Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
1. Một số dấu hiệu của phản ứng tạo phức chất trong dung dịch
Phản ứng tạo phức chất trong dung dịch có thể được nhận biết dựa vào ba dấu hiệu chính: xuất hiện kết tủa, hòa tan kết tủa và thay đổi màu sắc.
Dấu hiệu xuất hiện kết tủa
Khi phản ứng tạo phức chất xảy ra, có thể xuất hiện kết tủa nếu phức chất tạo thành ít tan trong nước.
Ví dụ: Trong dung dịch $AlCl_3$, ion $Al^{3+}$ tồn tại ở dạng phức chất aqua $[Al(H_2O)_6]^{3+}$ (dạng bát diện).
Khi cho dung dịch NaOH vào dung dịch $AlCl_3$, phức chất aqua chuyển thành phức chất $[Al(OH)_3(H_2O)_3]$ ở dạng kết tủa keo trắng:
$$[Al(H_2O)_6]^{3+} + 3OH^- \longrightarrow [Al(OH)_3(H_2O)_3]\downarrow + 3H_2O$$
Dấu hiệu: Xuất hiện kết tủa keo trắng chứng tỏ phức chất $[Al(OH)_3(H_2O)_3]$ đã được tạo thành.
Dấu hiệu hòa tan kết tủa
Nhiều kết tủa có thể tan khi tạo thành phức chất mới bền hơn trong dung dịch.
Ví dụ 1: Nhỏ dung dịch NaCl vào dung dịch $AgNO_3$, thu được kết tủa trắng AgCl:
$$Ag^+ + Cl^- \longrightarrow AgCl\downarrow$$
Thêm tiếp dung dịch $NH_3$ dư, kết tủa AgCl bị hòa tan tạo thành phức chất:
$$AgCl + 2NH_3 \longrightarrow [Ag(NH_3)_2]^+ + Cl^-$$
Dấu hiệu: Kết tủa tan chứng tỏ phức chất $[Ag(NH_3)_2]^+$ đã được tạo thành.
Ví dụ 2: Nhỏ dung dịch $NH_3$ vào dung dịch $CuSO_4$, thu được kết tủa màu xanh nhạt $[Cu(OH)_2(H_2O)_4]$:
$$[Cu(H_2O)_6]^{2+} + 2OH^- \longrightarrow [Cu(OH)_2(H_2O)_4]\downarrow + 2H_2O$$
Thêm tiếp dung dịch $NH_3$ dư, kết tủa bị hòa tan tạo thành phức chất màu xanh lam:
$$[Cu(OH)_2(H_2O)_4] + 4NH_3 \longrightarrow [Cu(NH_3)_4(H_2O)_2]^{2+} + 2OH^- + 2H_2O$$
Dấu hiệu: Kết tủa tan và dung dịch chuyển sang màu xanh lam đặc trưng.
Dấu hiệu đổi màu dung dịch
Khi phức chất mới được tạo thành có màu sắc khác với phức chất ban đầu, ta quan sát được sự đổi màu của dung dịch.
Ví dụ 1: Trong dung dịch $CuSO_4$, ion $Cu^{2+}$ tồn tại ở dạng phức chất aqua $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ màu xanh.
Khi cho dung dịch HCl đặc vào, phức chất aqua chuyển thành phức chất $[CuCl_4]^{2-}$ màu vàng:
$$[Cu(H_2O)_6]^{2+} + 4Cl^- \longrightarrow [CuCl_4]^{2-} + 6H_2O$$
Dấu hiệu: Dung dịch đổi màu từ xanh sang vàng.
Ví dụ 2: Khi cho $NH_3$ dư vào dung dịch $CuSO_4$:
- Ban đầu: $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ màu xanh
- Sau phản ứng: $[Cu(NH_3)_4(H_2O)_2]^{2+}$ màu xanh lam đậm hơn
Dấu hiệu: Dung dịch đổi màu từ xanh sang xanh lam đặc trưng.
