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1、第三章 配合物在溶液中的稳定性配合物在溶液中的稳定性是指配离子或 分子在溶液中解离为水合金属离子和配体 达到平衡时，其解离程度的大小。稳定性 是配合物在溶液中的一个重要性质，通常 用相应的稳定常数来衡量。本章首先讨论 配位平衡和配合物稳定常数，然后从中心 原子、配体以及它们之间的相互作用等方 面来讨论影响溶液中配合物稳定性的一些 因素，进而讨论配合物稳定常数的测定。3.1 配合物的稳定常数的表示一、稳定常数与不稳定常数M + nL MLn （略去电荷）K稳(orKf)=MLn M LnK不稳(orKd)=MLnM Ln由上可知：Kf越大，表示配离子越难解离，配合物就越稳 定，故稳定常数是衡量配
2、合物在溶液中稳定性的尺度。二、逐级稳定常数与积累常数M + L ML K1ML MLML + L ML2 K2ML2 MLLMLn-1 + L MLn Kn MLn MLn-1L.上式中的K1、K2.Kn称为配离子的逐级稳定常数，相对应以下各反应的平衡常数称为积累稳定常数。M + L ML 1ML MLM + 2L ML2 2ML2 ML2M + nL MLn nMLn MLLn.积累稳定常数的表示我们可以得出第i级积累稳定常数 i与逐级稳定常数之间的关系： iK1K2Ki思考：1.已知Cu(NH3)42+的稳定常4.81012、Zn(NH3)42+的稳定常数为5108。请问以上这两种配离子哪
3、种更稳定？ 2.Cu(NH3)42+的逐级稳定常数K1为1.41104、K2 为3.17103、K3为7.76102、K41.39102；求K稳=？配合平衡符合平衡原理，当中心离子或配体浓度发生变化时，即它们当遇到能生成弱电解质 (H+、OH-)、沉淀或发生氧化还原反应的物质时平衡就被打破，发生移动。3.2配离子在溶液中稳定性的一些规律配离子稳定性的大小首先与其内因即组成 配离子的中心离子的性质、配体的性质以 及中心离子与配体之间的相互作用有关。 其次，外部因素如温度、压力及溶液中离 子强度等对配离子的稳定性也有一定的影 响。本节我们就影响配离子稳定性的因素 做些讨论。一、中心原子的结构和性质
4、的影响决定中心原子作为配合物形成体的能力的因素的主要有金属离子的电荷、半径及电子构型。1.金属离子的半径和电荷对相同电子构型的金属离子，生成配合物的稳定 性与金属离子电荷成正比，与半径成反比，可合并 为金属离子的离子势，该值的大小常与所生成的配 合物的稳定常数大小一致，但这仅限于较简单的离 子型配合物。2.金属离子的电子构型 （1）8e-构型的惰性气体型金属离子（d0）如碱金属、 碱土金属离子及B3+、Al3+、Si4+、Sc3+、Y3+、RE3+、Ti4+ 、Zr4+、Hf4+等离子。 A)一般而言，这一类型的金属离子形成配合物的能力 较差，它们与配体的结合力主要是静电引力，因此，配合 物的
5、稳定性主要决定于中心离子的电荷和半径，而且电荷 的影响明显大于半径的影响。 综合考虑用Z2/r，一般而言，值愈大，愈稳定。但也有 特殊Mg2+与EDTA的螯合比Ca2+稳定性小，主要为空间位 阻。即可能由于离子半径较小，在它周围容纳不下多齿配 体所有配位原子，产生空间位阻，因而造成了配体不能“ 正常”地与其配合。碱金属离子与酒石酸根离子形成的配离子稳定性递变情况金属离子Li+Na+K+Rb+Cs+离子半径0.590.951.331.481.69logK10.760.560.400.360.30logK20.420.200.08.040.00一些半径相近的金属离子与EDTA形成配合物稳定性递变情
