Исследование комплексных соединений

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Комплексные соединения – это соединения, в структуре которых можно выделить центральный атом – акцептор электронов, находящийся в донорно-акцепторной связи с определенным числом доноров-лигандов. Лигандами могут быть как ионы, так и нейтральные молекулы. Центральный атом и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения, которую при записи формулы выделяют квадратными скобками. Внутренняя сфера часто имеет заряд, который компенсируют противоположно заряженные ионы, располагающиеся во внешней сфере. Внешнесферные ионы не имеют связей с центральным атомом, а образуют ионные связи с комплексами ионами. Поэтому в полярных растворителях комплексные соединения диссоциируют на комплексный и внешнесферный ионы, например:

[ ( ) = + + [ ( ) ]−;

[( ) ( ) ] = [ ( ) ( ) ]+ −.

В первом случае в растворе практически отсутствуют цианид-ионы, поэтому соединение не относится к сильнодействующим ядам. Второе соединение будет давать в растворе качественную реакцию на хлорид-ион (образование осадка AgCl) и не будет давать осадок BaSO4 с растворами солей бария.

Первое соединение является анионным комплексом, так как содержит в своей структуре и образует при диссоциации в растворе комплексные анионы. Второе соединение является катионным комплексом. Существуют и нейтральные комплексы, у которых внутренняя сфера не имеет заряда, соответственно, внешняя сфера отсутствует,

например [( ) ].

При записи формулы комплексного соединения его составные части располагают в порядке возрастания электроотрицательности. На первом месте помещают внешнесферные катионы (если таковые имеются), затем центральный атом, далее нейтральные лиганды, лиганды-анионы и в конце формулы записывают внешнесферные анионы. Читают формулу по принципу «справа налево». При этом название внутренней сферы произносят в одно слово, используя соединительную гласную «о», название комплексного аниона заканчивают суффиксом «-ат-». Молекулы воды в качестве лигандов обозначают приставкой «аква-», а молекулы аммиака – приставкой «аммин-». Степень окисления центрального атома при записи названия комплекса указывают римской цифрой в круглых скобках, заряды ионов – арабскими цифрами. Например, первое из приведенных выше комплексных соединенй называется гексацианоферрат (II) калия, второе – хлорид сульфатотетраамминокобальта (III), третье – дихлородиамминоплатина (II).

Число связей, образуемых лигандом с центральным атомом, называют дентатностью лиганда. Например, Н2О, NH3 – монодентатные лиганды, а сульфат-ион – бидентатный лиганд. Число связей, образуемых центральным атомом с лигандами, называют координационным числом. Если лиганды монодентатные, то координационное число равно числу лигандов, например, координационное число железа в K4[Fe(CN)6] равно 6, координационное число платины в [Pt(NH3)2Cl2] равно 4. Однако в [Co(NH3)4(SO4)]Cl лигандов пять, а координационное число кобальта равно 6, поскольку сульфат-ион бидентатен.

Необходимо отметить, что, строго говоря, двух- и трехзарядные катионы в водном растворе при отсутствии посторонних лигандов образуют комплексные соединения с молекулами воды, пример, [Co(H2O)6]2+. Однако при записи уравнений реакций такие лиганды – молекулы воды, как правило, не указываются.

3

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Опыт 1.Образование и разрушение амминокомплекса серебра.

Налить в одну пробирку 3-4 капли раствора нитрата серебра, добавить столько же раствора хлорида натрия (или хлорида калия). Отметить выпадение осадка хлорида серебра. Затем в вытяжном шкафу добавить добавить в пробирку 3-5 капель концентрированного раствора аммиака и несколько раз встряхнуть. Осадок должен раствориться вследствие образования амминокомплекса серебра.

