Anna Pilch

Katarzyna Pruciak

Grupa 4

Ćwiczenie Nr.3

Temat: Synteza azotanu (V)

tetraaminawęglanokobaltu (III).

Zagadnienia teoretyczne:

Teoria pola krystalicznego:

Podstawy teorii pola krystalicznego stworzył Bethe (1929r.) i Van Vleck (1932r.). Była ona stosowana początkowo do wyjaśnienia pewnych zjawisk w kryształach jonowych i rozpatrywała zachowanie się jonów w polu elektrycznym otaczających je jonów, czyli tzw. polu krystalicznym. Stąd też pochodzi nazwa.

Teoria pola krystalicznego zakłada, że wiązanie pomiędzy centralnym kationem metalu, należącego do grupy przejściowej, a ligandami jest wiązaniem jonowym i rozpatruje wpływ pola ujemnych ligandów otaczających kation na energię jego orbitali d.

W miarę zbliżania się ligandów (kom. oktaedryczny) i zajmowania pozycji odpowiadającej ich rozmieszczeniu w kompleksie ,wytwarzane przez nie pole elektryczne działa coraz silniej na elektrony znajdujące się na orbitalach atomu centralnego. Nie wszystkie elektrony znajdujące się na tych orbitalach doznają takich samych oddziaływań. Zależy to od orientacji orbitali w stosunku do ligandów. Najsilniejszego odpychania doznają elektrony znajdujące się na orbitalach skierowanych wzdłuż osi x, y, lub z, a więc na orbitalach i (rys.1) skierowanych wprost na ligandy. Elektrony znajdujące się na tych orbitalach są odpychane przez ligandy, a ich energia ulega wskutek tego podwyższeni. Elektrony znajdujące się na orbitalach d_xy, d_yz, d_xz, skierowanych pomiędzy ligandy (rys. 2), doznają natomiast słabszego odpychania. W związku z tym poziom energetyczny orbitali leży d_xy, d_yz, d_xz, poniżej poziomu energetycznego orbitali i . W polu elektrycznym wytworzonym przez ligandy poziom energetyczny orbitali d, ulega rozszczepieniu na dwa nowe poziomy. Niższy oznaczamy symbolem t_2g ,wyższy symbolem e_g.

Rys.1. Orientacja orbitali atomu centralnego w stosunku do ligandów w kompleksie oktaedrycznym.

Rys.2 Orientacja orbitalu d_xy atomu centralnego w stosunku do ligandów w kompleksie oktaedrycznym.

Szereg spektrochemiczny:

Szeregiem spektrochemicznym nazywamy szereg ligandów ułożonych według wzrastającej wartości 10Dq w kompleksach wytwarzanych przez te ligandy.

Wartość 10Dq dla danego jonu centralnego zależy od natężenia pola elektrycznego wytwarzanego przez te ligandy. Im silniejsze pole, tym większe rozszczepienie poziomy energetycznego orbitali d. Różne ligandy wytwarzają pole elektryczne o różnym natężeniu (dlatego utworzono szereg o wzrastającej wartości 10Dq).

Kompleksy niskospinowe i wysokospinowe:

Spotykane są kompleksy niskospinowe jak i wysokospinowe w zależności od tego, która konfiguracja zapewnia większy zysk energii. Kompleksy wysokospinowe powstają, jeżeli energia rozszczepienia 10Dq jest mniejsza od energii sparowania elektronu. Kompleksy niskospinowe powstają wówczas , gdy energia rozszczepieni jest większa niż energia sparowania elektronów.

Wykonanie ćwiczenia :

Synteza azotanu (V) tetraaminawęglanokobaltu (III).

Rozpuścić 10 g węglanu amonowego w 30 ml wody destylowanej i dodać 30 ml stężonego amoniaku. Roztwór ten dodać do roztworu 8 g uwodnionego azotanu kobaltu (II) w 15 ml wody, mieszając za pomocą pręcika szklanego. Następnie powoli dodać 4 ml 30% wody utlenionej. Przelać roztwór do krystalizatora i zagęścić do połowy w ła*ni wodnej. Podczas odparowywania dodawać małymi porcjami 3 g stałego węglanu amonu, następnie roztwór oziębić w wodzie z lodem. Po wykrystalizowaniu, purpurowo-czerwony produkt odsączyć na lejku B*chnera. Otrzymane kryształy przemyć na sączku kilkoma ml wody destylowanej oziębionej w wodzie z lodem, a następnie taką samą ilość oziębionego etanolu. Wysuszyć w powietrzu.

Synteza chlorku pentaaminachlorokobaltu (III).

Rozpuścić 2.5 g azotanu (V) tetraaminawęglanokobaltu (III)w 25 ml wody i dodać 2.5 - 5 ml stęż. HCl aż do uwolnienia całego CO₂.

