WebLab STEM

Hóa học · 10. Phức chất và Hóa học phối trí

Phức chất, liên kết phối trí và thuyết trường tinh thể

Khảo sát nguyên tử trung tâm, phối tử, số phối trí, dạng hình học và ứng dụng y sinh của phức chất.

40 phútPhiên bản nội dung: 2.1
Bắt đầu lộ trình tương tácMở thí nghiệm mô phỏng

Câu hỏi dẫn đường

Tại sao ion Cu²⁺ không màu trong chân không nhưng dung dịch trong nước lại có màu xanh lam và đổi sang xanh thẫm khi thêm NH₃?

Phạm vi chương trình

GDPT 2018 Hóa học 12 (Chương 8: Sơ lược về phức chất); Cambridge A-Level Chemistry 9701 (Transition elements).

Phạm vi và giới hạn mô hình

Mô hình áp dụng cho dung dịch nước ở điều kiện chuẩn, tập trung vào phức chất của kim loại chuyển tiếp chu kỳ 4.

Mục tiêu học tập

  • Xác định hạt tâm, phối tử, điện tích cầu nội và số phối trí của phức chất.
  • Giải thích sự biến đổi màu sắc qua thuyết tách obitan d (t₂g và e_g) và phản ứng thế phối tử.
  • Phân biệt hình học phối trí vuông phẳng, tứ diện, bát diện và cơ chế trị ung thư của Cisplatin.

Kiến thức cần biết trước

  • Liên kết cho - nhận (cặp electron tự do).
  • Cấu hình electron phân lớp 3d của kim loại chuyển tiếp.

Kiến thức trọng tâm

Cấu tạo phức chất

Gồm nguyên tử/ion trung tâm liên kết với các phối tử qua liên kết cho - nhận (cặp electron chưa liên kết của phối tử xen phủ với obitan trống của hạt tâm).

Sự thế phối tử và hiệu ứng Chelate

Phối tử đa càng (như EDTA, en) tạo liên kết vòng bền vững hơn nhiều so với phối tử đơn càng do biến thiên entropy dương (ΔS > 0).

Nguồn gốc màu sắc & Tách mức d-d

Trường phối tử tách 5 obitan d thành các mức năng lượng khác nhau; electron hấp thụ ánh sáng khả kiến để nhảy mức, truyền qua màu phụ trợ.

Ví dụ mẫu có giải thích

Phức [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ có hạt tâm Cu²⁺, số phối trí 6 (4 phối tử NH₃ và 2 phối tử H₂O). Khi cho EDTA⁴⁻ vào dung dịch, EDTA⁴⁻ thế toàn bộ các phối tử do hằng số bền rất lớn (log K ≈ 18,8), tạo phức bát diện bền vững [Cu(EDTA)]²⁻.

Ngộ nhận cần tránh

  • Số phối trí không luôn bằng điện tích của ion trung tâm; số phối trí phản ánh số liên kết σ tạo với phối tử.
  • Ion Sc³⁺ (3d⁰) và Zn²⁺ (3d¹⁰) không có màu vì không thể có bước chuyển electron giữa các obitan d chưa lấp đầy.

Quy trình thí nghiệm mô phỏng: Chuẩn độ tạo phức EDTA và ion phức

  1. Chuẩn bị dung dịch muối Cu²⁺ hoặc Fe³⁺ loãng trong ống nghiệm hoặc bình nón.
  2. Nhỏ từ từ dung dịch phối tử (NH₃ hoặc KSCN) từng giọt và quan sát sự đổi màu đột ngột.
  3. Thêm lượng dư tác nhân Chelate mạnh (như Na₂H₂EDTA) để khảo sát sự cạnh tranh cân bằng bền.

An toàn và lưu ý

  • Dung dịch amoniac đặc bốc khói kích ứng hô hấp mạnh; thao tác trong tủ hút và đeo kính bảo hộ.

