Строение гидратных оболочек ионов в водных растворах.

Например, соль Пейроне, по Вернеру, имеет цис-строение (одинаковые лиганды — соседи), а соль Рейзе — транс-строение (соседствуют раз­ные лиганды).

Второе наиболее распространён­ное координационное число — 6: лиганды располагаются в вершинах октаэдра. И в этом случае Вернер объ­яснил различные свойства комплек­сов их пространственным строением. Например, комплексному катиону [Co(NH₃)₄(NO₂)]⁺ (степень окисления кобальта +3) красно-жёлтого цвета учёный приписал транс-строение (группы NO₂ находятся в противопо­ложных вершинах октаэдра), а анало­гичному по составу комплексу жёлто-коричневого цвета — цис-строение (те же группы расположены в сосед­них вершинах).

В дальнейшем Вернер продолжал совершенствовать свою теорию. Так, он признал, что между главной и по­бочной валентностями фактически нет различий: все связи между цент­ральным атомом и лигандами равно­ценны. Однако объяснить, например, каким образом атом никеля может образовать четыре одинаковых связи в комплексном карбониле [Ni(CO)₄], во времена Альфреда Вернера было невозможно. Для этого потребова­лись многочисленные эксперименты и новые теоретические работы, при­ведшие к современному пониманию природы химической связи (см. ста­тью «Химическая связь»).

ЦЕНТРАЛЬНЫЕ АТОМЫ И ЛИГАНДЫ

Роль центрального атома в комплек­се способен играть любой элемент. Чаще всего это переходные металлы, степень окисления которых может быть различной, даже отрицатель­ной. Так, например, хром проявляет все степени окисления от —2 до +6: Na₂[Cr(CO)₅], Na₂[Cr₂(CO)₁₀], Cr(CO)₆, K₃[Cr(CN)₄], [Cr(NH₃)₆]Cl₂, [Cr(H₂O)₆]Cl₃, K₂[CrF₆], K₃[СrО₄], K₂[СrО₄].

Неметаллы, выступающие в качест­ве центральных атомов, тоже могут

иметь разную степень окисления. Так, кремний(IV) образует фторосиликат K₂[SiF₆]; хлор(0) — гидрат [Сl₂•(Н₂О)_б], полученный ещё Фараде­ем; иод, помещённый в раствор иодида калия, — комплекс К[I(I₂)₃], в кото­ром центральный атом имеет степень окисления -1.

В качестве нейтральных лигандов чаще всего выступают СО, Н₂О и NH₃ (они входят в состав карбонилов, аквакомплексов и аммиакатов соответ­ственно). Возможны и смешанно-лигандные комплексы, например [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺. Известно множе­ство незаряженных органических лигандов: амины RNH₂, фосфины R₃P, ароматические соединения (бензол, пиридин) и т. д. Чаще же встречают­ся заряженные лиганды: галогениданионы, ОН^-, CN^-, NO₂^-, ONO^- и т. д.

Последний случай демонстрирует изомерию лиганда. Другой пример — группа SCN^-, которая в зависимости от центрального металла может при­соединяться к нему либо атомом се­ры (тиоцианатные комплексы), либо атомом азота (изотиоцианатные ком­плексы). Лиганды, которые образуют лишь одну связь с центральным ио­ном, называются монодентатными (от греч. «монос» — «один» и лат. dentis — «зуб»).

Известно и множество полидентатных лигандов, которые могут занимать сразу несколько координа­ционных мест. Если они координиру­ются одним и тем же центральным атомом, образуются комплексы, кото­рые называются халатными (от греч. «хеле» — «клешня»): лиганды как бы обхватывают центральный атом, по­добно клешням краба. Так, диметилглиоксим

СН₃—C(=N—ОН)—C(=N—ОН)—СН₃

(реактив Чугаева) служит аналитиче­ским реагентом на никель: он обра­зует с ионами Ni²⁺ малиново-красный хелатный комплекс.

