配合物在溶液中的稳定性

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物的稳定性也愈大。
如:第一胺与Ag+形成配合物,其pKa与logβ的数 据见下表:
配体名称
pKa
logβ
对硝基苯胺
2.0
0.8
间硝基苯胺
2.5
0.85
邻硝基苯胺 4.28
1.62
苯胺
4.54
1.59
甲胺
10.72
3.34
乙胺
10.81
3.65
丙胺
10.92
3.84
以logβ~pKa作图可以看出,Ag+与第一胺形成配合 物的稳定性与配体的碱性之间存在直线关系。
但Zn(Ⅱ)的稳定性却是F->Cl->Br->I-,说明Zn(Ⅱ) 的卤素离子配合物中以静电作用为主。
④ d10构型的Ga(Ⅲ)、In(Ⅲ)、Tl(Ⅲ)配合 物的稳定性,与锌副族的情况类似,其中Tl(Ⅲ)的 配合物最稳定,Ga(Ⅲ)和In(Ⅲ)的有些配合物的 稳定性顺序是Ga(Ⅲ)>In(Ⅲ),另一些配合物则 是Ga(Ⅲ)<In(Ⅲ)。
及:Al3+、Sc3+、Y3+、La3+
1.作用力: 中心原子与配体间的作用主要是静电作用。
2.影响稳定性的因素: 中心离子的电荷和半径。中心离子的电荷
越大,半径越小形成配离子越稳定。
配合物的稳定性随z2/r增大而增大。
稳定性顺序为: Li>Na>K>Rb>Cs; Be>Mg>Ca>Sr>Ba
3. 例外 例如:[Mg(edta)]2-(lgβ=8.79)的稳定性比 [Ca(edta)]2-(lgβ=10.69)的稳定性要小。
相反,-NO2、Br-均有吸电子能力,在它邻位 或对位的氧上电子云密度减少,使羟基中的氢容
易离解,碱性较弱,因此,它们生成配合物稳定
性比苯酚要小得多,而且这时pKa~logβ之间也满 足线性关系。
四、空间位阻及配合物的构型
1.空间位阻 在配体中引入适当的基团,一方面可使配合物的
稳定性增加,另一方面也可产生空间位阻,使稳定 性下降。
属离子配合物的稳定性是Hg(Ⅱ)的最高。
③ Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的顺序不一致,在与有些配体 配位时,Zn(Ⅱ)的配合物的稳定性大于Cd(Ⅱ)的配 合物的稳定性,但与另一些配体配位时则相反。
例如:Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)与卤素离 子形成的配离子时,在Cl-、Br-、I-作配体时稳定性 顺序都是Zn<Cd<Hg;在F-作为配体是,稳定性顺 序却是Zn>Cd<Hg;
结论:配体的碱性越大,配合物的稳定性越强。
三、取代基的亲电性
配体上有其它基团存在会直接影响配体的碱性,因 而对配合物的稳定性也有影响。 例如:Fe3+与苯酚及其取代物所形成的配合物其 logβ与pKa的数据如表。
O- + Fe3+ →
OFe 2+
(温度25°,I< 0.02)
取代基 p-CH3 m-CH3 H
2.配合物的构型
有时中心原子生成配合物时要求一定的空间构型, 这种现象出现在三乙基四胺和三(氨乙基)胺分别 与Cu2+、Zn2+形成的配合物中。
三乙基四胺 (适于平面正方形)
三(氨乙基)胺 (适于四面体构型)
CH2 CH2
NH
CH2 Cu
NH2
CH2
NH
NH2
CH2 CH2
对于Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)或Hg(Ⅱ)来说,同一金属元素 的各种卤素离子配合物之间的稳定性, Cd(Ⅱ)和 Hg(Ⅱ)的不同卤素离子配合物的稳定性顺序都是F<Cl-<Br-<I-
例如:[HgF4]2-<[HgCl4]2-<[HgBr4]2<[HgI4]2-
原因:从离子极化的观点解释,随着卤素离子变 形性的增加,共价性增强,从而配合物的稳定性 增大。
1 ( 1 21) 2 ( -1 21) -1 21
t2g能级也分裂,但 3个由轨于道中充满了电子 因此这部分能级不 分产 裂生 J并 -T稳定化能。
J-T效应不能指出究竟应该发生哪种几何畸变, 但实验证明, Cu2+的六配位配合物, 几乎都是两条 长键四条短键拉长的八面体。