AgNO3 + NaCl→AgCl↓ + NaNO3

Белый осадок

Ag+ + NO3-+ Na+ + Cl- → AgCl↓ + Na+ + NO3-

Ag+ + Cl- → AgCl↓

AgCl + 2NH4OHконц → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O

Осадок растворился

Ag+ + Cl- + 2NH4++ 2OH-конц→ [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O

Ag+ + 2NH4++ 2OH-конц→ [Ag(NH3)2]+ + 2H2O

Вывод: образовался хлорид диаминоаргентума.

Опыт 2. Получение амминокомплекса меди.

Налить в пробирку 3-5 капель раствора сульфата меди (II) и добавить по каплям концентрированный раствор аммиака. В первый момент выделяется осадок сульфата гидроксомеди (II), который затем растворяется вследствие образования амминокомплекса меди. Отметить окраску раствора, обусловленную присутствием в нём катионов тетраамминомеди (2+).

CuSO4 + 2NH4OH → Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4

ярко-синий осадок

Cu2+ + SO42- + 2NH4+ + 2OH- → Cu(OH)2↓ + 2NH4+ + SO42-

Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2↓

Cu(OH)2 + 2NH4OHконц → [Cu(NH3)4]SO4 + H2O

ярко-синий раствор

Cu2+ + 2OH- + 2NH4+ + 2OH- → [Cu(NH3)4]2+ + SO42- + H2O

Вывод: катионы тетраамминомеди (2+) придают раствору ярко-синюю окраску.

Опыт 3. Получение амминокомплекса никеля.

Налить в пробирку 3-4 капли раствора сульфата никеля. Добавить каплю разбавленного раствора аммиака, который находится в штативе с реактивами. В пробирке образуется студенистый осадок сульфата гидроксоникеля. Добавить в вытяжном шкафу 4-10 капель концентрированного раствора аммиака до полного растворения осадка. Обратите внимание на окраску раствора, обусловленную образованием в растворе катиона гексаамминоникеля (2+). К полученному раствору добавить 1 мл насыщенного раствора бромида натрия (или бромида калия). Должен выпасть осадок комплексной соли: бромида гексаамминоникеля.

2NiSO4 + 2NH4OH → [NiOH]2SO4↓+ (NH4)2SO4

студенистый светло-зеленый осадок

2Ni2+ + 2SO42- + 2NH4++ 2OH- → [NiOH]2SO4↓ + 2NH4+ + SO42-

2Ni2+ + SO42- + 2OH- → [NiOH]2SO4↓

NiSO4 + 6NH4OH → [Ni(NH3)6]SO4 + 6H2O

4

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

мутно-голубой раствор

Ni2+ + SO42- + 6NH4++ 6OH- → [Ni(NH3)6]2+ +SO42- + 6H2O

Ni2+ + 6NH4++ 6OH- → [Ni(NH3)6]2+ + 6H2O

[Ni(NH3)6]SO4 + 2KBr → [Ni(NH3)6]Br2↓+ K2SO4

Мутный светло-синий осадок

[Ni(NH3)6]2+ +SO42- + 2K+ + 2Br- → [Ni(NH3)6]Br2↓+ 2K+ + SO42- [Ni(NH3)6]2+ + 2Br- → [Ni(NH3)6]Br2↓

Вывод: выпал осадок бромида гексаамминоникеля. Катион гексаамминоникеля (2+) придает раствору голубую либо светло-синюю окраску.

Опыт 4. Получение тетраиодовисмутата калия.

В пробирку в 3-4 каплям раствора нитрата висмута прибавлять по каплям раствор иодида калия до выпадения темно-бурого осадка иодида висмута. Растворить этот осадок в избытке раствора иодида калия.

Bi(NO3)3 + 3KI → BiI3↓ + 3KNO3

темно-бурый осадок

Bi3+ + 3NO3- + 3K+ + 3I- → BiI3↓ + 3K+ + 3NO3-

Bi3+ + 3I- → BiI3↓

BiI3↓ + KI → K[BiI4]

Вывод: выпал осадок иодида висмута темно-бурого цвета. При растворении в избытке иодида калия образовался комплекс тетраиодовисмутат калия.

