16.12.2011r.

Sprawozdanie

Reakcje barwne, związki kompleksowe żelaza, amfoteryczność

Budownictwo Rok 1

Grupa 2/1

Wydział GiG

Rok akademicki 2011/2012

Wstęp teoretyczny

Związki kompleksowe( koordynacyjne) to produkty reakcji jednego atomu lub kationu metalu (kwasu Lewisa) z anionami lub obojętnymi cząsteczkami , będącymi donorami pary elektronowej (zasady Lewisa). W wyniku reakcji powstaje wiązanie koordynacyjne.

Ligandy- zasady Lewisa wchodzące w skład cząsteczki związku kompleksowego.

Liczba koordynacyjna(LK)- liczba ligandów otaczających atom (lub jon centralny).

Związki żelaza o charakterze kompleksu to przede wszystkim kompleksy z jonami cyjankowymi - jon heksacyjanożelazianowy(II) (żelazicyjanek potasu) i jon heksacyjanożelazianowy(III) (żelazocyjanek potasu). Powstają po dodaniu do odpowiedniej soli żelaza cyjanku potasu. Kompleks żelaza(II) ma stałą trwałości wynoszącą 10³⁷, co powoduje, że sól ta (K₄[Fe(CN)₆]) nie jest toksyczna. Nie daje także żadnej reakcji charakterystycznej dla jonów Fe²⁺. 
Kompleks żelaza(III)  (K₃[Fe(CN)₆])  jest też dość trwały, jednak stężenia jonów cyjankowych w jego roztworze nie można lekceważyć. Nie daje on natomiast reakcji charakterystycznych dla Fe³⁺.

Dodając do roztworu żelazicyjanku potasu soli żelaza Fe(III) lub do żelazocyjanku potasu soli żelaza(II) otrzymujemy koloidalny roztwór ciemnogranatowego błękitu pruskiego:

[Fe(CN)₆]^4- +  Fe³⁺ + K⁺  ——>  KFe^(III)[Fe^(II)(CN)₆]

[Fe(CN)₆]^3- +  Fe²⁺ + K⁺  ——>  KFe^(II)[Fe^(III)(CN)₆]

Wprowadzając sól żelaza w nadmiarze otrzymujemy w pierwszym przypadku osad błękitu pruskiego 

3[Fe(CN)₆]^4- +  4Fe³⁺    ——>  Fe₄^(III)[Fe^(II)(CN)₆]₃

a w drugim osad błękitu Turnbulla

2[Fe(CN)₆]^3- +  3Fe²⁺    ——>  Fe₃^(II)[Fe^(III)(CN)₆]₂

Amfoteryczność

Amfoteryczność to właściwość niektórych pierwiastków i związków chemicznych polegająca na wykazywaniu przez nie charakteru zarówno kwasowego, jak i zasadowego. Nie rozpuszczają się w wodzie (nie reagują z nią), natomiast reagują z mocnymi kwasami (H₂SO₄, HCl) oraz z mocnymi zasadami (NaOH, KOH). Do pierwiastków amfoterycznych należą m.in. glin, cynk, cyna i mangan. Tlenki oraz wodorotlenki tych pierwiastków roztwarzają się w roztworach mocnych kwasów i mocnych zasad (alkaliów) z utworzeniem odpowiednich soli. W reakcji z kwasem powstaje sól, w której kationem jest amfoteryczny metal, natomiast podczas reakcji z zasadą metal ten występuje w anionie tworzącej się soli. Związki wykazujące amfoteryczność nazywa się czasami amfolitami. Amfolity reprezentowane przez wodorotlenki pierwiastków amfoterycznych (np. As(OH)₃, Sn(OH)₂, Al(OH)₃, Zn(OH)₂) są zdolne do odszczepiania w określonych warunkach jonów wodorotlenkowych (dysocjacja zasadowa) lub wodorowych (dysocjacja kwasowa).

Wykonywane czynności

Zadanie 1.

