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化学中的配合物也讲究“语序”问题,了解一下

2024-07-15 14:05| 来源: 网络整理| 查看: 265

第二章 配合物理论与应用

第二节 六配位的杂化方式

图1 注意:这是两道不同的菜啊!

看看上图,不禁要感慨一下:祖国的语言文字真是博大精深啊!

其实在配合物的命名中,也有这种“语序不同,物质就不同”的情况。例如6配位的配合物,上完上节课,你会脱口而出,sp3d2杂化!还有别的杂化方式也是6配位的吗?有的!叫做d2sp3杂化。

那么大家应该就明白这二者之间的区别了:一个ns轨道、三个np轨道和两个nd轨道发生杂化的过程,称之为sp3d2杂化;两个(n-1)d轨道、一个ns轨道、三个np轨道发生杂化的过程,称之为d2sp3杂化。简单点说,区别就在于是用外层d轨道杂化(又叫外轨型配合物),还是用内层d轨道杂化(又叫内轨型配合物)。

我们以三价钴离子为中心离子,看看它是怎么形成外轨型和内轨型两种配合物的:

图2 钴原子的电子排布式与电子排布图

钴原子的价电子是3d7 4s2,失去三个电子显正三价,价电子排布变为3d6,占据3d能级的5个简并轨道,其中一个轨道中有一对电子,其他四个轨道各有一个单电子。而此时4s,4p,4d全部为空轨道。当我们选用氟离子做配体去接近钴离子时,6个氟离子提供6对孤电子对,而钴离子用4s,4p,4d的6个空轨道进行sp3d2杂化,填充孤电子对,形成外轨型配合物六氟合钴(III)酸根[CoF6]3—,而钴离子的3d里的6个电子没有受到任何影响;而当我们选用亚硝酸根做配体去接近钴离子时,又是另一种情况:6个氮原子提供6对孤电子对(此时它叫做硝基),而钴离子首先把3d中的电子进行重排,将其中的四个单电子两两挤入一个轨道,于是3d能级中,有了两个空轨道,剩下的3个轨道都填入了成对的电子。用3d,4s,4p的6个空轨道进行d2sp3杂化,填充孤电子对,形成内轨型配合物六硝基合钴(III)酸根[Co(NO2)6]3—(这种离子与钾离子、铷离子等形成亮黄色的沉淀,是检验钾离子的重要试剂),这回钴离子的3d里的6个电子受到影响而重排了。

图3 六硝基合钴(III)酸根与六氟合钴(III)酸根的形成过程

聪明的小伙伴们已经意识到,到底是形成外轨型配合物,还是形成内轨型配合物,主要取决于配体的性质。氟离子,氯离子等配体叫做弱场配体,意思是它们不太容易影响中心离子的内层电子排布,因此往往形成外轨型配合物;硝基,氰离子,羰基(就是一氧化碳CO)等配体叫做强场配体,意思是它们比较容易影响中心离子的内层电子排布,迫使电子重排从而腾出一些空轨道,因此往往形成内轨型配合物。

为什么氟离子,氯离子等配体就是弱场配体,硝基,氰离子,羰基就是强场配体呢?我们粗略地从配位原子的电负性上做一个解释。电负性大的卤素原子,更容易吸引键合电子,而不太容易给出孤电子对用于配位,也就不易影响中心离子的内层电子排布;而电负性相对小的碳原子,就更容易给出孤电子对用于配位,也就容易改变中心离子的内层电子排布了,所以氰离子,羰基都是强场配体,二者的配位原子也往往是电负性小的碳原子,而非氮原子、氧原子。

当然,上面这些只是我个人粗浅的理解和记忆方法。事实上,化学家提出了更准确的理论——晶体场理论。根据这一理论可较为严格地划分强场配体与弱场配体。主要是测定配体的光谱化学序列,即可按照配体场强的由弱至强的顺序排列如下:

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