Природа химической связи в комплексных соединениях

Связь, возникающая между комплексообразователем, с одной стороны, и ионами и молекулами, входящими в состав внутренней сферы, с другой, представляет собой особый вид ковалентной связи, называемой координационной или донорно-акцепторной.

В отличие от обычной ковалентной связи, донорно-акцепторная возникает за счет пары электронов, принадлежащих только одному из соединяющихся атомов. Примером может служить комплексообразование, в котором участвуют молекулы аммиака. Около атома азота, входящего в состав молекулы NH₃, имеется четыре пары электронов, из которых три образуют ковалентные связи с тремя атомами водорода и созданы при участии электронов обоих атомов. У исходного атома азота на последнем энергетическом уровне находится пять электронов, поэтому оставшиеся два электрона представляют свободную электронную пару:

H

∙∙

H: N:

∙∙

Н

Азот в молекуле аммиака готов предоставить эту электронную пару для создания химической связи, т.е. является донором. Наличие свободной пары электронов создает возможность образования комплексного иона с молекулой НCl, в которой водород, практически лишенный электрона за счет влияния сильно электроотрицательного атома хлора, тем не менее сохраняет вакантную орбиталь, на которую готов принять «чужую» электронную пару. Таким образом, положительно поляризованный атом водорода является
акцептором, а образующаяся связь — донорно-акцепторной:

Н Н +

∙∙ ∙∙ _ ∙∙ ∙∙ –

H: N: + Н⁺ : Cl: ––––––– > H: N: Н: Cl :

∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙

Н Н

Очень часто молекулы аммиака взаимодействуют с ионами металлов, играющих роль комплексообразователей, например:

Н +2

∙∙

Н Н: N: Н Н

∙∙ ∙∙ ∙∙

Zn ²⁺ + 4 NН₃ → H: N: Zn: N: Н

∙∙ ∙∙ ∙∙

Н Н: N: Н Н

∙∙

Н

Как видно из этой схемы, ион цинка в результате взаимодействия с молекулами аммиака приобретает устойчивую электронную оболочку с восемью электронами в наружном слое.

На основании теории Вернера и используя современные представления о строении комплексных соединений можно дать более точное определение: комплексные соединения — это соединения молекулярного типа, содержащие комплексы (в некоторых случаях являющиеся комплексами), связи внутри которых имеют донорно-акцепторную природу и поэтому носят неионогенный характер.

Комплексных соединений в природе значительно больше, чем простых. Например, комплексными соединениями являются кристаллогидраты (типа CuSO₄·5H₂O), которые способны образовывать практически все соли;
некоторые соли могут давать несколько кристаллогидратов в зависимости от условий получения. Комплексными соединениями называют также многочисленные соединения, получающиеся при взаимодействии электро­нейтральных молекул двух разных веществ за счет образования донорно-акцепторной связи.

Комплексные соединения играют важную роль в процессах жизнедеятельности живых организмов — растений и животных. Большую роль комплексные соединения играют в развитии методов химического анализа, качественного и количественного определения многих элементов.