• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.基础定义
  • 4.术语
  • 5.应用举例
  • 6.演绎过程
  • 7.基本组成
  • 8.命名方法
  • 9.基本分类
  • 10.主要性质
  • 11.基本结构
  • 11.1.构型
  • 11.2.异构现象
  • 11.3.立体异构
  • 11.4.几何异构
  • 11.5.光学异构
  • 11.6.结构异构
  • 12.理论
  • 13.反应
  • 13.1.配体交换反应
  • 13.2.氧化还原反应

配合物

化学术语

配合物,又称配位化合物,是一类具有特征化学结构的化合物,由中心原子和围绕它的分子或离子完全或部分通过配位键结合而形成。

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它是化合物中较大的一个子类别,与无机化合物、有机金属化合物相关连,广泛应用于日常生活、工业生产及生命科学中。

基本信息

  • 中文名

    配合物

  • 外文名

    Coordination complex/metal complex

  • 别名

    错合物络合物

  • 简称

    配合物

基础定义

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配位化合物一般指由过渡金属的原子或离子(价电子层的部分d轨道和s、p轨道是空轨道)与含有孤对电子的分子(如CO、NH3、H2O)或离子(如Cl-、CN-、NO2-等)通过配位键结合形成的化合物。

显然含有配位键的化合物就不一定是配位化合物,如硫酸及铵盐等化合物中尽管有配位键,但由于没有过渡金属的原子或离子,故它们也就不是配位化合物。当然含有过渡金属离子的化合物也不一定是配位化合物,如氯化铁、硫酸锌等化合物就不是配位化合物。

术语

讨论经典配位化合物时,常会提到以下的术语:

配位键、配位共价键:配位化合物中存在的化学键,由一个原子提供成键的两个电子,成为电子给予体,另一个成键原子则成为电子接受体。参见酸碱反应和路易斯酸碱理论。配位单元:化合物含有配位键的一部分,可以是分子或离子。配离子:含有配位键的离子,可以是阳离子或阴离子。内界、外界:内界指配位单元,外界与内界相对。配体、配位体、配位基:提供电子对的分子或离子。配位原子:配体中,提供电子对的原子。中心原子、金属原子:一般指接受电子对的原子。配位数:中心原子周围的配位原子个数。螯合物:含有螯合配体的配合物。

此外,含有多个中心原子的配合物称为多核配合物,连接两个中心原子的配体称为桥联配体,以羟基桥联的称为羟联,以氧基桥联的称为氧联。

配位化合物示意图

在配合物中,中心原子与配位体之间共享两个电子,组成的化学键称为配位键,这两个电子不是由两个原子各提供一个,而是来自配位体原子本身,例如[Cu(NH3)4]SO4中,Cu2+与NH3共享两个电子组成配位键,这两个电子都是由N原子提供的。形成配位键的条件是中心原子必须具有空轨道,而过渡金属原子最符合这一条件。

应用举例

配位化合物的应用包括:

分析化学中,配合物可用于:

  • 离子的分离:通过生成配合物来改变物质的溶解度,从而与其它离子分离。例如以氨水与AgCl、Hg2Cl2和PbCl2反应来分离第一族阳离子:

  • 以及利用氨配合物的生成使Zn进入溶液:

  • 金属离子的滴定:例如,定量测定溶液中Fe的含量时,指示剂为深红色的[Fe(phen)3]。

  • 掩蔽干扰离子:用生成配合物来消除分析实验中会对结果造成干扰的因素。比色法测定Co时会受到Fe的干扰,可加入F与Fe生成无色的稳定配离子[FeF6],以掩蔽Fe:

工业生产中:

  • 配位催化:催化反应的机理常会涉及到配位化合物中间体,比如合成氨工业中用醋酸二氨合铜除去一氧化碳,有机金属催化剂催化烯烃的聚合反应或寡合催化反应,以及不对称催化于药物的制备。

  • 制镜:以银氨溶液为原料,利用银镜反应,在玻璃后面镀上一层光亮的银涂层。

  • 提取金属:例如氰化法提金的步骤中,由于生成了稳定的配离子[Au(CN)2],使得不活泼的金进入溶液中:

  • 也可利用很多羰基配合物的热分解来提纯金属,例如蒙德法中,镍的纯化利用了四羰基镍生成与分解的可逆反应:

  • 材料先驱物:氧化铝微粒及砷化镓(GaAs)薄膜等的合成。

  • 硬水软化

生物学中,很多生物分子都是配合物,并且含铁的血红蛋白与氧气和一氧化碳的结合,很多酶及含镁的叶绿素的正常运作也都离不开配合物机理。常用的癌症治疗药物顺铂,即cis-[PtCl2(NH3)2],可以抑制癌细胞的DNA复制过程,含有平面正方形的配合物构型。乙二胺四乙酸、柠檬酸钠、2,3-二巯基丁二酸等解毒剂可用于重金属解毒的机理,常常是它们可与重金属离子配合,使其转化为毒性很小的配位化合物,从而达到解毒的目的。

演绎过程

人们很早就开始接触配位化合物,当时大多用作日常生活用途,原料也基本上是由天然取得的,比如杀菌剂胆矾和用作染料的普鲁士蓝。最早对配合物的研究开始于1798年。法国化学家塔萨厄尔首次用二价钴盐、氯化铵与氨水制备出CoCl3·6NH3,并发现铬、镍、铜、铂等金属以及Cl、H2O、CN、CO和C2H4也都可以生成类似的化合物。当时并无法解释这些化合物的成键及性质,所进行的大部分实验也只局限于配合物颜色差异的观察、水溶液可被银离子沉淀的摩尔数以及电导的测定。对于这些配合物中的成键情况,当时比较盛行的说法借用了有机化学的思想,认为这类分子为链状,只有末端的卤离子可以离解出来,而被银离子沉淀。然而这种说法很牵强,不能说明的事实很多。