Bảng tổng hợp 3 dấu hiệu nhận biết phản ứng tạo phức chất
| Dấu hiệu | Mô tả | Ví dụ minh họa |
|---|---|---|
| Xuất hiện kết tủa | Phức chất tạo thành ít tan trong nước | $[Al(H_2O)_6]^{3+} + 3OH^- \rightarrow [Al(OH)_3(H_2O)_3]\downarrow$ |
| Hòa tan kết tủa | Kết tủa tan do tạo phức chất bền hơn | $AgCl + 2NH_3 \rightarrow [Ag(NH_3)_2]^+ + Cl^-$ |
| Đổi màu dung dịch | Phức chất mới có màu khác phức chất cũ | $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ (xanh) → $[CuCl_4]^{2-}$ (vàng) |
2. Sự tạo thành phức chất của ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch
Sự tạo phức chất của Cu²⁺ với NH₃
Đây là một trong những phản ứng tạo phức chất quan trọng và thường gặp nhất.
Giai đoạn 1: Khi nhỏ từ từ dung dịch $NH_3$ vào dung dịch $CuSO_4$
Do $NH_3$ là base yếu, trong dung dịch có cân bằng: $$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$$
Ion $OH^-$ sinh ra phản ứng với phức chất aqua của $Cu^{2+}$:
$$[Cu(H_2O)_6]^{2+} + 2OH^- \longrightarrow [Cu(OH)_2(H_2O)_4]\downarrow + 2H_2O$$
Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa màu xanh nhạt (xanh lơ).
Giai đoạn 2: Khi tiếp tục nhỏ dư dung dịch $NH_3$
Kết tủa $[Cu(OH)_2(H_2O)_4]$ bị hòa tan tạo thành phức chất mới:
$$[Cu(OH)_2(H_2O)_4] + 4NH_3 \longrightarrow [Cu(NH_3)_4(H_2O)_2]^{2+} + 2OH^- + 2H_2O$$
Hiện tượng: Kết tủa tan, dung dịch chuyển sang màu xanh lam đặc trưng.
Thí nghiệm minh họa:
| Nội dung | Chi tiết |
|---|---|
| Hóa chất | Dung dịch $CuSO_4$ 5%, dung dịch $NH_3$ 10% |
| Dụng cụ | Ống nghiệm, ống nhỏ giọt |
| Tiến hành | Cho khoảng 1 mL dung dịch $CuSO_4$ 5% vào ống nghiệm. Nhỏ từ từ dung dịch $NH_3$ 10% vào ống nghiệm, vừa nhỏ vừa lắc đều đến khi kết tủa tan hoàn toàn. |
| Hiện tượng | Ban đầu xuất hiện kết tủa xanh nhạt, sau đó kết tủa tan tạo dung dịch xanh lam. |
Sự tạo phức chất của Cu²⁺ với Cl⁻
Khi cho dung dịch HCl đặc vào dung dịch $CuSO_4$:
$$[Cu(H_2O)_6]^{2+} + 4Cl^- \longrightarrow [CuCl_4]^{2-} + 6H_2O$$
Hiện tượng: Dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu vàng.
Thí nghiệm minh họa:
| Nội dung | Chi tiết |
|---|---|
| Hóa chất | Dung dịch $CuSO_4$ 5%, dung dịch HCl đặc |
| Dụng cụ | Ống nghiệm, ống nhỏ giọt |
| Tiến hành | Cho khoảng 1 mL dung dịch $CuSO_4$ 5% vào ống nghiệm. Nhỏ từ từ dung dịch HCl đặc vào ống nghiệm, vừa nhỏ vừa lắc đều đến khi dung dịch chuyển màu hoàn toàn. |
| Hiện tượng | Dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu vàng. |
Bảng màu sắc đặc trưng của một số phức chất
Các phức chất mang điện tích như $[Co(NH_3)_6]^{3+}$, $[Zn(OH)_4]^{2-}$ thường tan tốt trong nước, còn các phức chất không mang điện (phức chất trung hòa) như $[Fe(CO)_5]$, $[PtCl_2(NH_3)_2]$ thường ít tan trong nước.
