Контрольні питання та завдання
1. Охарактеризуйте Ферум, Кобальт, Нікель у зв’язку з йх місцем у періодичній системі Д.І. Менделєєва. Складіть електронну формулу атомів Ферума, Кобальта, Нікеля.
2. До яких ступенів окиснення окиснюється залізо:
а) розбавленою і концентрованою хлоридною кислотою;
б) розбавленою і концентрованою сульфатною кислотою;
в) розбавленою нітратною кислотою?
Написати рівняння відповідних реакцій.
3. Закінчити рівняння реакції:
FeSO4 + KIO3 + H2SO4 → I2 + …
Чому дорівнює сума коефіцієнтів перед речовинами у правій частині рівняння?
4. Я впливає на корозію заліза його контакт з іншими металами? Який метал буде руйнуватися першим на пошкодженій поверхні оцинкованого чи нікельованого заліза?
5. Закінчіть рівняння реакцій:
a) FeCl3 + KJ →
б) Ni(OH)3 + HCl →
в)FeSO3 + HNO3 →
г)FeS + HNO3(конц.) →
д)Сo + HNO3(розб.) →
е)Fe(OH)3 + Cl2 + NaOH(конц.)→
ж) FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 →
6. Додавання яких речовин посилить гідроліз FeCl3: H2SO4, ZnCl2, (NH4)2CO3, Zn?
7. Залізо, яке міститься в 10 мл аналізуючого розчину FeSO4, окиснюють до заліза(III) та осаджують у вигляді гідроксиду. Маса осадку, який прожарили становить 0,4132 г. Знайдіть молярну концентрацію FeSO4 у первинному розчині.
Лабораторна робота № 15. Комплексні сполуки. Методи отримання та їх хімічні властивості
Мета роботи: вивчення хімічних властивостей комплексних сполук та методи їх отримання.
Матеріали і обладнання: розчини солей: аргентум нітрат (AgNO3), натрій хлорид (NaCl), меркурій(II) нітрат (Hg(NO3)2), калій йодид (KJ), натрій гідроксид (NaOH), кабальт(II) хлорид (CoCl2), калій роданід (KSCN) (насич.), купрум(II) сульфат (CuSO4), калій гексацианоферат(II) K4[Fe(CN)6], калій гексацианоферат(III) K3[Fe(CN)6], калій перманганат KMnO4, ферум(III) хлорид (FeCl3); розчин амоніаку (конц.), нітратна кислота (HNO3) 2 н; штативи з пробірками, скляні палички
Теоретичний мінімум
Комплексними називають сполуки утворені за рахунок координації одним атомом (іоном) електронейтральних або протилежно заряджених іонів. Будову та властивості комплексних сполук пояснює координаційна теорія, основи якої були закладені А. Вернером у 1893 р.
У комплексних сполуках розрізняють внутрішню та зовнішню сфери. Внутрішня сфера, або комплекс складається з центрального атома, або комплексоутворювача, та лігандів, які розміщуються (координуються) навколо нього. Іони, що не входять у внутрішню сферу, складають зовнішню сферу комплексної сполуки.
Центральними атомами в комплексних сполуках найчастіше виступають позитивно заряджені іони або атоми d-металів: Сu2+, Со2+, Со3+, Сr3+ і багато інших., рідше – s- та p-елементи. Деякі неметали (B, Si, N, P) також можуть бути комплексоутворювачами.
Як ліганди можуть виступати прості (Cl-, Br-, I-) або складні (CO32-, S2O32-, NO2- та ін.) іони, нейтральні молекули (у більшості випадків полярні) – як неорганічні (Н2O, NH3, CO), так і органічні (NH2CH2NH2, C2H5NH2).
Кількість місць у внутрішній сфері комплексу, які можуть бути зайняті лігандами, називають координаційним числом (КЧ) комплексоутворювача. Значення координаційних чисел перебуває в межах 1…12.
