Bài 8: Liên Kết Và Cấu Tạo Của Phức Chất | Chuyên đề học tập Hóa học 12 | Chuyên Đề 3: Một Số Vấn Đề Cơ Bản Về Phức Chất - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trang 40

MỤC TIÊU

- Trình bày được sự hình thành liên kết trong phúc chất theo thuyết liên kết hoá trị áp dụng cho phúc chất tứ diện và phức chất bát diện.

- Biểu diễn được dạng hình học của một số phức chất đơn giản.

- Viết được một số loại đồng phân cơ bản của phức chất: đồng phân cis-, trans-, đồng phân ion hóa, đồng phân liên kết.

MỞ ĐẦU
Trong phức chất [ML_n], các phối tử L sắp xếp xung quanh nguyên tử trung tâm M tạo ra các dạng hình học khác nhau. Vậy, sự hình thành liên kết trong phức chất tứ diện và phúc chất bát diện được giải thích như thế nào theo thuyết liên kết hóa trị.

I. LIÊN KẾT TRONG PHỨC CHẤT

Thuyết liên kết hoá trị giải thích sự hình thành liên kết hoa học giữa nguyên từ trung tâm M và phối tử L trong phức chất dựa trên các luận điểm cơ bản sau:

Liên kết hoá học giữa M và L trong phúc chất là liên kết cho - nhận. Phối tử cho cặp electron chưa liên kết vào orbital lai hoá trống của nguyên tử trung tâm.

Kiểu lai hóa của các orbital của nguyên tử trung tâm quyết định dạng hình học của phức chất

Bảng 8.1. Một số kiểu lại hoá của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của phúc chất

Phức chất  [MLn]	Kiểu lai hóa của M	Hình ảnh các orbital lai hóa	Dạng hình học của phức chất
[ML4]	sp3		Tứ diện
[ML6]	d2sp3 hoặc sp3d2		Bát diện

(Lưu ý: trong công thức [ML_n], giả thiết phối tử L có dung lượng phối trí bằng 1, bỏ qua điện tích.)

Trang 41

EM CÓ BIẾT

L. Pauling (Pau-linh) không chỉ là nhà hoá học mà còn là nhà hoạt động vì hoà bình. Năm 1994, ông được trao giải Nobel hoá học, đến năm 1962 ông tiếp tục được trao giải Nobel hòa bình. Thuyết liên kết hoá trị (thuyết VB) của ông là thuyết lượng từ đầu tiên giải thích bản chất của liên kết hoá học trong phức chất.

Câu hỏi và bài tập

1. Xác định nguyên tử trung tâm và kiểu lai hoá của nó trong phức chất [Zn(NH₃)₄]²⁺ (có dạng hình học tứ diện) và phức chất [CoF₆]^3-.

2. Phức chất [CoCl₂(en)₂]⁺ có cấu tạo như sau:

a) Chỉ ra các phối tử trong phức chất trên và dung lượng phối trị của chúng.

b) Chỉ ra nguyên tử trung tâm trong phức chất trên và số phối trí của nó.

c). Nguyên tử trung tâm trong phức chất trên đã nhận cặp electron từ nguyên tử nào của các phối tử?

d) Nêu dạng hình học của phức chất trên.

1. Sự hình thành liên kết trong phức chất tứ diện

Theo thuyết liên kết hoá trị, liên kết trong phức chất có dạng hình học tứ diện (còn được gọi là phức chất tứ diện) được hình thành từ sự cho cặp electron chưa liên kết của phối tử vào các orbital lai hoá sp³ trống của nguyên tử trung tâm.

Ví dụ: Theo thuyết liên kết hoá trị, phức chất tứ diện:

được hình thành như sau:

Nguyên tử trung tâm Zn²⁺ có cấu hình electron: [Ar]3d¹⁰.

Để tạo ra dạng hình học tứ diện, nguyên tử trung tâm Zn²⁺ lai hoá sp³, bốn phối từ NH₃ cho cặp electron chưa liên kết của nguyên tử N vào bốn orbital lại hoá sp³ trống của Zn²⁺, tạo thành 4 liên kết σ.

Trang 42

Sự hình thành bốn liên kết σ này có thể được biểu diễn như sau:

lai hoá sp³

Câu hỏi và bài tập

3. Biết phức chất [NiCl₄]^2- có dạng hình học từ diện

a) Xác định nguyên tử trung tâm và số phối trí của nguyên tử trung tâm.

b) Trình bày sự hình thành liên kết trong phức chất [NiCl₄]^2- theo thuyết liên kết hóa trị biết Ni có Z = 28.

2. Sự hình thành liên kết trong phức chất bát diện

Theo thuyết liên kết hoá trị, liên kết trong phức chất có dạng hình học bát diện (còn được gọi là phức chất bát diện) được hình thành từ sự cho cặp electron chưa liên kết của phối tử đến các orbital lai hóa d²sp³ hoặc sp³d² trống của nguyên tử trung tâm.

