I GIG B |
Michał Palarczyk |
|
Grupa 1 / 2
6.01.2009 |
Temat: Związki kompleksowe |
|
Wstęp teoretyczny:
Aby mówić o związkach kompleksowych należy znać budowę atomu. Atom zbudowany jest z jądra oraz krążących dookoła niego po orbitach elektronów. Orbity te są nazywane orbitalami elektronowymi. Natomiast kilka takich orbitali tworzy powłokę elektronową.
Powłoka elektronowa - (poziom energetyczny) zbiór stanów kwantowych o tej samej wartości głównej liczby kwantowej. W chemii za powłokę elektronową wokół danego atomu uważa się zbiór orbitali atomowych mających tę samą główną liczbę kwantową n. Kolejnym wartościom n przypisane są kolejne powłoki: K, L, M, N, O, P i Q. Powłoki składają się z różnej liczby podpowłok elektronowych, odpowiadających określonym rodzajom orbitali atomowych:
itd.
Atomy gazów szlachetnych mają całkowicie zapełnione powłoki elektronowe, atomy pozostałych pierwiastków chemicznych mają częściowo nie zapełnione powłoki elektronowe, dzięki czemu są zdolne do tworzenia wiązań chemicznych z innymi atomami. W ten sposób pierwiastki z grupy 18 ze względu na kompletne zapełnienie elektronami ostatniej podpowłoki mogą służyć do uproszczonego zapisu konfiguracji elektronowej. Ostatnia powłoka jest nazywana powłoką walencyjną.
Powłoka walencyjna - ostatnia, najdalej odsunięta od jądra powłoka elektronowa atomu. Elektrony na niej są najsłabiej związane z atomem i mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań chemicznych. Ilość elektronów znajdujących się na powłoce walencyjnej określa numer grupy w układzie okresowym. Ilość elektronów na ostatniej powłoce jest równa wartościowości.
Metale przejściowe - pierwiastki chem., których atomy mają niecałkowicie zapełnione podpowłoki elektronowe d (pierwiastki zewnętrznoprzejściowe) lub f (pierwiastki wewnętrznoprzejściowe) w powłokach wewnętrznych. Metale grupy mają właściwości pośrednie między metalami alkalicznymi a metalami z bloku p układu okresowego. Wspólną cechą prawie wszystkich tych pierwiastków jest zdolność do tworzenia złożonych kompleksów, z których bardzo wiele wykazuje intensywne zabarwienie. Do metali tych należą np. itr, cyrkon.
Wiązanie chemiczne - są to charakterystyczne oddziaływania występujące pomiędzy atomami, grupami atomów, jonami lub cząsteczkami.
Wiązania chemiczne powstają w wyniku oddziaływania, przyjmowania lub uwspólniania elektronów walencyjnych reagujących ze sobą atomów. Najczęściej spotykanymi typami wiązań chemicznych są:
Wiązanie jonowe - polega na przejściu jednego lub kilku elektronów walencyjnych z atomów pierwiastka elektrododatniego do atomów pierwiastka elektroujemnego.
Atom pierwiastka oddający eletrony staje się kationem, a atom przyjmujący elektrony staje się anionem. Powstałe różoimienne jony przyciągają się siłami elektrostatycznymi, tworząc wiązanie - sieć jonową. Wiązanie jonowe jest wiązaniem silnym. Występuje np. w NaCl.
Wiązanie kowalencyjne - polega na utworzeniu wspólnej pary elektronów (wiązanie pojedyncze), dwóch wspólnych par elektronów (wiązanie podwójne) lub trzech wspólnych par elektronów (wiązanie potrójne), przez dwa atomy, z których każdy dostarcza do wytworzenia wspólnego dubletu (lub dubletów) taką samą liczbę niesparowanych elektronów.
Wiązania kowalencyjne występują pomiędzy pierwiastkami, w których różnica elektroujemności jest równa 0. Przykładami takiego wiązania są cząsteczki dwuatomowe: H2, O2, N2, Cl2, Br2, I2. Wiązanie to jest mocnym wiązaniem.
