Phức chất | Khái niệm hoá học

1. Phức chất

Theo quan niệm của Werner:

"Phức chất là những hợp chất được cấu tạo từ những phân tử hay ion, chúng có mặt tại các nút mạng tinh thể phức chất và tồn tại trong dung dịch". 

Ví dụ: Điamin bạc (I) clorua là một phức chất, ion điamin bạc (I) là một ion phức

hoặc K₂HgI₄ (Kali tetraodomecurat (II)) là một phức chất.

Theo quan niệm của Grinbe: " Phức chất là những hợp chất phân tử xác đinh, khi kết hợp các hợp phần của chúng lại thì tạo thành các ion phức tạp tích điện tích dương hay âm, có khả năng tồn tại ở dạng tinh thể cũng như ở trong dung dịch. Trong trường hợp riêng, điện tích của ion phức tạp đó có thể bằng không"

Ví dụ: Hợp chất tetrapyridincupro (II) nitrat [CuPy4](NO3)2. Có thể coi hợp chất này là sản phẩm kết hợp giữa Cu(NO3)2 và pyridin (Py). Tính chất của phức chất tạo thành khác biệt với tính chất của các chất đầu. Phức chất trên có khả năng tồn tại ở dạng tinh thể và trong dung dịch.

Định nghĩa này tất nhiên cũng chưa thật hoàn hảo vì bao gồm cả các oxiaxit kiểu H2SO4 và các muối sunfat. Điều này không phải là nhược điểm, vì về một số mặt có thể coi các hợp chất này là phức chất.

Cho đến gần đây, theo K.B.Iaximirxki thì "phức chất là những hợp chất được các nhóm riêng biệt từ các nguyên tử, ion hoặc phân tử với những đặc trưng:

- có mặt sự phối trí

- không phân ly hoàn toàn trong dung dịch (hoặc trong chân không)

- có thành phần phức tạp (số phối trí và số hóa trị không trùng nhau).

Trong ba dấu hiệu này tác giả nhấn mạnh sự phối trí, nghĩa là sự phân bố hình học các nguyên tử hoặc các nhóm nguyên tử quanh nguyên tử của một nguyên tố khác.

Mở rộng: " Phức chất còn bao gồm cả những hợp chất phân tử trong đó không thể chỉ rõ được tâm phối trí và cả những hợp chất xâm nhập".

 2. Cấu tạo phức chất

Phân tử phức chất thường gồm hai phần: cầu phối trí nội (ion phức) và cầu phối trí ngoại.

Ví dụ

[Ag(NH₃)₂]⁺Cl^- trong đó cầu phối trí nội (ion phức) là [Ag(NH₃)²]⁺ ; cầu phối trí ngoại là Cl^-.

- Ion phức là một loại ion trong đó có một cation kim loại M liên kết với một hay nhiều phân tử ion khác L gọi là phối tử (Ligand).

Ví dụ: [Ag(NH₃)₂]⁺: ion phức là cation; [HgI₂]^2-: ion phức là anion.

Phối tử có thể là những ion âm như CN^-, Cl^-; OH^-... hoặc là những phân tử trung hòa như H₂O; NH₃; CO...

Khi phối tử chỉ liên kết với ion trung tâm qua một nguyên tử nó được gọi là phối tử đơn răng (phối tử đơn càng), ví dụ các phối tử vừa nêu trên đều thuộc loại đơn răng.

Khi phối tử liên kết với ion trung tâm qua nhiều nguyên tử nó được gọi là phối tử đa răng (phối tử đa càng), ví dụ etilendiamin (kí hiệu là en) thuộc loại phối tử hai răng, axit etilendiamin tetraaxetic (EDTA) là phối tử sáu răng... Phức chất tạo thành từ một ion kim loại với phối tử nhiều răng được gọi là phức vòng càng

Số lượng các phối tử xung quanh nguyên tử trung tâm được gọi là số phối trí (kí hiệu k). Số phối trí có thể bằng 2, 4, 6, đôi khi là 8. Do vậy phức chất thường được gọi là hợp chất phối trí. 

3. Gọi tên phức chất.

a. Tên phối tử: 

- Nếu phối tử là anion, tền của anion+ đuôi o

- Nếu phối tử là phân tử trung hòa, tên của phân tử đó

Ví dụ

CH3COO-: axetato               CN-: xiano           NO2-: nitrito         Cl-: cloro

H2O: aqua                        NH3: ammin              CO: cacbonyl         NO: nitrozyl

Số lượng phối tử được quy định bằng từ Hi Lạp

1: mono (thường bỏ qua);     2: đi;          3: tri;           4: tetra.....

b. Tên ion kim loại

- Nếu phức chất là cation hay phân tử trung hòa, kim loại có tên thông thường kèm theo số oxi hóa ghi bằng số La mã trong ngoặc đơn.

