Kompleksie savienojumi

Kompleksie savienojumi jeb koordinācijas savienojumi (latīņu: complexus - sakars, savienojums) ir neitrālas molekulas vai elektriski lādēti joni, kas veidojas, pie centrālā atoma (parasti metāla) pievienojoties citām molekulām vai joniem, ko sauc par ligandiem. Atšķirībā no dubultsāļiem, kompleksie savienojumi maz disociē šķīdumos. Piemēram, kompleksais heksacianoferāta anjons [Fe(CN)₆]³⁻ šķīdumos eksistē kā viena vesela daļiņa, kas nedisociē dzelzs un cianīda jonos. Ir pazīstams liels skaits daudzveidīgu komplekso savienojumu (daudzi no tiem eksistē tikai šķīdumos). Neorganisko komplekso savienojumu ir ievērojami vairāk, nekā visu pārējo neorganisko savienojumu. Kompleksos savienojumus veido arī organiskas vielas un vairākiem no tiem ir milzīga nozīme dzīvajā dabā (hlorofils, hemoglobīns, B₁₂ vitamīns).
Kompleksi veidojas donorakceptorās vai elektrostatiskās mijiedarbības dēļ starp kompleksus veidojošajām daļiņām. Tos var veidot gandrīz jebkurš periodiskās sistēmas elements. Kompleksus nelabprāt veido tipiskie metāli un tie ir tikai katjonu kompleksi, amfotērie metāli veido kā katjonu, tā anjonu kompleksus, bet nemetāli - anjonu kompleksus.

Vēsture

Komplekso savienojumu teoriju (koordinācijas teoriju) 1898. gadā izstrādāja šveiciešu ķīmiķis Alfreds Verners. Vēlāk lielu ieguldījumu komplekso savienojumu ķīmijas attīstībā deva krievu ķīmiķis Ļevs Čugajevs un viņa skolnieki.

Uzbūve

Saskaņā ar Vernera teoriju, vairumam komplekso savienojumu izšķir iekšējo un ārējo sfēru. Iekšējo sfēru, ko sauc arī par ķīmisko kompleksu, veido atomu grupējums, kurā izšķir centrālo atomu vai jonu (to sauc par kompleksa veidotāju jeb metālcentru) un molekulas vai pretēja lādiņa jonus, kas izvietoti ap to (ligandus jeb adendus). Ja iekšējā sfēra ir elektriski lādēta (kompleksais jons), tā piesaista pretēji lādētus jonus, kas veido kompleksā savienojuma ārējo sfēru. Piemēram, berilija katjons Be²⁺ koordinatīvi piesaista četrus fluorīdjonus F⁻ un veido komplekso anjonu [BeF₄]²⁻. Šāds tetrafluoroberilāta anjons var savukārt piesaistīt attiecīgu skaitu katjonu un veidot tādus kompleksos savienojumus kā kālija tetrafluoroberilāts K₂[BeF₄]. Nedrīkst uzskatīt, ka šī viela ir vienkārši kālija un berilija fluorīdu maisījums 2KF·BeF₂, jo tās šķīdumā praktiski nav fluorīdjonu, bet tikai tetrafluoroberilāta anjoni un kālija katjoni. Ligandi var būt arī neitrālas molekulas. Piemēram, sudraba katjons Ag⁺ piesaista divas amonjaka molekulas un veido kompleksu sudraba amonjakāta katjonu jeb diamīnsudraba katjonu [Ag(NH₃)₂]⁺. Ļoti bieži ligandi ir ūdens molekulas - šādus kompleksus sauc par akvokompleksiem (sk. arī kristālhidrāti).
Komplekso savienojumu formulās iekšējo sfēru pieņemts atdalīt ar kvadrātiekavām (ja ārējās sfēras nav, to bieži nedara).

Klasifikācija

Kompleksos savienojumus iedala saskaņā ar to iekšējās sfēras lādiņu - katjonu, anjonu un neitrālos kompleksos. Kompleksa lādiņš ir to veidojošo atsevišķo daļiņu lādiņu algebriskā summa.

