Номер 9, страница 69 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 9. Комплексные соединения - номер 9, страница 69.

Условие.

9. Как образуются донорно-акцепторные связи в комплексном ионе $[Co(NH_3)_6]^{3+}$? Какие орбитали центрального иона и лигандов участвуют в этом процессе? При ответе на вопрос имейте в виду, что в ионе $Co^{3+}$ при образовании связей с лигандами шесть $\text{3d}$-электронов занимают три $\text{3d}$-орбитали, т. е. являются спаренными.

Решение.

Решение 2.

Решение

Донорно-акцепторные связи в комплексном ионе гексаамминкобальта(III) $[Co(NH_3)_6]^{3+}$ образуются по донорно-акцепторному механизму. В этом процессе лиганды (молекулы аммиака $NH_3$) выступают в роли доноров, предоставляя свои неподеленные электронные пары, а центральный ион ($Co^{3+}$) выступает в роли акцептора, предоставляя для этих пар вакантные атомные орбитали.

Процесс можно описать по шагам:

1. Электронное строение центрального иона $Co^{3+}$

Атом кобальта $\text{Co}$ имеет порядковый номер 27 и электронную конфигурацию $[Ar]3d^74s^2$. При образовании иона $Co^{3+}$ атом теряет три электрона (два 4s- и один 3d-), и его конфигурация становится $[Ar]3d^6$.

В соответствии с условием задачи, в присутствии шести лигандов $NH_3$ (которые являются лигандами сильного поля) происходит спаривание шести 3d-электронов на трех внутренних 3d-орбиталях. Это приводит к образованию низкоспинового комплекса. Электронно-графическая схема валентных подуровней иона $Co^{3+}$ в комплексе выглядит следующим образом:

3d 4s 4p [↑↓][↑↓][↑↓] [ ][ ] [ ] [ ][ ][ ]

В результате на 3d-подуровне освобождаются две орбитали. Для образования шести координационных связей (координационное число кобальта равно 6) ион $Co^{3+}$ использует шесть своих вакантных орбиталей: две 3d-, одну 4s- и три 4p-орбитали. Эти орбитали проходят процесс $d^2sp^3$-гибридизации, образуя шесть равноценных по энергии и форме гибридных орбиталей, направленных к вершинам октаэдра.

2. Электронное строение лигандов $NH_3$

В молекуле аммиака ($NH_3$) атом азота $\text{N}$ связан с тремя атомами водорода. Атом азота находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Три гибридные орбитали участвуют в образовании σ-связей N-H, а на четвертой $sp^3$-гибридной орбитали находится неподеленная (свободная) электронная пара, которая и будет участвовать в образовании донорно-акцепторной связи.

3. Образование донорно-акцепторных связей

Каждая из шести молекул $NH_3$ предоставляет свою неподеленную электронную пару, находящуюся на $sp^3$-гибридной орбитали атома азота, для образования связи с центральным ионом. Эта электронная пара занимает одну из шести вакантных $d^2sp^3$-гибридных орбиталей иона $Co^{3+}$. Происходит перекрывание $sp^3$-орбитали азота и $d^2sp^3$-орбитали кобальта, в результате чего образуется прочная σ-связь по донорно-акцепторному механизму. Всего образуется шесть таких связей, что приводит к формированию октаэдрического комплексного иона $[Co(NH_3)_6]^{3+}$.

Таким образом, в образовании связей в данном комплексном ионе участвуют:

• Со стороны центрального иона $Co^{3+}$: шесть гибридных $d^2sp^3$-орбиталей, которые образованы из двух 3d-, одной 4s- и трех 4p-атомных орбиталей.
• Со стороны шести лигандов $NH_3$: шесть $sp^3$-гибридных орбиталей атомов азота, на каждой из которых находится неподеленная электронная пара.

Ответ:

Донорно-акцепторные связи в ионе $[Co(NH_3)_6]^{3+}$ образуются за счет предоставления неподеленных электронных пар с шести $sp^3$-гибридных орбиталей атомов азота в молекулах-лигандах $NH_3$ на шесть вакантных гибридных $d^2sp^3$-орбиталей центрального иона $Co^{3+}$. В образовании гибридных орбиталей центрального иона участвуют две 3d-, одна 4s- и три 4p-орбитали.