Cơ chế hình thành phức chất của ion kim loại

Cơ sở lý thuyết về phức chất trong hóa học vô cơ.
Sơ lược về phức chất
1. Thành phần của phức chất
- Trong phức chất có nguyên tử trung tâm (còn gọi là nhân trung tâm) và phối tử.
- Liên kết giữa phối tử và nguyên tử trung tâm là liên kết cho-nhận, trong đó phối tử cho cặp electron chưa liên kết vào orbital trống của nguyên tử trung tâm.

- Ví dụ:
+ Phức chất [Cr(NH3)6]3+ có nguyên tử trung tâm là Cr3+ và phối tử là NH3;
+ Phức chất [CrCl6]3- có nguyên tử trung tâm là Cr3+ và phối tử là ion Cl-;
+ Phức chất [PtCl2(NH3)2] có nguyên tử trung tâm là Pt2+, phối tử là NH3 và ion Cl-.
- Chú ý:
+ Nguyên tử trung tâm liên kết với các phối tử tạo thành cầu nội của phức chất thường được biểu diễn trong dấu [ ] và quyết định tính chất của phức chất.
+ Ngoài cầu nội phức chất thường có cầu ngoại (nhằm trung hòa điện tích với cầu nội).
Tuy nhiên cũng có một số phức chất chỉ chứa cầu nội như [Cr(NH3)6][CrCl6] hoặc [PtCl2(NH3)2].
2. Dạng hình học
Các dạng hình học phổ biến của phức chất là tứ diện, vuông phẳng và bát diện.
2. Sự hình thành phức chất trong dung dịch
1. Sự tạo thành phức chất aqua trong dung dịch
- Chất điện li khi tan vào nước sẽ phân li thành các ion. Các ion không tồn tại độc lập, chúng ở dạng các tiểu phân được bao quanh bởi các phân tử nước. Trong dung dịch, cation kim loại tồn tại dưới dạng phức chất aqua, các phân tử nước là phối tử.
- Hầu hết phức chất aqua của ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có màu. Chúng thường có dạng [M(H2O)6]n+ như [Cu(H2O)6]2+, [Co(H2O)6]2+, [Cr(H2O)6]3+.
2. Một số dấu hiệu cho thấy sự hình thành phức chất trong dung dịch
- Dựa vào các dấu hiệu như màu sắc bị thay đổi, sự xuất hiện kết tủa, kết tủa bị hòa tan,…người ta có thể dự đoán phức chất trong dung dịch tạo thành.
- Ví dụ:
+ Khi hòa tan CuSO4 vào nước tạo thành phức chất aqua [Cu(H2O)6]2+ có màu xanh.
+ Khi nhỏ thêm vài giọt dung dịch kiềm sẽ tạo thành kết tủa xanh nhạt Cu(OH)2.
+ Khi có đến dư dung dịch ammonia vào kết tủa, kết tủa tan tạo thành dung dịch màu xanh lam chứa ion phức [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ thường viết là [Cu(NH3)6]2+.
3. Phản ứng thay thế phối tử của phức chất trong dung dịch
Trong dung dịch có thể xảy ra phản ứng thay thế phối tử của phức chất.
Ví dụ:
[Cr(H2O)6]3+(aq) + 3OH-(aq)→ [Cr(H2O)3(OH)3]↓(s) + 3H2O(l)
[Cu(H2O)6]2+ + 4Cl- → [CuCl4]2- + 6H2O
3. Một số ứng dụng của phức chất
Phức chất có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y học, dược học, hóa học,…
- Phức chất có ý nghĩa to lớn trong ngành y học và dược học. Nhiều dẫn xuất có hoạt tính sinh học trên cơ thể người là phức chất của các kim loại như Cu, Zn, Co, Pt, Au,…. Đây là cơ sở cho việc sản xuất thuốc chữa bệnh.
- Một số loại enzyme có thành phần phức chất của copper, vitamin B12 có vai trò quan trọng đối với cơ thể người là phức chất của cobalt. Nhiều phức chất được ứng dụng trong hóa học phân tích để định lượng các kim loại.
- Trong công nghiệp có nhiều phản ứng cần chất xúc tác là phức chất như phức chất của platium, palladium,…