Skip to content · ⁨Перейти к содержанию⁩

Chemistry of transition elements · ⁨Химия переходных элементов⁩

A-Level Chemistry · ⁨A-Level Химия⁩ · Topic 28 · ⁨Тема 28⁩

Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
8:24

Химия переходных элементов

Посмотрите на эти шесть пробирок: розовая, оранжевая, желтая, зеленая, синяя, фиолетовая. В каждой находится металл d-блока в воде, и каждый металл происходит из одной и той же короткой…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

28.1

Transition elements · ⁨Переходные элементы⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. define a transition element as a d-block element which forms one or more stable ions with incomplete d orbitals
  2. sketch the shape of a $3\text{d}_{xy}$ orbital and $3\text{d}_{z^2}$ orbital
  3. understand that transition elements have the following properties: (a) they have variable oxidation states (b) they behave as catalysts (c) they form complex ions (d) they form coloured compounds
  4. explain why transition elements have variable oxidation states in terms of the similarity in energy of the 3d and the 4s sub-shells
  5. explain why transition elements behave as catalysts in terms of having more than one stable oxidation state, and vacant d orbitals that are energetically accessible and can form dative bonds with ligands
  6. explain why transition elements form complex ions in terms of vacant d orbitals that are energetically accessible
Русский
  1. определить переходный элемент как d-элемент, образующий один или несколько устойчивых ионов с незаполненными d-орбиталями
  2. схематически изобразить форму d-орбитали $3\text{d}_{xy}$ и f-орбитали $3\text{d}_{z^2}$
  3. понимать, что переходные элементы обладают следующими свойствами: (a) они имеют переменные степени окисления; (b) они действуют как катализаторы; (c) они образуют комплексные ионы; (d) они образуют окрашенные соединения
  4. объяснить, почему переходные элементы имеют переменные степени окисления, с учетом близости энергий подуровней 3d и 4s
  5. объяснить, почему переходные элементы действуют как катализаторы, с учетом наличия более одной устойчивой степени окисления и вакантных d-орбиталей, энергетически доступных для образования донорно-акцепторных связей с лигандами
  6. объяснить, почему переходные элементы образуют комплексные ионы, с учетом вакантных d-орбиталей, энергетически доступных

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

A transition element 过渡元素 is a d-block element that forms one or more stable ions with incomplete d orbitals. (Scandium and zinc are in the d-block but are not transition elements, because their stable ions have empty or full d orbitals.)

The 3d orbitals 轨道 have set shapes: the $3\text{d}_{xy}$ orbital has four lobes pointing between the axes, and the $3\text{d}_{z^2}$ orbital has two lobes along the $z$-axis with a ring around the middle.

Four key properties (and why)

Property Reason
variable oxidation state 氧化态 the 3d and 4s sub-shells are close in energy, so similar small amounts of energy remove different numbers of electrons
act as a catalyst 催化剂 they have more than one stable oxidation state, and vacant d orbitals that can form dative bonds
form complex ions vacant d orbitals can accept lone pairs
form coloured compounds electrons move between split d orbitals (see below)
Русский

Переходный элемент — это d-блок элемент, который образует один или несколько стабильных ионов с незаполненными d-орбиталями. (Скандий и цинк находятся в d-блоке, но не являются переходными элементами, поскольку их стабильные ионы имеют пустые или полностью заполненные d-орбитали.)

3d орбитали имеют определенные формы: орбиталь $3\text{d}_{xy}$ имеет четыре лепестка, направленных между осями, а орбиталь $3\text{d}_{z^2}$ имеет два лепестка вдоль оси $z$ с кольцом посередине.

