Faculty of Science and Technology Rajamangala University of Technology Phra Nakhon

Dr.Woravith Chansuvarn

02-412-105 Analytical Chemistry

These subjects will be presented according to the curriculum of Analytical Chemistry (02-412-105) Faculty of Science and Technology, RMUTP

Basic of Complex Compound สารประกอบเชิงซ้อนเบือ้งต้น

iamworavith

สมดุลไอออนเชิงซ้อน

ไอออนเชิงซ้อน (complex ion) คือสารประกอบท่ีเกิดจากอะตอมหรือไอออนของโลหะถกูล้อมรอบด้วยลแิกนด์

เรียกสารประกอบท่ีเกิดขึน้วา่ สารประกอบเชิงซ้อน (complex compound)

สารประกอบเชิงซ้อนจะประกอบด้วยอะตอมหรือไอออนของโลหะท่ีอยูต่รงกลาง เรียกวา่ อะตอมกลาง (central atom) และโมเลกลุท่ีเป็นกลางหรือไอออนลบท่ีล้อมรอบอะตอมกลาง เรียกวา่ ลแิกนด์ (ligand)

2

[coordination sphere]

[Co(NH3)6]3+

3

ลิแกนด์

อะตอมกลาง

เลขโคออร์ดิเนชนั

ประจขุองอะตอมกลาง

[coordination sphere]

[Co(NH3)6Cl2] Cl

ลิแกนด์

อะตอมกลาง

เลขโคออร์ดิเนชนั

ไอออนดลุประจุ

เลขโคออร์ดเินชัน

ตวัเลขที่บอกจ านวนอะตอมที่สามารถสร้างพนัธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนซ์ หรือจ านวนอะตอมผู้ให้อิเลก็ตรอนท่ีอยูท่ัง้หมดในสารประกอบเชิงซ้อน

เลขโคออร์ดิเนชนั คือจ านวนลิแกนด์ที่มาสร้างพนัธะกบัอะตอมกลาง [Cu(H2O)4]2+, [Cu(NH3)4]2+ และ [CuCl4]2+

Cu2+ มีเลขโคออร์ดิเนชนัเทา่กบั 4 [FeF6]3-, [Fe(CN)6]3- และ [Fe(H2O)6]3+

Fe2+ มีเลขโคออร์ดิเนชนัเทา่กบั 6

4

ปฎิกิริยา Cu2+ + 4H2 O ------> Cu(H2O)4

5

พนัธะระหวา่ง Cu2+ และ H2O เกิดจากคูอ่ิเลก็ตรอนซึง่มาจาก H2O ทัง้คู ่ พนัธะนีเ้ป็น coordinate covalent bond

H2O เป็น ligand (หรือ coordinating agent)Cu(H2O)4 เป็น coordination compound หรือ complex ion และ coordination number คือ 4

Fe(H2O)63+

6

Fe : 1s22s22p63s23p63d64s2

Fe3+ : 1s22s22p63s23p63d5

อะตอมกลาง

7

ธาตแุทรนซิชนัท่ีเป็นอะตอมกลาง มีเลขออกซเิดชนัได้หลายคา่ สารประกอบท่ีเกิดจากอะตอมกลางชนิดเดียวกนัแตมี่เลขออกซเิดชนัตา่งกนั มีผลท าให้สีของสารประกอบนัน้แตกตา่งกนั

ลิแกนด์

ลแิกนด์ คืออะตอม หรือโมเลกลุที่เป็นกลาง (neutral molecule) หรือไอออนลบ (anion) ที่ล้อมรอบอะตอมกลาง ลิแกนด์ท าหน้าท่ีเป็นผู้ ให้คูอ่ิเลก็ตรอนแก่อะตอมกลางอย่างน้อย 1 คู่ เพื่อเกิดพนัธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนซ์

8

ลแิกนด์ท่ีให้คูอ่ิเล็กตรอน 1 คู่ เรียกวา่ โมโนเดนเทต (monodentate)ลแิกนด์ท่ีให้คูอ่ิเล็กตรอน 2 คู่ เรียกวา่ ไบเดนเทต (bidentate)ลิแกนด์ท่ีให้คูอ่ิเล็กตรอน 3 คู่ เรียกวา่ ไตรเดนเทต (tridentate)ลแิกนด์ท่ีให้คูอ่ิเล็กตรอน 4 คู่ เรียกวา่ เตตระเดนเทต (tetradentate)ลแิกนด์ท่ีให้คูอ่ิเล็กตรอน 6 คู่ เรียกวา่ เฮกซะเดนเทต (hexadentate)