Один из самых известных лигандов — натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (другие названия: ЭДТА, комплексон III, хелатон III, трилон Б). Для связи с цент­ральным атомом этот лиганд может

использовать до шести центров: четы­ре атома кислорода карбоксильных групп СОО^- и неподелённые пары электронов двух атомов азота. ЭДТА легко связывает ионы Са²⁺ и Mg²⁺ в растворе и таким образом делает во­ду «мягкой». Известно, что тяжёлые металлы, например медь, даже в нич­тожных концентрациях (разбавле­ние в миллион раз) ускоряют окисле­ние витамина С кислородом воздуха. В присутствии же всего 0,01% ЭДТА ионы металлов связываются так проч­но, что не оказывают больше никако­го вредного воздействия. Поэтому ЭДТА (под кодом Е386) применяют в пищевой промышленности в качест­ве консерванта и антиокислителя.

Как видим, комплексные соедине­ния уже давно не считаются химиче­ской экзотикой, а их практическое применение расширяется с каждым годом.

Более того, без них немыслима жизнь. Лиганды (в виде органических гумусовых кислот) содержатся в поч­ве. С их помощью нерастворимые со­единения кальция, железа, других элементов переходят в растворимую форму и усваиваются растениями.

Например, на Гавайях есть плоского­рье, где почва окрашена в красный цвет, так как содержит более 20% ок­сида железа Fe₂O₃. Тем не менее рас­тущие там ананасы страдают от недо­статка железа. В такую почву надо вносить не железо, а комплексоны, которые переведут его в растворимую форму.

Наша кровь содержит комплексное соединение железа — гемоглобин, в нём атом железа, имея одну «коорди­национную вакансию», может связы­ваться с молекулой кислорода. При железодефицитной анемии (мало­кровии) количество гемоглобина в крови снижается. Для лечения назна­чают приём препаратов железа. Наи­более эффективны те, в которых же­лезо связано в комплекс, например с аскорбиновой кислотой или никотинамидом (витамин РР). Похожий на гемоглобин комплекс есть и в зелёных растениях: если атом железа заменить атомом магния, получится основная часть хлорофилла. Связанные в ком­плексы ионы кобальта, молибдена, меди присутствуют в ферментах, без которых не может функционировать ни один живой организм.

ПСЕВДОНИМЫ

Не зная состава различных веществ, алхимики давали им произвольные названия, нередко очень длинные, не­удобные для произношения и трудно запоминаемые. Одно и то же вещест­во могло иметь несколько имён. На­пример, к концу XVIII в. для сульфата меди существовало четыре названия, для карбоната меди — десять, для уг­лекислого газа — двенадцать.

Некоторые названия химики ещё помнят, другие канули в Лету, и даже не всякий специалист по истории на­уки скажет, что такое «пригорело-дре­весная соль» (а это ацетат кальция, извлекаемый из продуктов сухой пе­регонки древесины) или «философ­ская шерсть» (оксид цинка, который алхимики получали в виде рыхлого

порошка). А взять описания химиче­ских процедур... В работах М. В. Ломо­носова, например, встречается выра­жение «распущенный подонок», что

КАЛИЙ ХЛОРОВИЧ И ДРУГИЕ

С разработкой системы названий химических соединений связа­ны и анекдотические истории. В 1870 г. комиссия по химической номенклатуре Русского физико-химического общества обсужда­ла предложение одного химика называть соединения по тому же принципу, по какому в русском языке строятся имена, отчества и фамилии. Например: Калий Хлорович (KCl), Калий Хлорович Кислов (КСlO₃), Хлор Водородович (HCl), Водород Кислородович (Н₂О). После долгих прений комиссия постановила: отложить об­суждение до января, правда, не указав при этом, какого года. С тех пор к этой теме больше не возвращались.