Четыре ключевых свойства (и причины)

Свойство Причина
переменная степень окисления подуровни 3d и 4s близки по энергии, поэтому для отрыва разного числа электронов требуются похожие небольшие количества энергии
действуют как катализатор у них есть несколько стабильных степеней окисления и вакантные d-орбитали, способные образовывать донорно-акцепторные связи
образуют комплексные ионы вакантные d-орбитали могут принимать неподеленные электронные пары
образуют окрашенные соединения электроны переходят между расщепленными d-орбиталями (см. ниже)
Четыре свойства: переменные степени окисления, катализ, образование комплексных ионов и окрашенные соединения
Четыре ключевых свойства переходных элементов
Красный кристалл рубина
Рубин красный благодаря ионам переходного металла (хрома), находящимся в его кристаллической решетке
Explore · ⁨Исследовать⁩

Transition element property lab · ⁨Лабораторная работа по свойствам переходных элементов⁩

Sort transition-metal evidence by the property it shows. · ⁨Отсортируйте доказательства переходных металлов по отображаемому свойству.⁩

28.2

Ligands and complexes · ⁨Лиганды и комплексы⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. describe and explain the reactions of transition elements with ligands to form complexes, including the complexes of copper(II) and cobalt(II) ions with water and ammonia molecules and hydroxide and chloride ions
  2. define the term ligand as a species that contains a lone pair of electrons that forms a dative covalent bond to a central metal atom/ion
  3. understand and use the terms: (a) monodentate ligand including as examples $\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$ and $\text{CN}^-$ (b) bidentate ligand including as examples 1,2-diaminoethane, en, $\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2$ and the ethanedioate ion, $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ (c) polydentate ligand including as an example $\text{EDTA}^{4-}$
  4. define the term complex as a molecule or ion formed by a central metal atom/ion surrounded by one or more ligands
  5. describe the geometry (shape and bond angles) of transition element complexes which are linear, square planar, tetrahedral or octahedral
  6. (a) state what is meant by coordination number (b) predict the formula and charge of a complex ion, given the metal ion, its charge or oxidation state, the ligand and its coordination number or geometry
  7. explain qualitatively that ligand exchange can occur, including the complexes of copper(II) ions and cobalt(II) ions with water and ammonia molecules and hydroxide and chloride ions
  8. predict, using $E^\ominus$ values, the feasibility of redox reactions involving transition elements and their ions
  9. describe the reactions of, and perform calculations involving: (a) $\text{MnO}_4^- / \text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ in acid solution given suitable data (b) $\text{MnO}_4^- / \text{Fe}^{2+}$ in acid solution given suitable data (c) $\text{Cu}^{2+} / \text{I}^-$ given suitable data
  10. perform calculations involving other redox systems given suitable data
Русский
  1. описать и объяснить реакции переходных элементов с лигандами с образованием комплексов, включая комплексы ионов меди(II) и кобальта(II) с молекулами воды и аммиака, а также ионами гидроксидов и хлоридов
  2. определить термин лиганд как частицу, содержащую неподеленную электронную пару, которая образует донорно-акцепторную связь с центральным атомом/ионом металла
  3. понимать и использовать термины: (a) монодентатный лиганд, например: $\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$ и $\text{CN}^-$; (b) бидентатный лиганд, например: 1,2-диаминоэтан, en, $\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2$ и ион этандиоата, $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$; (c) полидентатный лиганд, например: $\text{EDTA}^{4-}$
  4. определить термин комплекс как молекулу или ион, образованные центральным атомом/ионом металла, окруженным одним или несколькими лигандами
  5. описывать геометрию (форму и углы связи) комплексов переходных элементов, которые являются линейными, квадратно-плоскими, тетраэдрическими или октаэдрическими
  6. (a) stating meaning of coordination number; (b) predict the formula and charge of a complex ion, given the metal ion, its charge or oxidation state, the ligand and its coordination number or geometry
  7. объяснить качественное явление обмена лигандов, включая комплексы ионов меди(II) и кобальта(II) с молекулами воды и аммиака, а также ионами гидроксидов и хлоридов
  8. предсказывать с использованием значений $E^\ominus$ возможность протекания окислительно-восстановительных реакций с участием переходных элементов и их ионов
  9. описывать реакции и выполнять расчеты с участием: (a) $\text{MnO}_4^- / \text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ в кислой среде при наличии подходящих данных; (b) $\text{MnO}_4^- / \text{Fe}^{2+}$ в кислой среде при наличии подходящих данных; (c) $\text{Cu}^{2+} / \text{I}^-$ при наличии подходящих данных
  10. выполнять расчеты, связанные с другими окислительно-восстановительными системами, при наличии подходящих данных

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

A transition metal ion can be surrounded by complex ions 配离子. The species attached are ligands.

