background image

 

 

 

Podstawy Chemii Nieorganicznej 

Ćwiczenia laboratoryjne 

 

 

kod kursu:  

CHC012001 l

 

 

 

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE 

 

Opracowanie: Ewa Matczak-Jon 

 
 

WPROWADZENIE 

 

Związki złożone z atomu centralnego, zazwyczaj atomu metalu, i połączonych z nim innych 

atomów lub grup atomów (ligandów) nazywamy związkami koordynacyjnymizwiązkami komplek-
sowymi
  lub  kompleksami

.  Związki  koordynacyjne  mogą  występować  jako  jony  kompleksowe 

ujemne, jak [Fe(NCS)

6

]

3-

, [CoCl

6

]

3-

jony dodatnie jak [Ni(H

2

O)

6

]

2+

 [Ag(NH

3

)

2

]

+

, a także jako obojęt-

ne kompleksy, np. [PtCl

2

(NH

3

)

2

]. Bez względu na to czy kompleks jest jonem czy cząsteczką obo-

jętną, jednostkę koordynacyjną składającą się z atomu centralnego i ligandów przy zapisie należy 
wyodrębnić przez umieszczenie jej w nawiasie kwadratowym. Sumaryczny ładunek jednostki ko-
ordynacyjnej  (kompleksu)  jest  równy  sumie  ładunków  atomu  centralnego  i  ligandów  tworzących 
kompleks. 

Atom centralny jest tym atomem w kompleksie, który zajmując pozycję centralną wiąże in-

ne  atomy  lub  grupy  atomów.  Atomami  centralnymi  w  [Fe(NCS)

6

]

3-

,  [CoCl

6

]

3-

[Ni(H

2

O)

6

]

2+

,

 

[Ag(NH

3

)

2

]

+

,  [PtCl

2

(NH

3

)

2

]  są  więc  odpowiednio  atomy:  żelaza,  kobaltu,  niklu,  srebra  i  platyny. 

Wiązanie  pomiędzy  atomem  centralnym  a  ligandem  nazywamy  wiązaniem  koordynacyjnym
Utworzenie wiązania koordynacyjnego jest możliwe gdy ligand rozporządza wolnymi parami elek-
tronowymi, a atom centralny pustymi orbitalami atomowymi, które mogą te pary przyjąć. Z punktu 
widzenia  teorii  kwasów  i  zasad  Lewisa  ligand  (donor  pary  lub  par  elektronowych)  jest  zasadą. 
Atom  centralny  (akceptor  par  elektronowych)  jest  kwasem.        I  tak  np.  w  jonie  kompleksowym 
[Fe(NCS)

6

]

3-

 

 jon Fe

3+

 

jest kwasem Lewisa, natomiast każdy ligand (jon NCS

-

) jest zasadą Lewisa. 

Wiązanie koordynacyjne jest silniejsze od jonowego ale słabsze od kowalencyjnego. 

Ligandami mogą być zarówno cząsteczki obojętne (NH

3

, H

2

O, CO, en) jak i aniony (Cl

-

, F

-

 

Br

-

,  CN

-

,  SCN

-

,  ox

2-

,  acac

-

) dostarczając jednego, dwu lub więcej atomów donorowych do utwo-

rzenia wiązania koordynacyjnego. Ligandy dostarczające jednego atomu donorowego nazywamy 
jednokleszczowymi

. W przypadku gdy ligand koordynuje do atomu centralnego używając równo-

cześnie dwu lub więcej atomów donorowych mówimy o ligandach chelatowych lub kleszczowych
a proces koordynacji nazywamy chelatowaniem. 

