Основные правила по технике безопасности при работе в химической лаборатории

1. Не трогайте, не включайте без разрешения преподавателя рубильники и электрические приборы.

2. Не загромождайте свое рабочее место лишними предметами.

3. Нельзя брать вещества руками и пробовать их на вкус. При определении веществ по запаху, склянку следует держать на расстоянии и направлять движением руки воздух от отверстия склянки к носу.

4. При приливании реактивов нельзя наклоняться над отверстием сосуда, во избежание попадания брызг на лицо и одежду; наклоняться над нагреваемой жидкостью, так как ее может выбросить.

5. Разбавляя концентрированные кислоты, особенно серную, осторожно вливают кислоту в воду.

6. Опыты с ядовитыми и легковоспламеняющимися веществами надо проводить в вытяжном шкафу.

7. С легковоспламеняющимися веществами нельзя работать вблизи нагревательных приборов.

8. Нельзя сливать растворы, содержащие ядовитые соединения, в раковину. Остатки ядовитых реактивов сливать в специальные сосуды.

9. Если на склянке отсутствует этикетка, её следует отдать преподавателю.

10. При проведении нагревания спиртовку зажигают после того как в пробирку внесены все вещества, горящую спиртовку не передвигать.

11. В лабораторию запрещается приносить продукты питания.

Правила пожарной безопасности

1. При проведении опытов, в которых может произойти самовозгорание, необходимо иметь под руками огнетушители, песок, войлок.

2. В случае воспламенения горючих веществ отключите электроэнергию, примите меры к тушению пожара. В случае возгорания большой площади покиньте аудиторию и вызовите специальные службы.

3. В случае воспламенения щелочных металлов, нефтепродуктов не тушите пламя водой.

Первая помощь при несчастных случаях

1. При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом. При попадании на руки или лицо реактив, смойте реактив большим количеством воды.

2. При термическом ожоге смажьте обожженное место мазью от ожога. При химических ожогах глаз, обильно промойте глаза водой, а затем сразу обратитесь к врачу.

Лабораторная работа № 1

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Цель работы: рассмотрение реакций комплексообразования, строение комплексов, определение устойчивости комплексов.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Соединения сложного состава, в которых можно выделить центральный атом и непосредственно связанные с ним молекулы или ионы называются комплексными или координационными соединениями. Существование комплексных соединений было установлено Альфредом Вернером, награжденным в 1913 году Нобелевской премией за разработку химии координационных соединений.

Строение комплексных соединений.

K₃⁺[Fe³⁺(CN)₆⁻] [Co³⁺(NH₃)₆⁰]Cl₃⁻

лиганды лиганды

комплексообразователь комплексообразователь

Fe³⁺, Co³⁺ - комплексообразователь, всегда пишется на первом месте после квадратных скобок. Комплексообразователем, как правило, являются металлы и чаще всего d-элементы, но существует целый ряд комплексных соединений, где центральным атомом служит неметалл – Si, P, As.

CN⁻, NH₃⁰ – лиганды, молекулы или ионы, окружающие центральный атом, представлены нейтральными молекулами или анионами. Лигандами могут быть и сложные органические соединения.

[Fe³⁺(CN)₆⁻]³⁻, [Co³⁺(NH₃)₆⁰]³⁺ - комплексный ион или внутренняя сфера, в зависимости от степени окисления может быть комплексным катионом, комплексным анионом, электронейтральным комплексом.

K⁺, Cl⁻ - ионы составляющие внешнею сферу.

Координационное число комплексообразователя – это число лигандов, координированных вокруг центрального атома, обычно бывает четным числом - 2, 4, 6, 8(таблица1). Координационное число центрального атома металлы не связано с его степенью окисления, но, как правило, превышает её.

В зависимости от числа донорных атомов лиганда, различают моно-, би- и полидентантные лиганды. Лиганды, координирующиеся через два или более донорных атомов к одному центральному атому, называются хелатными.

Таблица 1

Координационное число комплексообразователей

Комплексообразователи	Характерное координационное число
Cu+, Ag+, Au+	2
Cu2+, Hg2+, Pb2+, Pt2+, Pd2+, Al3+, Zn2+	4
Ni2+, Ni3+, Co3+	4 или 6
Fe2+, Fe3+, Pt4+, Pd4+, Si4+ ,Cr3+	6

Комплексные соединения, в которых два или более комплексообразователя, называются би- или полиядерными комплексными соединениями – [Sn₂(OH)₂]²⁺, [Sn₃(OH)₄]²⁺, чаще всего данные комплексы образуются при гидролизе.

Составление формул комплексных соединений

При составлении формулы внутренней сферы на первом месте после квадратных скобок пишется центральный атом, т.е. комплексообразователь. Затем лиганды с указанием их числа –n, если лиганды разные, то они записываются в следующем порядке – нейтральные лиганды с указанием их числа, потом анионы, также с указанием их числа.

Например: [Co³⁺(NH₃)₅⁰ Cl⁻]²⁺, [Pt⁴⁺(NH₃)₄⁰Cl₂⁻]²⁺

При составлении формулы комплексного соединения индексы следует расставить таким образом, чтобы сумма всех зарядов была равна нулю.

Например: K₂²⁺[Pt⁴⁺(OH)₆⁻]²⁻

Классификация комплексных соединений

В зависимости от заряда комплексного иона комплексные соединения делятся на катионные, анионные и нейтральные:

катионные	анионные	нейтральные
[Cu(NH3)4]2+(OH)2− [Ni(H2O)4]2+Cl2− [Cr(H2O)5Cl]2+Cl2−	K2+[PtF6]2− K3+[Co(CN)6]3− Na2+[PdCl6]2−	[Ni(CO)4] [Pt(NH3)2Cl2] [Fe(NH3)4Cl2]

Также комплексные соединения делятся на кислоты, основания и соли.

Номенклатура комплексных соединений

Образование названий анионных и катионных комплексов отличается. Название катионного комплекса начинают записывать с названия внешней сферы, затем одним словом пишется название комплексного катиона, начало которого составляет название лигандов (таблица 2) с указанием их числа, обозначаемого префиксами – ди-, три-, тетра-, пента-, гекса-. Последним записывают комплексообразователь с указанием степени окисления римской цифрой.

Например:

[Cu(NH₃)₄](OH)₂ − гидроксид тетраамминмеди(II)

[Cr(H₂O)₅Cl]Cl₂ − хлорид хлоропентааквахрома(III)

[Co(NH₃)₄(NO₂)Cl]NO₃ − нитрат хлоронитротетраамминкобальта(III)

Образование названий анионных комплексов начинают с названия комплексного аниона в соответствии с теми же правилами, что и названия комплексного катиона, но с добавлением суффикса «ат» к названию комплексообразователя. Затем называют ионы внешней сферы.

Например:

K₃[Co(CN)₆] − гексацианокобальтат(III) калия

K[Pt(NH₃)Cl₃] − трихлороамминплатинат(II) калия

K[Au(CN)₂] − дицианоаурат(I) калия

Образование названий нейтральных комплексов начинается с названия и числа лигандов, затем называется комплексообразователь и его степень окисления.

Например:

[Ni(CO)₄] − тетракарбонилникеля

[Pt(NH₃)₂Cl₂] − дихлородиамминплатины(II)

Таблица 2

Номенклатура лигандов

лиганды	название	лиганды	название
H2O NH3 CO NO CS OH−	аква- амин- карбонил- нитрозил- тиокарбонил- гидроксо-	F− Cl− Br− I− CN− NCS− NO2−	фторо- хлоро- бромо- йодо- циано- тиоциано- (родано-) нитро-

Пространственное строение комплексных соединений

В пространстве комплексные ионы имеют форму многогранников (в соответствии с моделью Кеперта, атом металла лежит в центре многогранника, а лиганды располагаются в вершинах многогранника). Возможны следующие конфигурации:

- линейное расположение:

комплексы с координационным числом 2 − [CuCl₂]⁻, [Ag(CN)₂]⁻.

- плоский равносторонний треугольник:

комплексы с координационным числом 3 − [HgI₃]⁻.

- тетраэдрическая конфигурация:

комплексы с координационным числом 4 − [BF₄]⁻.

- плоский квадрат:

комплексы с координационным числом 4 − [Pt(NH₃)₂Cl₂].

- тригонально-бипирамидальная конфигурация:

комплексы с координационным числом 5 − [Fe(CO)₅].

- октаэдрическая конфигурация:

комплексы с координационным числом 6 − [PtCl₆]²⁻.

Изомерия комплексных соединений

Рассматривают два типа изомерии комплексных соединений. Первый тип изомеров – при котором состав внутренней сферы не изменяется, это может быть пространственная или оптическая изомерия.

Например:

Пространственные изомеры комплексного соединения [Pt(NH₃)₂Cl₂] (по положению лигандов относительно комплексообразователя)

а б

Рис. 1 Пространственный комплекс: а – цис-изомер, б – транс-изомер

Второй тип комплексных изомеров – при котором меняется состав внутренней сферы – ионизационная, гидратная изомерия.

Например:

Гидратная изомерия комплексного соединения [Cr(H₂O)₆]Cl₃:

[Cr(H₂O)₅Cl]Cl₂ ∙ H₂O; [Cr(H₂O)₄Cl₂]Cl∙2H₂O

Устойчивость комплексных соединений

В водном растворе диссоциация комплексных соединений протекает полностью на внешнию сферу и комплексный ион. Диссоциация комплексного иона протекает незначительно и характеризуется так называемой константой нестойкости.

[Fe(CN)₆]⁴⁻ ↔ Fe²⁺ + 6CN⁻

В таблице 3 представлены константы нестойкости ряда комплексных ионов.

Таблица 3

Константы нестойкости комплексных ионов

Комплексный ион	Константа нестойкости	Комплексный ион	Константа нестойкости
[Al(OH)4]−	1·10-33	[Ag(NH)2]2+	1·10-27
[Cr(OH)6]3−	7,94·10-29	[Fe(SCN)6]3−	1,7·10-3
[Zn(OH)4]2−	5,02·10-17	[Cu(SCN)4]2−	3,02·10-7
[Cu(NH)4]2+	1,07·10-12	[AgI2]−	5,5·10-11

В таблице 4 представлена классификация комплексообразователей по способности их гидроксидов растворяться в избытке щелочи или аммиака, образуя соответствующие комплексные соединения.

Таблица 4

Растворимость гидроксидов

комплексообразователи	растворимость
Zn2+, Al3+, Sn2+, Cr3+	гидроксиды амфотерны, растворяются в избытке щелочи
Сo2+, Ni2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+	гидроксиды растворяются в избытке аммиака