Ví dụ 1: Theo thuyết liên kết hoá trị, phức chất bát diện:

được hình thành như sau:

Nguyên từ trung tâm Co³⁺ có cấu hình electron: [Ar]3d⁶.

Để tạo ra dạng hình học bát diện, nguyên tử trung tâm Co³⁺ lai hóa sp³d², sáu phối tử F^- cho cặp electron chưa liên kết vào sáu orbital lai hóa sp³d² trống của Co³⁺, tạo thành sáu liên kết σ.

Sự hình thành sáu liên kết σ này có thể được biểu diễn như sau:

lai hoá sp³d²

Ví dụ 2: Theo thuyết liên kết hoá trị, phức chất bát diện:

được hình thành như sau:

Trang 43

Nguyên tử trung tâm Cr³⁺ có cấu hình electron: [Ar]3d³.

Để tạo ra dạng hình học bát diện, nguyên tử trung tâm Cr³⁺ lai hóa d²sp³, sáu phối tử H₂O cho cặp electron chưa liên kết của nguyên tử O vào sáu orbital lai hóa d²sp³ trống
của Cr³⁺, tạo thành sáu liên kết σ.

Sự hình thành sáu liên kết σ này có thể được biểu diễn như sau:

lai hóa d²sp³

Câu hỏi và bài tập

4. Dự đoán dạng hình học của phức chất [Ti(H₂O)₆]³⁺ và kiểu lai hóa của nguyên tử trung tâm trong phức chất, biết Ti có Z = 22.

5. Mô tả sự hình thành phức chất [FeF₆]^3- theo thuyết liên kết hoá trị. Biết Fe có 2 = 26.

II. BIỂU DIỄN DẠNG HÌNH HỌC CỦA PHỨC CHẤT

1. Phúc chất tử diện

Dạng hình học tứ diện của phức chất có công thức tổng quát [ML₄] được biểu diễn ở Hình 8.1. Dạng hình học này mô tả nguyên tử trung tâm M ở tâm của hình tứ diện, bốn phối tử L nằm ở 4 đỉnh của hình tứ diện.

Hình 8.1. Dạng hình học tứ diện của phức chất: a) [ML₄], b) [Zn(OH)₄]^2-

2. Phúc chất bát diện

Dạng hình học bát diện của phức chất có công thức tổng quát [ML₆] được biểu diễn ở Hình 8.2. Dạng hình học này mô tả sáu phối tử L nằm ở sáu đỉnh của hình bát diện, M ở tâm hình bất diện.

Hầu hết các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có thể tạo phức chất bát diện, chẳng hạn các phức chất của Cr³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co³⁺ thưởng có dạng hình học bát diện.

Hình 8.2. Dạng hình học bát diện của phức chất: a) [ML₆], b) [CoF6]^3-

Hoạt động nghiên cứu

Biểu diễn dạng hình học của phức chất tử diện [NiCL₆]^2- và phức chất bát diện [Fe(H₂O)₆]³⁺ .  

Trang 44

III. MỘT SỐ ĐỒNG PHÂN CƠ BẢN CỦA PHỨC CHẤT

Phức chất có thể có một số loại đồng phân khác nhau như đồng phân cis-, trans-; đồng phân ion hóa; đồng phân liên kết.

1. Đồng phân cis-, trans-

Sự sắp xếp trong không gian của phối tử ở các vị trí khác nhau trong phức chất dẫn tới hiện tượng đồng phân cis-, trans- hay còn gọi là đồng phân hình học. Phức chất với hai phối tử giống nhau nằm cùng một phía đối với nguyên tử trung tâm được gọi là đồng phân cis-, khác phía đối với nguyên tử trung tâm được gọi là đồng phân trans-. Điều kiện cần để có các đồng phân cis-, trans- là trong phức chất phải có các loại phối tử khác nhau.

a) Phức chất vuông phẳng

Hoạt động nghiên cứu

Xét phức chất vuông phẳng có nguyên tử trung tâm M và hai loại phối tử A, B. Cả A và B đều có dung lượng phối trí là 1.

1. Viết các công thức hoá học có thể có của phức chất (bỏ qua diện tích của phức chất).

2. Biểu diễn dạng hình học có thể có của các phức chất.

Phức chất [MA₂B₂] có hai đồng phân là cis-, trans-.

cis-[MA₂B₂]

trans-[MA₂B₂]

Chú thích: A, B, M

Ví dụ: Phức chất [PtCl₂(NH₃)₂] có hai đồng phân cis-, trans- như sau:

Dạng cis

Dạng trans

EM CÓ BIẾT

Các phức chất [MA₄] và [MAB₃] không có đồng phân cis-, trans-.

Phức chất vuông phẳng [MA₂BC] có đồng phân cis-, trans- như sau:

cis-[MA₂BC]

trans-[MA₂BC)

Chú thích: A, B, M

Các đồng phân cis-, trans- có tính chất và ứng dụng khác nhau, chẳng hạn phức chất cis-[PtCl₂(NH₃)₂] có tác dụng chữa bệnh ung thư còn phức chất trans-[PtCl₂(NH₃)₂] thì không.

