高中化学 45 配合物、超分子

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配合物

定义：由提供孤电子对的配体与接受孤电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物称为配合物，又称络合物。

组成：

中心原子：通常是金属离子，特别是过渡金属离子，如\(Fe^{3+}\)、\(Cu^{2+}\)、\(Zn^{2+}\)等，它们具有空的价电子轨道，可以接受孤电子对。

配体：是含有孤电子对的分子或离子，如\(NH_{3}\)、\(H_{2}O\)、\(Cl^{-}\)、\(CN^{-}\)等。配体中提供孤电子对的原子称为配位原子，常见的配位原子有\(N\)、\(O\)、\(F\)、\(Cl\)、\(S\)等。

配位键：中心原子与配体之间通过配位原子提供孤电子对，中心原子接受孤电子对而形成的化学键。配位键是一种特殊的共价键，其共用电子对由一方提供。

配位数：直接与中心原子结合的配体的数目称为配位数。例如，在\([Cu(NH_{3})_{4}]^{2+}\)中，\(Cu^{2+}\)的配位数为\(4\)。

命名：配合物的命名一般遵循以下原则：先命名阴离子，再命名阳离子；先命名简单配体，再命名复杂配体；不同配体之间用“·”隔开，最后用罗马数字表示中心原子的化合价。例如，\([Cu(NH_{3})_{4}]SO_{4}\)命名为硫酸四氨合铜(Ⅱ)。

常见的配合物：

\([Cu(NH_{3})_{4}]^{2+}\)：铜离子与氨分子形成的配合物，溶液呈深蓝色。在该配合物中，\(Cu^{2+}\)提供空轨道，\(NH_{3}\)中的氮原子提供孤电子对，形成配位键。

\([Fe(SCN)]^{2+}\)：铁离子与硫氰根离子形成的配合物，溶液呈血红色。该配合物常用于检验\(Fe^{3+}\)的存在。

\([Ag(NH_{3})_{2}]^{+}\)：银离子与氨分子形成的配合物，在工业上可用于银镜反应等。

超分子

定义：由两种或两种以上的分子通过分子间作用力（非共价键）结合形成的具有特定结构和功能的聚集体称为超分子。超分子与配合物的区别在于，超分子中分子间的作用力主要是较弱的非共价键，如氢键、范德华力、π-π堆积作用等，而配合物中存在配位键这种特殊的共价键。

特点：

分子识别：超分子具有分子识别能力，即主体分子对客体分子的选择性结合。主体分子和客体分子之间通过形状、大小、电荷分布等的互补性，实现特异性的识别和结合。例如，冠醚可以选择性地与某些金属离子形成超分子配合物，其环状结构的大小与金属离子的直径相匹配，从而实现对特定金属离子的识别和结合。

自组装：超分子能够通过分子间的非共价键相互作用自发地形成特定的有序结构。这种自组装过程具有一定的方向性和选择性，能够在一定条件下形成具有特定形状、尺寸和功能的超分子聚集体。例如，一些两亲性分子在水溶液中可以自组装形成胶束、囊泡等超分子结构。

应用：

分子识别与分离：利用超分子的分子识别能力，可以实现对不同物质的选择性识别和分离。例如，在色谱分析中，利用特定的固定相（如环糊精等超分子主体）对不同的客体分子进行选择性吸附和分离，从而实现对复杂混合物的高效分离和分析。

生物模拟与传感器：超分子的结构和功能与生物分子有一定的相似性，因此可以用于生物模拟研究。例如，模拟生物酶的活性中心，设计合成具有类似催化功能的超分子体系；此外，还可以利用超分子与特定物质之间的特异性相互作用，开发高灵敏度的传感器，用于检测环境中的有害物质、生物体内的特定物质等。

材料科学：超分子自组装形成的有序结构可以赋予材料特殊的性能，如光电性能、机械性能等。例如，通过控制超分子的自组装过程，可以制备具有特定光学性质的纳米材料、具有高强度和韧性的超分子聚合物材料等，在光电器件、生物医学材料等领域具有广阔的应用前景。

配合物与超分子的比较

|比较项目|配合物|超分子|

|形成化学键|配位键（特殊共价键）|非共价键（氢键、范德华力、π-π堆积等）|

|组成单元|中心原子与配体|两种或多种分子|

|结合特点|中心原子接受配体孤电子对形成配位键|分子间通过形状、大小、电荷等互补性结合|

|性质特点|具有特定的化学稳定性、颜色等性质|具有分子识别、自组装等特性|

|应用领域|催化、分析化学、材料科学等|分子识别与分离、生物模拟、材料科学等|

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