Wiązanie metaliczne - powstanie wiązania metalicznego polega na przekształceniu atomów tego samego metalu lub atomów różnych metali w zbiór kationów i swobodnie poruszających się między nimi elektronów. Wiązanie metaliczne może istnieć w stanie stałym lub ciekłym.
Wiązanie wodorowe - jest to oddziaływanie (zwykle słabe) między kowalencyjnie związanym atomem wodoru i należącym do innej cząsteczki atomem silnie elektroujemnym, dysponującym wolną parą elektronową.Atom wodoru (proton) może byś związany równocześnie z dwoma atomami, jeśli mają one małe wymiary i dużą elektroujemność. Wiązanie wodorowe występuje najczęściej w związkach wodoru z fluorem, chlorem, tlenem, azotem.Wiązanie wodorowe występuje np.: między cząsteczkami wody.
Związek kompleksowy - to związki chemiczne, w których można wyróżnić jeden lub więcej atomów centralnych, otoczonych przez inne atomy lub ich grupy zwane ligandami, przy czym przynajmniej jedno wiązanie atomu centralnego z ligandem ma charakter wiązania koordynacyjnego.
Atom centralny - atom wchodzący w skład związku chemicznego, wokół którego skoordynowane są inne atomy lub ich grupy zwane ligandami. W związkach kompleksowych atomami centralnymi są zazwyczaj metale lub metaloidy. Mogą to być zarówno pierwiastki grup głównych jak i pobocznych. Np. Na[Al(OH)4] - centralnym atomem jest glin (Al).
Ligandy - atomy, cząsteczki lub aniony, które są bezpośrednio przyłączone do atomu centralnego lub kationu centralnego. Ligandami mogą być: NH3 - amina, H2O - akwa, CO - karbony, Cl - chloro, NO - nitrozyl, Br- bromo, S2O3 - tiasiarczano, OH - hydrokso.
Liczba koordynacyjna - Jest to liczba bezpośrednich wiązań σ występujących między centralnym atomem a ligandami do niego przyczepionymi. Liczba koordynacyjna jest wielkością, która służy do stwierdzania, czy dany kompleks jest w stanie przyjąć jeszcze jakieś dodatkowe ligandy, czy też jego sfera koordynacyjna jest już całkowicie zapełniona.
Nazewnictwo związków kompleksowych:
Nazwy związków kompleksowych można utworzyć według następującego schematu:
[Ag(NH3)2]Cl
Ag jest atomem centralnym, natomiast NH3 jest ligandem.
Pierwiastek który jest poza nawiasem kwadratowym jest jest wymieniany w pierwszej kolejności jako np. w tym przypadku chlorek.
Następnie w drugim członie nazwy zapisujemy ligandy oraz ich liczbę ( w tym przypadku jest diamina)
Ostatnią czynnością będzie zapisanie w drugim członie nazwy atomu centralnego, czyli srebra.
Pełna nazwa powyższego związku brzmi: Chlorek diaminasrebra .
Doświadczenia:
Doświadczenie 1:
Wstęp:
Ćwiczenie polegało na określeniu związku kompleksowego srebra o liczbie koordynacyjnej LKAg = 2. W tym celu do probówki z AgNO3 należało dodać HCl, a następnie powstały związek zadać NH4OH.
Obserwacje:
Po dodaniu do AgNO3 kwasu solnego powstaje biały, serowaty osad. Natomiast po dodaniu wodorotlenku amonu osad roztwarza się i powstaje klarowny roztwór.
Wnioski:
Po dodaniu do AgNO3 kwasu solnego HCl otrzymujemy chlorek srebra AgCl, który jest osadem oraz kwas azotowy (V) HNO3.
AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3
Azotan (V) srebra kwas solny chlorek srebra kwas azotowy (V)
Reakcje dysocjacji tych związków są następujące:
AgNO3 = Ag+ + NO3-
Kation srebra anion azotanu
HCl = H+ + Cl- HNO3 = H+ + NO3-
Dla AgCl dysocjacja jonowa nie zachodzi ponieważ jest osadem.