Опыт 6. Образование малорастворимого гексацианоферрата (II) калия-железа (III).

А. Налить в пробирку 3-4 капли раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6]. Добавить 2-3 капли раствора хлорида железа (III). Образовался осадок берлинской лазури. Реакция служит для обнаружения катионов Fe3+.

3K4[Fe(CN)6]+4FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6]3↓+12KCl

ярко-синий цвет

12K+ + 3[Fe(CN)6]4- + 4Fe3+ + 12Cl-→ Fe4[Fe(CN)6]3↓+ 12K+ + 12Cl- 3[Fe(CN)6]4- + 3Fe2+ → Fe4[Fe(CN)6]3↓

Б. Налить в пробирку 3-4 капли раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]. Добавить 2-3 капли раствора сульфата железа (II). Образовался осадок, в прошлом веке именуемый турнбулевой синью.

2K3[Fe(CN)6] + 3FeSO4 → Fe3[Fe(CN)6]2↓+ 3K2SO4

ярко-синий цвет

6K++2[Fe(CN)6]3- + 3Fe2+ + 3SO42-→ Fe3[Fe(CN)6]2↓+ 6K+ + 3SO42- 2[Fe(CN)6]3- + 3Fe2+→ Fe3[Fe(CN)6]2↓

Вывод: получили два вещества (берлинскую лазурь и турнбулеву синь), которые имеют одинаковую формулу.

Опыт 7. Образование труднорастворимых гексацианоферратов (II).

Налейте в две пробирки по 3-4 капли раствора гексацианоферрата (II) калия. В первую пробирку добавьте 2-3 капли раствора сульфата цинка, во вторую – столько же раствора сульфата меди (II).

K4[Fe(CN)6] + 2ZnSO4 → Zn2[Fe(CN)6] + 2K2SO4

желто-зеленый осадок

4K++ [Fe(CN)6]4- + 2Zn2+ + 2SO42-→ Zn2[Fe(CN)6] ↓+ 4K+ + 2SO42-

5

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

[Fe(CN)6]4- + 2Zn2+→ Zn2[Fe(CN)6]↓

K4[Fe(CN)6] + 2CuSO4 → Cu2[Fe(CN)6] + 2K2SO4

Бурый осадок

4K++ [Fe(CN)6]4- + 2Cu2+ + 2SO42-→ Cu2[Fe(CN)6] ↓+ 4K+ + 2SO42- [Fe(CN)6]4- + 2Cu2+ → Cu2[Fe(CN)6] ↓

Вывод: при добавлении в гексацианоферрат (II) калия анионов цинка и меди (II) образуются осадки желто-зеленого и бурого осадков соответственно.

Опыт 9. Образование малорастворимого гексанитрокобальтата (III) натрия-калия.

Реакция служит для обнаружения в растворах катионов калия. Налейте в пробирку 3-4 капли раствора Na3[Co(NO2)6] и добавьте 2-3 капли раствора хлорида калия. Образуется комплексная соль K2Na[Co(NO2)6].

Na3[Co(NO2)6] + 2KCl → K2Na[Co(NO2)6] + 2NaCl

оранжево-ржавый цвет

3Na++ [Co(NO2)6]3- + 2K+ + 2Cl-→ K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2Na+ + 2Cl-

Na++ [Co(NO2)6]3- + 2K+→ K2Na[Co(NO2)6]↓

Вывод: реакция проходит, в итоге образуется труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) натрия-калия, имеющий оранжево-ржавый цвет.

6

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

ВЫВОД

В ходе лабораторной работы мы ознакомились с проведением реакций с комплексными соединениями, научились записывать формулы с комплексами, ознакомились с некоторыми качественными реакциями на анионы и катионы. Мы познакомились с различными методами получения комплексных соединений, а также научились определять дентатность, координационное число и называть комплексы.

7

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП группа 4736 Контакты https://new.guap.ru/i03/contacts