Координационные соединения

Состав и строение координационных соединений не укладываются в рамки обычной теории валентностей (см. Валентность). Основу теории химического строения составляет понятие химической связи, которая образуется электронами от каждого из связанных атомов. Но, оказывается, существуют соединения (и их очень много), где два соседних атома связаны парой электронов, ранее принадлежавших одному атому. Такая связь называется донорно-акцепторной, или координационной. Так построены соли аммония NH4. ферроцианида [Fe(CN)₆]^3-, практически все кристаллогидраты и карбонилы тяжелых металлов, например, в частности, карбонил железа Fe(CO)₅.

По мере развития химии, открытия и изучения все новых и новых соединений ученые все чаще стали сталкиваться с координационными соединениями. Для объяснения их строения и свойств в 1893 г. швейцарским химиком А. Вернером создана координационная теория, в основу которой легли положения стереохимии и, теории электролитической диссоциации. По Вернеру, комплексные, или координационные, соединения построены следующим образом: в центре молекулы находится один атом или ион обычно тяжелого металла. Вокруг него расположены атомы и их группы, связанные с центральным атомом координационными связями. Эти атомы и группы называются литандами. Типичные лиганды - анионы кислот (кислотные остатки) и некоторые нейтральные молекулы (обычно небольшого размера, содержащие атомы кислорода, азота, фосфора, серы и др.). Наиболее распространенные лиганды в комплексных соединениях - вода, аммиак, оксид углерода (II). Общее число молекул или ионов, непосредственно связанных с центральным атомом, называется координационным числом. Известны молекулы с координационными числами от 1 до 12 (чаще всего встречаются 4 и 6). Лиганды вместе с центральным атомом образуют внутреннюю сферу комплекса. Известны координационные соединения, состоящие только из внутренней сферы, например карбонилы железа, никеля, хрома. Но в большинстве случаев вокруг внутренней сферы образуется еще и внешняя - из ионов, не связанных непосредственно с центральным атомом или ионом. Эти ионы обычно располагаются по вершинам правильных многогранников вокруг внутренней сферы и во многих химических реакциях участвуют различным образом: внутренняя сфера - как один многозарядный ион, внешняя сфера - как обычные ионы. Простейший пример такого координационного соединения- ферроцианид калия, который диссоциирует (распадается) в водном растворе по уравнению:

Координационные соединения устойчивы и в твердом виде, и в растворах, и в расплавах, что объясняется прежде всего довольно высокой прочностью координационных связей - до 500 кДж/моль. Первоначально химия этих соединений создавалась и изучалась как раздел неорганической химии, но в 60-70-е гг. были получены экспериментальные доказательства, что координационные соединения могут образовываться и из органических молекул, с центральным атомом тяжелого металла или без него. Более того, детальное изучение состава и структуры почти всех ферментов, многих гормонов, хлорофилла, гемоглобина крови, некоторых лекарств и других биологически активных веществ показало; что это координационные соединения, как правило, очень сложного строения. Интересно, что во многих из них лигандами служат не отдельные атомы или мелкие молекулы, а отдельные, казалось бы нейтральные, группировки той же молекулы, которая связана с центральным атомом ионной или ковалент-ной связью (см. Химическая связь). Органическая молекула изгибается и присоединяется к центральному атому двумя своими концами, с одной стороны - ионной связью, с с другой - донорно-акцепторной. Такие соединения называются внутрикомплексными. Именно благодаря таким особенностям образования координационных соединений многие жизненно важные соединения имеют строго упорядоченную химическую структуру.