Chemia, 2 rok studiów		Kielce 26.01.2010
Nr 10	Sole podwójne i związki kompleksowe. Preparatyka i właściwości.	Ocena:

Wstęp teoretyczny:

Kompleksowymi lub koordynacyjnymi nazywamy takie związki, których cząsteczki mają centralne atomy (lub jony) połączone z określoną liczbą jonów albo obojętnych cząsteczek zwanych ligandami. Liczba ligandów (liczba koordynacji jest większa od liczby wiązań, jakie może tworzyć atom centralny za pomocą swoich niesparowanych elektronów. Liczba koordynacji zależy jednak od struktury elektronowej centralnego atomu. Wiązanie koordynacyjne tworzy się w wyniku przeniesienia wolnych par elektronowych ligandów na akceptorowe orbitale atomu lub jonu centralnego. Wiązanie koordynacyjne nie różni się, ze względu na trwałość, charakterem od wiązania jonowego lub kowalencyjnego poza mechanizmem tworzenia. Związki kompleksowe są połączeniami nie tylko interesującymi z punktu widzenia teorii, ale też praktycznego zastosowania w wielu dziedzinach (np. katalizatory szeregu procesów technologicznych).

W wyniku łączenia się ze sobą (addycji) cząsteczek związków chemicznych powstają związki addycyjne. Są nimi zarówno sole podwójne takie, jak ałun żelazowo-amonowy (NH₄)₂SO₄ × Fe₂(SO₄)₃ × 24 H₂O oraz związki kompleksowe (koordynacyjne) typu K₄[Fe(CN)₆]. Różnica pomiędzy tymi rodzajami związków chemicznych polega m.in. na tym, że sole podwójne ulegają dysocjacji elektrolitycznej rozpadając się na jony proste, a związki kompleksowe na jony proste i złożone

Według innej definicji, sole podwójne to sole, które mogą zawierać dwa rodzaje kationów metali połączonych z jednym rodzajem reszty kwasowej(anionu), np. MgAl₂(SO₄)₄, lub dwa rodzaje anionów(reszt kwasowych), związanych z jednym rodzajem kationu metalu, np. Pb₂Cl₂CO₃.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia są syntezy:

1. ałunu glinowo-potasowego

2. ałunu chromowo-potasowego

3. siarczanu niklowo-amonowego

4. kompleksu niklu(II) z tiomocznikiem

5. kompleksu szczawianowego glinu

Wykonanie związków:

a) Synteza ałunu glinowo-potasowego:
Przygotowanie.

Do zlewki na 250 cm³ zawierającej 30 cm³ H₂O dodać 1,45 g metalicznego glinu w postaci wiórków. Następnie dodać 60 cm³ H₂SO₄ (1: 2) Roztwór podgrzać na łaźni wodnej do całkowitego rozpuszczenia się glinu, a następnie przesączyć przez sączek karbowany.

Jednocześnie przygotować roztwór 4,5 g K₂SO₄ w 45 cm³ gorącej wody. Zlać oba ogrzane roztwory i odstawić do krystalizacji na kilka dni.

Zdekantować roztwór znad kryształów. Przesącz zagęścić przez odparowanie i pozostawić do krystalizacji.

Wydzielone kryształy przemyć niewielka ilością zimnej wody i wysuszyć na bibule.

Wnioski.

Zgodnie z równaniem reakcji: K₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ → 2 [KAl(SO₄)₂•12 H₂O]

Z 174 g K₂SO₄ → 948g KAl(SO₄)₂ x 12 H₂O

Z 4,5 g K₂SO₄ → x

Powinno powstać 24,51g ałunu glinowo-potasowego.

W wyniku naszej reakcji powstało go 12,64g

b) Synteza siarczanu niklowo-amonowego

2,5 g siarczanu(VI) niklu(II) rozpuścić na gorąco w 14 cm³ 3 M H₂SO₄. Do przesączonego, przez lejek ze spiekiem, roztworu dodać 5 g siarczanu(VI) amonu w 10 cm³ wody.

Po ochłodzeniu, w lodzie, wydzielają się ciemnozielone kryształy, które należy odsączyć na lejku ze spiekiem i przemyć niewielką (5 cm³) ilością zimnej wody.

Wysuszyć na bibule w temperaturze pokojowej.

Wnioski.

Podczas przebiegu reakcji: NiSO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 6 H₂O → Ni(NH₄)₂(SO₄)₂•6 H₂O

155 g NiSO₄ →395 g Ni(NH₄)₂(SO₄)₂ • 6 H₂O

2,5 g → x

Przy 100% wydajności powinno powstać 6,4 g. Jednak powstało go 3,25g

c) Synteza ałunu chromowo-potasowego

Przygotowanie.

Odważyć 5 g drobnokrystalicznego K₂Cr₂O₇, i rozpuścić go w zlewce (250 cm³) w 50 cm³ gorącej wody.

Obliczyć półtora krotną ilość potrzebnego kwasu siarkowego (VI) i posługując się tablicami przeliczyć na objętość stężonego kwasu o znanej gęstości (d =1,84 g/cm³ ma stężenie Cp=95%).

Kwas odmierzyć cylindrem miarowym i małymi porcjami (kroplami) wlewać do roztworu dichromianu(VI) ciągle mieszając (reakcję przeprowadzać pod dygestorium).

Następnie wkroplić pipetką Pasterowską alkohol etylowy. Należy wziąć półtorakrotnie większą ilość alkoholu od stechiometrycznej ilości wynikającej z równania reakcji (C₂H₅OH 96% ma gęstość d = 0,81 g/cm³). Alkohol dodawać stopniowo, tak by temperatura masy reagującej nie przekroczyła 40^oC. (w czasie dodawania alkoholu roztwór silnie się nagrzewa). Zlewkę z mieszaninę reagująca trzymać w misce z lodem. Po dodaniu całej ilości alkoholu, roztwór przesączyć przez sączek karbowany do parownicy i pozostawić do powolnej krystalizacji.

Wydzielone kryształy przesączyć przez lejek Bőchnera, wysuszyć je pomiędzy kawałkami bibuły filtracyjnej. Preparat zważyć i obliczyć wydajność reakcji.

K₂Cr₂O₇ + 3 C₂H₅OH + 4 H₂SO₄ → 2KCr(SO₄)₂ + 3CH₃CHO + 7 H₂O

Półtorakrotna ilość potrzebnego kwasu siarkowego (VI) :

1mol K₂Cr₂O₇ → 6mol H₂SO₄

0,017mol K₂Cr₂O₇ → x mol H₂SO₄

x = 0,102 mol

Półtorakrotna ilość potrzebnego alkoholu etylowego:

1mol K₂Cr₂O₇ → 4,5mol C₂H₅OH

0,017mol K₂Cr₂O₇ → x mol C₂H₅OH

x = 0,0765 mol

W wyniku krystalizacji otrzymujemy zielone kryształy. O wadze 3,75 g

d) otrzymywanie kompleksu Ni (II) z tiomocznikiem

Przygotowanie.

Do (18 mmol) tiomocznika, rozpuszczonego w niewielkiej ilości alkoholu etylowego na gorąco, dodać po kropli stale mieszając stężony alkoholowy roztwór (3 mmole) sześciowodnego azotanu (V) niklu(II). Mieszaninę reakcyjną pozostawić do krystalizacji. Kompleks przesączyć, przemyć 5 cm³ alkoholu etylowego, wysuszyć na lejku pod pompką wodną.

Wnioski.

SC(NH₂)₂ + Ni(NO₃)₂•6 H₂O → Ni[SC(NH₂)₂](NO₃)₂ + 6 H₂O

291 g Ni(NO₃)₂ ∙ 6 H₂O →259 g

0,87 g Ni(NO₃)₂ ∙ 6 H₂O →x

Teoretyczna masa wynosi 0,77g.

Masa doświadczalna 0,72 g

W = (m_d/m_t) 100%

W = 93,5 %

e) synteza kompleksu K₃[Al(C₂O₄)₃]

przygotowanie

Sporządzić roztwory:

- 3,3 g siarczanu (VI) glinu w 30 cm³ gorącej wody

- 5,4 g szczawianu potasu w 10 cm³ gorącej wody

- 5 cm³ 1 M roztwór H₂C₂O₄.

Do roztworu siarczanu glinu wkraplać powoli pipetką 5 cm³ roztworu kwasu szczawiowego, a następnie roztwór szczawianu potasu. Mieszaninę reakcyjną należy ciągle mieszać mieszadłem magnetycznym.

Po ostudzeniu do roztworu dodać 10 cm³ alkoholu etylowego. Roztwór pozostawić do krystalizacji. Po wykrystalizowaniu, kompleks przesączyć przez lejek ze spiekiem, przemyć 5 cm³ etanolu, suszyć na lejku pod pompką wodną.

Wnioski.

Dla zachodzącej reakcji: Al₂(SO₄)₂ + 6 K₂C₂O₄ → 2 K₃[Al(C₂O₄)₃] + 3 K₂SO₄

Obliczamy teoretyczną masę

342 g Al₂(SO₄)₂ → 816 g K₃[Al(C₂O₄)₃]

3,3 g Al₂(SO₄)₂ → x

m_teoretyczna = 7,87 g

f) Właściwości soli podwójnych i związków kompleksowych:

W probówkach kolejno rozpuścić w 10 cm³ wody 0,1 g otrzymanych preparatów: ałunu glinowo-potasowego, kompleksu

szczawianowego glinu, siarczanu niklowo-amonowego oraz kompleksu niklu z tiomocznikiem. Do czterech probówek wlać po 1 cm³ otrzymanych roztworów, do każdej wkroplić po 8 kropli 1,5M NH_3aq. Zaobserwować zmiany. Napisać równania reakcji (cząsteczkowo i jonowo) lub zaznaczyć, że reakcja nie zaszła.

ałun glinowo - potasowy + amoniak:

Obserwacje: wytrąca się biały kłaczkowaty osad.

Równania reakcji:

2KAl(SO₄)₂ + 6(NH₃•H₂O) → Al(OH)₃↓ + 3(NH₄)₂SO₄ +K₂SO₄

Al³⁺ + 3(NH₃•H₂O) → Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺

kompleks szczawianowy glinu + amoniak:

Obserwacje: brak widocznych zmian.

Równania reakcji: reakcja nie zachodzi.

siarczan niklowo - amonowy + amoniak:

Obserwacje: roztwór przybiera intensywniejszą barwę i wytrąca się zielony osad.

Równania reakcji:

2Ni(NH₄)₂(SO₄)₂ + 2NH₃• H₂O → Ni(OH)₂↓ + [Ni(NH₃)₆]SO₄

2Ni(NH₄)₂(SO₄)₂ + 2NH₃•H₂O → Ni(OH)₂↓ + [Ni(NH₃)₆]²⁺

kompleks Ni(II)z tiomocznikiem + amoniak:

Obserwacje: brak widocznych zmian.

Równania reakcji: reakcja nie zachodzi.

Wnioski ogólne.

1. Sole podwójne są bardziej reaktywne od kompleksów (ałuny w przeciwieństwie do kompleksów reagują z 1,5 M NH₃·H₂O), ponieważ w roztworze dysocjują na jony proste (nie kompleksowe).

2. Ałuny należą do związków istniejących tylko w stanie krystalicznym, w roztworze natychmiast ulegają rozpuszczeniu (dysocjują na jony).

3. Na trwałość kompleksu wpływają właściwości atomu centralnego, jony metali przejściowych, ze względu na konfigurację elektronową, najłatwiej koordynują ligandy posiadające w swoim składzie więcej niż jeden atom będący donorem pary elektronowej. Takie połączenia są też trwalsze niż z ligandami posiadającymi tylko jeden taki atom donorowy (tzw. efekt chelatowy związany z efektem entropowym).

4. Otrzymane kompleksy należą do grupy kompleksów biernych (inertnych), gdyż stan równowagi pomiędzy składnikami kompleksu, a samym kompleksem ustala się bardzo powoli.

1

---