6、况金属离子Na+Ca2+Y3+Th4+离子半径0.950.990.930.99logK11.6610.5918.0923.20一些金属离子与丁酸形成配离子稳定性与Z2/r的关系金属离子Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+Li+Na+K+Z2/r4.93.43.02.51.71.050.75logK11.681.631.581.530.990.800.68logK21.091.111.131.190.490.31B）与O、F做配位原子的配体所形成的配合物的稳定性 大于N、S、C作为配位原子的配合物。 例如碱金属通常只形成氧作为配位原子的配合物。又如 稀土元素与乙二胺乙二酸(EDDA)所形成配合物就不
7、如氮 三乙酸(NTA)的稳定。这也可认为是EDDA与稀土离子 配合时利用二个羧氧和二个胺氮，而NTA利用三个羧氧 和一个胺氮，故NTA比EDDA与稀土配合能力强。C）与某些体积较大的强酸根离子（如NO3-、IO3-、SO42-、S2O32-等）形成的配合物的稳定性随中心离子的半径的增大而“反常”的增大。主要是由于形成的配离子是所谓的“外层配离子”，它不同于通常的配离子它不是中心离子与配体接接触，而是水合金属离子与配体相接触，因此，配离子的稳定性不取决于金属离子的结晶半径，而是取决于水合金属离子的半径。水合离子半径顺序为：Li+Na+K+,Mg2+Ca2+Sr2+水合离子半径越大，形成的“外层配
8、离子”越不稳定。碱金属、碱土金属几种配合物的logK1配位体C2O42-OH-S2O32-IO3-SO42-NO3-碱 土 金 属Mg2+3.432.581.840.722.110 Ca2+3.01.371.980.892.280.23 Sr2+2.540.822.041.000.82 Ba2+2.310.642.331.10.92 碱 金 属Li+0.180.64 Na+-0.480.68-0.470.70-0.59 K+0.92-0.300.82-0.14 Cs+0.01（2）18e-构型的金属离子（d10） 如Cu+、Ag+、Au+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Ga3+ 、In3+、T
9、l3+、Ge4+、Sn4+、Pb4+等离子，由于 18e-构型的离子与电荷相同、半径相近的8电子构 型的金属离子相比，往往有程度不同的共价键性 质，而且多数共价键占优势，因此总的说来它们 的配位能力要比相应的8e-构型的配离子强，并且 与某些配体形成的配离子的稳定性递变规律也不 同于惰性气体型的金属离子。 与F-及氧原子作为配位原子的配体配位能力较 差，而与N、S、C原子作为配位原子的配体的配 位能力强。稳定性顺序如下： SCIBrClNOF（3）（18+2）e-构型的金属离子(d10s2)属于这类型的有Ga2+、In+、Tl+、Ge2+、 Sn 2+、Pb 2+、As3+、Sb3+、Bi3+
10、等，它们 比电荷相同，半径相近的惰性气体型金属 离子的成配能力稍强，但比18电子构型金 属离子的成配能力弱得多。这类金属离子 的配离子中，目前除Tl+、Sn2+、Pb2+外， 已知的稳定常数数据很少，因此，尚难以 总结出这一类金属离子生成配离子的稳定 性规律。（4）（9-17）e-构型的金属 离子(d1-9) 这类金属离子的配离子研究得最多的是第四周 期的Mn2+(d5),Fe2+(d6),Co2+(d7),Ni2+(d8)和 Cu2+(d9)等的配离子，结果表明+2氧化态的这 些离子（以及第四周期的Zn2+）与几十种配体 形成的配离子，其稳定性顺序基本上都是： Mn2+ Zn2+ 这个顺序叫
