCl3 → I2 + FeCl2 + HСl Еталон розв’язку: 1. Проставляємо ступені окиснення елементів і виявляємо ті елементи які змінюють ступень окиснення. H+ I- + Fe+3 Cl3- → I2 0 + Fe+2 Cl2 - + H+ Сl- 2. Визначимо елементи, у яких змінилась ступінь окислення – Ферум та Іод. 3. Виразимо даний процес електронними рівняннями : 1. Відновник 2І- - 2е = І20 1 процес окиснення 2. Окисник Fe+3 + e = Fe+2 2 процес відновлення 4. Справа від електронних рівнянь проводимо лінію і проставляємо коефіцієнти, відповідаючи числу електронів, відданих відновником і прийнятих окисником. 5. Розставляємо коефіцієнти у схемі реакції: 2HI + 2FeCl3→ I2 + FeCl2 + HCl 6. Урівнюємо число атомів всіх елементів у лівій і правій частині рівняння реакції записуємо рівняння реакції в молекулярній формі: 2HI + 2FeCl3→ I2 +2FeCl2 + 2HCl

Завдання для самостійної роботи.

1.Вкажіть, яка із наведених реакцій відноситься до окисно-відновних: А. Na2CO3 + 2HCl = 2 NaCl + H2O + CO2 В. H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 +H2O С. Al2S3 +6H2O = 2Al(OH)3 +3H2S D. Zn +H2SO4 = ZnSO4 +H2 E. SO3 + H2O = H2SO4

2.Вкажіть, в якій із приведених сполук міститься елемент у найвищій для нього ступені окиснення: A. MnO2 B. KClO4 C. CrCl3 D. FeCl2 E. K2MnO4

3. Визначте, який із елементів може виявляти в сполуках ступінь окиснення +6: A. Al B. K C. H D. S E. Ca

4. Виберіть формули сполук, у яких Сульфур може виявляти як окисні, так і відновні властивості: А. S В. Н2S С. Н2SO4 D. Н2SO3 Е. SO3 F. SO2.

5. Визначте ступені окиснення елементів у вказаних сполуках:

А. Mn(NO3)2 ; PbO2 В. K2[FeCl4]; MnCl2 С. Pb(NO3)2 ; H2SO3 D. CuSO4 ; [Zn (NH3)4]Cl2

6. Із наведених речовин C, Fe, К24, NH3, NO2, КCl, NaNO3, K2MnO4 визначте сполуки, що виявляють: а) тільки окисні властивості; б) тільки відновні властивості; в) можуть проявляти подвійний характер?

7. Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння, використовуючи метод електронного балансу:

А. Р + O2 → Р2O5; В. Р + КСlOз → Р2O5 + KCl; С. S + КСlO3 → KCl + SO2

 

 

Практична робота № 3

Тема: «Біогенні s-елементи»

Актуальність теми: Значна кількість різноманітних хімічних речовин (ліки, харчові добавки, продукти забруднення навколишнього середовища) потрапляють в організм людини. Дія цих речовин, до складу яких входять різні елементи на перебіг тих чи інших процесів у хворому й здоровому організмі неоднозначна. Вивчення ролі різних елементів та їхніх сполук має велике значення для подальшого розвитку організму.

Самостійна позааудиторна робота студентів

Засвоїти матеріал навчальної програмиЗагальні відомості про біогенні елементи. Якісний та кількісний вміст біогенних елементів в організмі людини.Макро-, мікроелементи . Органогени.Вчення В. Вернадського про біосферу та роль живої речовини (живих організмів). Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в довкіллі.Електронна структура s- елементів. Типові хімічні властивості s- та їх сполук.

Блок інформації

Періодичний закон і періодична система елементів є науковою основою для вивчення фізико-хімічних властивостей елементів. З неї видно, що елементи-органогени та всі біоелементи, крім Молібдену, розміщені у І – ІV періодах. Тому можна констатувати, що елементи з великими атомними масами та радіусом атома не входять до складу живих систем. Засновникам біонеорганчної хімії В.Вернадському, А. Віноградову та іншим вперше вдалося пов΄язати біологічну роль і фізіологічні властивості хімічних елементів з розміщенням їх у періодичній системі. До цих параметрів належить:

· Заряд ядра; атомна маса. Доведено, що зі збільшенням заряду ядра атомів та атомної маси збільшується токсичність хімічних елементів.

· Електронегативність. Біоелементи, що характеризуються крайніми значеннями електронегативності, існують у живих організмах тільки у вигляді йонів – s-елементи у вигляді катіонів, а р-елементи – у формі аніонів.

· Електронна конфігурація – розподіл електронів навколо ядра на енергетичних рівнях та підрівнях, що пояснює валентні можливості елемента, його металічні і неметалічні властивості.

