一、配位键

  1. 定义 ：成键原子/离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对而形成“电子对给予——接受”键被称为配位键
  2. 配位键的形成条件 ：
    1. 成键一方提供孤电子对，称为配体或配位体。如分子有\(\ce{NH3}\) 、\(\ce{H2O}\)、\(\ce{HF}\) 、\(\ce{CO}\)等，离子有\(\ce{Cl^{-}}\) 、\(\ce{OH^{-}}\) 、\(\ce{CN^{-}}\) 、\(\ce{SCN^{-}}\) 等
    2. 成键的另一方提供空轨道，称为中心原子或离子 。如\(\ce{H+}\)、\(\ce{Al^{3+}}\) 、\(\ce{B}\) 及过渡金属的原子或离子。
  3. 特点 ：
    1. 是一种特殊的共价键，属于\(\ce{\sigma}\) 键，同样具有饱和性和方向性
    2. 配位键与普通共价键只是形成过程上有所不同；形成后实质是相同的，化学性质也是完全相同的。eg：\(\ce{NH3 + H+ -> NH^{+}4}\) ,形成后四个\(\ce{N-H}\) 键的键长、键角、键能完全相同，\(\ce{NH^{+}4}\) 空间构型是正四面体。
    3. 表示方法：电子对（给予体）A\(\ce{->}\) B(接受体)：孤电子对\(\ce{->}\) 空轨道

二、配位化合物

  1. 定义 ：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。eg：\(\ce{[Cu(NH3)4]SO4}\) 、\(\ce{[Ag(NH3)2]OH}\) 等均为配合物
  2. 组成各部分：以\(\ce{[Cu(NH3)4]SO4}\) 为例
    1. 中心离子： \(\ce{Cu^{2+}}\)，提供空轨道，接受孤电子对，以过渡元素原子/离子居多，eg： \(\ce{Fe、Ni、Fe^{3+}、Cu^{2+}、Zn^{2+}、Ag^{+}、Co^{3+}、Cr^{3+}}\) 等
    2. 配体： \(\ce{NH3}\)，提供孤电子对的离子或分子。配体中实际提供孤电子对的原子叫配位原子。

eg： \(\ce{CO(O)、NH3(N)、H2O(O)、OH^{-}、F^{-}、Cl^{-}、CN^{-}、SCN^{-}}\)

  1. 配位数：例子中为4，直接与中心原子形成配位键的数目，如 \(\ce{[Fe(CN)6]^{4-}}\) 中 \(\ce{Fe^{2+}}\) 配位数为6

三、常见配合物形成实验

实验操作实验现象有关方程式
向 \(\ce{CuSO4}\) 溶液中滴加氨水，氨水滴加过量，反应完之后。向反应后的溶液中滴加乙醇①滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀；氨水逐渐过量后，沉淀逐渐溶解，形成深蓝色透明溶液②滴加乙醇后，析出深蓝色晶体\(\ce{Cu^{2+} + 2NH3·H2O \xlongequal[]{} Cu(OH)2 v + 2NH^{+}4}\)
\(\ce{Cu(OH)2 + 4NH3 \xlongequal[]{} [Cu(NH3)4]^{2+} + 2OH^{-}}\)
\(\ce{[Cu(NH3)4]^{2+} + H2O \xlongequal[]{乙醇} [Cu(NH3)4]SO4·H2O v }\)
向\(\ce{FeCl3}\) 溶液中加入\(\ce{KSCN}\)溶液溶液变为红色（血红色）\(\ce{Fe^{3+} + 3SCN^{-} <=> Fe(SCN)3 }\)

向\(\ce{NaCl}\)溶液中滴加\(\ce{AgNO3}\) 溶液，反应完全后，加入氨水①\(\ce{NaCl}\) 溶液中滴加\(\ce{AgNO3}\) 溶液后，试管中出现白色沉淀；②再滴加氨水沉淀溶解，溶液呈无色\(\ce{Ag+ + Cl- \xlongequal[]{} AgCl v}\)
\(\ce{AgCl + 2NH3 \xlongequal[]{} [Ag(NH3)2]^{+} + Cl^{-}}\)

四、配合物的形成对物质性质的影响

  1. 溶解性的影响 ：一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氯化物，可以依次溶于含过量的\(\ce{Cl^{-}、Br^-、I^-、CN^-、NH3}\) 的溶液中，形成可溶于水的配合物
  2. 颜色的改变 ：当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化。反过来也可以利用此性质判断是否有配离子生成
  3. 稳定性增强 ：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物就越稳定。

五、配合物的形成与颜色变化

外界条件的变化往往会影响配合物的存在形式

  1. \(\ce{Fe^{3+}}\) 在水溶液中由于水解而与\(\ce{OH^{-}}\) 配位而显“黄色”，而在酸化抑制水解的情况下，生成的水合铁离子\(\ce{[Fe(H2O)6]^{3+}}\) 溶液显无色
  2. \(\ce{FeCl3}\) 溶液含有\(\ce{[FeCl4]^{-}}\) ，使溶液呈黄色
  3. \(\ce{Cu^{2+}}\) 在水溶液中与\(\ce{H2O}\) 结合形成水合铜离子\(\ce{[Cu(H2O)4]^{2+}}\) ，从而显蓝色
  4. \(\ce{CuCl2}\) 溶液（显黄绿/蓝绿）中存在平衡，\(\ce{[Cu(H2O)4]^{2+}(蓝色) + 4Cl^{-} <=> [Cu(Cl)4]^{2-}(黄色) + 4H2O}\) ;其中\(\ce{Cl^{-}}\) 与\(\ce{H2O}\) 相互竞争引起平衡移动，使颜色发生改变。加水稀释由黄绿变蓝，加热由蓝变黄绿
  5. 有些配合物显现出特征颜色，可用于物质检验：eg:\(\ce{SCN^{-}}\) 检验\(\ce{Fe^{3+}}\)
  6. 与\(\ce{OH^{-}}\) 相比，\(\ce{NH3}\) 与\(\ce{Cu^{2+}}\) 配位生成的四氨合铜离子\(\ce{[Cu(NH3)4]^{2+}}\) 显更深的蓝色

六、超分子

  1. 概念：由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚合体。超分子定义中的分子是广义的，包括离子
  2. 超分子特性：
    1. 超分子内部通过非共价键相结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等
    2. 有的分子聚集体大小是有限的，有的是无限的
  3. 应用实例：
    1. "杯酚"识别分子，分离\(\ce{C60}\) 和\(\ce{C70}\)
    2. "冠醚"识别碱金属离子，冠醚是皇冠状的分子，可有大小不同的空穴适配不同大小的碱金属离子
    3. 超分子的两个重要特征——分子识别、自组装