อะตอมกลางที่เกิดสารเชิงซ้อนกบัลิแกนด์ที่มีหลายอิเลก็ตรอนคูโ่ดดเดี่ยว ซึง่ท าให้เกิดโครงสร้างเป็นวงแหวน เรียกวา่ สารประกอบแบบคีเลต (Chelate complex)

ชนิดลิแกนด์ที่สามารถท าให้เกิดสารประกอบแบบคีเลต เรียกวา่ Chelating agent

9

Monodentate ligand

ลิแกนด์ที่มีอิเลก็ตรอนอิสระ 1 คูภ่ายในโมเลกลุเดียวกนัเพื่อใช้ในการคีเลตกบัไอออนของโลหะ เช่น NH3, Cl-, H2O

10

Bidentate ligands

ลิแกนด์ที่มีอิเลก็ตรอนอิสระ 2 คูภ่ายในโมเลกลุเดียวกนัเพื่อใช้ในการคีเลตกบัไอออนของโลหะ

11

Cr(C2O4)33-

Ni(NH2CH2CH2NH2)32+

Tridentate ligands

ลิแกนด์ที่มีอิเลกตรอนอิสระ3 คู ่ ภายในโมเลกลุเดียวกนัเพื่อใช้ในการคีเลตกบัไอออนของโลหะ

12

Diethylenetriamine (dien)

Tetradentate (Quardridentate ligands)

ลิแกนด์ที่มีอิเลก็ตรอนอิสระ 4 คู ่ ภายในโมเลกลุเดียวกนัเพื่อใช้ในการคีเลตกบัไอออนของโลหะ

An example of this occurs in haemoglobin (American: hemoglobin).

13

Hexadentate ligands

14

Chelate complex

15

M + EDTA

N

O

N

O

MgMg2+ + 2N

O-

8-Hydroxyquinolate

ชนิดและชื่อเรียกลิแกนด์

16

การเรียกช่ือไอออนเชิงซ้อน

ถ้ามีไอออนดลุประจ ุให้เรียกไอออนเชิงซ้อนใน [โคออร์ดิเนชนัสเฟียร์] เสมือนเป็นไอออนบวก

ช่ือไอออนลบให้เรียกตามหลกัสารประกอบไอออนิก เรียกช่ือ ไอออนบวก ก่อน ไอออนลบ

17

K3[Co(C2O4)3] ให้เรียกช่ือ K+ ก่อนแล้วจงึตามด้วยไอออนเชิงซ้อน [Co(C2O4)3]3-

[Co(NH3)6]Cl3ให้เรียกช่ือไอออนเชิงซ้อน [Co(NH3)6]3+ ก่อน แล้วจงึตามด้วย Cl

18

ใน [โคออร์ดิเนชนัสเฟียร์] เรียกช่ือ ลิแกนด์ ก่อนแล้วตามด้วย อะตอมกลาง

[Ni(NH3)4]2+ ให้เรียกช่ือ NH3 ก่อน แล้วตามด้วยช่ือของ Ni2+

[Fe(CN)63- ให้เรียกช่ือ CN- ก่อน แล้วตามด้วยช่ือของ Fe3+

ศกึษาช่ือ ลิแกนด์ ศกึษาช่ือ อะตอมกลาง

จ านวนลิแกนด์ชนิดเดียวกนัท่ีมากกวา่หนึง่ลแิกนด์ ให้ระบจุ านวนท่ีซ า้กนัไว้หน้าช่ือเรียกลแิกนด์

ไอออนเชิงซ้อนมีประจเุป็นลบ ช่ือโลหะแทรนซชินัให้เปลี่ยนค าลงท้ายเป็น -ate และใสเ่ลขออกซเิดชนัเป็นเลขโรมนัไว้ในวงเลบ็หลงัช่ือของโลหะแทรนซชินั

