第三章 晶体结构与性质

第四节　配合物与超分子

我们已经学习过的一些氧化物、酸、碱、盐都是组成简单的化合物，但还存在一大类组成复杂的化合物。如白色固体CuSO4是由铜离子和硫酸根离子构成，而蓝色晶体CuSO4·5H2O还含有水分子，其构成比较复杂，颜色也不同。

一、配合物

实验：一些化合物的固体及水溶液的颜色

在点滴板的小穴中分别加入少量下表中的固体，观察它们的颜色；再加入少量蒸馏水，观察其水溶液的颜色，并填入下表中。

分析：

①②③的固体颜色分别为白色、绿色、深褐色，说明固体中的铜离子不是天蓝色。

④⑤⑥的水溶液均为无色，说明钠离子、氯离子、钾离子、硫酸根离子、溴离子均为无色。

而①②③的水溶液均为天蓝色，说明铜离子在水溶液中是天蓝色。

综合上面的结论可知，天蓝色是与H2O结合的物质的颜色，即水合铜离子，可表示为，也叫四水合铜离子。

在水合铜离子中，水分子中O原子有孤电子对，铜离子的外围有空的原子轨道，水分子的孤电子对进入到铜离子的空轨道中，孤电子对为双方共用，形成了共价键。这种“电子对给予-接受”键称为配位键。（注：Cu与4个氧原子在同一平面）

CuSO4·5H2O的结构为[Cu(H2O)4]SO4·H2O，也含有水合铜离子而显天蓝色，因其含有配位键，是一种配位化合物，简称配合物。水合铜离子是一种配离子。

1、配位键

（1）概念：一个原子（或离子）提供孤电子对，另一个原子（或离子）提供空轨道，形成的共价键，即“电子对给予-接受”键称为配位键。

（2）表示方法

可以用X→Y表示配位键，箭头由提供孤电子对的原子（或离子）指向接受孤电子对的原子（或离子）。

如，铵根离子和水合铜离子中的配位键。注意水合铜离子中箭头由O原子指向Cu。

（3）配位键的形成条件

一方能提供孤电子对。如，NH3、H2O、CO、、、等。

另一方有空轨道。如、及过渡金属的原子或离子。

配位键与普通共价键区别是孤电子对由一方提供，一旦形成，则与普通共价键没有区别，同样具有饱和性和方向性。

2、配位化合物（配合物）

（1）概念：通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。

如，CuSO4·5H2O、Na[Al(OH)4]、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。

但要注意不是含有配位键化合物就一定是配合物，如NH4Cl这样的铵盐就不是配合物。

（2）配合物的结构

以CuSO4·5H2O，即[Cu(H2O)4]SO4·H2O为例：

中心离子（或原子）：提供空轨道的离子（或原子）。过渡金属离子常作中心离子，如、、、等。

配体：提供孤电子对的阴离子或分子，如、NH3、H2O等。其中提供孤电子对的原子叫做配位原子，如，NH3中的N，H2O中的O等。

配位数：直接与中心原子形成的配位键的数目。如的配位数为6。配位数与中心离子（或原子）的杂化方式有关。

内界：一般指配离子，包括中心离子（或原子）、配体。一般要求写在“[ ]”内。

外界：除配离子外的其它分子和离子，不与中心离子（或原子）形成化学键。一般写在“[ ]”外。

3、几种配合离子的实验

（1）四氨合铜离子

实验操作：向盛有4mL0.1mol/LCuSO4溶液的试管里滴加几滴1mol/L氨水，首先形成难溶物。继续滴加氨水并振荡试管，观察实验现象；再向试管中加入极性较小的溶剂（如加入8mL95%乙醇），并用玻璃棒摩擦试管壁，观察实验现象。

实验现象：滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量，沉淀逐渐溶解，得到深蓝色的溶液，加入乙醇后溶液中析出深蓝色晶体。

分析及结论：氨水与水合铜离子反应，生成蓝色的Cu(OH)2沉淀。氨水过量后，沉淀溶解生成四氨合铜离子，因此溶液呈深蓝色。乙醇是弱极性溶剂，可以降低硫酸铜氨的溶解度，用玻璃棒摩擦试管壁可以促进微粒结晶。

在中，铜离子作中心离子接受孤电子对，氨分子是配体，氮原子是配位原子给出孤电子对。（注：Cu与四个N原子在同一平面。）

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