Біогенні s –елементи – це елементи, в атомах яких заповнюється s-підрівень: Na, K, Ca, Mg. . Атоми цих біогенних елементів мають на зовнішньому шарі по одному (елементи I групи – Na, K) або по два електрони (елементи II групи Ca, Mg). Наприклад, електронна конфігурація атому Na 1s22s22p63s1,йону Натрія1s22s22p63s0
Значення s –елементів для організму дуже велике. Вони беруть участь у створенні буферних систем організму, забезпеченні необхідного осмотичного тиску, виникненні мембранних потенціалів, передаванні нервових імпульсів (Na, K), структуроутворенні ( Ca Mg).

Найхарактернішою ознакою металів головних підгруп I та II групи є їх висока хімічна активність, особливо в реакціях відновлення.

s-елементи застосовуються як фармакопейні препарати:

NaCl - для приготування ізотонічного розчину та інших сольових плазмозамінників;
NaHCO3 (натрій гідрогенкарбонат, або питна сода) застосовують при підвищеній кислотності шлункового соку, виразковій хворобі шлунка та дванадцятипалої кишки; як відхаркуючий засіб; для полоскання носа, порожнини рота.

NaBr (натрій бромід) використовують як заспокійливий засіб NaI (натрій йодид) – для компенсації нестачі йоду в організмі

KCl (калій хлорид) вводять в організм при гіпокаліємії, що виникає внаслідок приймання діуретиків; використовують як антиаритмічний засіб

MgSO4 · 7H2O (англійська сіль) – послаблюючий засіб;

Солі Магнію використовують для гальмування нервової системи (у великих дозах може зумовити наркотичний стан); при гіпертонічній хворобі; при епілепсії та атеросклерозі.
CaCl2 – при посиленому виведенні Ca2+ з організму, при алергічних захворюваннях, як засіб, що зменшує проникність судин, як кровоспинний засіб, як антидот при отруєнні солями магнію; CaSO4·2Н2О (гіпс) – біло – сірий порошок, який при змішуванні з водою швидко твердне. На цій властивості ґрунтується його застосування в медицині для гіпсових пов΄язок при переломах кісток.

Завдання для самостійної позааудиторної роботи студентів.

Дати письмові відповіді на запитання

1.Дати визначення біогенним елементам. 2. Вказатибіогенні елементи-органогени, макро -, мікроелементи їх біологічні функції.

3.Що таке s- елементи, навести приклади будови атому Кальцію.

4. Вказати окисно-відновні властивості s- елементів.

5.Заповнити таблицю для s- Na, K, Ca, Mg елементів:

 

Елемент, вміст в організмі Біологічна роль Лікарські препарати


Зміст і методика проведення аудиторного заняття

План заняття

Дати відповіді на питання та виконати завдання:

1.Що таке біогенні елементи та які вчені є засновниками біонеорганічної хімії?

 

2. Скільки хімічних біоелементів нині виявлено в організмі і за якими принципами їх систематизують? Укажіть їх розміщення в періодичній системі елементів.

 

3. Перелічіть елементи-орнаогени, макро- та мікроелементи, вкажіть їх біологічну роль.

 

4. Назвіть основні фізико-хімічні параметри, що пов΄язують хімічні й біологічні властивості елементів з їх розміщенням у періодичній системі.

 

5. Як систематизують хімічні елементи за будовою електронних оболонок атомів?

 

6. Що таке s-елементи, навести приклади будови атомів, йонів Калію, Магнію.

7. Чому s-елементи виявляють відновні властивості?

8. Біогенні s - елементи: вміст в організмі, біологічна роль, лікарські препарати на їх основі.

Практична робота № 4

Тема: «Біогенні р- елементи»

Актуальність теми: :р-елементи відіграють важливу роль у життєдіяльності людини. П’ять р-елементів (C, O, N, P, S) відносяться до органогенів, що відіграють в організмі роль пластичного матеріалу, а Clстворює фізико-хімічні умови для протікання фізіологічних процесів (рН середовище, осмотичний тиск і т.п.). Інші є важливими мікроелементами (B, Al, F, I, інші). Сполуки більшості р-елементів проявляють біологічну активність і застосовуються в медицині як лікарські препарати.

Самостійна позааудиторна робота студентів

Засвоїти матеріал навчальної програмиЕлектронна структура р- елементів. Електронегативність р - елементів.Типові хімічні властивості р - елементів та їх сполук. Біогенна роль та медичне застосування.

Блок інформації

Біогенні р – елементи – це елементи, в атомах яких заповнюється р – підрівень. До них належать майже всі елементи- органогени.

Основні представники р-елементів – це неметали. Атоми неметалів мають на зовнішньому енергетичному рівні три електрони і більше . Електронна конфігурація атома Алюмінію Al0 1s22s22p63s23p1, йона Al3+1s22s22p63s03p0 Будова атома Фосфору: P0 1s22s22p63s23p3 , йона Р3- 1s22s22p63s23p6 Атом Хлору: Cl0 1s22s22p63s23p5 , йон Cl- 1s22s22p63s23p6 Тому атоми неметалів приєднують електрони для завершення зовнішнього енергетичного рівня (електронегативні). Тобто, атоми неметалів є ОКИСНИКАМИ.