D AgCl dodajemy wodorotlenku amonu NH4OH co spowodowało roztworzenie się osadu. Reakcja jest następująca.
AgCl + 2 NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O
Wodorotlenek amonu chlorek diaminasrebra woda
NH4OH = NH4+ + OH-
Kation amonu Anion wodorotlenku
[Ag(NH3)2]Cl = [Ag(NH3)2]+ + Cl-
Kation diaminasrebra anion chloru
W powstałym związku koordynacyjnym atomem centralnym jest atom srebra, natomiast ligandami są amina (NH3) oraz chlor (Cl).
Doświadczenie 2
Wstęp:
W celu określenia związku kompleksowego miedzi (II) o liczbie koordynacyjnej LKCu = 4 zadajemy siarczan miedzi wodorotlenkiem sodu po czym otrzymany roztwór dzielimy na dwie probówki po czym do jednej dodajemy nadmiaru wodorotlenku sodu, a do drugiej dodajemy wodorotlenku amonu.
Obserwacje:
Po dodaniu do siarczanu (VI) miedzi (II) wodorotlenku sodu otrzymujemy niebieski osad, dodanie nadmiaru wodorotlenku powoduje roztworzenie się osadu, natomiast po dodaniu wodorotlenku amonu otrzymujemy roztworzony ciemnoniebieski roztwór.
Wnioski:
Dodanie do CuSO4 wodorotlenku sodu NaOH spowodowało następującą reakcję:
osad
CuSO4 + 2 NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
Siarczan VI miedzi II wodorotlenek sodu wodorotlenek miedzi siarczan VI sodu
CuSO4 = Cu 2+ + SO42- NaOH = Na+ + OH-
Na2SO4 = 2 Na+ + SO42-
Reakcja spowodowała powstanie wodorotlenku miedzi (II). Ten związek zadajemy wodorotlenkiem amonu, co powoduje powstanie nowego związku kompleksowego.
Cu(OH)2 + 4 NH4OH = [Cu(NH3)4](OH)2 + 4 H2O
Wodorotlenek amonu wodorotlenek tetraaminamiedzi (II)
NH4OH = NH4+ + OH-
[Cu(NH3)4](OH)2 = [Cu(NH3)4]2+ + 2 OH-
Druga reakcja siarczanu (VI) miedzi (II) z wodorotlenkiem sodu wygląda następująco:
Cu(OH)2 + 2 NaOH = Na2[Cu(OH)4]
Tetrahydroksomiedzian (II) sodu
Na2[Cu(OH)4] = 2 Na+ + [Cu(OH)4]2-
Obie reakcje spowodowały powstanie związku kompleksowego, jednak najważniejszym wnioskiem w tym doświadczeniu jest fakt, że związki kompleksowe mogą być zarówno kationami jak i anionami. Atomem centralnym w tym związku jest atom miedzi, natomiast ligandą amon.
Doświadczenie 3
Wstęp:
Doświadczenie polegało na otrzymaniu związku kompleksowego kadmu o liczbie koordynacyjnej LKCd = 6. Związek siarczanu (VI) kadmu łączymy z wodorotlenkiem amonu, następnie dzielimy powstały osad na dwie części. Do jednej dodajemy nadmiaru wodorotlenku amonu, zaś do drugiej dodajemy wodorotlenek sodu.
Obserwacje:
Po dodaniu do do siarczanu (VI) kadmu wodorotlenku amonu powstaje biały osad, natomiast po dodaniu do nowego roztworu nadmiaru wodorotlenku amonu osad się roztwarza, zaś po dodaniu wodorotlenku sodu do drugiej probówki nie dzieje się nic.
