Legătura coordinativă. Combinaţiile complexe.

Pe lângă legăturile covalente polare și legăturile covalente nepolare, mai există un caz particular al legăturii covalente și anume legătura covalentă coordinativă.

După cum știm deja, legătura covalentă este formată între doi atomi care împart o pereche de electroni.

Spre exemplu, în această moleculă de acid clorhidric, hidrogenul și clorul au pus în comun fiecare câte un electron pentru a forma legătura covalentă.

Atomii sunt ținuți împreună pentru că perechea de electroni este atrasă de nucleele ambilor atom.

Deci, la formarea unei legături covalente simple, fiecare atom contribuie câte un electron, dar nu trebuie să fie întotdeauna așa.

O legătură coordinativă este o legătură covalentă pentru că e vorba tot despre o pereche de electroni împărțită, doar că, în acest caz, amândouă electronii care formează legătura vin de la același atom.

Pentru a înțelege mai bine cum se formează aceste legături, vom lua ca exemplu formarea clorurii de amoniu.

Amoniacul și acidul clorhidric sunt două gaze incolore. Dacă le amestecăm, se va forma un fum alb și dens de clorură de amoniu în formă solidă.

Atomul de azot din molecula de amoniac are cinci electroni în stratul de valență.

Dintre aceștia, trei electroni îi pune în comun cu trei electroni de la trei atomi de hidrogen.

Azotul își formează, astfel, configurație stabilă de octet, iar atomii de hidrogen își formează configurații stabile de dubleț.

Acestea sunt, deci, legături covalente polare.

Perechea de electroni a atomului de azot, care nu participă la formarea celor trei legături covalente polare, se numește pereche de electroni neparticipanți.

Dar, cu toate că atât azotul cât și atomii de hidrogen au configurații stabile, amoniacul reacționează totuși cu acidul clorhidric.

În molecula de acid clorhidric, atomul de clor are electronegativitate mare, iar volumul atomului de clor este mult mai mare decât cel al atomului de hidrogen.

Deci, molecula de acid clorhidric este un dipol asimetric, iar electronii din legătura covalentă sunt mai puternic atrași de atomul de clor.

Sunătăm și sarcinile parțiale ale celor doi atomi, sarcină parțială negativă pentru clor și sarcină parțială pozitivă pentru hidrogen.

În prezența amoniacului, atomul de hidrogen din acidul clorhidric este atras puternic de atomul de azot și se desprinde din acidul clorhidric sub formă de ion hidrogen plus.

Între atomul de azot, care are perechea de electron neparticipanți, și ionul de hidrogen, care este de fapt un proton pentru că singurul lui electron rămâne la clor, care are acum configurate de octet,

deci între aceștia doi, se stabilește o legătură chimică la care numai atomul de azot pune în comun electron.

Se formează un ion amoniu.

Ionul amoniu are sarcină pozitivă adusă de ionul hidrogen plus.

Sarcina pozitivă a protonului se distribuie, deci, în interiorul ionului de amoniu.

În ionul amoniu, între atomul de azot și ionul hidrogen plus, s-a format o legătură covalentă coordinativă pe care o reprezentăm cu săgeată.

Deci, în acest ion sunt trei legături covalente simple și o legătură covalentă coordinativă, care, după ce se formează, nu se deosebește cu nimic de celelalte trei legături.

Ionul de amoniu interacționează cu ionul clor minus rămas din molecula de aciclor hidric după desprinderea protonului și se formează un compus ionic, adică clorura de amoniu.

Așadar, legătura coordinativă se formează între două specii chimice, una care are o pereche de electron neparticipanți, cum este atomul de azot în cazul clorului de amoniu, și una care are deficit de electron, cum este ionul hidrogen plus.

Specia care aduce perechea de electron se numește donor, iar cea care primește perechea de electron se numește acceptor.

Legătura coordinativă se reprezintă printr-o săgeată orientată de la donor la acceptor.

Legătura coordinativă se întâlnește și la formarea unei clase de combinații chimice importante numite combinații complexe.

Combinațiile complexe sunt alcătuite dintr-un ion de metal numit ion central și molecule sau ion care poartă numele de liganți.

Între ionul central și liganți se vor stabili legături covalente coordinativ.

Numărul de liganți care sunt legați coordinativ de ionul central se numește număr de coordinare.

Pot fi liganți numai moleculele și ionii care conțin cel puțin un atom cu o pereche de electrone participanți.

Spre exemplu pot fi liganți moleculele de apă, de amoniac sau de monoxid de carbon sau moleculele organice.

Mai pot fi liganți și ionii precum ionul florură, ionul clorură, ionul hidroxil sau ionii fosfat și sulfat.

Un ion de metal poate fi ion central numai dacă are orbitali liberi în care pot intra electronii puși în comun de ligant.

