第4章 配位化学
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第三章配合物的化学键理论目标:解释性质,如配位数、几何结构、磁学性质、光谱、热力学稳定性、动力学反应性等。
三种理论:①价键理论、②晶体场理论、③分子轨道理论第一节价键理论(Valence bond theory)由L.Pauling提出要点:①配体的孤对电子可以进入中心原子的空轨道;②中心原子用于成键的轨道是杂化轨道(用于说明构型)。
一、轨道杂化及对配合物构型的解释能量相差不大的原子轨道可通过线性组合构成相同数目的杂化轨道。
对构型的解释(依据电子云最大重叠原理:杂化轨道极大值应指向配体)二、AB n型分子的杂化轨道1、原子轨道的变换性质考虑原子轨道波函数,在AB n分子所属点群的各种对称操作下的变换性质。
类型轨道多项式sp x xp p y yp z zd xy xyd xz xzd d yz yzd x2-y2x2-y2d z22z2-x2-y2(简记为z2)*s轨道总是按全对称表示变换的。
例:[HgI3]- (D3h群)平面三角形A1′:d z2、sE′:(p x、p y )、(d x2-y2、d xy)A2″:p zE″:(d xz、d yz)2、σ轨道杂化方案1)四面体分子AB4(Td)[CoCl4]2-以四个杂化轨道的集合作为分子点群(Td)表示的基,确定该表示的特征标:E 2 -1 2 0 0 (z2, x2-y2)T1 3 0 -1 1 -1T2 3 0 -1 -1 1 (xy,xz,yz) (x,y,z)a(A1)=1/24(1×4+8×1×1+3×1×0+6×1×0+6×1×2)=1a(A2)=1/24 [1×4+8×1×1+3×1×0+6×(-1)×0+ 6×(-1)×2]=0a(E)=1/24 [2×4+8×(-1)×1+3×2×0+6×0×0+ 6×0×2]=0a(T1)=1/24 [3×4+8×0×1+3×(-1)×0+6×1×0+6×(-1)×2]=0a(T2)=1/24 [3×4+8×0×1+3×(-1)×0+6×(-1)×0 +6×1×2]=1约化结果Γ=A1+T2由特征标表:A1T2s (p x、p y、p z)(d xy、d xz、d yz)可有两种组合:sp3(s、p x、p y、p z)、sd3(s、d xy、d xz、d yz)* 以一组杂化轨道为基的表示的特征标的简化计算规则:Γ 5 2 1 3 0 3约化结果:Γ= 2A1′+A2〞+E′A1′A2〞E′s p z (p x、p y)d z2(d xy、d x2-y2)两种可能的组合:(s、d z2、p z 、p x、p y)( s、d z2、p z、d xy、d x2-y2)约化得:Γ=A1g+B1g+E uA1g B1g E us d x2-y2(p x、p y)d z2两种类型:dsp2(d x2-y2、s、p x、p y)、d2p2(d z2、d x2-y2、p x、p y)5)八面体AB6(O h) 例:[Fe(H2O)6]3+(d z2、d x2-y2、s、p x、p y、p z) 3、π成键杂化方案在AB n分子中,原子A上要有2n个π型杂化轨道和在B原子上的2n个π原子轨道成键。
第1章配位化学导论配位化学(coordination chemistry)是无机化学的一个重要分支学科。
配位化合物(coordination compounds)(有时称络合物complex)是无机化学研究的主要对象之一。
配位化学的研究虽有近二百年的历史,但仅在近几十年来,由于现代分离技术、配位催化及化学模拟生物固氮等方面的应用,极大地推动了配位化学的发展。
它已广泛渗透到有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学、催化化学、生物化学等领域,而且与材料科学、生命科学以及医学等其他科学的关系越来越密切。
目前,配位化合物广泛应用于工业、农业、医药、国防和航天等领域。
1.1 配位化学发展简史历史上记载的第一个配合物是普鲁士蓝。
它是1704年由柏林的普鲁士人迪斯巴赫(Diesbach)制得,它是一种无机颜料,其化学组成为Fe4[Fe(CN)6]3·nH2O。
但是对配位化学的了解和研究的开始一般认为是1798年法国化学家塔萨厄尔(B.M.Tassaert)报道的化合物CoCl3·6NH3,他随后又发现了CoCl3·5NH3、CoCl3·5NH3·H2O、CoCl3·4NH3以及其他铬、铁、钴、镍、铂等元素的其他许多配合物,这些化合物的形成,在当时难于理解。
因为根据经典的化合价理论,两个独立存在而且都稳定的分子化合物CoCl3和NH3为什么可以按一定的比例相互结合生成更为稳定的“复杂化合物”无法解释,于是科学家们先后提出多种理论,例如,布隆斯特兰德(W.Blomstrand)在1869年、约尔更生(S.M.Jørgensen)在1885年分别对“复杂化合物”的结构提出了不同的假设(如“链式理论”等),但由于这些假设均不能圆满地说明实验事实而失败。
1893年,年仅27岁的瑞士科学家维尔纳(A.Werner)发表了一篇研究分子加合物的论文“关于无机化合物的结构问题”,改变了此前人们一直从平面角度认识配合物结构的思路,首次从立体角度系统地分析了配合物的结构,提出了配位学说,常称Werner配位理论,其基本要点如下:(1) 大多数元素表现有两种形式的价,即主价和副价;(2) 每一元素倾向于既要满足它的主价又要满足它的副价;(3) 副价具有方向性,指向空间的确定位置。