配體中有兩個或兩個以上配位原子,且同時與一個中心原子(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)是有機配體。目前已發(fā)現(xiàn)的螯合劑最多的達十四齒。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,就是因為分子結(jié)構(gòu)很像"蟹"的兩個大"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鍵,通常的共價鍵是由兩個成鍵原子各出一個電子形成共同電子對的,而在配位鍵中是由一個原子提供電子對,另一原子提供空軌道形成的。為了區(qū)別把共價鍵用"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配位原子,則中心離子與配位體之間只能形成一個配位鍵。而有些配位體分子中含有兩個以上的配位原子而且這兩個原子間相隔著兩至三個其他非配位原子時,這個配體就可以與中心離子(或原子)同時形成兩個以上的配位鍵。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。

螯合劑包括無機和有機兩類。大多數(shù)是有機類化合物。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Fe離子有極強的捕捉能力和分散效果,避免Fe離子與紙漿中的酚基團反應(yīng)形成深顏色的復(fù)合物,保護纖維,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、保護紙漿纖維,防止NaOH剝皮反應(yīng)對纖維的破壞。

6、與傳統(tǒng)的DTPA相比,具有良好性價比。

7、用于金屬元素的分離和提純、織物的染色以及制造有機顏料等。