 

background image

 * 

 

 

Przykłady ligandów chelatowych 

nazwa 

wzór 

(*)

 

oznaczenie 

etylenodiamina 

 

en 

jon szczawianowy 

(C

2

O

4

)

2-

 

 

 

ox 

 

jon acetyloacetonianowy 

 

 

acac 

 

 

jon kwasu etylenodiaminate-
traoctowego 

N

N

COO

COO

OOC

OOC

:

:

:

:

:

:

4-

 

 

EDTA 

(*)

 

pary elektronowe tworzące wiązania koordynacyjne wskazano za pomocą dwukropka umieszczonego we wzorach 

strukturalnych ligandów 

 

Liczbę  atomów  donorowych  połączonych  bezpośrednio  z  atomem  centralnym  nazywamy 

liczbą  koordynacji  lub  liczbą  koordynacyjną  (L.K).  Kompleksy  o  liczbie  koordynacji  6  są  najczę-
ściej spotykanymi kompleksami jonów metali grup przejściowych.  Liczba koordynacji 4 jest rów-
nież  często  spotykana,  szczególnie  w  kompleksach  jonów  metali  przejściowych  o  dużej  liczbie 
elektronów na orbitalach typu d. Związki o L.K = 4 spotyka się też w kompleksach kationów grup 
głównych np. [AlF

4

]

-

[BF

4

]

-

Liczba koordynacji 2 spotykana jest gdy jonami centralnymi są Ag

+

 czy 

Au

+

np. [Ag(NH

3

)

2

]

+

, [Ag(CN)

2

]

-

, [Au(CN)

2

]

-

Związki kompleksowe o większych liczbach koordyna-

cji (7, 8, 9) spotykane są rzadziej, wtedy gdy atomy centralne wykazują duże rozmiary. 

 

Typowe geometrie koordynacyjne oraz przykłady kompleksów jedno-i dwukleszczowych  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

2

N

NH

2

..

..

COO

COO

..

..

2-

H

3

C

CH

3

O

O

H

..

..

-

background image

 * 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
Ogólnie  przyjmuje  się,  że  atomy  liganda  związane  bezpośrednio  z  atomem  centralnym 

określają wielościan koordynacyjny wokół tego atomu. Tak więc jony [Fe(NCS)

6

]

3-

 i [Ni(en)

3

]

2+

 

są 

jonami  oktaedrycznymi,  jon  [Co(NCS)

4

]

2-

  jest  jonem  tetraedrycznym,  [PtCl

4

]

2-

 

jest jonem płaskim 

kwadratowym a jon [HgI

3

]

ma otoczenie trygonalne.  

 

Nomenklatura związków kompleksowych 

(a) 

Przy zapisie wzorów chemicznych związków kompleksowych atom centralny wymienia się jako 
pierwszy. Ligandy zapisuje się w kolejności: ligandy anionowe ułożone w porządku alfabetycz-
nym, ligandy obojętne w porządku alfabetycznym. Wzór całego kompleksu zamyka się w kwa-
dratowych klamrach. Jeśli ligandy są wieloatomowe ich wzory zamyka się w nawiasach okrą-
głych. Istnieje zwyczaj przedstawiania wzoru liganda tak, aby jego atom donorowy był najbliżej 
atomu  centralnego,  np.  w  przypadku  jonu  tiocyjanianowego:  SCN

-

który  może  koordynować

 

jako  jon  :SCN

-

  i  :NCS

-

 

odpowiednio:  [Fe(NCS)

6

]

3-

  i  [Hg(SCN)

4

]

2-

Jeśli  podaje  się  wzór  jonu 

kompleksowego  bez  towarzyszącego  mu  przeciw-jonu,  ładunek  jonu  pisze  się  na  zewnątrz 
klamry  kwadratowej  jako  prawy  górny  wskaźnik,  np.  [Cr(H

2

O)

6

]

3+

.  Można  wskazać  stopień 

utlenienia  atomu  centralnego  za  pomocą  cyfry  rzymskiej  umieszczonej  jako  prawy  górny 
wskaźnik  przy  symbolu  pierwiastka,  np.  [Cr

III

Cl

3

(H

2

O)

3

].  Wzór  zapisujemy  bez  odstępów  po-

między symbolami lub wzorami poszczególnych jonów.  

