Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
В аналитической химии и в химической промышленности широкое применение нашли комплексообразующие реагенты, имеющие более одного атома, способного присоединяться к центральному атому металла в комплексе. Такие комплексообразующие реагенты называются полидентатными лигандами или хелатными (клешневидными) реагентами (такое название они получили от греческого слова chele — клешня).
В качестве примера можно рассмотреть триаминотриэтиламин (трен), имеющий следующую структурную формулу:
Все четыре атома азота этой молекулы могут образовывать координационную связь с атомом металла. Так, ион Zn2+ образует с треном комплекс, в котором каждый из четырех атомов азота использует свою неподеленную пару электронов для образования связи с атомом цинка, в результате чего атомы азота располагаются примерно тетраэдрически вокруг центрального атома. Константа образования [Zn(трен)2+]/[Zn2+][трен] для комплекса трена и Zn2+, равная 4,5·1014, более чем в 400 000 раз больше константы равновесия реакции между ионом цинка и четырьмя молекулами аммиака, которую можно записать в виде соотношения [Zn(NH3)42+]/[Zn2+][NH3]4. Столь большое значение константы образования комплекса Zn(трен)2+ обусловлено главным образом энтропийным фактором (вследствие того что в данном случае четыре атома азота не могут свободно перемещаться в растворе независимо друг от друга, поскольку они связаны между собой и находятся приблизительно на таком же расстоянии друг от друга, как и в комплексе).
Другим полидентатным реагентом, образующим комплексы со многими ионами металлов, является ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), которая имеет следующую структурную формулу:
Анион ЭДТА имеет отрицательный заряд, равный четырем. Четыре карбоксильные группы, а также два атома азота могут образовывать связи с атомом металла; таким образом, этот анион является гексадентатным комплексообразователем. В устойчивых комплексах, которые он образует со многими ионами металлов, два атома азота и четыре атома кислорода, по одному от каждой карбоксилат-ионной группы, располагаются вокруг центрального иона примерно октаэдрически. Структура такого комплекса с ионом Co3+, по данным рентгеноструктурного анализа кристалла, содержащего этот комплекс, приведена на рис. 16.3.
Рис. 16.3. Структура комплекса, образованного ионом кобальта Co3+ и анионом ЭДТА
ЭДТА (называемая также версеном) находит применение в аналитической химии и в химической промышленности. Во многих промышленных процессах, например при производстве красителей, мыла и моющих средств, даже очень малые концентрации ионов тяжелых металлов в воде препятствуют ходу реакции. ЭДТА и подобные ей реагенты (пассиваторы и хелатообразующие агенты) связывают ионы металла в комплексы, которые уже не оказывают вредного воздействия, присущего ионам соответствующих металлов.