A ligand 配体 is a species with a lone pair of electrons that forms a dative covalent bond 配位键 to the central metal ion. (The lone pair 孤对电子 is what it donates.) Ligands are grouped by how many such bonds they can form:

  • monodentate 单齿: one bond ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$, $\text{CN}^-$).
  • bidentate 双齿: two bonds (1,2-diaminoethane "en", and the ethanedioate ion $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$).
  • polydentate 多齿: many bonds ($\text{EDTA}^{4-}$, which uses six).

A complex 配合物 is a central metal atom or ion surrounded by one or more ligands. Its shape can be linear 直线形, square planar 平面正方形, tetrahedral 四面体形 or octahedral 八面体形.

The coordination number 配位数 is the number of dative bonds from the ligands to the central ion (6 → octahedral, 4 → tetrahedral or square planar, 2 → linear). To predict the charge of a complex, add the metal's charge and all the ligand charges.

Ligand exchange

In ligand exchange 配体交换 one ligand replaces another, often with a colour change. For copper(II):

$$[\text{Cu}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+} \;(\text{pale blue}) \;\xrightarrow{\text{NH}_3}\; [\text{Cu}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+} \;(\text{deep blue})$$

With concentrated $\text{HCl}$ it becomes yellow $[\text{CuCl}_4]^{2-}$; cobalt(II) behaves in a similar way.

Redox reactions of transition ions

Use $E^{\ominus}$ values to predict whether a redox reaction is feasible. Common titrations you should be able to calculate include $\text{MnO}_4^-/\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ and $\text{MnO}_4^-/\text{Fe}^{2+}$ in acid (purple to colourless), and $\text{Cu}^{2+}/\text{I}^-$ (which makes iodine, then titrated with thiosulfate).

Worked example. In acid, $\text{MnO}_4^-$ reacts with $\text{Fe}^{2+}$ in the ratio $1:5$ (see the balanced equation above). A $25.0\ \text{cm}^3$ sample of $\text{Fe}^{2+}$ solution needs $22.0\ \text{cm}^3$ of $0.0200\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{KMnO}_4$ to reach the end point. Find the concentration of the $\text{Fe}^{2+}$.

Moles of $\text{MnO}_4^-$ used $= 0.0200 \times \dfrac{22.0}{1000} = 4.40 \times 10^{-4}\ \text{mol}$. Each mole of $\text{MnO}_4^-$ reacts with $5$ moles of $\text{Fe}^{2+}$, so moles of $\text{Fe}^{2+} = 5 \times 4.40 \times 10^{-4} = 2.20 \times 10^{-3}\ \text{mol}$. This was in $25.0\ \text{cm}^3$, so

$$[\text{Fe}^{2+}] = \frac{2.20 \times 10^{-3}}{25.0/1000} = 0.0880\ \text{mol dm}^{-3}.$$
Русский

Ион переходного металла может быть окружен комплексными ионами. Присоединенные частицы называются лигандами.

Лиганд — это частица с неподеленной электронной парой, которая образует донорно-акцепторную ковалентную связь с центральным ионом металла. (Неподеленная пара — это то, что она отдает.) Лиганды классифицируются по тому, сколько таких связей они могут образовать:

  • монодентатные: одна связь ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$, $\text{CN}^-$).
  • бидентатные: две связи (1,2-диаминоэтан «en» и этандиат-ион $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$).
  • polydentate: множество связей ($\text{EDTA}^{4-}$, образующих шесть).
Ион металла с монодентатным лигандом, образующим одну связь, бидентатным лигандом, образующим две связи, и полидентатным лигандом, образующим шесть связей
Лиганды классифицируются по числу донорных связей: монодентатные (одна), бидентатные (две) или полидентатные (многие, например, шесть у EDTA)

Комплекс — это центральный атом или ион металла, окружённый одним или несколькими лигандами. Его форма может быть линейной, квадратно-планарной, тетраэдрической или октаэдрической.

