Как известно, соли хрома, железа, кобальта, меди и других металлов в растворах и в кристаллическом состоянии имеют комплексную природу. Это означает, что любое такое соединение состоит из внутренней сферы, в которой комплексообразователь (металл) непосредственно связан с лигандами (молекулами воды, аммиака или др.), и внешней сферы, содержащей остальные частицы, связанные с комплексной частицей чаще всего за счёт электростатического взаимодействия. Т. е. например, формулу соединения состава лучше представить в виде где координационная (внутренняя) сфера заключена в квадратные скобки, имеет заряд 2+, и в ней находятся все молекулы аммиака и один из атомов хлора:
Выяснение механизма перехода лигандов из внутренней сферы во внешнюю и наоборот, а также реакции комплексов, происходящие путем обмена лигандами, — главная задача химии координационных соединений. Ведь лиганды — это и кислород, переносимый в виде комплекса с железом гемоглобина, и каталитические процессы в живой природе, происходящие в координационной сфере металлов; перенос лекарств в организме при помощи комплексов металлов, технологические производства каталитической переработки нефти. Интересную особенность при переходе хлора из внутренней сферы во внешнюю имеет упомянутый выше комплекс с внутренней сферой Его щелочной гидролиз описывается уравнением Если этот гидролиз проводить, действуя на комплекс раствором в то после его окончания во внутренней сфере получившегося комплекса обнаруживаются два атома дейтерия. Попробуйте предложить механизм этой реакции и объясните результат эксперимента.
Казалось бы, всё очевидно — простое замещение хлора гидроксилом в координационной сфере (заряды опущены):
Тогда откуда взялись два дейтерия? Постепенное «выдавливание» атомов водорода аммиака дейтерированной водой с участием щёлочи — не вариант, даже если это расписано не внутри координационной сферы, а как переход амммиака в раствор, обмен дейтерием и возврат частично дейтерированного аммиака в раствор (это то, что массово встречалось в работах, но проверяющие старались оценить любую разумную (с точки зрения химии) логику). Наверное, нужно предположить, что внедряется в координационную сферу полностью и сразу, а не в виде Первое, что приходит в голову, это реакция присоединения воды к двойной связи. Остается выяснить, откуда берется двойная связь в таком комплексе. Механизм, вероятно, включает отщепление протона от аммиака и образование двойной связи металл — азот:
Такое промежуточное соединение с двойной связью и оценивалось в полный балл. Плюс логика решения. Механизмы лигандных обменов описаны во многих книгах по координационной химии. Данный механизм подсмотрен в книге: М. Тоуб, Дж. Берджесс. Механизмы неорганических реакций. - М.: Бином, 2012. Она ничуть не потеряла своей актуальности и существует в электронном виде.