Книга является фундаментальной монографией по определению констант устойчивости комплексных соединений — вопросу, одинаково важному для химиков-аналитиков, биологов, неоргаников и физико-химиков.
Книга написана крупными специалистами в этой области. В ней обстоятельно рассматриваются основные принципы равновесия в растворах комплексных соединений, методы определения состава и констант устойчивости, вопросы образования полиядерпых комплексов и смешанных комплексов.
Книга может служить настольным руководством при проведении многих работ по аналитической химии, неорганической химии, физико-химии. Она, безусловно, представляет интерес и для биохимиков, в частности при исследовании белков.
Начатое в 1940 г. широкое изучение устойчивости комплексом ионов металлов представляет значительный интерес для физической неорганической химии. В 1957 и 1958 гг. Химическое общество в Лондоне под руководством Международного союза теоретической и прикладной химии (ЮПАК) опубликовало таблицы констант равновесия (образования) ~3000 комплексов ионов металлов.
Впервые количественное изучение химического равновесия началось с 1861 г., когда Гульдберг и Вааге сформулировали закон девствующих масс. Первые определения констант равновесия в растворе, как правило, относились к равновесиям с участей протонов, но в конце прошлого века методы изучения кислотно-основных систем были также применены для исследования комплексообразования между ионами металла и простыми неорганическими лигандами, такими, как аммиак и галогенид-ионы. В наше время изучены различные типы равновесий в растворе: например равновесия полиосновных кислот при наличии комплексов ионов металлов, хелатных комплексов ионов металлов с би- и полидентатными лигандами, «смешанных» комплексов ионов металлов, содержащих два или более различных типов лигандов, полиядерных комплексов, содержащих более одного иона металла, молекулярных комплексов, олигомеров органических молекул, систем протеин-ион и протеин-протеин. Для изучения комплексообразования были использованы различные методы, и для анализа полученных результатов были разработаны новые методы расчета.
Первая часть книги рассматривает главным образом моно-ядерные комплексы, которые содержат лишь один тип лиганда. В гл. 3, 4 и 5 приведена математическая обработка этих систем, в в гл. 6—15 обсуждается использование различных экспериментальных методов. Применение этих методов к полиядерным комплексам описано в гл. 16 и 17. В гл. 18 рассматриваются смешанные моноядерные и полиядерные комплексы.
Эта книга ограничивается обсуждением экспериментальных и расчетных методов, использованных для изучения равновесия в растворе. Авторы не задавались целью сопоставить полученные результаты со свойствами центральных групп и лигандов. Они полагают также, что эксперименты для определения констант устойчивости часто недостаточно хорошо разработаны и что экспериментальные данные не всегда подвергаются строгому математическому анализу. Поэтому основное внимание в этой книге уделяется методам определения точных значений констант равновесия в системах, в которых сосуществует несколько форм; с другой стороны, методы, которые дают только состав преобладающего комплекса и приближенное значение соответствующей константы равновесия, или совсем опущены, или рассматриваются кратко.
Авторы выражают надежду, что эта книга послужит руководством каждому химику, который впервые собирается определять константы устойчивости, и что она также будет интересна тем, кто уже знаком с этой областью.
Предисловие к русскому изданию | 5 |
Из предисловия авторов | 7 |
Список основных обозначений | 9 |
Гл. 1. Введение | 13 |
| 1. Константы устойчивости | 15 |
| А. Определения | 18 |
| Б. Значение констант устойчивости | 23 |
| 2. Исторические предпосылки | 24 |
| A. Ранние работы по кислотно-основному равновесию | 25 |
| Б. Первые работы по комплексам металлов | 26 |
| B. Работы по ступенчатому равновесию, 1915—1941 гг. | 27 |
Литература | 29 |
Гл. 2. Отношения активностей и концентраций | 31 |
| 1. Контроль коэффициентов активности | 33 |
| A. Состав ионной среды | 34 |
| Б. Ограничения метода постоянной ионной среды | 38 |
| B. Выбор подходящей среды | 39 |