может смутить нынешнего читателя, хотя в современных поваренных кни­гах порой рекомендуют распустить (т. е. растворить) сахар в воде, а слово «подонок» в старину означало «осадок».

В конце XVIII в. А. Л. Лавуазье воз­главил комиссию по созданию новой химической номенклатуры (лат. nomenclatura — «роспись имён»). В химии так называют систему пра­вил, с помощью которых каждому ве­ществу можно дать имя и, наоборот, зная название, записать его химиче­скую формулу. Разработать единую, однозначную, простую и удобную номенклатуру — дело непростое. Да­же сегодня мнения химиков на этот счёт расходятся.

По предложению Лавуазье новые названия дали химическим элемен­там, а также сложным веществам с учётом их состава, особенностей хи­мических свойств. Так, элемент, кото­рый ранее Дж. Пристли именовал «дефлогистированным воздухом», К. В. Шееле — «огненным воздухом», а сам Лавуазье — «жизненным возду­хом», по новой номенклатуре стал кислородом (тогда считали, что он обязательно входит в состав кислот). Кислоты получили названия по соот­ветствующим элементам; в результа­те «селитряная дымистая кислота» превратилась в азотную, а «купорос­ное масло» — в серную. Для обозна­чения солей стали использовать на­звания кислот и соответствующих металлов (или аммония).

Принятие новой химической но­менклатуры позволило системати­зировать обширный фактический материал, что чрезвычайно облегчи­ло изучение химии. Основные прин­ципы, заложенные Лавуазье, сохрани­лись до наших дней. Тем не менее и сами химики, и, особенно, непро­фессионалы часто употребляют так называемые тривиальные (от лат. trivialis — «обыкновенный») названия, причём порой неверно. Так, напри­мер, говорят, что человеку, который почувствовал себя плохо, дают «поню­хать нашатыря». Но ведь нашатырь (хлорид аммония) — соль без запаха! В данном случае это вещество путают

с нашатырным спиртом, который действительно имеет резкий запах и возбуждает дыхательный центр.

Массу тривиальных названий хи­мических соединений используют художники, технологи, строители (охра, сурик, киноварь, глёт, пушон­ка и т. д.). В медицинских справоч­никах можно встретить до десятка и более различных синонимов для од­ного и того же препарата, который фирмы-производители в разных странах именуют по-своему (напри­мер, отечественный пирацетам — он же импортный ноотропил; вен­герский седуксен — он же польский реланиум).

Среди химиков распространены «именные» названия многих соедине­ний, особенно комплексных солей. Скажем, соль Цейзе K[Pt(C₂H₄)Cl₃]•Н₂О названа в честь датского химика Виль­яма Цейзе (1789—1847), который в 1827 г. неожиданно для себя открыл соединение платины, содержащее ор­ганическое вещество этилен. Такие названия более удобны, чем полные научные. Так, вместо «нитрозодисульфонат калия» химик скажет «соль Фреми», вместо «гексагидрат двойного сульфата аммония-железа(П)» — «соль Мора» и т. д.

По современным правилам хими­ческой номенклатуры неорганиче­ских соединений каждое вещество получает согласно его формуле сис­тематическое название, например: О, — дикислород, О₃ — трикислород, Р₄О₁₀ — декаоксид тетрафосфора, Н₃РО₄ — тетраоксофосфат(V) водо­рода, BaSO₃ — триоксосульфат(IV) ба­рия, Cs₂Fe(SO₄)₂ — тетраоксосульфат железа(П)-дицезия и т. д. Правда, не­редко такое наименование трудно выговаривать, поэтому для некоторых распространённых соединений (ки­слот, их солей и т. д.) считаются до­пустимыми традиционные названия: O₂ — кислород, О₃ — озон, Н₃РО₄ — ортофосфорная кислота, BaSO₃ — сульфит бария. Но поскольку они не дают точного представления о составе химического соединения, для перехода от таких названий к форму­лам и наоборот требуются хорошая память и определённый навык.