Координаційна хімія

КО­ОРДИНАЦІ́ЙНА ХІ́МІЯ — роз­діл хімії, що ви­вчає ко­ординаційні (комплексні) сполуки (К. с.) — хімічні сполуки, що скла­даються з центрального атома (або іона) і повʼязаних з ним молекул або іонів (лігандів). Реакції, у результаті яких одержують К. с., називають реакціями комплексо­­утворе­н­ня. К. х. досліджує методи синтезу та будову К. с., їхні фіз.-хім. властивості, реакційну здатність, природу хім. звʼязку у них, особливості пере­бігу реакцій комплек­со­утворе­н­ня тощо. Наук. теорія, що уперше пояснювала будову й осн. властивості К. с. (ко­ординац. теорія) і стала під­ґрунтям для формува­н­ня К. х. як окремої галузі науки, була викладена 1891 швейцар. вченим А. Вернером. За його тверджен­ням, при утворен­ні комплексу між центр. атомом і лігандами виникають ко­ординац. (донорно-акцепторні) звʼязки, у яких один або кілька атомів утворюють більше число звʼязків, ніж допускає вища формальна валентність цих атомів. Кожна К. с. містить внутр. ко­ординац. сферу, яку при записі обмежують квад­рат. дужками, напр., [Рt(NН₃)₂С1₂], [Со(NН₃)₃(NO₂)₃]. К. с. бувають нейтральними, можуть мати по­­зитив. (катіон­ні комплекси) або негатив. (аніон­ні комплекси) за­­ряди. Якщо заряди у внутр. сфе­рі не скомплексовані, К. с. має зовн. сферу, напр., [Ni(NН₃)₆]Вr₃, К₃[Fе(СN)₆]. Внутр. сфера К. с. містить центр. атом і координов. групи — ліганди. Центр. атом за­­­звичай є акцептором, а ліганди — донорами електронів. Центр. атомами можуть бути практично всі елементи періодич. системи, лігандами — нейтр. молекули, які містять донорні атоми кисню, азоту, сірки, фосфору, арсену тощо (напр., Н₂O, NН₃, трифенілфосфін, краун-етери), а також неорган. або орган. ки­­слотні залишки (галогенід-іони, СN^–, NCS^–, карбоксилати, фено­ляти, порфірини та ін.). Число місць, яке за­ймає координов. група, називають ко­ординац. ємністю цієї групи, або дентатністю. Ліганди можуть бути моно-, бі- або полідентатними. Як правило, бі- та полідентатні ліганди утворюють із центр. атомом цикли (т. зв. хелатні). Най­стійкішими є 5- і 6-член­ні хелати. Чис­ло звʼязків, за допомогою яких ліганди без­посередньо звʼязані із центр. атомом, називають ко­­­ординац. числом (К. ч.). К. ч. центр. атома, за­звичай, — це змін­на величина і залежить від природи цього атома, ліганду, температури, природи роз­чин­ника тощо. Най­поширенішими є К. с., у яких К. ч. становить 2–6 (величина К. ч. ви­значається електрон. бу­­довою, а також роз­мірами іона-комплексо­утворювача і лігандів). Однак класична ко­ординац. теорія не змогла пояснити причини утворе­н­ня деяких нових класів К. с. (напр., π-комплексів, «сандвічевих» сполук), пере­дба­чити їхню будову, встановити взаємозвʼязок між будовою та фіз. властивостями. Після ство­ре­н­ня А. Вернером ко­ординац. теорії К. х. стала по­ступово пере­творюватися на самост. роз­діл хім. науки. Серед ві­домих учених, які зробили знач. внесок у її роз­виток, — рад. хіміки Л. Чу­­гаєв, І. Черняєв, О. Грінберг, амер. вчені Л. Полінґ та Ф.-А. Кот­тон, данський хімік Я. Бʼєр­рум, англ. хімік-органік Дж. Вілкінсон, франц. хімік Ж.-М. Лен. Вагомі дослідж. у галузі К. х. провели також укр. вчені: А. Бабко, О. Бо­­гатський, В. Скопенко, К. Яцимирський, Я. Фіалков, І. Шека, А. Голуб, які створили ві­домі наук. школи. К. х. інтенсивно роз­вивається у різних напрямах і по­­вʼязана з ін. галузями хімії та природн. наук. В остан­ні десятилі­т­тя на базі К. х. виникли декілька нових, пере­важно між­дисциплінар. наук. напрямів, зо­­крема біо­неорган. хімія, органо­метал. хімія, молекулярна магнетохімія, інженерія кри­сталів, супрамолекулярна хімія, метало­комплекс. каталіз тощо. З огляду на велику різноманітність К. с. та їхніх властивостей у К. х. використовують чимало методів для їхньої ідентифікації, аналізу і характеристики. Найдавнішими методами є ви­значе­н­ня заг. властивостей речовини (т-ра плавле­н­ня, електрична провід­ність, роз­чин­ність тощо). Із появою квант. теорії та роз­витком електрон. обладна­н­ня впроваджено нові інструменти для дослідж. будови, властивостей К. с. чи пере­бігу процесів комплексо­утворе­н­ня. Нині знач. пошире­н­ня набули рентґено­структур. аналіз, що до­зволяє описати кри­сталічну і молекулярну будо­ву К. с.; методи спектро­скопії; мас-спектрометрія, електрохім. методи (циклічна вольт­амперометрія); магнетохім. методи; терміч. аналіз тощо. Також поясне­н­ня будови, властивостей і реакційної здатності К. с. здійснюють за допомогою квантово-хім. роз­рахунків. К. с. та реакції комплексо­утворе­н­ня використовують у хім. аналізі, для роз­діле­н­ня і добува­н­ня рідкіс. металів, в орган. синтезі та різних каталітич. реакціях, у медицині, с. госп-ві тощо. К. с. поширені у біол. системах (напр., гемо­глобін і хлорофіл є К. с., багато ферментів є комплексами металів із білками тощо). К. с. отримали широке за­стосува­н­ня в аналітичній хімії як індикатора, а чи­­мало з них через свою каталітичну активність — у неорган. і орган. синтезі. Остан. часом осн. зуси­л­ля вчених спрямовані на роз­робле­н­ня методів синтезу нових К. с., які можуть зна­йти впровадже­н­ня (магнітні, люмінесцентні, сорбційні та ін.); дослідж. їх молекуляр. будови; ви­вче­н­ня К. с., закріплених на поверх­ні носіїв та їхнє викори­стан­ня як селектив. сорбентів, сенсорів тощо; роз­робле­н­ня нових лікар. засобів на основі К. с.; одержа­н­ня нових металокомплекс. каталізаторів тощо. В Украї­ні наук. діяльністю в цій галузі за­ймаються в ін­ститутах НАНУ (заг. та неорган. хімії; фіз. хімії; фіз.-хім.), на хім. ф-тах нац. університетів (Київ, Львів, Одеса). Нині у ній успішно працюють укр. хіміки С. Волков, В. Зайцев, Г. Камалов, В. Павліщук, В. Пехньо та ін. Результати дослідж. друкують пере­важно в «Українському хімічному журналі» та ж. «Теоретична і екс­периментальна хімія».

Завантажити статтю