Координационное число — это количество донорных связей от лигандов к центральному иону (6 → октаэдрическое, 4 → тетраэдрическое или квадратно-планарное, 2 → линейное). Чтобы предсказать заряд комплекса, сложите заряд металла и все заряды лигандов.

Четыре комплекса: линейный с двумя лигандами, тетраэдрический и квадратно-планарный с четырьмя лигандами, а также октаэдрический с шестью лигандами; каждый подписан своим координационным числом
Формы комплексов определяются координационным числом: 2 — линейная, 4 — тетраэдрическая или квадратно-планарная, 6 — октаэдрическая

Обмен лигандами

При обмене лигандами один лиганд замещает другой, часто с изменением цвета. Для меди(II):

$$[\text{Cu}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+} \;(\text{pale blue}) \;\xrightarrow{\text{NH}_3}\; [\text{Cu}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+} \;(\text{deep blue})$$

С концентрированным $\text{HCl}$ становится жёлтым $[\text{CuCl}_4]^{2-}$; кобальт(II) ведёт себя аналогично.

Три цветные ячейки для меди(II): бледно-голубой с водой, тёмно-синий после добавления аммиака, жёлтый после добавления концентрированной HCl
Обмен лигандами изменяет цвет меди(II): бледно-голубой с водой, тёмно-синий с аммиаком, жёлтый с концентрированной HCl

Окислительно-восстановительные реакции переходных ионов

Используйте значения $E^{\ominus}$, чтобы предсказать возможность окислительно-восстановительной реакции. К типичным титрованиям, которые вы должны уметь рассчитывать, относятся $\text{MnO}_4^-/\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ и $\text{MnO}_4^-/\text{Fe}^{2+}$ в кислой среде (фиолетовый до бесцветного), а также $\text{Cu}^{2+}/\text{I}^-$ (который образует йод, затем титруется тиосульфатом).

Разобранный пример. В кислой среде $\text{MnO}_4^-$ реагирует с $\text{Fe}^{2+}$ в соотношении $1:5$ (см. уравнение выше). Образец $25.0\ \text{cm}^3$ раствора $\text{Fe}^{2+}$ требует $22.0\ \text{cm}^3$ $0.0200\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{KMnO}_4$ для достижения точки эквивалентности. Найдите концентрацию $\text{Fe}^{2+}$.

Моли $\text{MnO}_4^-$, использованные в реакции, равны $= 0.0200 \times \dfrac{22.0}{1000} = 4.40 \times 10^{-4}\ \text{mol}$. Каждый моль $\text{MnO}_4^-$ реагирует со $5$ молями $\text{Fe}^{2+}$, следовательно, молей $\text{Fe}^{2+} = 5 \times 4.40 \times 10^{-4} = 2.20 \times 10^{-3}\ \text{mol}$. Это содержалось в $25.0\ \text{cm}^3$, поэтому

$$[\text{Fe}^{2+}] = \frac{2.20 \times 10^{-3}}{25.0/1000} = 0.0880\ \text{mol dm}^{-3}.$$
Explore · ⁨Исследовать⁩

Ligand and complex lab · ⁨Лабораторная работа: лиганды и комплексы⁩

Identify the part of a complex ion that controls its structure. · ⁨Определите часть комплексного иона, которая управляет его структурой.⁩