§ 3.2 配体性质对配合物稳定性的影响
原因:由于Cl-、Br-、I-有比较明显的变形性,配离 子中共价结合的成分随着Zn、Cd、Hg的顺序而增加, 因此半径越大越稳定。
原因:F-半径最小变形性小,在F-作为配体时,稳定 性顺序却是Zn>Cd<Hg。所以在与Zn(Ⅱ)或Cd(Ⅱ)配 位时以静电作用为主,因此半径越小越稳定。
但是,当F-与Hg(Ⅱ)配位时,由于Hg2+的变形性显著, 体积小的F-离子也使Hg2+发生一定程度的变形,从而 使相互之间结合仍有较大程度的共价性,因而相应 的配合物稍稳定些。
第三章 配合物在溶液中的稳定性
§ 3.1 中心原子性质对配合物稳定性的影响 §3.2 配体性质对配合物稳定性的影响 §3.3 配位原子性质和中心原子的关系 §3.4 配体对中心金属氧化态稳定性的影响
§ 3.1 中心离子性质对配合物稳定性的影响
一 、惰气性金属离子
碱金属: Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+ 碱土金属:Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+
⑤ d10构型的Cu(Ⅰ)、Ag(Ⅰ)、Au(Ⅰ)配合 物的稳定常数数据较少,它们与氨形成配合物稳定性 的顺序是Cu(Ⅰ)>Ag(Ⅰ)<Au(Ⅰ)。
⑥d10构型的Ge(Ⅳ)、Sn(Ⅳ)、Pb(Ⅳ)配合 物的稳定常数数据太少,无法得出规律。
三、d10s2型金属离子
Ga(Ⅰ)、In(Ⅰ)、Tl(Ⅰ) Ge(Ⅱ)、Sn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ) As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)、Bi(Ⅲ) 1.作用力: 有一定的共价性。
四、 d1~9型金属离子 第四周期的Mn2+(d5)、Fe2+(d6)、Co2+(d7)、
Ni2+(Biblioteka Baidu8)、Cu2+(d9)和Zn2+(d10)与几十种配体形成的 配离子其稳定性顺序是: Mn2+<Fe2+<Co2+<Ni2+<Cu2+> Zn2+这个顺序叫做 Irving-Willing顺序。
根据晶体场理论:
欧文(Irving)和罗斯(Rossott)从生成配合物自 由能的变化来讨论这个问题。
MHmLM LmH (1)
K aMLaH m KfMLfH m
aMaHmL
fM fHmL
MLML (2)
βM L
[ML] [M][L]
mHLHmL (3)
βHmLKa(1H mL)[H [H ]m mL []L]
原因:Mg2+的半径较小,在它周围不能正常地配 位多齿配体的所有原子,甚至它们不能全部与 Mg2+配位所以反映为配离子的稳定性不正常地小。
[Be(edta)]2-(lgβ=9.2)的稳定性仍比 [Mg(edta)]2-的稳定性大。
原因:二者的配位方式相同,所以仍是半径较小 的Be2+的配合物稳定性较大 。
例如:Cu2+(3d9) 离子形成正八面体构型的配合物 时, d轨道分裂成t2g和eg二组轨道, 其中基态的电子 构型为t2g6e2g3, 那么eg轨道上的3个电子就有两种排 列方式:
(126 g )eg3 t t26 g [(z2)d 2(x d 2y2)1]
拉长的八面体
拉长的八面体中d轨道的分裂
p-Br p-NO2
pKa 10.25 10.48 9.98 9.34 7.06
logβ 9.25
8.20 8.10 5.76
苯环上的电子具有一定的活动性,当受其它基团
影响时,电子云可发生转移。
例如:甲基有排电子的能力,电子云在甲基
的邻位或对位最大,使对位或邻位的羟基中的氢
不容易离解,反映出它具有较大的pka值,碱性较强, 因而它形成配合物最稳定。
一、螯合效应
螯合效应:螯合环的形成使配合物稳定性与组 成和结构相似的非螯合配合物相比大大提高,称 为螯合效应。
例如:[Ni(NH3)6]2+ lgβ6 = 8.61; [Ni(en)3]2+ lgβ3 = 18.26 稳定常数增加近1010倍.
