Вопросы к коллоквиуму №3 «Введение в координационную химию. S-, d- и f-элементы и их соединения».

1. Общие сведения о комплексных (координационных) соединениях.

1. Какие соединения называют соединениями “низшего порядка”, а какие – соединениями “высшего порядка” или комплексными, координационными соединениями? С чем это связано? Приведите примеры подобных соединений. Что представляют собой комплексные соединения с точки зрения теории А.Вернера? Сформулируйте основные положения этой теории.

2. По данным эмпирическим формулам – CoCl₃∙6NH₃, PdCl₂∙2NH₃ и Fe(CN)₆∙3KCl - составьте формулы соответствующих комплексных соединений и дайте определение следующим понятиям: комплексообразователь, лиганды, координационное число, координационная емкость (дентатность), внутренняя и внешняя координационные сферы, заряды этих сфер.

3. Даны следующие комплексы: Na₂[PdCl₄], [Co(NH₃)₅Cl](NO₃)₂, [Pt(Ph₃P)₂Cl₂], [Cr(H₂O)₃(OH)₃]: на этих (и других) примерах сформулируйте основные принципы классификации и номенклатуры координационных соединений. Какие Вам известны методы исследования строения КС? В чем состоит сущность химического метода изучения комплексного соединения, эмпирическая формула которого CoCl₃∙5NH₃?

4. Дайте определение понятиям изомерия, изомеры. Какие виды изомерии распространены в координационной химии? В чем состоит сущность геометрической изомерии? Как можно синтезировать цис- и транс-изомеры комплексных соединений платины, пользуясь закономерностью (эффектом) трансвлияния И.И.Черняева?

5. Какие существуют теории и методы для объяснения природы химической связи в комплексных соединениях? В чем их достоинства и недостатки? Какую информацию можно получить о комплексных ионах [Ag(NH₃)₂]⁺, [Pt(NH₃)₄]²⁺ и [CoF_6]^3-, если рассматривать их образование с точки зрения метода валентных связей? Почему КС наиболее распространены среди d-элементов?

6. В чем состоят основные принципы теории кристаллического поля? Какую форму имеют электронные облака d-орбиталей центрального атома? Почему их называют вырожденными пятикратно? Как эти орбитали ориентированы в пространстве? Что понимают под расщеплением d-орбиталей в полях различной симметрии (октаэдрическом, тетраэдрическом, плоскоквадратном)? Какие орбитали обозначают d_ε, а какие dγ?

7. Что понимают под расщеплением d-орбиталей центрального атома в комплексном соединении под действием поля лигандов? От чего зависит характер этого расщепления? Что называют параметром расщепления (∆)? От каких факторов зависит величина ∆? В каком случае лиганды создают вокруг комплексообразователя сильное поле, а в каком – слабое? Что такое спектрохимический ряд лигандов?

8. В соответствии с какими принципами происходит заполнение электронами d-орбиталей комплексообразователя в октаэдрическом и тетраэдрическом поле лигандов? Дайте определение понятию энергия стабилизации кристаллическим полем лигандов (ЭСКП). Как влияет соотношение между ЭСКП (или энергией расщепления d-орбиталей ∆) и энергией спаривания электронов (P) на характер распределения электронов по орбиталям d_ε и dγ? В каких случаях образуются высокоспиновые, а в каких – низкоспиновые комплексы?

9. Как можно, пользуясь методом валентных связей (МВС), а также теорией кристаллического поля (ТКП), объяснить следующие свойства комплексных ионов – [Fe(CN)₆]^4-, [FeF₆]^4-- - пространственную конфигурацию (геометрию), магнитные свойства (пара- или диамагнитные), оптические свойства (окрашены или нет), устойчивость и реакционную способность.

10. Приведите примеры комплексных соединений, отличающихся зарядом внутренней сферы, т.е. катионный, анионный и нейтральный комплексы. Какие из них относятся к электролитам? В чем состоит особенность поведения комплексных соединений в водных растворах? Ч то понимают под константами нестойкости комплексов и константой устойчивости? Что они характеризуют? Каковы условия образования и разрушения комплексов в растворе? Проиллюстрируйте примерами.

2. s-Элементы и их соединения.

1. Какое положение в ПС занимают щелочные и щелочно-земельные элементы? Почему их так называют? Сопоставьте изменение радиусов атомов этих элементов и потенциалов ионизации (I₁) в зависимости от их порядкового номера. Какие степени окисления для них характерны? Почему активность этих металлов в ряду напряжений не соответствует их активности в связи с положением в Периодической системе? Какие из s-элементов I и II групп проявляют диагональное сходство? В чем это выражается?

2. Как получают свободные s-металлы I и II групп? Какие физические свойства для них характерны? Как изменяются t⁰_пл. и t⁰_кип. в подгруппах этих металлов? С чем это связано? Пользуясь методом МО ЛКАО, объясните возможность или невозможность существования молекул Li₂ и Be₂? Спектр какой из этих молекул идентичен со спектром молекулы водорода?

3. Что представляют собой кислородные соединения щелочных металлов: нормальные оксиды, пероксиды, надпероксиды и супероксиды? Какова формальная степень окисления кислорода в этих соединениях? Как получают нормальные оксиды натрия, калия, рубидия и цезия? Как установить, что при горении металлического натрия образуется не оксид, а пероксид? Какие процессы протекают: а) при нагревании пероксида натрия, б) при взаимодействии его с водой, в) с СО₂, г) с кислотами?

4. Какие бинарные соединения могут образовывать щелочные и щелочно-земельные металлы, например, Li и K; Be и Ca? Как их получают? Взаимодействуют ли при сплавлении: а) оксиды BeO и CaO с оксидами Na₂O и SiO₂, б) сульфиды BeS и CaS с сульфидами Na₂S и SiS₂? Сделайте выводы о различии в их характере. Как взаимодействуют с водой карбиды кальция и натрия?

5. Охарактеризуйте отношение s-металлов к кислороду и галогенам, воде и кислотам. Чем литий по своим свойствам отличается от других s-металлов? Как изменяются термическая устойчивость, растворимость и основные свойства в ряду оксидов и гидроксидов s-элементов? С чем это связано? В чем выражается амфотерность соединений бериллия? Какие соли щелочных и щелочно-земельных металлов подвергаются гидролизу?

6. Что представляют собой следующие вещества: негашеная известь, гашеная известь, известковое молоко, баритовая вода, известковая вода, каустическая сода, сода кристаллическая, сода кальцинированная, сода питьевая? Как получают их в промышленности? Как отличить гашеную известь от измельченного в порошок известняка? Как из Na₂CO₃, содержащего примесь NaHCO₃, получить чистый карбонат? Какая из солей - Na₂CO₃ или NaHCO₃ – в большей степени подвергается гидролизу? Докажите это расчетом К_гидр..

7. Что является причиной жесткости природных вод? Почему жесткую воду требуется умягчать при использовании ее для технических и бытовых целей? Что принимают за количественную меру жесткости воды? Какая вода считается мягкой, средней степени жесткости, жесткой? Что понимают под карбонатной(временной) и некарбонатной (постоянной), общей жесткостью? Какие методы используют для устранения жесткости воды?

3. d-Элементы и их соединения.