(b) 

Podając nazwę kompleksu ligandy wymieniamy w porządku alfabetycznym przed nazwą ato-
mu centralnego bez względu na ładunek liganda. Do wskazania liczby ligandów w otoczeniu 
atomu  centralnego  stosuje  się  proste  przedrostki:  di-,  tri-,  tetra-,  penta-,  heksa-,  np. 
[FeF(H

2

O)

5

]

2+

:  jon  pentaakwafluorożelaza(III),  [Ni(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

,  jon  diakwatetraaminani-

klu(II),  [PdCl

4

]

2-

:  tetrachloropalladan(II).  Stopień  utlenienia  atomu  centralnego  wskazuje  się 

przez  dołączenie  do  nazwy  atomu  centralnego  liczby  utlenienia  pisanej  cyframi  rzymskimi. 
Liczbę tą umieszcza się w nawiasie okrągłym. Przedrostki bis-, tris-, tetrakis stosuje się przy 
wyrażeniach  złożonych  lub  jako  przedrostki  zwielokratniające.  Wtedy  nazwę,  która  ma  być 
mnożona umieszcza się w nawiasie, np. [PtCl

2

(NH

2

CH

3

)

2

]: dichlorobis(metyloamina)platyna(II). 

Nie zostawia się odstępów pomiędzy liczbą utlenienia a resztą nazwy. 

(c) 

Nazywając  kompleksy  anionowe  do  nazwy  atomu  centralnego  dodajemy  końcówkę  –an,  np. 
[Fe(CN)

6

]

4-

 

: heksacyjanożelazian(II); [PtCl

4

]

2-

: tetrachloroplatynian(II). 

W  kompleksach  kationowych  podaje  się  niezmienioną  nazwę  jonu  centralnego,  np. 
[Cu(H

2

O]

6

2+

: jon heksaakwamiedzi(II), [Cr(H

2

O)

6

]

3+

:

 

jon heksaakwachromu(III).  

W kompleksach obojętnych nazwa kationu nie odmienia się, np. [PtCl

2

(NH

3

)

2

]: diaminadichlo-

roplatyna(II), [Fe(NCS)

3

(H

2

O)

3

]: triakwatritiocyjanianożelazo(III). 

(d) 

Nazwy ligandów anionowych w kompleksach kończą się na  –o.  Nazwy ligandów obojętnych 
lub  kationowych  stosuje  się  bez  zmiany  i  umieszcza  w  nawiasach.  Wyjątek  stanowią  akwa, 

Fe

SCN

SCN

NCS

NCS

NCS

NCS

NCS

Co

SCN

NCS

NCS

[Fe(NCS)

6

]

3-

[Co(NCS)

4

]

2-

Ni

H

2

N

H

2

N

NH

2

NH

2

H

2

N

H

2

N

[Ni(en)

3

]

2+

Pt

Cl

Cl

Cl

Cl

[PtCl

4

]

2-

I

Hg

I

I

[HgI

3

]

-

background image

 * 

 

amina, karbonyl i nityrozyl. 

Nazwy niektórych ligandów nieorganicznych 

OH

hydrokso 

Cl

chloro 

O

2- 

okso (oksydo) 

C

2

O

4

2- 

szczawiano 

S

2- 

tio (sufido) 

H

2

akwa 

CN

cyjano 

NH

amina 

NCS

tiocyjaniano 

CO 

karbonyl 

 

Przykłady wzorów i nazw niektórych kompleksów 

 

Równowagi związków kompleksowych w roztworach wodnych  

W wodzie jony metali występują wyłącznie w postaci uwodnionej jako akwakationy (M

n+

(aq)

). 

Liczba związanych cząsteczek wody determinowana jest przez liczbę koordynacji typową dla da-
nego kationu. Tworzenie się jonów kompleksowych w roztworze jest stopniową wymianą cząste-
czek  H

2

O  z otoczenia  koordynacyjnego atomu centralnego na inne ligandy.  Ustala  się przy tym 

szereg równowag zależnych od stężenia wprowadzanego liganda. 

Gdy do roztworu [Cu(H

2

O)

6

]

2+

dodajemy stężony amoniak podstawienie cząsteczek amonia-

ku odbywa się przez stopniową eliminację cząsteczek wody z akwakompleksu:  

                          [Cu(H

2

O)

6

]

2+ 

 + NH

3          

 [Cu(H

2

O)

5

(NH

3

)]

2+

 + H

2

O   

 

(1)

 

[Cu(H

2

O)

5

(NH

3

)]

2+

 + NH

 [Cu(H

2

O)

4

(NH

3

)

2

]

2+

 + H

2

O   

(2)

 

[Cu(H

2

O)

4

(NH

3

)

2

]