Zobojętnić za pomocą stęż. amoniaku, dodać ok. 2.5 ml nadmiaru i ogrzewać w ła*ni wodnej. Roztwór lekko oziębić i dodać 38 ml stęż. HCl. Ponownie ogrzewać przez 20 - 30 min. I obserwować zmianę barwy.

Przy oziębianiu do temp. pokojowej wydzielają się purpurowe kryształy. Kryształy odsączyć na lejku G-3, przemyć małą ilością oziębonej wody destylowanej, a następnie oziębionym etanolem. Wysuszyć w suszarce w 393 K.

Pomiar widm elektronowych:

Zmierzyć widma elektronowe roztworów następujących związków kompleksowych, przygotowanych jako roztwory o poniższych stężeniach, przygotowane w kolbach miarowych na 50 ml :

- 0.01m. [CoCO₃(NH₃)₄]NO₃ ,

- 0.02m. [CoCO₃(NH₃)₄]NO₃ w 0.5m. HNO₃

- 0.02m. [CoCl(NH₃)₅]Cl₂ ,

- 0.01m. [CoCl(NH₃)₅]Cl₂ w 0.1m. NaOH (w czasie nie dłuższym niż 10 min. od chwili sporządzenia roztworu).

Pomiar przewodnictwa molowego następujących związków chemicznych :

Zmierzyć przewodnictwo molowe roztworów następujących związków przygotowanych w kolbkach miarowych na 100 ml :

- 0.001m. KCl ,

- 0.001m. BaCl₂

- 0.001m. [CoCO₃(NH₃)₄]NO₃

- 0.001m. [CoCl(NH₃)₅]Cl₂

Opracowanie wyników:

1.

a) 0.01m. M[CoCO₃(NH₃)₄]NO₃ = 249g

1000 ml - 0.01 m. 1 mol - 249 g

50 ml - x m. 0,0005 m. - x g

******** **********

x = 0,0005 m. x = 0,1249 g

2. 0.02m. [CoCO₃(NH₃)₄]NO₃ 0,2488 g

2. 0.02m. [CoCl₃(NH₃)₅]Cl₂ 0,2502g

3. 0.01m. [CoCl₃(NH₃)₅]Cl₂ 0,1250 g

2.

a) 0.001m. KCl M_KCl = 74,6 g

1000 ml - 0.001 m. 1 mol - 74,6 g

100 ml - x m. 0,0001 m. - x g

******** **********

x = 0,0001 m. x = 0,0083 g

2. 0.001m. BaCl₂ * 2H₂O 0,0242g

2. 0.001m. [CoCl₃(NH₃)₅]Cl₂ 0,0244g

3. 0.001m. [CoCO₃(NH₃)₄]NO₃ 0,0248g

3. Wydajność syntezy kompleksu:

2Co(NO₃)₂ * 2(NH₄)₂ + H₂O₂ ⇒ 2[CoCO₃(NH₃)₄]NO₃ + 2H₂O + 2NH₄NO₃

Co²⁺ + e ⇒ Co³⁺ /×2 utlenienie

2O^- + 2e ⇒ O^2- redukcja

MCo(NO₃)₂ * 6H₂0 = 291g * M Co(NO₃)₂ = 183g

8g * x

****************

x = 5g

183g * 249g

5g * x

********

x = 6,8g

Masa naszego kompleksu wynosi 4,6g

Wydajność syntezy:

4. Wzory strukturalne otrzymanych jonów kompleksowych.

[CoCl₃(NH₃)₅]Cl₂ [CoCO₃(NH₃)₄]NO₃

5. Przewodnictwo.

Związek	Liczba jonów	Stężenie	Przewodnictwo właściwe [μS]	Przewodnictwo molowe
KCl	2	0,00111	173,9	156,7
[CoCO3(NH3)4]NO3	3	0,001	262	262
BaCl2*2H2O	2	0,001	101,9	101,9
[CoCl3(NH3)5]Cl2	3	0,00099	292	294,95

5. Maksymalne długości fal oraz maksymalne współczynniki absorpcji.

Związek	Stężenie	λmax [nm]	Amax	Emax [mol^-1cm^-1]
[CoCO3(NH3)4]NO3	0,01	525	1,3	130
[CoCO3(NH3)4]NO3	0,02	510	1,4	70
[CoCl(NH3)5]Cl2	0,02	540	1,31	65,5
[CoCl(NH3)5]Cl2	0,01	510	1,14	114

6. Obliczenie parametru rozszczepienia Δ

Δ= f(ligand) ⋅ g(jon centralny)

przykład dla ligandu H₂O:

Δ = 1,00+41,25/5 18,2 = 21,84 10³cm^-1

	ν max [10^3 cm^-1]	Δ [10^3 cm^-1]
Cl^-	27,39	21,32
OH^-	27,02	21,72
H2O	19,60	21,84
NH3	18,86	22,75

6. Zestawienie ligandów w szereg spektrofotochemiczny dla badanych kompleksów.

Cl^- < OH^- < H₂O < NH₃

V

II