第一:环的大小对配合物稳定性有影响 第二:环的多少对配合物稳定性有影响 1.环的多少:
的六元环螯合物稳定。
原因:在饱和的五元环中碳原子以sp3杂化,其键 角为109˚28ˊ,与正五边形的夹角108˚很接近,张 力小;若六元环内有双键,碳原子为sp2杂化,键 角为120˚,与六元环夹角相接近,张力小。
例如:丙二酸和乙酰丙酮分别与Cu2+、Fe2+形成 的配合物
丙二酸
Cu2+ logβ2=8.16 Fe2+ logβ2=15.7
2.稳定性: 这些离子配合物的稳定性比电荷相同、半径相
近的惰气型金属离子配合物的稳定性要高些。
Sn(Ⅱ) 和 Pb(Ⅱ) 的 配 合 物 的 稳 定 性 有 时 是 Sn(Ⅱ)>Pb(Ⅱ),在另一些例子中则是Sn(Ⅱ)<Pb(Ⅱ);
Tl(Ⅰ)的配合物的稳定性一般比Tl(Ⅲ)的相应配合 物的稳定性低一些。
二、 d10型金属离子
Cu(Ⅰ)、Ag(Ⅰ)、Au(Ⅰ) Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ) Ga(Ⅲ)、In(Ⅲ)、 Tl(Ⅲ) Ge(Ⅳ)、Sn(Ⅳ)、 Pb(Ⅳ)
1. 作用力: 化学键在不同的程度上有明显的共价性。
2. 稳定性的规律: ① 这种金属离子的配合物一般比电荷相同、体
积相近的惰气金属离子的配合物要稳定些。 ② Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)这三种金
lnfMfH m LlnfMLfH m
令 a (: H m L M ) /R L lT f n H m L lf n ML
b (M m H ) /R lT f n M m lf n H
则 lnM : L lnH m L a blnM Lpa K (H m L )ab
例如:8-羟基喹林与2-甲基-8-羟基喹啉和某些金属 离子形成配合物。
8-羟基喹林
2-甲基-8-羟基喹啉
配体
Co2+
8-羟基喹林 9.83
2-甲基-8-羟 10.10 基喹啉
Mn2+
7.67 7.29
Pb2+ Cu2+
9.30 13.11 9.30 12.11
Ni2+
10.80 8.98
在2-甲基-8-羟基喹啉中,由于甲基的引入使氮原子的 碱性增加,另一方面使氮原子的配位受到阻碍Co2+、 Pb2+、Mn2+和它形成八面体或四面体配合物,空阻位 不大,故稳定性变化不大。但在Cu2+、Ni2++中由于形 成平面正方形有较大的空间位阻,故它们的2-甲基-8羟基喹啉配合物稳定性大大降低。
Ni2+ 3d8(t2g6eg2) CFSE=6×(-4)+2×(6) = -12(Dq)
Cu2+ 3d9(t2g6eg3) CFSE=6×(-4)+3×(6) = -6(Dq)
Jahn-Teller(姜-泰勒)效应
Jahn-Teller效应:电子在简并轨道中的不对称占据 会导致分子的几何构型发生畸变, 从而降低分子的 对称性和轨道的简并度, 使体系的能量进一步下降, 这种效应称为姜-泰勒效应。
因为 (2)-(3) = (1)
KβML [ML[]H ]m[L] βHmL [M[]L] [H mL]
K MLfML fH m
(4)
HmL fMfHmL
标准自由能与热力学平衡常数之间的关系:
RlT K n G M m LH M H m L (5 )
将(4)代入(5)得:
lnM LlnH mL( M M L H mLmH )/RT
乙酰丙酮
Cu2+ logβ2=15.44 Fe2+ logβ2=26.7
二、配体的碱性
1.配体的碱性 配体的碱性表示配体结合质子的能力,即配
体亲核的能力。配体的碱性愈强表示它亲核能力 也愈强。用pKa表示配体亲核能力的强弱。 pKa 越大,碱性愈强,亲核能力愈强。
2. 配体的碱性对配合物稳定性的影响 配体的碱性愈强,和同一金属离子形成配合
(226 g )eg3 t t26 g [(z2)d 1(x d 2y2)2]
压扁的八面体
压扁的八面体中d轨道的分裂
Jahn-Teller 稳 定 化 能 : 无 论 采 用 哪 一 种 几 何 畸 变 , 都会引起能级的进一步分裂,消除简并,其中一个 能级降低,从而获得额外的稳定化能。
Jahn-Teller稳定化能:
环的数目越多,生成螯合物越稳定 。
甲氨基二乙酸 logβ=15.95
乙二胺四乙酸 logβ=18.62
2.环的大小对配合物稳定性的影响 (1)三元环和四元环
原因:两配位原子间的距离较短,要形成螯合物必 须克服配位原子间键的张力,故不容易形成。
二乙氨基二硫代甲酸与Ni2+形成的配合物
(2) 五元环和六元环 五元环和六元环的螯合物比较稳定。 环上没有双键时,五元环比六元环稳定; 环上含有双键的六元环螯合物比环上无双键
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