| Phức chất | Màu sắc | Phức chất | Màu sắc |
|---|---|---|---|
| $[Cr(H_2O)_6]^{3+}$ | Xanh tím | $[Cr(OH)_6]^{3-}$ | Xanh rêu |
| $[Fe(H_2O)_6]^{2+}$ | Lục nhạt | $[Fe(H_2O)_6]^{3+}$ | Vàng nhạt |
| $[Co(H_2O)_6]^{2+}$ | Hồng đỏ | $[Co(NH_3)_6]^{2+}$ | Vàng nâu |
| $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ | Xanh | $[CuCl_4]^{2-}$ | Vàng |
| $[Cu(NH_3)_4(H_2O)_2]^{2+}$ | Xanh lam | $[Ag(NH_3)_2]^+$ | Không màu |
| $[Ni(H_2O)_6]^{2+}$ | Xanh lục | $[Zn(H_2O)_6]^{2+}$ | Không màu |
3. Phản ứng thế phối tử của phức chất trong dung dịch
Khái niệm phản ứng thế phối tử
Định nghĩa: Các phối tử trong phức chất có thể bị thay thế bởi các phối tử khác. Quá trình xảy ra sự thế phối tử này bởi phối tử khác được gọi là phản ứng thế phối tử của phức chất.
Điều kiện xảy ra: Quá trình thế phối tử xảy ra thuận lợi khi phức chất mới được hình thành bền hơn phức chất ban đầu.
$$\boxed{[ML_n] + mL’ \longrightarrow [ML_{n-m}L’_m] + mL}$$
Trong đó:
- L là phối tử ban đầu
- L’ là phối tử thay thế
- Phức chất $[ML_{n-m}L’_m]$ bền hơn $[ML_n]$
Phản ứng thế một phần phối tử
Trong phản ứng này, chỉ một phần các phối tử trong phức chất bị thay thế.
Ví dụ:
$$[PtCl_4]^{2-}(aq) + NH_3(aq) \longrightarrow [PtCl_3(NH_3)]^-(aq) + Cl^-(aq)$$
Phân tích:
| Phức chất ban đầu | Phức chất sản phẩm |
|---|---|
| $[PtCl_4]^{2-}$ | $[PtCl_3(NH_3)]^-$ |
| 4 phối tử $Cl^-$ | 3 phối tử $Cl^-$ + 1 phối tử $NH_3$ |
Nhận xét:
- Một phối tử $Cl^-$ ban đầu đã bị thay thế bởi một phối tử $NH_3$
- Phức chất $[PtCl_3(NH_3)]^-$ bền hơn phức chất $[PtCl_4]^{2-}$ ở điều kiện phản ứng
Phản ứng thế toàn bộ phối tử
Trong phản ứng này, toàn bộ các phối tử trong phức chất bị thay thế bởi phối tử mới.