Комплексні сполуки класифікують за знаком заряду комплексу. Розрізняють такі комплекси: -катіонні [Co(NH3)6]3+, Al[(H2O)5OH]2+, -аніонні [Fe(CN6)]3-, [Zn(OH)4]2-, -нейтральні [Ni(CO)4], [Co(NH3)3Cl3].
Як і для інших речовин, для комплексних сполук характерні найрізноманітніші перетворення, однак найтиповішими є такі групи реакцій: 1) реакції обміну іонів зовнішньої сфери; 2) реакції обміну, приєднання або відщеплення лігандів; 3) реакції відновлення або окиснення комплексоутворювача; 4) реакції перетворення координованих молекул або іонів; 5) ізомеризація комплексних сполук.
Реакції обміну іонів зовнішньої сфери застосовують як під час добування комплексних сполук, так і в хімічному аналізі. У разі нагрівання водного розчину [Со(NН3)5Сl]Сl2 утворюється суміш сполук, у тому числі й [Со(NН3)5Н2О]Сl3. Виділити останню сполуку із суміші в чистому вигляді важко, тому суміш піддають дії солі щавлевої кислоти (NН4)2С2О4, внаслідок чого іони Cl- зовнішньої сфери обмінюються на іони C2O42-:
2[Со(NН3)5Н2O]Сl3 + 3(NН4)2С2O4 = [Со(NH3)5Н2О]2(С2О4)3 + 6NH4Cl
Малорозчинна комплексна сполука, що утворилася, легко відокремлюється від домішок.
Комплексні сполуки К3[Fе(СN)6] і К4[Fе(СN)6] легко обмінюють іони К+ зовнішньої сфери на іони d-елементів, внаслідок чого утворюються малорозчинні сполуки. Такі реакції використовують, зокрема, для виявлення в розчинах іонів
FeCl2+K3[Fe(CN)6]=KFe[Fe(CN)6]↓ + 2KCl
FeCl3+K4[Fe(CN)6]=KFe[Fe(CN)6]↓+3KCl
Реакції обміну лігандів. Реакції добування комплексних сполук у розчинах із звичайних солей найчастіше є реакціями обміну координованих молекул розчинника на інші ліганди. Розглянемо реакцію добування аміакату нікелю під дією аміаку на водний розчин нікель сульфат NiSO4. У разі розчинення NіSO4 у воді іон Ni2+ координує молекули води й утворює аквакомплекс [Ni(Н2О)6]2+. Під дією аміаку молекули води у внутрішній координаційній сфері обмінюються на молекули аміаку:
Ni(Н2О)6]SО4 + 6NH3 = [Ni(NH3)6]SО4 + 6Н2О.
Ця реакція відбувається в кілька стадій, послідовно утворюються комплексні сполуки:
[Ni(NH3)(Н2О)5]SО4, [Ni(NН3)2(Н2О)4]SО4 і т. д. до [Ni(NH3)6]SO4.
Реакції відновлення та окиснення комплексоутворювача можуть відбуватися і без зміни оточення лігандів. Такою реакцією є добування калій гексаціаноферрата(ІІІ):
2K4[Fe(CN)6] + Cl2 = 2K3[Fe(CN)6] + 2KCl
aбо багатьох комплексних сполук кобальту(ІІІ):
4[Co(NH3)6]2+ + O2 + 2H2O =4[Co(NH3)6]3+ + 4OH-
Цю реакцію проводять у розчині, який містить іони NH4+ для зв’язування іонів ОН-.
Кислоти та основи руйнують комплекси за різними механізмами. У випадку кислот комплекс руйнується за рахунок витіснення сильнішою кислотою слабшої, аніон якої входить в склад комплексу як ліганд, або утворення сполуки з лігандами (у випадку нейтральних молекул). Можливе також утворення нерозчинної солі комплексоутворювача. У випадку основ процес полягає в утворенні нерозчинного гідроксиду комплексоутворювача. Цей процес проходить не завжди і залежить від константи нестійкості комплексу та добутку розчинності відповідного гідроксиду:
Na3[Ag(S2O3)2] + 4HNO3 = 3NaNO3 + AgNO3 + 2H2S2O3, Na2[Cu(CN)4] + KOH = 2NaCN + Cu(OH)2 + 2KCN.