2+

 + NH

 [Cu(H

2

O)

3

(NH

3

)

3

]

2+

 

+ H

2

 

(3)

 

wzór 

nazwa 

[Co(NH

3

)

6

]

2+

 

jon heksaaminakobaltu(II) 

[Co(NH

3

)

6

]Cl

3

 

chlorek heksaaminakobaltu(III) 

[CoCl(NH

3

)

5

]

jon pentaaminachlorokobaltu(II) 

[Co(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+ 

jon diakwatetraaminakobaltu(II) 

[CoCl

4

]

2- 

tetrachlorokobaltan(II) 

[K

4

(Fe(CN)

6

heksacyjano

żelazian(II) potasu 

[Cr(NCS)

4

(NH

3

)

2

]

diaminatetratiocyjanianochromian(III)  

K

2

[Co(NCS)

4

tetratiocyjanianokobaltan(II) potasu 

[Hg(SCN)

4

]

2- 

tetratiocyjanianortęcian(II) 

[CrCl

3

(H

2

O)

3

triakwatrichlorochrom(III) 

K

2

[PdCl

4

tetrachloropalladan(II) potasu 

Ni(en)

3

2+ 

jon tris(etylenodiamina)niklu(II) 

background image

 * 

 

[Cu(H

2

O)

3

(NH

3

)

3

]

2+

 + NH

 [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

 + H

2

O  

(4) 

 

Wszystkie  przedstawione  wyżej  równowagi  są  ze  sobą  ściśle  powiązane  co  oznacza,  że 

zakłócenie jednej z nich powoduje zakłócenie pozostałych. Jon [Cu(H

2

O)]

6

2+

 

pozostaje w równo-

wadze nie tylko z jonem [Cu(H

2

O)

5

(NH

3

)]

2+

 

ale również z amoniakiem i wodą oraz z pozostałymi 

jonami  kompleksowymi:  ([Cu(H

2

O)

4

(NH

3

)

2

]

2+

,  [Cu(H

2

O)

3

(NH

3

)

3

]

2+

,

  [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

).  Dodanie 

stosunkowo niewielkiej ilości amoniaku do roztworu zawierającego jony [Cu(H

2

O)

6

]

2+

 powo

duje, że 

tworzą  się  głównie  jony  kompleksowe  [Cu(H

2

O)

5

(NH

3

)]

2+

.

  Dodawanie  kolejnych  porcji  amoniaku 

przesuwa stan równowagi reakcji następczych (1)   (4) w kierunku tworzenia [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

.

 

Przy założeniu  że stężenie wody jest stałe,  stopniowe stałe trwałości dla kompleksów powstają-
cych w reakcjach (1)   (4) 

można wyrazić następująco: 

 

]}

}{[NH

]

O)

{[Cu(H

}

)]

(NH

O)

{[Cu(H

K

3

2

6

2

2

3

5

2

1

 

 

 

(1-a)   

K

1

= 1,4 x 10

4

 

 

]}

}{[NH

)]

(NH

O)

{[Cu(H

}

]

)

(NH

O)

{[Cu(H

K

3

2

3

5

2

2

2

3

4

2

2

 

 

(2-a)   

K

2

=3,1 x 10

3

 

 

]}

}{[NH

]

)

(NH

O)

{[Cu(H

}

]

)

(NH

O)

{[Cu(H

K

3

2

2

3

4

2

2

3

3

3

2

3

 

 

(3-a)   

K

3

=8,0 x 10

2

 

 

]}

}{[NH

]

)

(NH

O)

{[Cu(H

}

]

)

(NH

O)

{[Cu(H

K

3

2

3

3

3

2

2

4

3

2

2

4

 

 

(4-a)   

K

4

=1,35 x 10

2

 

 

Wyrażenia  w  nawiasach  klamrowych  odpowiadają  stężeniom  molowym  odpowiednich  jonów 
kompleksowych, akwajonu metalu i liganda.  

 

Im wyższa jest wartość liczbowa stałej równowagi dla danej reakcji tym większe jest stęże-

nie powstającego kompleksu, a więc jego trwałość. Porównując stałe K

1

, K

2

, K

3

 i K

4

 

można łatwo 

zauważyć, że z atomem centralnym najsilniej związany jest pierwszy ligand, kolejne ligandy wią-
zane są coraz słabiej. Główną przyczyną zmniejszania się stałych trwałości w miarę przyłączania 
kolej

nych ligandów są względy statystyczne.  