Să luăm ca exemplu formarea hidroxidului de tetraminocupru II, aceasta fiind formula lui chimică.

Este un compus foarte mare, poate părea foarte complicat, dar de fapt formarea acestui complex e un proces destul de simplu și logic.

Mai întâi trebuie să obținem hidroxic de cupru prin reacția dintre sulfat de cupru și hidroxid de sodiu.

Din reacție obținem hidroxidul de cupru și sulfat de sodiu.

Hidroxidul de cupru va reacționa în continuare cu amoniac pentru obținerea ionului de tetraminocupru.

Dar mai întâi haideți să ne uităm mai de aproape la ce se întâmplă cu electronii în aceste reacții.

În primul rând ne interesează configurația electronică a atomului de cupru.

Cuprul are numărul atomic Z egal cu 29 și configurația sa este aceasta, configurația argonului 3d10 4s1.

Pentru a înțelege mai bine ce se întâmplă haideți să reprezentăm orbitalii cu liniuțe.

Deci configurația argonului și cei 5 orbitali 3d.

Orbitalii 3d sunt complet ocupați cu electroni.

Iar acesta este orbitalul 4s care are un electron.

În molecula de hidroxid de cupru, cuprul are sarcina 2+.

Deci ne interesează configurația electronică a ionului de cupru 2+.

Ionul de cupru 2% are cu 2 electroni mai puțin decât atomul de cupru.

Deci configurația ionului este următoarea, configurația argonului.

Cei 5 orbitali 3d care de data aceasta conțin în total 9 electroni.

Acesta este orbitalul 4s.

Însă pentru continuarea reacției trebuie să luăm în calcul și cei 3 orbitali liberi neocupați de electroni din structura ultimului strat electronic al cuprului.

Deci în total există 4 orbitali disponibili în ionul central cuprul 2% pentru coordinare.

În prezența a 4 molecule de amoniac, 4 atomi de azot pun în comun perechile lor de electron neparticipanți cu ionul de cupru.

Astfel încât electronii se vor roti atât în orbitalii azotului cât și în orbitalii libere ai cuprului.

Deci vor aparține atât azotului cât și cuprului ca în orice legătură covalentă.

Deci între atomii de azot din moleculele de amoniac și ionul de cupru se stabilesc 4 legături covalente coordinate.

Astfel se formează ionul complex de tetraminocupru.

Pentru a scoate în evidență cele 4 legături coordinate putem reprezenta ionul de tetraminocupru și în acest fel.

Sarcina 2 plus a ionului complex adusă de ionul de cupru 2 plus este neutralizată de sarcina negativă a 2 ion de hidroxil din soluție.

Deci ionul complex de tetraminocupru va fi neutralizat de 2 ion hidroxil

iar produsul de reacție este hidroxidul de tetraminocupru 2 care este un compus ionic solubil în apă.

Calculul sarcinii ionului complex se face foarte simplu luând în considerare două cazuri.

În primul caz, când liganzii sunt molecule, sarcina ionului complex este pozitivă și egală cu sarcina ionului central.

Este cazul ionului de tetraminocupru despre care tocmai am vorbit.

Am spus că sarcina ionului de cupru este 2 plus și astfel și sarcina ionului complex este tot 2 plus.

În al doilea caz, când liganzii sunt ion negativ, sarcina ionului complex se calculează făcând suma sarcinilor ionilor din complex ținând seama de numărul de coordinare.

De exemplu, în cazul ionului de hexaflorură de fier, sarcina ionului central este plus 3, iar sarcina ligandului este minus 1 și pentru că avem 6 liganzi, sarcina va fi minus 6.

Astfel rezultă că sarcina complexului este plus 3, minus 6, egal cu minus 3.

Sau în cazul ionului complex de tetrahydroxozincat, zincul care este ionul central are sarcina 2 plus, sarcina ligandului hidroxil este minus 1 și pentru că sunt 4 liganzi, în total va fi minus 4.

Deci, sarcina ionului complex va fi plus 2, minus 4, egal cu minus 2.

Sunt foarte multe exemple de combinații complexe.

Acestea sunt, în general, intens colorate, iar cele mai frecvente utilizări sunt în analiza chimică.

O serie de ioni ai metalelor formează foarte ușor combinații complexe colorate intens sau cu solubilitate redusă.

Spre exemplu, cunoscând aceste caracteristici despre un metal, cum că formează o combinație complexă colorată într-un fel anume, se poate determina prezența acestui metal într-o soluție cu conținut necunoscut.

Bun, până acum am vorbit despre legăturile formate între atomii elementelor.

Lecția viitoare vom vedea că și între molecule există mai multe tipuri de interacții, deci vom începe să vorbim despre forțele intermoleculare.