Reakcje barwne

Przygotowałyśmy 4 zlewki o pojemności 250 ml. Do pierwszej wlałyśmy 50 ml wody, a następnie 0,5 ml 1% roztworu fenoloftaleiny za pomocą pipety miarowej. Do drugiej zlewki za pomocą pipety dodałyśmy 5 kropli 5% roztworu sody. Zawartość pierwszej zlewki wlałyśmy do drugiej. Do trzeciej zlewki wlałyśmy 1 kroplę 50% roztworu chlorku żelaza(III), a następnie przelałyśmy do niej zawartość zlewki numer dwa. Do czwartej zlewki wlałyśmy jedną kroplę 38% KSCN, a następnie przelałyśmy do niej zawartość zlewki numer trzy. Następnie do czwartej zlewki dodałyśmy kilka kropel 6M NaOH.

Przebieg doświadczenia i obserwacje przedstawia schemat:

I zlewka

( 50ml wody+ 0,5 ml 1% roztworu fenoloftaleiny)

Obserwacje: Po dodaniu fenoloftaleiny do wody roztwór mętnieje, przez chwilę staje się biały, fenoloftaleina nie jest rozpuszczalna w wodzie.

II zlewka

5 kropli 5% roztworu sody

po dodaniu zawartości I zlewki

Obserwacje: Roztwór zabarwia się na malinowo.

III zlewka

1 kropla 50% roztworu chlorku żelaza(III)

po dolaniu zawartości II zlewki

Obserwacje: Roztwór zabarwia się na żółto.

IV zlewka

1 kropla 38% KSCN

po dolaniu zawartości III zlewki

Obserwacje: Roztwór zmienia barwę na krwistoczerwoną.

po dodaniu kilku kropel 6M NaOH

Obserwacje: Roztwór zmienia barwę na ciemnoróżową, zmętniał, wytrącił się osad na dnie zlewki.

Reakcje:

1) dwustopniowa hydroliza:

roztwór ma odczyn zasadowy (przewaga jonów OH^-) , wiec zabarwił się na malinowo w obecności fenoloftaleiny.

2)

Fe³⁺+3H₂O Fe(OH)₃ +3H⁺ (wodorotlenek żelaza(III))

Kation słabej zasady łączy się z jonami OH^-, pochodzącymi z dysocjacji wody, na słabą zasadę. Obniżenie stężenia zużywanych w tej reakcji jonów OH^- musi spowodować wzrost stężenia jonów H⁺ poprzez dysocjację następnych cząsteczek wody. Produktem końcowym będzie słaba zasada i jony wodorowe w stężeniu przewyższającym stężenie jonów wodorotlenkowych, a konsekwencją kwaśny odczyn roztworu.

Fenoloftaleina jest bezbarwna w środowisku kwaśnym. Fe(OH)₃ tworzy brunatny osad.

Na⁺+ Cl^- NaCl

3)

FeCl₃+3 KSCN Fe(SCN)₃+3 KCl

Fe ³⁺+3Cl^-+3K⁺+3 SCN^- Fe(NCS)₃+3K⁺+3Cl^-

Fe³⁺+ SCN^- Fe(NCS)₃ (rodanek żelazowy)

Możliwe związki koordynacyjne:

Fe ³⁺+ SCN^- [Fe(SCN)]²⁺

Fe ³⁺+ 2SCN^- [Fe(SCN)₂]⁺

Jony żelaza trójwartościowego w środowisku kwaśnym reagują z jonami rodanowymi tworząc rodanek żelaza(III) o zabarwieniu krwistoczerwonym.

4)

Na⁺+ 3OH^- + Fe(SCN)₃ Na⁺+ 3SCN^-+ Fe(OH)₃ (wodorotlenek żelaza(III))

Roztwór zmienia barwę na ciemnoróżową, wytrąca się osad.

Zadanie 2.

Związki kompleksowe żelaza

Przygotowałyśmy dwie zlewki o pojemności 250 ml. Do każdej z nich wlałyśmy 20ml wody a następnie dwie krople 50% roztworu K₃[Fe(CN)₆]. Roztwór zabarwił się na jasnożółto. Do pierwszej zlewki dodałyśmy 1 kroplę 50% roztworu chlorku żelaza(III), a do drugiej 1 kroplę 5% roztworu siarczanu(VI) żelaza(II).