Explore · ⁨Исследовать⁩

Ligand exchange route · ⁨Маршрут обмена лигандов⁩

Follow one ligand replacing another around a metal ion. · ⁨Отследите процесс замены одного лиганда другим вокруг иона металла.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
ligand/ˈlɪɡænd/ лигандом
dative covalent bond/ˈdætɪv ˈkəʊvələnt bɒnd/ донорно-акцепторная ковалентная связь
lone pair/ləʊn peə/ несвязывающая пара ( lone pair )
monodentate/ˈmɒnəʊdenteɪt/ монодентатный
bidentate/baɪˈdenteɪt/ бидентатный
polydentate/ˌpɒlɪˈdenteɪt/ полидентатный
complex/ˈkɒmpleks/ сложными
linear/ˈlɪnɪə/ линейной
square planar/skweə ˈpleɪnə/ квадратно-плоским
tetrahedral/ˌtetrəˈhiːdrəl/ тетраэдрическая
octahedral/ˌɒktəˈhiːdrəl/ октаэдрической
coordination number/kəʊˈɔːdɪneɪʃn ˈnʌmbə/ координационное число
ligand exchange/ˈlɪɡænd eksˈtʃeɪndʒ/ обмен лигандов
degenerate/dɪˈdʒenəreɪt/ дегенерированный (о генетическом коде)
non-degenerate/nɒn dɪˈdʒenəreɪt/ невырожденный
complementary colour/ˌkɒmplɪˈmentəri ˈkʌlə/ дополнительный цвет
geometrical isomerism/ˌdʒiːəʊˈmetrɪkl ˈaɪsəmərɪzəm/ геометрической изомерии
cis/sɪs/ цис-
trans/trænz/ транс-
optical isomerism/ˈɒptɪkl ˈaɪsəmərɪzəm/ оптическая изомерия
stability constant/stəˈbɪlɪti ˈkɒnstənt/ константа устойчивости
28.3

Why complexes are coloured · ⁨Почему комплексы окрашены⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. define and use the terms degenerate and non-degenerate d orbitals
  2. describe the splitting of degenerate d orbitals into two non-degenerate sets of d orbitals of higher energy, and use of $\Delta E$ in: (a) octahedral complexes, two higher and three lower d orbitals (b) tetrahedral complexes, three higher and two lower d orbitals
  3. explain why transition elements form coloured compounds in terms of the frequency of light absorbed as an electron is promoted between two non-degenerate d orbitals
  4. describe, in qualitative terms, the effects of different ligands on $\Delta E$, frequency of light absorbed, and hence the complementary colour that is observed
  5. use the complexes of copper(II) ions and cobalt(II) ions with water and ammonia molecules and hydroxide and chloride ions as examples of ligand exchange affecting the colour observed
Русский
  1. определять и использовать термины вырожденные и нев вырожденные d-орбитали
  2. описывать расщепление вырожденных d-орбиталей на два набора не вырожденных d-орбиталей с разной энергией и использование значения $\Delta E$ в: (a) октаэдрических комплексах — две орбитали с более высокой энергией и три с более низкой; (b) тетраэдрических комплексах — три орбитали с более высокой энергией и две с более низкой
  3. объяснить, почему переходные элементы образуют окрашенные соединения, с учетом частоты поглощаемого света при переходе электрона между двумя не вырожденными d-орбиталями
  4. описать в качественных терминах влияние различных лигандов на $\Delta E$, частоту поглощаемого света и, следовательно, дополнительный цвет, который наблюдается
  5. использовать комплексы ионов меди(II) и кобальта(II) с молекулами воды и аммиака, а также ионами гидроксидов и хлоридов в качестве примеров лигандного обмена, влияющего на наблюдаемый цвет

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

In a free ion the five d orbitals are degenerate 简并 — they have the same energy. When ligands come close, they split the d orbitals into two non-degenerate 非简并 sets, separated by an energy gap $\Delta E$:

  • octahedral: three lower and two higher orbitals.
  • tetrahedral: two lower and three higher orbitals.

A complex absorbs light whose frequency matches $\Delta E$, promoting an electron from a lower to a higher d orbital. The colour you see is the complementary colour 互补色 of the light absorbed. Different ligands give a different $\Delta E$, so they change the frequency absorbed and hence the colour — which is why ligand exchange changes the colour.

