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配體中有兩個(gè)或兩個(gè)以上配位原子,且同時(shí)與一個(gè)中心原子(或離子)形成螯合環(huán)。由于螯合劑的成環(huán)作用使螯合物比組成和結(jié)構(gòu)相近的非螯合配位化合物的穩(wěn)定性高。

螯合劑大多數(shù)是有機(jī)配體。目前已發(fā)現(xiàn)的螯合劑最多的達(dá)十四齒。螯合劑中的配位原子以氧和氮為最常見,其次是硫,還有磷、砷等。

用"螯"描述這類化合物,就是因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)很像"蟹"的兩個(gè)大"鉗"夾住金屬原子或離子。

在配合物中中心離子與配位體通過配位鍵結(jié)合。配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵,通常的共價(jià)鍵是由兩個(gè)成鍵原子各出一個(gè)電子形成共同電子對(duì)的,而在配位鍵中是由一個(gè)原子提供電子對(duì),另一原子提供空軌道形成的。為了區(qū)別把共價(jià)鍵用"一"表示,如H·+·H=H:H(H-H),配位鍵用"←"表示,箭頭指向提供空軌道的原子,如Cu+NH3=CuNH3(Cu←NH3)。

如果配位體中只有一個(gè)配位原子,則中心離子與配位體之間只能形成一個(gè)配位鍵。而有些配位體分子中含有兩個(gè)以上的配位原子而且這兩個(gè)原子間相隔著兩至三個(gè)其他非配位原子時(shí),這個(gè)配體就可以與中心離子(或原子)同時(shí)形成兩個(gè)以上的配位鍵。直接與中心離子配位的原子數(shù)目叫做配位數(shù),通常配位數(shù)多為4或6,也有2和8的。配位數(shù)的多少取決于中心粒子的電子結(jié)構(gòu)與空間因素。

最常見的配位原子有氧、硫、氮。磷、砷、硒也可生成螯合物。在螯合劑分子中,配位原子是通過其他原子(主要是碳原子)連接成適宜的結(jié)構(gòu)。根據(jù)螯合劑分子中所含可以參加配位的配位原子數(shù)目,分為二嚙、三嚙、四嚙、六嚙螯合劑。

螯合劑包括無機(jī)和有機(jī)兩類。大多數(shù)是有機(jī)類化合物。常用的螯合劑有多磷酸鹽、氨基羧酸、1,3-二酮,羥基羧酸、多胺等。

螯合劑的結(jié)構(gòu)式多樣的,有直鏈的也有帶支鏈的結(jié)構(gòu)。也有環(huán)狀螯合劑如卟啉類衍生物和冠醚類衍生物等。

螯合物的穩(wěn)定性是以螯合物的穩(wěn)定常數(shù)來衡量的,穩(wěn)定常數(shù)越大,螯合物的穩(wěn)定性就越高。假設(shè)螯合劑與金屬離子生成的螯合物為ML(最簡單的情況)。嚴(yán)格的說螯合物的穩(wěn)定常數(shù)應(yīng)該表示為:

式中 α-型體的活度;

KML:在一定溫度下為一個(gè)常數(shù),成為活度常數(shù)或者熱力學(xué)常數(shù)。

在化學(xué)工業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)過程中,加入螯合劑使金屬離子生成性質(zhì)完全不同的螯合物,是降低和控制金屬離子濃度的主要方法。

螯合物在礦物浮選過程、濕法冶金、金屬元素的提取與分離、物質(zhì)的催化合成、水的軟化、電鍍工藝、醫(yī)藥工業(yè)、染色過程等中都有廣泛的應(yīng)用。

螯合物廣泛應(yīng)用于過氧化氫及次氯酸類作漂白劑的化學(xué)、機(jī)械和脫墨紙漿的漂白。部分螯合劑在醫(yī)學(xué)上可用于鉛及汞等中毒的治療等。具體用途如下:

1、能有效抑制金屬離子對(duì)過氧化氫及次氯酸類漂白劑引起的催化分解,提高漂白效率,節(jié)約漂液,降低漂白成本。

2、對(duì)Fe離子有極強(qiáng)的捕捉能力和分散效果,避免Fe離子與紙漿中的酚基團(tuán)反應(yīng)形成深顏色的復(fù)合物,保護(hù)纖維,提高紙漿白度,減少紙漿返黃。

3、能有效阻止鈣、鎂等金屬離子在紙漿漂白過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉淀物,從而防止系統(tǒng)設(shè)備、管道結(jié)垢,并能逐步去除漂洗系統(tǒng)原有的結(jié)垢。

4、具有一定的分散能力,可提高硅酸鈉的分散性。

5、保護(hù)紙漿纖維,防止NaOH剝皮反應(yīng)對(duì)纖維的破壞。

6、與傳統(tǒng)的DTPA相比,具有良好性價(jià)比。

7、用于金屬元素的分離和提純、織物的染色以及制造有機(jī)顏料等。