11、做Irving-Williams顺序，此顺序可用 晶体场理论和Jahn-Teller效应予以说明，这将 在后面的配合物的化学键的章节中详细讲解二、配体性质的影响 除去金属离子的性质外，配体的性质也直 接影响配合物的稳定性。如酸碱性、螯合效应 （包括螯合物环的大小及环的数目）、空间位 阻及反位效应等因素都影响配合物的稳定性。 1、配体的碱性 一般而言，当配位原子相同时，配体的碱 性越强（即对H+和Mn+离子的结合力越强）， 配合物的K稳也越大；但当配位原子不同时， 往往得不到“配体碱性越强，配合物稳定性越 高”的结论。2、螯合效应 多齿配体的成环作用使配合物的稳定性比组成 和结构近似的非螯合物高
12、得多，这种由于螯环 的形成而使螯合物具有特殊稳定性的作用叫做 螯合效应。 Ni2+6NH3 Ni(NH3)62+ lgK稳=8.61 Ni2+ 3en Ni(en)32+ lgK稳=18.28 螯合物比相应的非螯合物稳定，原因是单齿配 体取代水合配离子中的水分子时，溶液中的总 质点数不变，而多齿螯合剂取代水分子时，每 个螯合剂分子可以取代出两个或多个水分子， 取代后总质点数增加，使体系混乱度增加，而 使熵增加的原故。此外，螯合物的稳定性还与形成螯合环的数目 有关。一般而言，形成的螯合环的数目越多， 螯合物越稳定。3、空间位阻多齿配体的配位原子附近若存在着体积较大的 基团时，则有可能阻碍配合物的
13、顺利形成，导 致配合物的稳定性降低，在严重的情况下，甚 至不能形成配合物，这种现象称为空间位阻。NNNN CH3CH3 以上两配体与Fe2+的配合能力就因空间位阻而不同。OHN OHNOHNCH3CH3问：以上三种配体与金属离子形成配离子的稳 定性大小？NCH3COOH CH3COOHNCH3COOH CH3COOHNCH3COOH CH3COOHNCH3COOH CH3COOHNCH3COOH CH3COOHNCH3COOH CH3COOH 1,2-二胺基环己烷 四乙酸1,3-二胺基环己烷 四乙酸1,4-二胺基环己烷 四乙酸与金属离子形成配合物的空间位阻依次增大。3.3 Lewis电子酸碱理
14、论及HSAS与配合物的稳定性一、Lewis(路易斯)电子酸碱理论Lewis电子酸碱理论是一个广泛的理论，它完全不考虑溶剂， 实际上许多Lewis酸碱反应是在气相中进行的。在Liwis酸碱反应中 ，一种粒子的电子对用来与另一种粒子形成共价键。“供给”电 子对的粒子是碱，而“接受”电子对的粒子是酸。反应可以写成 ：A(酸):B(碱) A:B 显然，路易斯酸应该有空的价轨道，这种轨道可以是轨道，也可 以是轨道。而路易斯碱应该有多余的电子对，这些电子可以是 电子，也可以是电子：右图示出Lewis酸碱 的可能轨道重叠，左 边是酸的空轨道的情 形(空轨道的情形未 画出)。根据这种反应的实质，可以把路易斯酸
15、称作电子接受体或亲电 试剂，而把路易斯碱叫作电子给予体或亲核试剂。属于路易斯酸的有:正离子，如Cu2、Ni2、Al3，这些金属离子包含有可用 于成键的未被占据的价轨道；含有价层未充满的原子的化合物，如BX3，AlX3；含有价层可扩展的原子的化合物,如SnCl4(利用外层空d 轨道)。属于路易斯碱有：阴离子；具有孤对电子的中性分子，如NH3、H2O等；含CC的分子(可将电子给出)。许多路易斯酸碱反应的实质是酸碱的传递反应：例如：B:B:A B:A:B (碱的置换或酸的传递)AB:A B:AA (酸的置换或碱的传递)B:AB:A B:AB:A (酸碱同时传递)研究发现，要判定哪一个路易斯碱强和哪一个弱,即要对路 易斯碱搞一个相对的碱度系统标准是十分困难的。当用不同的 酸作参比标准时，可以得到不同的碱度系统标准。如，卤素离子(碱)对Al3离子给电子能力为：IH2O，因而Li与F结合稳定，在水中溶解度小，但遇 到软性较大的Cl、Br、I时，Li趋向于与H2O结合，所以 LiCl、LiBr、LiI在水中溶解度较大，且四种LiX随着
