结构化学第六章课件.ppt

第六章配位化合物的结构和性质 6 1概述 自学内容 概念 配位化合物 简称配合物 又称络合物 是一类含有中心金属原子 M 和若干配位体 L 的化合物 MLn 中心原子M通常是过渡金属元素的原子 或离子 具有空的价轨道 而配位体L则有一对以上的孤对电子 M和L之间通过配位键结合 成为带电的配位离子 配位离子与荷异性电荷的离子结合 形成配位化合物 其实主要是中心原子或离子空的d轨道 被配体的孤电子对占据所形成 水合硫酸铜 加热失水之后的硫酸铜 本来面目 很多金属离子都是以配位化合物的形式存在的 利用这些可以进行溶解 沉淀和萃取 分类 按中心原子的数目 只含有一个中心原子的叫单核配位化合物 含两个或两个以上中心原子的叫多核配位化合物 按M和M之间有无键结合 又可分出来金属原子簇化合物 明矾晶体 6 1 1配位体 1 单啮配位体 只有一个配位点的配位体叫单啮配位体 如NH3 2 非螯合多啮配位体 配位体有多个配位点 但由于配位体本身几何形状的限制 同一配位体的几个配位点不能直接与同一个金属离子配位 如PO43 CO32 等 3 螯合配位体 一个配位体中的几个配位点能直接和同一个金属离子配位 称为螯合配位体 4 键配位体 含有 电子的烯烃 炔烃 芳香烃等类不饱和烃分子也可作为配位体 这类配位体有露在分子骨架外部的成键的 电子和空的反键轨道存在 6 1 2配位化合物结构理论的发展 1 价键理论配位化合物的价键理论是根据配位化合物的性质 按杂化轨道理论用和电价配键解释配位化合物中金属离子和配位体间的结合力 见下页图 杂化轨道和配位化合物的结构 2 晶体场理论 是静电作用模型 把中心离子 M 配位体 L 的相互作用看作类似离子晶体中正负离子的静电作用 当L接近M时 M中的d轨道受到L负电荷的静电干扰作用 使原来能级简并的d轨道发生分裂 按微扰理论可计算分裂能的大小 因计算较繁 定性地将配位体看作按一定对称性排布的点电荷与M的d电子云产生排斥作用 由于d轨道分布的特点 在晶体场中原来5个能级简并的d轨道能级发生分裂 引起电子排布及其他一系列性质的变化 3 分子轨道理论 配位化合物的分子轨道理论是用分子轨道理论的观点和方法处理金属离子和配位体的成键作用 在描述配位化合物分子的状态时 是用M的价层电子波函数 M和配位体L的分子轨道 L组成离域分子轨道 式中 M包括M中 n 1 d ns np等价层轨道 cL L可看作L的群轨道 为了有效组成分子轨道 要满足对称性匹配 轨道最大重叠 能级高低相近等条件 对称性匹配在其中起突出作用 4 配位场理论 6 2配位场理论 6 2 1ML6八面体配位化合物的分子轨道 大多数六配位化合物呈正八面体或变形八面体的结构 如TiF63 Fe CN 64 V H2O 62 Co NH3 63 Ni H2O 62 在ML6正八面体配位化合物种 M原子处在对称中心位置 呈Oh点群对称性 设中心原子M处在直角坐标系原点 6个配位体位于坐标轴上 按M和L组成的分子轨道是 轨道还是 轨道将M的价轨道进行分组 得 ML6八面体场的分子轨道 配位化合物分子轨道能级图 6 2 2八面体场的分裂能 八面体场的分裂能 0的大小 随不同的配位体和中心原子的性质而异 根据光谱数据可测得分裂能 0的数值 并得到下面经验规则 1 对同一种金属原子 M 不同配位体的场强不同 分裂能有大有小 一般而言 配位体分裂能的大小次序为 强场配位体扩大 0 若只看配位体L中直接配位的单个原子 0值随原子序数增大而减少 次序为 2 对一定的配位体 0值随M不同而异 其大小次序为 其中中心离子的价态对 0影响很大 价态高 0大 例如Mn2 的 0值为7800cm 1 而Mn3 为21000cm 1 中心离子所处的周期数也影响 0值 第二 第三系列过渡金属离子的 0均比同族第一系列过渡金属离子大 3 0值可表达为配位体的贡献 f 和中心离子的贡献 g 的乘积 即 6 2 3配位场稳定化能有配位化合物的性质 根据八面体配位化合物分子轨道能级高低增填电子时 6个配位体的6对孤对电子填入6个成键轨道 中心离子d轨道上的电子t2g和eg 两组轨道时 需要考虑成对能 P 和分裂能 0 的相对大小 当P 0 电子倾向于多占轨道 弱场形成高自旋型 HS 配合物 当P 0 强场形成低自旋型 LS 配合物 若选取t2g和eg 能级的权重平均值作为能级的零点 即 而 由此公式可得eg 的能级为0 6 0 t2g的能级为 0 4 0 这个能级零点也就作为中心离子M处在球形中未分裂的d轨道的能级 配位化合物中d电子填入这些轨道后 若不考虑成对能 能级降低的总值称为配位场稳定化能 LFSE 不同d电子组态的LFSE的数值 0 所谓成对能 是指自旋平行分占两个轨道的电子被挤到同一轨道上自旋相反 这两种状态间的能量差 1 离子水化热和MX2的点阵能 2 离子半径 3 Jahn Teller效应 t2g或eg 中各个轨道上电子