Jeśli rozpatrzyć równowagę opisaną reakcję sumaryczną : 

 

[Cu(H

2

O)

6

]

2+

 + 4 NH

3

 

 [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

 + 4 H

2

O  

 

to wówczas stałą równowagi dla tej reakcji można zapisać jako: 

4

3

2

6

2

2

4

3

2

2

4

]}

}{[NH

]

O)

{[Cu(H

}

]

)

(NH

O)

{[Cu(H

β

 

 

Stałą 

 nazywamy 

skumulowaną stałą trwałości. Można ją wyznaczyć mnożąc przez siebie stro-

nami wyrażenia (1-a)   (4-a). Otrzymujemy wówczas 

4

= K

1

K

2

K

3

K

4

 . 

background image

 * 

 

Ogólnie stałe 

i

 

można wyrazić) jako: 

 

i

i

aq

i

i

L

M

ML

]

][

[

]

[

)

(

 

W naszym przykładzie dla reakcji (1) skumulowana stała trwałości 

= K

1

,

 

 

dla reakcji : [Cu(H

2

O)

6

]

2+

 + 2 NH

3

 

 [Cu(H

2

O)

4

(NH

3

)

2

]

2+

 + 2 H

2

     

2

 = K

1

K

2

 

dla reakcji: [Cu(H

2

O)

6

]

2+

 + 3 NH

3

 

 [Cu(H

2

O)

3

(NH

3

)

3

]

2+

 +3 H

2

O  

     

3

 = K

1

K

2

K

3

 

W literaturze skumulow

ane stałe trwałości podawane są najczęściej w postaci log

i

 

Porównując  ze  sobą  stałe  trwałości  dwóch  różnych  kompleksów  o  takim  samym  atomie 

centralnym  można  przewidzieć,  który  z  nich  będzie  trwalszy  w  danych  warunkach.  Na  przykład 
skumulowane  stałe  trwałości  log

i

 

dla  kompleksów  [Fe(NCS)

6

]

3-

  i  [FeF

3

(H

2

O)

3

]  wynoszą  odpo-

wiednio log

6

 = 6 i log

3

 = 12.  

 

Oznacza to, że po wprowadzeniu do roztworu zawierającego jony [Fe(NCS)

6

]

3-

 

 odpowied-

niej ilości

 

jonów F

-

 

(np. przez dodanie stałego NH

4

F) kompleks ten uleg

nie praktycznie całkowitej 

przemianie  w  kompleks  [FeF

3

(H

2

O)

3

].  Efekt  ten  jest  łatwy  do  zaobserwowania,  ponieważ  jon 

[Fe(NCS)

6

]

3-

 

daje zabarwienie krwistoczerwone, natomiast kompleks [FeF

3

(H

2

O)

3

] jest bezbarwny. 

 

Kompleksy  chelatowe  charakteryzują  się  znacznie  większą  trwałością  niż  kompleksy  z  li-

gandami prostymi. Jest to w znacznym stopniu związane z korzystną zmianą entropii odpowiada-
jącą usunięciu ze sfery koordynacyjnej atomu centralnego ligandów niechelatujących,  np.  wody. 
Jako  przykład  może  posłużyć  reakcja  chelatacji  jonu  niklu(II)  przez  sześciokleszczowy  ligand 
EDTA:  

[Ni(H

2

O)

6

]

2+

 + H

2

EDTA

2-

 

 [Ni(EDTA)]

2-

 + 6 H

2

O + 2 H

+

 

  

 

log

= 18,56 

 

Równanie pokazuje, że liczba cząsteczek po reakcji jest wyraźnie większa niż przed reak-

cją. W czasie reakcji maleje więc stopień uporządkowania układu, a więc wzrasta jego entropia.  

