Координационное число и геометрия комплексных соединений

Понятие о координационном числе широко используется при описании структур комплексов, образованных катионами. В этом случае кроме числа лигандов важным вопросом является их пространственное расположение, что составляет сущность координационной геометрии.

Для правильного понимания геометрии комплексных соединений рассмотрим некоторые особенности центрального иона и разберем взаимосвязь между координационным числом и геометрией соединений.

Многие одноатомные катионы обладают электронным строением благородных газов, поскольку в процессе ионизации они теряют свои валентные электроны (см. параграф 4.3). Поэтому валентная оболочка изолированного катиона оказывается незаполненной. Когда происходит комилексообразование, то электроны, необходимые для обобществления между ионом и лигандом, поставляются последними, так как лиганд является донором, а центральный ион — акцептором.

Если донор — монодентатный лиганд, то он предоставляет на образование связи с катионом только одну пару электронов. Следовательно, число таких электронных пар равно числу координированных лигандов, т. е. координационному числу.

Координационное число 2 встречается в основном у однозарядных ионов (Cu⁺, Ag⁺, Au⁺). Геометрия таких молекул линейная.

Координационное число 3 встречается редко. Если на основании стехиометрии можно допустить существование координационного числа 3, то в действительности оно не реализуется. Например, в А1С1₃, FeCl₃ и других соединениях образуются частицы с двумя мостиковыми лигандами, в которых координационное число повышается до 4:

Для координационного числа 3 возможны два типа геометрических структур — плоская и пирамидальная.

Координационное число 4 является одним из важнейших, для него характерны два типа геометрии — тетраэдрическая и квадратная. Тетраэдрические структуры, как правило, образуют катионы непереходных металлов, а также переходных, расположенных у правой границы б/-ряда. В качестве примеров могут служить BeF², AlCl^, CoBr². Квадратные комплексы характерны для Cu²⁺, Ni²⁺, Pd²⁺, Pt²⁺, Au³ Rh~ и Ir⁺.

Координационное число 5 встречается реже, чем 4 и 6. Для него характерны два типа геометрии — тригональная бипирамида и квадратная пирамида. Катионы, характеризующиеся координационным числом 6, образуют шестикоординационные комплексы, которые имеют октаэдрическую геометрию. Для большинства комплексов металлов наиболее часто встречается октаэдрическая конфигурация.

Рис. 10.1. Структура некоторых комплексных соединений металлов:

а — линейная; б — тетраэдр; в — тригональная пирамида; г — октаэдр; д — квадратная антипризма На рис. 10.1 показаны некоторые структуры комплексов металлов. Координационное число не является неизменной величиной для данного комплексообразователя, а обусловлено также природой лиганда, его электронными свойствами.