Ví dụ 1:
$$[Fe(H_2O)_6]^{2+}(aq) + 6CN^-(aq) \longrightarrow [Fe(CN)_6]^{4-}(aq) + 6H_2O(l)$$
Phân tích:
- Toàn bộ 6 phối tử $H_2O$ ban đầu đã bị thay thế bởi 6 phối tử $CN^-$
- Phức chất $[Fe(CN)_6]^{4-}$ bền hơn phức chất $[Fe(H_2O)_6]^{2+}$
Ví dụ 2:
$$[Cu(H_2O)_6]^{2+}(aq) + 4Cl^-(aq) \longrightarrow [CuCl_4]^{2-}(aq) + 6H_2O(l)$$
Phân tích:
- 6 phối tử $H_2O$ bị thay thế bởi 4 phối tử $Cl^-$
- Số phối tử thay đổi: từ 6 xuống 4
- Dạng hình học thay đổi: từ bát diện sang tứ diện
Ví dụ 3:
$$[Co(H_2O)_6]^{2+}(aq) + 6NH_3(aq) \longrightarrow [Co(NH_3)_6]^{2+}(aq) + 6H_2O(l)$$
Phân tích:
- Toàn bộ 6 phối tử $H_2O$ bị thay thế bởi 6 phối tử $NH_3$
- Dạng hình học giữ nguyên: bát diện
- Màu sắc thay đổi: từ hồng đỏ sang vàng nâu
Bảng so sánh: Thế một phần vs Thế toàn bộ phối tử
| Tiêu chí | Thế một phần | Thế toàn bộ |
|---|---|---|
| Số phối tử bị thay thế | Một hoặc một vài | Tất cả |
| Ví dụ | $[PtCl_4]^{2-} \rightarrow [PtCl_3(NH_3)]^-$ | $[Fe(H_2O)_6]^{2+} \rightarrow [Fe(CN)_6]^{4-}$ |
| Dạng hình học | Thường giữ nguyên | Có thể thay đổi hoặc giữ nguyên |
| Điều kiện | Phức chất mới bền hơn | Phức chất mới bền hơn |
4. Một số ứng dụng của phức chất
Phức chất có nhiều ứng dụng quan trọng trong y học, công nghiệp hóa chất, hóa học phân tích, kỹ thuật và sinh học.
Trong y học
a) Cisplatin – Thuốc điều trị ung thư
Cisplatin là một trong những thuốc chống ung thư được sử dụng rộng rãi nhất.
| Đặc điểm | Thông tin |
|---|---|
| Tên gọi | Cisplatin (cis-diamminedichloroplatinum(II)) |
| Công thức | $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$ hoặc $cis-[PtCl_2(NH_3)_2]$ |
| Nguyên tử trung tâm | $Pt^{2+}$ |
| Phối tử | 2 $NH_3$ và 2 $Cl^-$ |
| Dạng hình học | Vuông phẳng |
| Cơ chế | Liên kết với DNA của tế bào ung thư, ngăn cản sự phân chia |
Cấu tạo của Cisplatin:
Lưu ý: Đồng phân trans-$[PtCl_2(NH_3)_2]$ (transplatin) không có hoạt tính chống ung thư.
b) Các phức chất y học khác
- Phức chất của bạc: có tính kháng khuẩn, dùng trong thuốc kháng sinh
- Phức chất của gadolinium: dùng làm chất tương phản trong chụp MRI
Trong công nghiệp hóa chất
Nhiều hợp chất hóa học được điều chế khi có mặt chất xúc tác là phức chất.
Ví dụ: Phản ứng ghép mạch carbon sử dụng xúc tác là phức chất:
$$[Pd(P(C_6H_5)_3)_4]$$
Đây là phức chất của palladium với phối tử triphenylphosphine, được sử dụng rộng rãi trong:
- Phản ứng Suzuki
- Phản ứng Heck
- Phản ứng Sonogashira
- Tổng hợp dược phẩm và vật liệu polymer
Trong hóa học phân tích
Trong hóa học, phức chất được dùng để nhận biết và xác định hàm lượng các ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch.