โลหะแทรนซชินัท่ีมีช่ือเรียกเป็นภาษาละติน ให้ใช้ภาษาละตนิและลงท้ายด้วย -ate

19

[Fe(CN)6]3-

รียกว่า hexacyanoferrate(III) ion[Cr(NO2)6]3-

เรียกวา่ hexanitrochromate(III) ion

ตัวอย่างจงเรียกช่ือสารประกอบโคออร์ดิเนชนัตอ่ไปนี ้

[Ag(NH3)2]+ diaminesilver(I) ion[Co(NH3)4]Cl2]+ dichlorotetraamminecobalt(II) ionNa3[Cr(NO2)6] sodium hexanitrochromate(III)[Ag(CN)2]- dicyanoagentate(I) ion[Cr(NH3)5SO4]Br sulfatopentaaminechromium(III) bromide

20

ตัวอย่าง

จงเขียนสตูรสารประกอบโคออร์ดิเนชนัจากช่ือเรียกตอ่ไปนี ้hexacyanoferrate(II) ion [Fe(CN)6]4-

dichlorotetraamineplatinum(IV) chloride [Pt(NH3)4Cl2]Cl2sodium tetracyanocobaltate(II) Na2[Co(CN)4]bis(ethylene diamine)cobalt(II) chloride [Co(en)2]Cl2hexacarbonylchromium(0) ion [Cr(CO)6]

21

กจิกรรม

[Ni(NH3)6]2+

[CrCl3(NH3)3]0

[Co(NO2)6]3-

[Mn(C2O4)3]3-

[Cr(NH3)5Cl]2+

[Co(H2O)4(NH3)2]Cl2 [Cr(NH3)4Cl2]Cl [CoCl(NH3)5] (NO3)2 [Cr(NH3)4H2O]Cl2 K[PtCl3CO] [CoCl3(NH3)2{(CH3)2NH}]

22

pentaaquachlorochromium(III) ion tetraaquadicyanoiron(III) ion tetraammineoxalatonickel(II) potassium hexacyanomanganate(III) tetrachorocuprate(II) ion tetraoxochromate(VI) ion tetrachloroaurate(III) ion tetraamminecarbonatocobalt(III)

nitrate potassiumhexacyanoferrate(II)

สมดุลของไอออนเชิงซ้อน

23

M + L ML 1

[ML]K = [M][L]

ML + L ML22

2

[ML ]K = [ML][L]

ML2 + L ML33

32

[ML ]K = [ML ][L]

K1, K2, K3 เป็นคา่คงท่ีสมดลุของการเกิดไอออนเชิงซ้อนแตล่ะขัน้ (stepwise) ของไอออนโลหะ M

คา่คงท่ีสมดลุของการเกิดไอออนเชิงซ้อนรวม (overall)Kf = K1K2K3

คา่ Kf คือ คา่คงท่ีสมดลุของการเกิดไอออนเชิงซ้อนของโลหะ (stability constant)

การเกิดไอออนเชิงซ้อนของ Ag(NH3)2+ จะเกิดขึน้ทีละขัน้ตอน

24

Ag+(aq) + NH3(aq) Ag(NH)+(aq) K1=2.1x103

Ag(NH3)+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) K2=8.1x103

Ag+(aq) + 2NH3(aq) ) Ag(NH3)2+(aq) Kf=1.7x107

+33

+13

[Ag(NH ) ]K = = 2.1x10

[Ag ][NH ]+

33 22 +

3 3

[Ag(NH ) ]K = = 8.1x10

[Ag(NH ) ][NH ]

+ +3 33 3 2

f 1 2 + +3 3 3

[Ag(NH ) ] [Ag(NH ) ]K = K K = = 2.1x10 8.1x10

[Ag ][NH ] [Ag(NH ) ][NH ]+

73 2f + 2

3

[Ag(NH ) ]K = = 1.7x10

[Ag ][NH ]

25

woravith chansuvarnComplexometric Titration 26

ปฏกิริิยาการแตกตัวของไอออนเชิงซ้อน

เป็นปฏิกิริยาย้อนกลบัของปฏิกิริยาการเกิดไอออนเชิงซ้อน

27

[Ag(NH3)2]+(aq) Ag+(aq) + 2NH3(aq) + 2

3d +

3 2

[Ag ][NH ]K =

[Ag(NH ) ]

Kd = คา่คงท่ีการแตกตวั (dissociation constant) ของไอออนเชิงซ้อน ถ้า Kd มีคา่มากแสดงวา่ ไอออนเชิงซ้อนแตกตวัได้ดี ไอออน

เชิงซ้อนมีความไมเ่สถียรสงู