- Nếu phức chất là anion, kim loại có tên La tinh với đuôi "at" kèm theo là số oxi hóa ghi bằng số La mã trong ngoặc đơn

Ví dụ: tên một số phức cation hay trung hòa

[Ag(NH3)2]+: ion điaminbạc(I)

[Co(NH3)6]Cl3: hexaammincoban(III) clorua

[CrCl2(H2O)4]Br: diclorotetraaquacrom(III) bromua

Ví dụ: tên một số phức anion

K2[HgI4]: Kali tetraiodomecurat(III)

Na[Al(OH)4]: natri tetrahidroxoaluminat(III)...

4. Ứng dụng

a. Trong hoá học phân tích

Phức chất đóng một vai trò rất quan trọng trong việc phát triển các phương pháp phân tích định tính và định lượng.

- Trong phân tích định tính, thuốc thử tạo với các ion kim loại các phức chất có màu đặc trưng, thường được dùng để nhận biết ion kim loại. 

b. Trong điều chế kim loại

Phức chất còn được dùng trong việc điều chế các kim loại tinh khiết, tách riêngcác nguyên tố hiếm, các kim loại quý, đặc biệt là họ platin, các nguyên tố sau uranium.

c. Trong công nghiệp hóa chất

Phức chất được dùng làm chất xúc tác và là các sản phẩm trung gian trong tổnghợp hữu cơ. Ví dụ: sản phẩm tương tác của titan tetraclorua với nhôm triankyl là chất xúc tác của phản ứng trùng hợp etylen và các đồng đẳng của nó. Hoặc phản ứng ngưngtụ các olefin và các dẫn xuất của axetylen xảy ra được dưới tác dụng của niken cacbonylhay niken cyanua. Phản ứng oxi hoá các hydrocacbon khi có chất xúc tác là muối Co²⁺ xảy ra qua giai đoạn tạo thành sản phẩm trung gian peroxyt và các gốc tự do.

- Phức chất cũng được dùng để loại trừ độ cứng của nước, dùng trong mạ điện,trong công nghệ nhuộm và thuộc da.

d.  Trong đời sống sinh vật

Phức chất có ý nghĩa rất to lớn trong hoạt động sống của sinh vật. Có 24 nguyêntố cần thiết cho đời sống sinh vật, trong đó có 7 nguyên tố quan trọng nhất (Fe, Zn, Co,Cu, Mn, Cr, V) hoạt động dựa trên cơ sở tạo chelat.

Cấu tạo của porphyrin

e. Trong dược phẩm

- Insulin: thuốc chữa bệnh đái đường, là dẫn xuất phức của kẽm.

- Vitamin B12

 Cấu tạo của Vitamin B12

Vitamin B12 là những hợp chất hữu cơ có nguyên tử cobalt ở trung tâm, với tên gọi lànhững cobalamin và có hoạt tính sinh học trên cơ thể người. Vitamin B12 tham gia phản ứng tổng hợp thymidylate, một thành phần trong phân tử ADN, cung cấp nguyênliệu để tổng hợp ADN, góp phần vào quá trình phân chia tế bào và trưởng thành tế bàotrong cơ thể. Thiếu vitamin B12 cho thấy ảnh hưởng rõ rệt lên những dòng tế bào cósự phân bào nhiều như các tế bào máu, tế bào biểu mô (nhất là ở niêm mạc đường tiêuhóa); gây suy thoái chất myelin, một chất béo và là thành phần quan trọng của tế bàothần kinh, gây ra những triệu chứng thần kinh.

- Thuốc chống ung thư cisplatin:

Cisplatin là hợp chất của platin gồm 1 nguyên tử platin nối với 2 nguyên tử clovà 2 phân tử amoniac ở vị trí cis, có tác dụng độc với tế bào, chống u và thuộc loại cácchất alkyl hóa. Cisplatin tạo thành các liên kết chéo bên trong và giữa các sợi DNA,nên làm thay đổi cấu trúc của DNA và ức chế tổng hợp DNA. Ngoài ra, ở một mức độthấp hơn, cisplatin ức chế tổng hợp protein và RNA. Thuốc không có tác dụng đặchiệu trên một pha nào của chu kỳ tế bào.

- Thuốc chống viêm khớp Auranofin:

Cấu tạo của Auranofin

Auranofin là phức của vàng với các phosphin được sử dụng như thuốc chốngthấp khớp, dùng điều trị bệnh viêm khớp dạng thấp.

-Một số kim loại có liên kết kiểu phức là những hợp phần quan trọng của một số men(enzim), đặc biệt là những men oxi hoá, chẳng hạn các phenol oxidazơ hay enzim (cókhả năng oxi hoá phenol hoặc amin thành quinon) là dẫn xuất phức của đồng.Phức chất còn đóng vai trò to lớn đối với hoá học lý thuyết như góp phần cungcấp thêm các hiểu biết về trạng thái của các ion trong dung dịch, hay phát triển lýthuyết tĩnh điện về axit- baz.