| 2. Стехиометрические и термодинамические константы устойчивости и константы Брёнстеда | 43 |
| A. Стехиометрические константы | 43 |
| Б. Константы Брёнстеда | 43 |
| B. Термодинамические константы | 44 |
Литература | 52 |
Гл. 3. Основные принципы | 56 |
| 1. Кинетический метод | 56 |
| 2. Равновесный метод | 57 |
| А. Концентрационные переменные | 57 |
| Б. Свойства, включающие факторы интенсивности | 65 |
| 3. Практические соображения | 73 |
Литература | 77 |
Гл. 4. Определение концентрационных переменных методом конкурирующих реакций | 79 |
| 1. Система В, A, Н | 80 |
| 2. Система В, А, галоген | 84 |
| 3. Системы В, B*, А и В, B*, А, Н | 85 |
| A. Соответственные растворы | 86 |
| Б. Применимость метода | 88 |
| B. Окислительно-восстановительные системы ионов металлов | 93 |
| 4. Системы В, А, U* и В, А, U*, Н | 93 |
| A. Прямой расчет из данных α, А или [BU*n], А | 94 |
| Б. Замещение лиганда | 95 |
| B. Распределение жидкость-жидкость | 97 |
| Г. Растворимость | 99 |
| Д. Комплексообразование с анионами среды | 99 |
| 5. Более сложные системы | 100 |
| 6. Системы комплексов типа 1:1 | 102 |
Литература | 105 |
Гл. 5. Расчет констант устойчивости из функций n̄(a) и αс(a) | 108 |
| 1. Системы, в которых N = 1 | 111 |
| A. Прямой расчет | Ill |
| Б. Линейное решение уравнения (5-6) | 112 |
| B. Подбор и совмещение кривой | 112 |
| Г. Выбор метода | 113 |
| 2. Системы, в которых N = 2 | 115 |
| A. Методы исключения неизвестного | 115 |
| Б. Линейные зависимости | 119 |
| B. Подбор н совмещение кривой | 121 |
| Г. Методы определения параметра R = β1/β2½ | 124 |
| Д. Выбор метода | 129 |
| 3. Системы с N = 3 | 130 |
| A. Данные αс, a | 130 |
| Б. Данные n̄, a | 132 |
| B. Выбор метода | 132 |
| 4. Системы с N > 3 | 133 |
| A. Комплексы различной устойчивости | 133 |
| Б. Метод полуцелых значений n̄ [3] | 135 |
| B. Методы экстраполяции | 137 |
| Г. Выбор метода | 142 |
| Д. Метод приближения двух параметров | 143 |
| К. Надежность констант устойчивости | 144 |
Литература | 146 |
Гл. 6. Специальные методы изучения инертных комплексов | 149 |
| 1. Кинетический метод Гульдберга и Вааге | 149 |
| 2. Равновесные методы | 151 |
Литература | 156 |
Гл. 7. Потенциометрия | 158 |
| 1. Полуэлементы | 160 |
| A. Электроды, обратимые к ионам металлов | 160 |
| Б. Электроды, обратимые к водородным ионам | 167 |
| B. Электроды, обратимые к анионам | 171 |
| 2. Элементы | 173 |
| А. Элементы без жидкостного соединения | 174 |
| Б. Элементы с жидкостным соединением | 177 |
| 3. Интерпретация измерений э. д. с | 186 |
| А. Ячейки с одной переменной концентрацией | 186 |
| Б. Ячейки с двумя переменными концентрациями | 202 |
Литература | 203 |
Гл. 8. Полярография и амперометрия | 209 |
| 1. Методика эксперимента | 213 |
| А. Приборы | 213 |
| Б. Измерения | 215 |
| 2. Инертные системы | 217 |
| А. Системы В, А | 217 |
| Б. Метод конкурирующего комплексообразования | 218 |
| 3. Лабильные системы | 219 |
| A. Восстановление комплексов до амальгам | 222 |
| Б. Комплексы ионов ртути | 223 |
| B. Конкурирующее комплексообразование | 226 |
Литература | 227 |
Гл. 9. Растворимость | 230 |
| 1. Экспериментальные методы | 231 |
| 2. Прямой метод растворимости | 232 |
| А. Растворимость труднорастворимого соединения ВАc (с ≥ 0) | 233 |
| Б. Растворимость труднорастворимого лиганда А | 238 |
| 8. Метод конкурирующей растворимости | 239 |
| A. Растворимость труднорастворимой соли металла B*Аc | 240 |
| Б. Растворимость труднорастворимой соли металла B*U*c | 241 |
| B. Растворимость труднорастворимой соли металла B*U*c | 243 |
Литература | 243 |
Гл. 10. Распределение жидкость-жидкость | 246 |
| 1. Распределение центральной группы | 247 |
| A. Контроль коэффициентов активности | 249 |
| Б. Экспериментальное определение коэффициента распределения | 250 |
| B. Определение концентрации свободного лиганда | 254 |
| Г. Расчет констант устойчивости | 258 |
| Д. Вычисление констант распределения | 267 |
| Е. Применимость метода | 269 |
| 2. Конкурирующие реакции | 274 |
| A. Методы расчета | 274 |
| Б. Выбор экспериментальных условий | 278 |
| B. Изучение гидролиза | 281 |
| 3. Распределение лиганда | 283 |
| А. Незаряженный лиганд | 283 |
| Б. Заряженный лиганд | 284 |