Русский

В свободном ионе пять d-орбиталей вырождены — они имеют одинаковую энергию. Когда лиганды приближаются, они расщепляют d-орбитали на два невырожденных набора, разделённых энергетическим зазором $\Delta E$:

  • октаэдрические: три нижние и две верхние орбитали.
  • тетраэдрические: две нижние и три верхние орбитали.

Комплекс поглощает свет, частота которого соответствует $\Delta E$, переводя электрон с нижней на верхнюю d-орбиталь. Цвет, который вы видите, является дополнительным цветом поглощённого света. Разные лиганды дают разный $\Delta E$, поэтому они изменяют поглощаемую частоту и, следовательно, цвет — именно поэтому обмен лигандами меняет цвет.

Пять равных d-орбиталей свободного иона, расщепляющихся на нижний и верхний наборы, разделённые энергетическим зазором, для октаэдрических и тетраэдрических комплексов
Лиганды расщепляют пять d-орбиталей на два набора, разделённых зазором $\Delta E$; комплекс поглощает свет этой энергии, поэтому мы видим дополнительный цвет
Шесть стаканов с растворами переходных металлов в ряд, каждый имеет яркий различный цвет: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий и фиолетовый
Разные металлы и степени окисления дают разные цвета: кобальт(II) (красный), дихромат (оранжевый), хромат (жёлтый), никель(II) (зелёный), медь(II) (синий) и перманганат (фиолетовый)
Explore · ⁨Исследовать⁩

Complex colour route · ⁨Цепочка образования цвета в комплексе⁩

Follow light absorption from d-orbital splitting to observed colour. · ⁨Отслеживайте поглощение света от расщепления d-орбиталей до наблюдаемого цвета.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
transition element/trænˈsɪʃn ˈelɪmənt/ переходный элемент
orbital/ˈɔːbɪtl/ орбиталь
oxidation state/ˌɒksɪˈdeɪʃn steɪt/ степень окисления
catalyst/ˈkætəlɪst/ катализатором
complex ion/ˈkɒmpleks ˈaɪɒn/ комплексный ион
28.4

Stereoisomerism in complexes · ⁨Стереоизомерия в комплексах⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. describe the types of stereoisomerism shown by complexes, including those associated with bidentate ligands: (a) geometrical (cis/trans) isomerism, e.g. square planar such as $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$ and octahedral such as $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$ and $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$ (b) optical isomerism, e.g. $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_3]^{2+}$ and $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$
  2. deduce the overall polarity of complexes such as those described in 28.4.1(a) and 28.4.1(b)
Русский
  1. описывать типы стереоизомерии, проявляемые комплексами, включая те, что связаны с бидентатными лигандами: (a) геометрическая (цис/транс) изомерия, например, квадратная плоская структура, как в $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$, и октаэдрическая, как в $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$ и $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$; (b) оптическая изомерия, например, в $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_3]^{2+}$ и $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$
  2. определять общую полярность комплексов, таких как описанные в пунктах 28.4.1(a) и 28.4.1(b)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English
  • geometrical isomerism 几何异构 (cis 顺式 / trans 反式) appears in square planar complexes such as $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$, and in octahedral complexes such as $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$.
  • optical isomerism 旋光异构 appears in octahedral complexes with bidentate ligands, such as $[\text{Ni}(\text{en})_3]^{2+}$, which has two non-superimposable mirror images.

You can also deduce the polarity of a complex: a cis form may be polar, while the matching trans form is often non-polar because its dipoles cancel.

Русский
  • геометрическая изомерия (цис / транс) встречается в квадратно-планарных комплексах, таких как $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$, и в октаэдрических комплексах, таких как $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$.
Квадратно-планарный платиновый комплекс нарисован дважды: цис с двумя лигандами аммиака рядом, транс с ними напротив друг друга
Геометрическая изомерия в квадратно-планарном комплексе: два одинаковых лиганда расположены рядом (цис) или напротив (транс)
  • оптическая изомерия встречается в октаэдрических комплексах с бидентатными лигандами, таких как $[\text{Ni}(\text{en})_3]^{2+}$, который имеет два несовместимых зеркальных отражения.