Bằng chứng cần thu thập

  • Bảng ghi nhận nồng độ phối tử, màu sắc dung dịch và bước sóng hấp thụ cực đại.
  • Phương trình ion thu gọn của phản ứng thế phối tử kèm biểu thức hằng số tạo phức bền K_bền.
Mở thí nghiệm mô phỏng
📋 Nhúng thí nghiệm này vào bài giảng điện tử (Dành cho Giáo viên & LMS)

Sao chép đoạn mã iframe dưới đây để nhúng mô phỏng tương tác này vào Google Sites, LMS Moodle, Canvas, Microsoft Teams hoặc blog học tập:

<iframe src="https://visuallab.win/chem-lab/?experiment=exp_univ_edta_water_hardness&lang=vi" width="100%" height="560" frameborder="0" allow="fullscreen" loading="lazy"></iframe>

Kiểm tra đầu vào

1. Trong phức chất bát diện [Fe(CN)₆]³⁻, số phối trí của hạt tâm Fe³⁺ bằng bao nhiêu?

  1. 6
  2. 3
  3. −3
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 6

Có 6 phối tử CN⁻ đơn càng liên kết với hạt tâm nên số phối trí bằng 6.

2. Vì sao thuốc chống ung thư Cisplatin [Pt(NH₃)₂Cl₂] có tác dụng sinh học còn Transplatin thì không?

  1. Cisplatin có 2 phối tử Cl kề nhau gắn được liên kết chéo trên cùng sợi ADN
  2. Transplatin không hòa tan trong nước
  3. Transplatin có khối lượng phân tử lớn hơn
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Cisplatin có 2 phối tử Cl kề nhau gắn được liên kết chéo trên cùng sợi ADN

Hai nhóm Cl ở vị trí cis (góc 90°) có khoảng cách hình học phù hợp để tạo liên kết chéo nội sợi với 2 gốc guanine của ADN.

Luyện tập vận dụng

1. Điện tích của ion phức tạo bởi hạt tâm Co³⁺ và 6 phối tử NH₃ là bao nhiêu?

  1. +3
  2. 0
  3. +6
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: +3

NH₃ là phân tử trung hòa (điện tích 0), do đó điện tích phức bằng điện tích ion Co³⁺ là +3: [Co(NH₃)₆]³⁺.

2. Phối tử nào sau đây là phối tử hai càng (bidentate)?

  1. 1,2-diaminoethane (en)
  2. Ion clorua (Cl⁻)
  3. Phân tử nước (H₂O)
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 1,2-diaminoethane (en)

1,2-diaminoethane (H₂N–CH₂–CH₂–NH₂) có hai nguyên tử N đều mang cặp electron tự do, có thể phối trí đồng thời.

3. Tại sao phức chất của Zn²⁺ ([Zn(H₂O)₆]²⁺) không có màu trong dung dịch?

  1. Cấu hình d¹⁰ đã bão hòa, không thể chuyển mức electron d-d
  2. Kích thước ion quá lớn
  3. Không tạo liên kết cho - nhận
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Cấu hình d¹⁰ đã bão hòa, không thể chuyển mức electron d-d

Zn²⁺ có cấu hình [Ar]3d¹⁰ với 5 obitan d đều đã đầy 2 electron, không có chỗ trống để electron hấp thụ ánh sáng nhảy mức.

Nguồn kiểm tra chuyên môn

  1. Cambridge IGCSE Chemistry 0620 — đề cương và tài liệu chính thức
  2. Cambridge AS & A Level Chemistry 9701 — đề cương chính thức
  3. OpenStax Chemistry 2e — hóa học đại cương đã bình duyệt
  4. IUPAC Color Books — thuật ngữ và danh pháp hóa học chuẩn
  5. BIPM — Hệ đơn vị quốc tế SI, ấn bản 9

Nội dung được duy trì theo các nguồn trích dẫn bên dưới. Mô phỏng là mô hình học tập và không thay thế quy trình an toàn của phòng thí nghiệm thực.

Đơn vị xuất bản nội dung
WebLab STEM
Phụ trách kỹ thuật
Đức Tiến — Kỹ sư Điều khiển và Tự động hóa