Trang 45

Câu hỏi và bài tập

6. Cho các phức chất sau: [Ag(NH₃)₂]⁺, [ZnCl₄]^2-, [Ni(CN)₄]^2-, [PtCl₂(NH₃)₂] (vuông phẳng).

a) Phức chất nào có đồng phân cis-, trans-?

b) Vẽ đồng phân cis-, trans- (nếu có) của mỗi phức chất.

b) Phức chất bát diện

Hoạt động nghiên cứu

Xét phức chất [MA₄B₂], trong đó phối tử A, B đều sử dụng lượng phối trí là 1.

1. Xác định số phối trí của nguyên tử trung tâm M và dạng hình học của phức chất.

2. Biểu diễn dạng hình học có thể có của phức chất.

Phúc chất [MA₄B₂] có hai đồng phân cis-, trans-.

cis-[MA₄B₂]

trans-[MA₄B₂]

Chú thích:

A

B

M

Ví dụ: Phức chất [CoCl₂(NH₃)₄]⁺ có hai đồng phân cis-, trans- như sau.

Dạng cis

Dạng trans

Câu hỏi và bài tập

7. Cho phức chất: [Ni(NH₃)₆]²⁺ và [PdCl₂(NH₃)₄]

a) Phức chất nào có đồng phân cis-, trans-?

b) Vẽ đồng phân cis-, trans- (nếu có) của mỗi phức chất.

Trang 46

2. Đồng phân liên kết

Đồng phân liên kết có thể xuất hiện khi phối tử có hai hay nhiều nguyên tử có khả năng tạo liên kết cho – nhận với nguyên tử trung tâm.

Ví dụ: phối tử NO₂^- có thể liên kết với nguyên tử trung tâm M qua nguyên tử O hoặc nguyên từ N. Để chỉ rõ NO₂^-, liên kết với nguyên tử trung tâm qua nguyên tử O hay nguyên tử N, trong công thức của phức chất, người ta viết phối tử này là (ONO) hay (NO₂) tương ứng. Phức chất chứa phối tử NO₂^- có thể có hai đồng phân liên kết như sau:

[ML_x(ONO)]: phối tử NO₂^- liên kết với M qua nguyên tử O.
(ML_x(NO₂)]; phối tử NO₂^- liên kết với M qua nguyên tử N.

Câu hỏi và bài tập

8. Phức chất (A) và phức chất (B) có cấu tạo như sau:

Hãy chỉ ra sự khác nhau về cấu tạo của hai phức chất này.

3. Đồng phân ion hóa

Đồng phân ion hoá của phức chất có thành phần trong cầu nội và cầu ngoại khác nhau, xảy ra do có sự trao đổi phối tử mang diện tích âm trong cầu nội với anion ở cầu ngoại.

Ví dụ: Anion SO₄^2- ở cầu ngoại của phức chất [CoBr(NH₃)₅](SO₄) trao đổi với phối tử Br^- trong cầu nội, tạo thành phức chất [Co(NH₃)₅(SO₄)]Br. Do vậy phức chất [CoBr(NH₃)₅](SO₄) và [Co(NH₃)₅(SO4)]Br là hai đồng phân ion hóa của nhau.

EM CÓ BIẾT

Sự khác nhau của các đồng phân ion hoá

Trong dung dịch, đồng phân ion hoá phân li ra các ion khác nhau và thường cho màu sắc khác nhau.

Ví dụ: Hai đồng phân ion hóa [CoBr(NH₃)₅](SO₄) và [Co(NH₃)₅(SO₄)]Br có màu tím và đỏ tương ứng: trong cung dịch, chúng phân li như sau:

[CoBr(NH₃)₅](SO₄) → [CoBr(NH₃)₅]²⁺ + SO₄^2-

[Co(NH₃)₅(SO₄)]Br → [Co(NH₃)₅(SO4)]⁺ + Br^-

Trang 47

EM ĐÃ HỌC

• Theo thuyết liên kết hoá trị, trong phúc chất [ML_n], phối tử L cho cặp electron chưa liên kết vào orbital lại hoá trống của nguyên tử trung tâm M tạo thành liên kết ở kiểu cho – nhận.

• Biểu diễn dạng hình học của phức chất tứ diện và bát diện.

• Ba loại đồng phân cơ bản của phức chất là đồng phân cis-, trans-, đồng phân liên kết và đồng phân ion hóa.

EM CÓ THỂ

• Mô tả được sự hình thành liên kết của một số phức chất tứ diện và bát diện theo thuyết liên kết hoá trị.

• Biểu diễn được dạng hình học của một số phức chất dạng tứ diện và bát diện. Xác định được đồng phân cis−, trans-, đồng phân liên kết, đồng phân ion hoá của một số phức chất.