Вы также можете определить полярность комплекса: цис-форма может быть полярной, тогда как соответствующая ей транс-форма часто неполярна, поскольку её диполи компенсируют друг друга.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Complex stereoisomer lab · ⁨Лабораторная работа по стереоизомерам комплексов⁩

Classify complex isomers by ligand arrangement. · ⁨Классифицируйте изомеры комплексов по расположению лигандов.⁩

28.5

Stability constants · ⁨Константы устойчивости⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  1. define the stability constant, $K_{\text{stab}}$, of a complex as the equilibrium constant for the formation of the complex ion in a solvent (from its constituent ions or molecules)
  2. write an expression for a $K_{\text{stab}}$ of a complex ($[\text{H}_2\text{O}]$ should not be included)
  3. use $K_{\text{stab}}$ expressions to perform calculations
  4. describe and explain ligand exchanges in terms of $K_{\text{stab}}$ values and understand that a large $K_{\text{stab}}$ is due to the formation of a stable complex ion
Русский
  1. определять константу устойчивости, $K_{\text{stab}}$, комплекса как константу равновесия образования комплексного иона в растворителе (из его составляющих ионов или молекул)
  2. записывать выражение для $K_{\text{stab}}$ комплекса ($[\text{H}_2\text{O}]$ не должно включаться)
  3. использовать выражения для $K_{\text{stab}}$ для выполнения расчетов
  4. описывать и объяснять лигандный обмен с точки зрения значений $K_{\text{stab}}$ и понимать, что большое значение $K_{\text{stab}}$ обусловлено образованием стабильного комплексного иона

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

The stability constant 稳定常数 ($K_{\text{stab}}$) is the equilibrium constant for forming a complex ion from the metal ion and its ligands in solution (water is left out of the expression).

A large $K_{\text{stab}}$ means a very stable complex. In a ligand exchange, the position moves towards the complex with the larger $K_{\text{stab}}$ — that is why a ligand that forms a more stable complex can push out a weaker one.

Русский

Константа устойчивости ($K_{\text{stab}}$) — это константа равновесия для образования комплексного иона из иона металла и его лигандов в растворе (вода исключается из выражения).

Большое значение $K_{\text{stab}}$ означает очень устойчивый комплекс. При обмене лигандами равновесие смещается в сторону комплекса с большим $K_{\text{stab}}$ — именно поэтому лиганд, образующий более устойчивый комплекс, может вытеснить менее устойчивый.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Stability constant lab · ⁨Лабораторная работа по константам устойчивости⁩

larger Kstab favours complex · ⁨больший KstabIds favors complex⁩

Increase ligand binding strength and see complex formation become more complete. · ⁨Увеличьте силу связывания лигандов и увидите, что образование комплекса становится более полным.⁩

28.5

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩

English
  • Define a transition element: it forms at least one ion with a partially filled d sub-shell — so Sc and Zn are excluded.
  • Colour comes from d-d transitions (ligands split the d orbitals); the colour seen is the complement of the light absorbed.
  • State the ligand and coordination number and predict the shape (6 = octahedral, 4 = tetrahedral or square planar).
  • Ligand exchange can change colour and coordination number; a larger stability constant = a more stable complex.
Русский
  • Определите переходный элемент: он образует хотя бы один ион с частично заполненным d-подуровнем — поэтому Sc и Zn исключены.
  • Цвет возникает из-за d-d переходов (лиганды расщепляют d-орбитали); наблюдаемый цвет является дополнением поглощённого света.
  • Укажите лиганд и координационное число и предскажите форму (6 = октаэдрическая, 4 = тетраэдрическая или квадратно-планарная).
  • Обмен лигандами может изменить цвет и координационное число; большая константа устойчивости = более устойчивый комплекс.

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨A-Level Химия⁩ · ⁨Больше тем в A-Level Chemistry · ⁨A-Level Химия⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP