Координационные соединения

Оглавление

Введение. 3

1 Литературный обзор. 5

1.1 Координационные соединения. 5

1.2 Координационное число и геометрия координационных соединений. 7

1.3 Методы определения координационного числа. 11

2 Экспериментальная часть. 14

2.1 Оборудование. 14

2.2 Исходные растворы.. 14

2.3 Определение координационного числа ионов Cu²⁺ в аммиачном комплексе методом изомолярных серий. 16

2.4 Определение координационного числа ионов Fe³⁺ в роданидном комплексе методом изомолярных серий. 17

2.5 Определение координационного числа ионов Fe³⁺ в роданидном комплексе методом насыщения. 17

3 Обсуждение результатов. 18

3.1 Определение координационного числа комплексообразователя в аммиачном комплексе меди (II) 18

3.2 Определение координационного числа комплексообразователя в роданидном комплексе железа (III) 21

Выводы.. 26

Список литературы.. 27

Приложение А Фотографии серии растворов, приготовленных для определения координационного числа железа (III) в его роданидном комплексе. 29

Введение

Один из наиболее распространенных типов качественных реакций, используемых для идентификации катионов – это реакции комплексообразования, сопровождающиеся изменением окраски раствора. К наиболее известным в школьной программе можно отнести следующие реакции.

1) Качественная реакция на ион железа (III) – реакция с желтой кровяной солью: К₄[Fe(CN)₆] + FeCl₃ = KFe[Fe(CN)₆])↓ + 3KCl

2) Качественная реакция на ион железа (II) – реакция с красной кровяной солью: К₃[Fe(CN)₆ ] + FeSO₄ = KFe[Fe(CN)₆])↓ + K₂SO₄

В обоих этих реакциях образуется осадок темно-синего цвета (турнбулева синь, берлинская лазурь) при этом осадок состоит из смеси KFe(II)[Fe(III)(CN)₆], KFe(III)[Fe(II)(CN)₆], Fe₃[Fe(CN)₆]₂, Fe₄[Fe(CN)₆]₃ и др.

3) Качественная реакция на ион меди (II) – реакция с раствором аммиака: Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂

Аммиакат меди окрашивает раствор в ярко-синий цвет.

4) Качественная реакция на ион железа (III) – реакция с роданидом калия (или аммония): FeCl₃ + 3КCNS = Fe(CNS)₃ + 3 KCl

Роданиды (тиоцианаты) щелочных металлов или аммония образуют с солями железа (III) красный роданид железа, который по виду напоминает кровь.

В действительности образуется одновременно несколько комплексов железа, которые находятся в динамическом равновесии: [Fe(SCN)]²⁺, [Fe(SCN)₂]⁺, [Fe(SCN)₃], [Fe(SCN)₄]^–.

Как видно, ключевым различием в написании продуктов таких качественных цветных реакций является координационное число иона металла в его комплексе согласно уравнениям реакций, представленных в разных книгах. Следовательно, определение координационного числа иона металла в его комплексах важно для подтверждения или опровержения формул координационных соединений и уравнений реакций их образования, представленных в различных изданиях.

Целью настоящей работы являлось определение координационного числа иона металла в нескольких представленных в школьных учебниках качественных реакций, основанных на образовании интенсивно окрашенных координационных соединений.

Для реализации данной цели решались следующие задачи:

- изучение доступных для реализации в школьной лаборатории методов определения координационного числа ионов металлов;

- определение координационных чисел ионов металлов в двух цветных комплексах: аммиачный комплекс меди (II) и роданидный комплекс железа (III).

Литературный обзор

Координационные соединения

Химия координационных соединений начала свою историю еще с 1891 года [3], когда Вернер открыл соединения, ранее считавшееся «простыми», а на самом деле являющиеся координационными; т.е. соединениями высшего порядка. Например, BeCl₂ в твердой фазе – полимер с тетраэдрическим расположением, ионов Be²⁺ относительно хлоридных лигандов, а одна из кристаллических форм PdCl₂ имеет строение «плоской ленты» с квадратным окружением ионов Pd²⁺ хлорид-ионами.

Для развития химии координационных соединений большое значение имели представления о различных видах изомерии. Например, зная число изомеров для комплексов с различными координационными числами (к.ч.) Вернер мог предсказать строение координационных полиэдров: октаэдр для комплексов с к.ч. 6 и тетраэдр или плоский квадрат для комплексов с к.ч. 4. Также Вернером было высказано предположение, что координационное соединение обладает оптической активностью, которая характерна для большинства оптических соединений.

В 1893 г. А. Вернер ввел в практику и определил такие понятия, как центральный атом (позже возникло понятие «центральный ион-ком­плек­со­об­ра­зо­ва­тель»), атом (ион), который образует связи с координированными вокруг него группами атомов или ионов (лигандами), внутренняя и внешняя координационная сфера, координационное число [2]. Вернер определил также понятие «координационный многогранник», характеризующее пространственное расположение лигандов вокруг центрального атома в комплексах с координационными числами 4 и 6. Вернер также ввел запись формул с обозначением внутренней сферы квадратными скобками. Например, для гексаизотиоцианатохромата(III) калия:

Между координационными и комплексными соединениями Ю.А. Буслаев и Е.Г. Ильин [10] фактически ставят знак равенства: «Координационные (комплексные) соединения содержат катионный, анионный или нейтральный комплекс, состоящий из центрального атома (или иона) и связанных с ним молекул или ионов – лигандов. Центральный атом (комплексообразователь) – обычно акцептор, а лиганды – доноры электронов, и при образовании комплекса между ними возникает донорно-акцепторная, или координационная, связь. Комплекс может быть электронейтральным, или неэлектролитом, иметь положительный заряд (комплексный катион) или отрицательный (комплексный анион)».

Ю.Н. Кукушкин [6] предлагает следующее определение: «Координационными называются соединения, существующие как в кристаллическом состоянии, так и в растворе, особенностью которых является наличие центрального атома (акцептора электронов), окруженного лигандами (донорами электронов)». Кроме того, автор делает уточнение: «Лиганды способны ступенчато и обратимо отщепляться от центрального атома по гетеролитическому типу; в большинстве случаев в молекулярном виде координационные соединения могут рассматриваться как состоящие из простых, способных к самостоятельному существованию молекул».

Согласно К.Б. Яцимирскому [6]: «К координационным относятся соединения образующие изолированные группы атомов (ионы или молекулы), характеризующиеся наличием координации, неполной диссоциацией по гетеролитическому типу в растворе и сложностью состава».

Л.И. Мартыненко и В.И. Спицын [9] определили: «Комплексными называются соединения высшего порядка, не проявляющие в растворах свойств исходных соединений первого порядка».

В настоящее время известно большое количество координационных соединений различного строения.

Так, координационные соединения бывают [2]:

- катионные, например, [Ag(NH₃)₂]⁺, [Cr(H₂O)₆]³⁺;

- анионные, например, [Ni(CN₄)]^2-, [Co(NO₂)₆]^3-;

- катионно-анионные, например, [Pt(NH₃)₄][PtCl₄];

- нейтральные, например, [W(CO)₆], [Pt(NH₃)₂Cl₂].