Obserwacje:

Roztwory w obu zlewkach na początku miały taki sam jasnożółty kolor. Po dodaniu 1 kropli 50% roztworu chlorku żelaza(III) do pierwszej zlewki. Zmiana barwy na żółtą. Wytrąca się osad. Po dodaniu 1 kroplę 5% roztworu siarczanu(VI) żelaza(II) do drugiej zlewki roztwór zmienił barwę na granatową, powstała zawiesina. Po chwili na dnie zlewki wytrącił się osad.

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

Żelazicyjanek potasu (kryształy czerwone) reaguje jedynie z kationami Fe²⁺,dając błękit Turnbulla, czyli żelazicyjanek żelaza(II). 

FeCl₃ + K₃[Fe(CN)₆]  Fe[Fe(CN)₆]+ 2KCl

Roztwór ma barwę lekko brązową.

Produkty reakcji:

1. heksacyjanożelazian (III) żelaza (II), błękit Turnbulla, siarczan (VI) potasu

2. heksacyjanożelazian(III) żelaza (III), chlorek potasu

Budowa jonu kompleksowego:

[Fe(CN)₆]³⁺

jon centralny Fe²⁺

ligandy CN^-

liczba koordynacyjna jonu centralnego-6 (struktura oktaedryczna)

Budowa jonu kompleksowego:

[Fe(CN)₆]⁴⁺

Jon centralny Fe³⁺

ligandy CN^-

liczba koordynacyjna jonu centralnego-6 (struktura oktaedryczna)

Obliczenia:

5%*100g=5g FeSO4

M _FeSO4=152u

M_7H2O=126u

m _FeSO4- x

152-126

m_7H2O=4,14g

m _FeSO4*7H2O=9,14g

masa wody=100-9,14=90,86g

Należy odważyć 9,14g FeSO4*7H2O i 90,86g wody.

Zadanie 3.

Amfoteryczność

Do zlewki o pojemności 250 ml wlałyśmy 30 g wcześniej przygotowanego roztworu ałunu. Następnie dodałyśmy kilka kropel 6M NaOH. Do drugiej zlewki wlałyśmy ok. 20ml wody, dodałyśmy kilka kropel NaOH i wskaźnik. Do trzeciej zlewki wlałyśmy ok. 20ml wody, kilka kropel kwasu siarkowego i wskaźnik. Do czwartej natomiast wlałyśmy ok. 20ml ałunu i kilka kropel wskaźnika i następnie kilka kropel NaOH.

Obserwacje:

I zlewka

30 g roztworu ałunu+ kilka kropel 6M NaOH

Obserwacje:

Roztwór zmętniał, po chwili się wyklarował.

II zlewka

woda+ NaOH+ wskaźnik

Obserwacje:

Roztwór zabarwił się na fioletowo.

III zlewka

woda+ ałun+ kwas siarkowy + wskaźnik

Obserwacje:

Roztwór zabarwił się na pomarańczowo.

IV zlewka

ałun+ wskaźnik

Obserwacje:

Roztwór zabarwił się na mocno żółty.

po dodaniu NaOH

Obserwacje:

Zabarwił się na fioletowo.

Glin Al jest amfoteryczny.
W zależności od pH zachowuje się jak kwas lub zasada.

Z mniejszą ilością NaOH: 
KAl(SO₄)₂ + 3NaOH KNaSO₄ + Na₂SO₄ + Al(OH)₃ ( odczyn zasadowy- zabarwienie pod wpływem wskaźnika na fioletowo)
Z większą ilością NaOH: 
KAl(SO₄)₂+4NaOH KNaSO₄+Na₂SO₄+ 2H₂O+ NaAlO₂ ( odczyn zasadowy lub obojętny- zabarwienie wpływem wskaźnika na kolor żółty, tutaj powinno zabarwić się na fioletowo, ale najprawdopodobniej roztwór uległ zobojętnieniu).

Produkty reakcji:

1. siarczan (VI) potasu sodu, siarczan (VI) sodu, wodorotlenek glinu

2. siarczan (VI) potasu sodu, siarczan (VI) sodu, woda, metaglinian sodu