Практическая часть
Оборудование и реактивы: химический стакан, термометр, стеклянная палочка, электрическая плитка, фарфоровая чашка; медь, концентрированная серная кислота, концентрированная азотная кислота, дистиллированная вода.
Ход работы
Препарат CuSO4∙5H2O, соответствующий реактиву квалификации х.ч., можно получить растворением чистой меди в смеси серной и азотной кислот.
3Cu + 2HNO3+3H2SO4 = 3CuSO4+2NO+4H2O
В фарфоровую чашку, установленную под тягой, помещают медь в виде проволоки или стружек и приливают Н2SO4 (ч.д.а., пл.1,84). Смесь нагревают до 70-80 ºС (до кипения) и добавляют порциями, по каплям HNO3 (ч.д.а., пл.1,40). Осторожно! Остерегайтесь брызг! Если выделяются кристаллы CuSO4∙5H2O, то следует добавить немного Н2О (по каплям).
По окончанию реакции раствор сливают с оставшейся меди, упаривают его до образования плёнки кристаллов и охлаждают. Выпавшие кристаллы подвергают перекристаллизации, чтобы получить препарат х.ч.
Для получения безводного препарата, мелкую кристаллическую CuSO4∙5H2O нагревают в фарфоровой чашке на песчаной бане, постоянно перемешивая. Полученный белый порошок (серый при перегревании) растирают в горячей ступке и переносят в сухую, плотно закрывающуюся банку.
Вопросы для самопроверки.
Назовите наиболее часто используемые окислители и восстановители.
Почему некоторые металлы не растворяются в концентрированных кислотах?
От чего зависят направление протекания реакции (образующиеся вещества)?
Где используется медный купорос?
Какие занимательные опыты можно провести с использованием сульфата меди (II).
Работа 8. Получение комплексных соединений меди
Повторить материал о номенклатуре и строении комплексных соединений. Уметь записать уравнение диссоциации комплексного соединения, комплексного иона и константы нестойкости. Необходимо знать условия получения различных комплексных соединений.
Теоретическая часть
Одним из основных свойств меди во всех степенях окисления является способность образовывать комплексные соединения. Большинство растворимых соединений меди является комплексными. Одновалентная медь проявляет координационное число, равное 2, двухвалентная – 4, реже 6. Для одновалентной меди характерны комплексы с такими лигандами как хлорид-, сульфид-, тиосульфат-анионы: [CuCl2]-, [CuS2]3-, [Cu(S2O3)2]3-. Двухвалентная медь образует комплексные соединения с кислород-, азот-, серу-, хлорсодержащими лигандами: [Cu(OH)4]2-, [Cu(NH3)4]2+.
Для меди (II) характерны катионные и анионные комплексы, при растворении солей меди (II) в воде или при взаимодействии оксида гидроксида меди (II) с кислотами образуются голубые аквакомплексы [Cu(H2O)6]2+. Аммиачные комплексы образуются при действии аммиака на растворы солей меди (II) :
CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4.
Анионные комплексы получаются при растворении гидроксида меди (II) в концентрированных растворах щелочей, при этом образуются синие гидроксокупраты:
Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4].
В избытке основных галогенидов образуются галогенокупраты (II):
CuCl2 + 2NaCl = Na2[CuCl4].
Анионные комплексы меди (II) известны также с карбонат- и сульфат-ионами.
Для меди (I) аквакомплексы неустойчивы, устойчивы амминокомплексы типа [Cu(NH3)2]+, гидроксокомплексы [Cu(OH)2]- и хлоридные комплексы [CuCl2]-.
Комплексообразование имеет большое значение при переводе металла в раствор:
2Cu + 8NH3 + 2H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2.
Продукт растворения гидроксида меди в аммиаке называется «реактив Швейцера» и используется при производстве медно-аммиачных волокон.
Число связей, образуемых лигандом с комплексообразователем называют координационной емкостью или дентатностью лиганда (от лат. dentatus – зубчатый). Монодентатные лиганды образуют только одну связь с комплексообразователем и занимают одно координационное место (H2O, OH–, NH3, CN–, Cl– и т.д.). Бидентатные лиганды образуют две связи с комплексообразователем и занимают два координационных места (например, диметилглиоксим). Существуют тридентатные, тетрадентатные лиганды.
Полидентатные лиганды, благодаря наличию в них двух и более электронодонорных центров, способны образовывать несколько связей с ионами-комплексообразователями. При этом образуется устойчивая циклическая структура. Например, в результате взаимодействия этиленгликоля со свежеприготовленным гидроксидом меди(II) образуется комплексное соединение меди:
Ион комплексообразователя в таких соединениях оказывается как бы «захваченным в клешни» полидентатного лиганда, поэтому такие соединения получили название хелатных от греч. chēlē - клешня.
Хелатные комплексные соединения – соединения, в которых комплексообразователи связаны с полидентатными лигандами, причем атом или ион-комплексообразователь является компонентом циклической структуры. Лиганды, образующие хелатные циклы, называются хелатообразующими (хелатирующими). Хелатирующие реагенты содержат два типа электронодонорных центров: А – группы (заместители I рода), содержащие подвижный атом водорода, например, -ОН, -NH2, -СООН, -ОН, -SO3H и т.д., при их координации к иону-комплексообразователю возможно замещение протона;Б – группы (заместители II рода), содержащие нейтральные электроно- донорные группы, например, -ОН, -NH2, =S, =NH и т.д.
Хелатные комплексные соединения отличаются высокой прочностью и устойчивостью. Причем, наиболее устойчивыми в комплексных соединениях являются пяти- и шестичленные циклы. Частным случаем хелатных комплексов являются внутрикомплексные соединения.
Внутрикомплексные соединения (ВКС) – координационные соединения металлов с бидентатными лигандами, связанными с одним и тем же атомом металла-комплексообразователя через одну отрицательно заряженную и одну нейтральную донорные группы с образованием одинаковых или различных внутренних хелатных циклов. ВКС не содержат внешнесферных ионов и не являются электролитами. ВКС является, например, глицинат меди(II).