Особливу увагу слід звернути на дисоціацію комплексних сполук,яка відбувається подвійно, за типом сильного електроліту – первинна дисоціація (на внутрішню та зовнішню сфери) і за типом слабкого електроліту – вторинна дисоціація (розпад внутрішньої сфери комплексу на іони). Така поведінка комплексних сполук у розчинах пов’язана з природою їх хімічного зв’язку:
- зв’язок у внутрішній сфері комплексу є ковалентним і утворюється за донорно – акцепторним механізмом (центральний атом є акцептор, ліганди – донори електронних пар);
- зв’язок внутрішньої сфери із зовнішньою має електростатичний, йоногенний характер.
Таким чином стійкість комплексної сполуки буде залежати від її вторинної дисоціації, яка характеризується константою рівноваги процесу розпаду внутрішньої сфери комплексу.
У цьому випадку константу рівноваги (Кр) називають константою нестійкості (Кн) комплексного іона. Чим менше значення Кн , тим менше іонів віддає комплексний іон і тим більше він стійкий.
Наприклад, аміачний комплекс [Ag(NH3)2]Cl
[Ag(NH3)2]Cl → [Ag(NH3)2]+ + Cl-,
а за типом слабого електроліта: [Ag(NH3)2]+ ↔Ag+ +2NH3 ,
Кр=Кн=
≈6∙10-8
Номенклатура комплексних сполук
Назву комплексній сполуці дають за переліченими нижче правилами. 1.У комплексних сполуках першим називають катіон, а потім аніон. 2.У комплексних сполуках ліганди називають перед комплексоутворювачем. Перелік лігандів ведуть в абетковому порядку. [Pt(NH3)2ClBr] – діамінбромохлороплатина(ІІ) [Co(NH3)4(H2O)Cl]Cl2 – акватетраамінхлорокобальт(ІІІ) хлорид
3.До назв аніонних лігандів додають закінчення –о, а нейтральні ліганди називають так само, як і молекули. 4.Число лігандів кожного виду (якщо їх число перевищує одиницю) вказують грецькими префіксами: ди- (2), три- (3), тетра- (4), пента- (5), гекса- (6). Якщо ж такий самий префікс є у назві ліганду (діетилентриамін, етилендіамін), то назви лігандів беруть у дужки,а перед ними ставлять префікси іншого типу: біс- (2), тріс- (3), тетракіс- (4), пентакіс- (5), гексакіс- (6). Наприклад: [Cr(En)3]Cl3 – тріс(етилендіамін)хром(ІІІ) хлорид. 5.У назву комплексного аніону має входити суфікс –ат. Комплексоутворювач, що входить до складу катіону чи нейтральної молекули не має закінчення. 6.Ступінь окиснення комплексоутворювача вказують у дужках римською цифрою відразу за назвою комплексоутворювача. K[CuCl2] – калій дихлорокупрат(ІІ), [Cr(H2O)3NH3Br2](NO3)2 – триаквааміндибромохром(ІІІ) нітрат.
Таблиця 15.1 – Назва деяких найпоширеніших легандів
Ліганд |
Назва ліганду |
Ліганд |
Назва ліганду |
N3- |
Азидо- |
NH2C2H4NH2 |
Етилендіамін- |
Br- |
Бромо- |
H2O |
Аква- |
Cl- |
Хлоро- |
NO2- |
Нітро- |
CN- |
Ціано- |
CO |
Карбоніл- |
OH- |
Гідроксо- |
CNS- |
Тіоціано- |
CO32- |
Карбонато- |
NH3 |
Амін- |
C2O42- |
Оксалато- |
|
|