| 4. Распределительная хроматография | 285 |
Литература | 286 |
Гл. 11. Ионный обмен | 289 |
| 1. Катионный обмен | 290 |
| A. Методика эксперимента | 292 |
| Б. Вычисление констант устойчивости | 293 |
| B. Другие возможные применения | 299 |
| Г. Выводы | 300 |
| 2. Анионный обмен | 301 |
| A. Методика эксперимента | 302 |
| Б. Вычисление параметров β*n | 305 |
| B. Распределение лиганда | 306 |
Литература | 306 |
Гл. 12. Криоскопия, эбуллиоскопия и измерение давления пара | 809 |
| 1. Криоскопия | 309 |
| A. Методика эксперимента | 312 |
| Б. Интерпретация полученных данных | 313 |
| B. Применимость метода | 316 |
| 2 Эбуллиоскопия | 316 |
| 3. Измерения давления пара | 317 |
| А. Растворы, содержащие нелетучие растворенные вещества | 318 |
| Б. Растворы, содержащие летучие растворенные вещества | 319 |
Литература | 322 |
Гл. 13. Оптические и спектроскопические методы | 324 |
| 1. Поглощение в ультрафиолетовой и видимой областях | 325 |
| A. Системы, в которых N = 1 | 329 |
| Б. Системы, в которых N = 2 | 332 |
| B. Системы более высоких комплексов | 336 |
| Г. Конкурирующие реакции | 341 |
| 2. Инфракрасная спектроскопия | 342 |
| 3. Рамановская спектроскопия | 343 |
| 4. Спектры магнитного резонанса | 347 |
| А. Электронный парамагнитный резонанс | 347 |
| Б. Ядерпый магнитный резонанс | 348 |
| 5. Оптическое и магнитооптическое вращение | 351 |
Литература | 353 |
Гл. 14. Кинетика реакций | 358 |
| 1. Системы, в которых В и А находятся в равновесии | 358 |
| A. Определение одной концентрационной переменной | 358 |
| Б. Более сложные реакции | 363 |
| B. Ограничения кинетического метода | 366 |
| 2. Быстрые реакции в неравновесных системах | 366 |
Литература | 367 |
Гл. 15. Другие методы | 369 |
| 1. Электропроводность | 370 |
| А. Электропроводность в электростатическом поле низкой напряженности | 370 |
| Б. Электропроводность в электростатическом поле высокой напряженности | 375 |
| 2. Электрофорез | 377 |
| А. Инертные системы | 377 |
| Б. Лабильные системы | 378 |
| 3. Диэлектрическая поляризация | 379 |
| A. Разбавленные растворы неэлектролитов | 379 |
| Б. Концентрированные растворы неэлектролитов | 380 |
| B. Ионные растворы | 382 |
| 4. Магнитная восприимчивость | 382 |
| 5. Калориметрия | 384 |
| 6. Ультразвуковое поглощение | 385 |
| 7. Ультрацентрифугирование | 386 |
| 8. Диализ и фильтрование | 386 |
| 9. Рассеяние света | 387 |
Литература | 388 |
Гл. 16. Полиядерные системы: I. Самаассоциация | 391 |
| 1. Математическая обработка | 392 |
| A. Данные b, B | 392 |
| Б. Данные S, B | 396 |
| B. Данные S, b | 399 |
| Г. Средние молекулярные веса | 401 |
| Д. Свойства, зависящие от факторов интенсивности | 402 |
| 2. Экспериментальные методы и их применение | 403 |
| A. Определение концентрации свободного мономера | 403 |
| Б. Определение среднечислового молекулярного веса | 405 |
| B. Определение средневесового молекулярного веса | 406 |
| Г. Определение свойств, зависящих от факторов интенсивности | 406 |
Литература | 407 |
Гл. 17. Полиядерные системы: II. Формы BqAp | 410 |
| 1. Общее рассмотрение | 410 |
| A. Расчет свободных концентраций центральной группы и лиганда | 413 |
| Б. Средний состав комплексов | 414 |
| B. Исключение мономерных членов | 416 |
| 2. Оценка констант устойчивости | 419 |
| 3. Гомоядерные комплексы BQAp | 422 |
| 4. Комплексы ядро — звенья | 423 |
| А. Общая обработка | 425 |
| Б. Один комплекс BQAp | 430 |
| Б. Серия комплексов В(AslBs)l | 433 |
| 5. Комплексы BqAp и BQAN q | 440 |
| 6. Системы с точкой пересечения | 443 |
| 7. Другие полиядерные системы | 450 |
| A. Преобладающий полиядерный комплекс | 450 |
| Б. Доминирующая серия комплексов | 454 |
| 8. Экспериментальные методы | 457 |
Литература | 460 |
Гл. 18. Смешанные комплексы | 464 |
| 1. Общая обработка | 464 |
| Л. Данные, B, H, A, b, h, a | 466 |
| Б. Данные H, A, b, h или B, A, h, a | 467 |
| B. Данные X, B, h, a | 469 |
| Г. Комплексы со сложной центральной группой | 470 |
| Д. Реакции замещения | 471 |
| 2. Применеиие | 472 |
| A. Потеициометрия | 473 |
| Б. Методы двухфазного распределения | 477 |
| B. Спектрофотометрия и родственные методы | 484 |
Литература | 486 |
Дополнение | 489 |
Приложение | 522 |