Wnioski:
Reakcja siarczanu (VI) kadmu CdSO4 z wodorotlenkiem amonu NH4OH przebiega następująco: osad
CdSO4 + NH4OH = Cd(OH)2 + NH2SO4
Wodorotlenek kadmu siarczan (VI) amonu
CdSO4 = Cd2+ + SO42-
Kation kadmu anion siarczanowy
Produktem reakcji jest wodorotlenek kadmu, który wyraża się jako osad. Reakcja osadu czyli wodorotlenku kadmu z wodorotlenkiem sodu nie zachodzi, natomiast dodanie do niego nadmiaru wodorotlenku osadu powoduje poniższą reakcję:
Cd(OH)2 + 6 NH4OH = [Cd(NH3)6](OH)2 + 6 H2O
Wodorotlenek heksaaminakadmu
[Cd(NH3)6](OH)2 = [Cd(NH3)6]2+ + 2 OH-
Reakcja spowodowała powstanie związku kompleksowego, w którym atomem centralnym jest kadm, zaś ligandą amina.
Doświadczenie 4
Wstęp:
Aby określić związki kompleksowe żelaza o liczbie koordynacyjnej LKFe = 1-6, do chlorku żelaza dodajemy rodanku potasu KSCN, który jest typowym „wykrywaczem” żelaza w związku.
Obserwacje:
Początkowy związek jest koloru żółtego, natomiast po dodaniu rodanku potasu zmienia swoją barwę na kolor krwisty. Nowo powstały roztwór jest roztworem gęstym.
Wnioski:
Dodanie do chlorku żelaza FeCl3 rodanku potasu KSCN powoduje powstanie związku kompleksowego.
FeCl3 + KSCN = [Fe(SCN)]Cl2 + KCl
Chlorek tiocyjanożelaza (III) chlorek potasu
FeCl3 = Fe3+ + 3 Cl- KSCN = K+ + SCN- [Fe(SCN)]Cl2 = [Fe(SCN)]2+ + 2 Cl- KCl = K+ + Cl-
Otrzymaliśmy chlorek tiocyjanożelaza (III), jednak żelazo posiada liczbę koordynacyjną
LKFe = 1-6, zatem może związać ze sobą aż sześć ligand. Chlorek tiocyjanożelaza (III) zadajemy znowu rodankiem potasu.
[Fe(SCN)]Cl2 + KSCN = [Fe(SCN)2]Cl + KCl
Chlorek ditiocyjanożelaza (III)
[Fe(SCN)2]Cl = [Fe(SCN)]+ + Cl-
Powstałym nowym związkiem dla żelaza o LKFe = 2 jest chlorek ditiocyjanożelaza (III). Nowy związek zadajemy znowu rodankiem potasu.
[Fe(SCN)2]Cl + KSCN = [Fe(SCN)3] + KCl
Tritiocyjanożelazo (III)
Reakcja dysocjacji dla tritiocyjanożalaza (III) nie zachodzi ponieważ jest cząstką obojętną. Do związku tego znowu dodajemy rodanku potasu otrzymując:
[Fe(SCN)3] + KSCN = K[Fe(SCN)4]
Tetratiocyjanożelazian(III) potasu
K[Fe(SCN)4] = K+ + [Fe(SCN)4]-
Dla LKFe = 4 anionem jest tetracyjanożelazian (III), natomiast kationem potas. Tetratiocyjanożelazian(III) potasu zadajemy po raz kolejny rodankiem potasu co powoduje :
K[Fe(SCN)4] + KSCN = K2[Fe(SCN)5]
Pentatiocyjanożelazian (III) potasu
K2[Fe(SCN)5] = 2 K+ + [Fe(SCN)5]2-
Powstałym związkiem dla LKFe = 5 jest Pentatiocyjanożelazian (III) potasu, który także w dysocjacji występuje jako anion. Aby otrzymać związek kompleksowy żelaza o LKFe = 6, musimy po raz ostatni zadać powstały związek rodankiem potasu.
K2[Fe(SCN)5] + KSCN = K3[Fe(SCN)6]
Heksatiocyjanożelazian(III) potasu
K3[Fe(SCN)6] = 3 K+ + [Fe(SCN)6]3-
Powstała reakcja jest reakcją końcową, zaś powstałym produktem reakcji jest heksatiocyjanożelazian (III) potasu.
5