Katjonu kompleksi

Parasti katjonu kompleksi veidojas, ap centrālo metāla katjonu grupējoties neitrālām molekulām. Visbiežāk šādi neitrāli ligandi ir ūdens vai amonjaks - vielas ar nedalītiem elektronu pāriem. Tā, vara katjons Cu²⁺ veido kompleksus ar ūdeni [Cu(H₂O)₆]²⁺ un amonjaku vai etilēndiamīnu [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ (šādā kompleksā ligandi vienlaicīgi ir ūdens un amonjaks).
Katjonu kompleksu nosaukumi tiek veidoti, norādot ligandu skaitu un tipu (heksaakvo-, ja ir sešas ūdens molekulas; diamīn-, ja ir divas amonjaka molekulas) un kompleksveidojošo elementu. Ārējās sfēras anjonu apzīmē līdzīgi, kā parasto sāļu nosaukumos un formulā tos liek aiz iekšējās sfēras formulas. Piemēram, tetraamīncinka dihlorīds [Zn(NH₃)₄]Cl₂.
Pie katjonu kompleksiem pieskaitāmi arī tā dēvētie onija kompleksi - tajos kompleksveidotājs ir stipri elektronegatīvs elements (skābeklis, fluors, slāpeklis, fosfors), bet ligandi ir ūdeņraža atomi, kas polarizēti pozitīvi. Pazīstamākais šāda veida komplekss ir amonija NH₄⁺ komplekss, kurš veido kompleksos savienojumus, ko parasti dēvē vienkārši par amonija sāļiem. Iespējami arī fluoronija FH₂⁺ kompleksi, bet oksonija OH₃⁺ kompleksu parasti dēvē par hidroksonija jonu H₃O⁺ un tas savukārt pats var būt ligands citos kompleksos.

Anjonu kompleksi

Anjonu kompleksos ap metāla katjonu izvietojas anjoni, kuru summārais lādiņš ir lielāks par katjona lādiņu, tādēļ kompleksa kopējais lādiņš ir negatīvs. Šādu kompleksu nosaukumos centrālā kompleksveidotāja atoma latīņu nosaukumam pievieno izskaņu -āts, bet pirms tā norāda ligandu skaitu un tipu. Bieži nosaukuma beigās norāda centrālā atoma oksidēšanas pakāpi ar romiešu ciparu iekavās. Ārējās sfēras katjonus apzīmē līdzīgi, kā parasto sāļu nosaukumos, bet formulā tos raksta pirms iekšējās sfēras formulas. Piemēram, nātrija tetrahidroksoplumbāts vai, precīzāk, nātrija tetrahidroksoplumbāts(II) Na₂[Pb(OH)₄] un kālija heksafluorofosfāts(V) K[PF₆]. Par anjonu kompleksiem var uzskatīt arī oksokompleksus, kur ap kompleksveidotāju izvietoti skābekļa atomi, taču tos tradicionāli raksta bez kvadrātiekavām un sauc vienkāršāk, uzskatot par parastiem sāļiem; piemēram, nātrija sulfāts Na₂SO₄, nevis nātrija tetraoksosulfāts (VI) Na₂[SO₄].

Neitrālie kompleksi

Šādi kompleksi rodas, ja ap neitrālu atomu koordinējas neitrālas molekulas (tipisks piemērs - metālu karbonili) vai ap kompleksveidotāja katjonu - negatīvi joni un neitrālas molekulas, kopējam kompleksa lādiņam neitralizējoties. Neitrālajiem kompleksiem nav ārējās sfēras. Neitrālu kompleksu piemēri: dihlorodiamīnplatīns(II) [Pt(NH₃)₂Cl₂] (sk. arī cisplatīns); dzelzs pentakarbonils Fe(CO)₅; dibenzolhroms Cr(C₆H₆)₂.

Divkodolu vai daudzkodolu kompleksi

Divkodolu kompleksi veidojas, ja viens vai vairāki kompleksa ligandi savienojušies vienlaikus ar diviem centrālajiem atomiem. Iespējamas arī polimēras struktūras (daudzkodolu kompleksi), kur katram centrālajam atomam ir vismaz divi tiltiņveida ligandi.

Izmantošana

Kompleksos savienojumus lieto analītiskajā ķīmijā (sk. kompleksonometrija), metālu (zelta, sudraba, platīnmetālu) iegūšanā, lantanīdu atdalīšanā. Helātu kompleksu veidošanos pielieto ūdens mīkstināšanai; medicīnā - nierakmeņu šķīdināšanai. Pārejas metālu kompleksus lieto par katalizatoriem.