a) Thuốc thử Tollens
| Đặc điểm | Thông tin |
|---|---|
| Công thức | $[Ag(NH_3)_2]^+$ |
| Nguyên tử trung tâm | $Ag^+$ |
| Phối tử | 2 $NH_3$ |
| Dạng hình học | Đường thẳng |
| Ứng dụng | Phân biệt aldehyde với ketone |
Phản ứng tráng bạc:
$$RCHO + 2[Ag(NH_3)_2]^+ + 2OH^- \longrightarrow RCOO^- + 2Ag\downarrow + 4NH_3 + H_2O$$
b) Các ứng dụng khác
- Xác định nồng độ ion $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ bằng EDTA
- Nhận biết ion $Fe^{3+}$ bằng $SCN^-$ (tạo phức màu đỏ máu)
- Nhận biết ion $Cu^{2+}$ bằng $NH_3$ (tạo phức màu xanh lam)
Trong kỹ thuật
a) Kỹ thuật tráng gương, tráng ruột phích
Sử dụng phức chất $[Ag(NH_3)_2]^+$ trong phản ứng tráng bạc:
- Tráng gương soi
- Tráng ruột phích giữ nhiệt
- Sản xuất đồ trang sức mạ bạc
b) Mạ điện (Mạ bạc)
Dung dịch mạ bạc chứa phức chất $[Ag(CN)_2]^-$ hoặc $[Ag(NH_3)_2]^+$:
- Cho lớp mạ đều, bóng
- Bám chắc vào bề mặt kim loại
c) Kỹ thuật rửa phim X-quang
Do tính chất nhạy sáng, AgBr được dùng để tráng lên phim trong kỹ thuật chụp X-quang.
Tại buồng rửa phim, dung dịch $Na_2S_2O_3$ được dùng để loại bỏ AgBr còn dư trên phim:
$$AgBr + 2S_2O_3^{2-} \longrightarrow [Ag(S_2O_3)_2]^{3-} + Br^-$$
Dấu hiệu: Kết tủa AgBr tan tạo thành phức chất $[Ag(S_2O_3)_2]^{3-}$ tan trong nước.
Trong sinh học (Phức chất sinh học)
Ba phức chất sinh học (còn gọi là các phân tử sinh học chứa kim loại) phổ biến và thiết yếu đối với cuộc sống:
a) Chlorophyll (Diệp lục)
| Đặc điểm | Thông tin |
|---|---|
| Ion trung tâm | $Mg^{2+}$ |
| Cấu trúc | Phức chất Mg-porphyrin |
| Vai trò | Hấp thụ ánh sáng trong quá trình quang hợp |
| Vị trí | Lục lạp của tế bào thực vật |
| Màu sắc | Màu xanh của cây xanh, thực vật |
b) Hemoglobin (Huyết sắc tố) / Nhân Heme
| Đặc điểm | Thông tin |
|---|---|
| Ion trung tâm | $Fe^{2+}$ |
| Cấu trúc | Phức chất Fe-porphyrin (nhân heme) |
| Vai trò | Vận chuyển và tích lũy oxygen trong cơ thể |
| Vị trí | Hồng cầu trong máu |
| Màu sắc | Màu đỏ của hồng cầu, máu |
| Ký hiệu | Hb hoặc Hgb |
c) Vitamin B₁₂ (Cobalamin)
| Đặc điểm | Thông tin |
|---|---|
| Ion trung tâm | $Co^{3+}$ |
| Cấu trúc | Phức chất Co-corrin |
| Vai trò | Hình thành tế bào hồng cầu, chuyển hóa tế bào, chức năng thần kinh, sản xuất DNA |
| Nguồn | Thịt, cá, trứng, sữa |
Bảng tổng hợp ứng dụng của phức chất
| Lĩnh vực | Phức chất | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Y học | $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$ (Cisplatin) | Thuốc điều trị ung thư |
| Công nghiệp | $[Pd(P(C_6H_5)_3)_4]$ | Xúc tác phản ứng ghép mạch carbon |
| Hóa phân tích | $[Ag(NH_3)_2]^+$ | Nhận biết aldehyde, phân biệt với ketone |
| Kỹ thuật | $[Ag(NH_3)_2]^+$ | Tráng gương, tráng ruột phích, mạ bạc |
| Kỹ thuật | $[Ag(S_2O_3)_2]^{3-}$ | Rửa phim X-quang |
| Sinh học | Chlorophyll ($Mg^{2+}$) | Quang hợp ở thực vật |
| Sinh học | Hemoglobin ($Fe^{2+}$) | Vận chuyển $O_2$ trong máu |
| Sinh học | Vitamin B₁₂ ($Co^{3+}$) | Tạo hồng cầu, chức năng thần kinh |
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