 

EDTA tworzy bardzo trwałe kompleksy z większością jonów metali, nawet z takimi jonami 

jak Ca

2+

 (log

= 10,70) czy Mg

2+

 (log

= 8,69). Ta własność powoduje, że EDTA wykorzystywa-

ny jest w chemii analitycznej, m.in. w analizie miareczkowej:  kompleksometrii. EDTA stosowany 
jest też w medycynie do wiązania jonów metali, które w organizmie człowieka mogą występować 
w  toksycznych  ilościach.  Dodaje  się  go  również  do  żywności  jako  środek  ograniczający  dostęp 
szkodliwych bakterii do metali, co zapobiega psuciu się żywności. 

 

LITERATURA 

1. 

A. Bielański „Podstawy chemii nieorganicznej”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002. 

2.  Nomenklatura chemii nieorganicznej, Zalecenia 1990, red. Z. Stasicka, Wydawnictwo Uniwersy-

tetu Wro

cławskiego, Wrocław 1998. 

background image

 

 

 

Pytania kontrolne: 

1. 

Podaj  nazwy  następujących  związków  i  jonów  kompleksowych:  K

2

[PdCl

4

],  [Ni(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

,  

[Ag(CN)

2

]

-

, [FeF

2

(H

2

O)

4

]

+

, [CdCl

4

]

2-

 [Pt(OH)(H

2

O)

3

]

+

 

 

2.  Napisz wzo

ry chemiczne następujących jonów i związków kompleksowych:

 

(a) 

jon pentaakwadiwodorofosforanożelaza(III), 

(b) diaminatetratiocyjanianochromian(III) sodu, 

(c)  dicyjanosrebrzan(I), 

(d)  chlorek diakwatetraaminakobaltu(III), 

(e)  jon diaminasrebra(I), 

(f)  jon heksaaminakobaltu(III), 

(g)  diaminadichloroplatyna(II), 

(h) 

triakwatrifluorożelazo(III). 

3. 

Podaj  liczbę  koordynacji  atomów  centralnych  w  następujących  jonach  i  związkach  kompleksowych: 
[Ni(en)

3

]

2+

, [PtCl

2

(NH

3

)

2

], [CoCl

2

(C

2

O

4

)

2

]

4-

[FeCl

2

(H

2

O)

2

(en)]

+

, [Ni(NH

3

)

6

]

2+

, [Ag(NH

3

)

2

]

+

.

 

4. 

Oblicz wyrażenie na skumulowaną stałą trwałości log

2

 dla jonu kompleksowego [Ag(NH

3

)

2

]

+

 

wiedząc, 

że w układzie zawierającym jony Ag

+

,

 

do którego dodano stężony amoniak, powstają dwa jony  kom-

pleksowe na

stępcze: [Ag(NH

3

)]

+

 

i [Ag(NH

3

)

2

]

+

 

o stałych trwałości odpowiednio K

= 2,5·10

3

 i K

= 1·10

4

5. 

Skumulowane  stałe  trwałości 

2

 

dla  jonów  [Ag(NH

3

)

2

]

+

  i  [Ag(CN)

2

]

-

 

wynoszą  odpowiednio  1,62·10

7

  i 

1·10

27

 

. Który z jonów kompleksowych będzie dominować w roztworze zawierającym jony [Ag(NH

3

)

2

]

+

 

jeżeli do niego dodano nadmiar jonów CN

-

background image

 

 

 

WYKONANIE DOŚWIADCZEŃ 

 

Doświadczenie 1. Barwy akwakompleksów i aminakompleksów 

 

Odczynniki: Sole: siarczan kobaltu(II) (CoSO

4

), siarczan niklu(II) (NiSO

4

), siarczan miedzi(II) 

(CuSO

4

),  siarczan  cynku(II)  (ZnSO

4

).  Roztwory:  2  M  roztwór  kwasu  siarkowego(VI) 

(H

2

SO

4

), 6 M roztwór amoniaku  (NH

3

·H

2

O). 

Cel ćwiczenia Przeprowadzenie reakcji, w których powstają jony kompleksowe: 

[Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

,

 [Co(NH

3

)

6

]

2+

, [Ni(NH

3

)

6

]

2+

, [Zn(NH

3

)

6

]

2+

.  

Dodanie stosunkowo małej ilości rozcieńczonego roztworu NH

3

·H

2

O do 

roztworu, w którym obec-

ne są akwajony miedzi(II), kobaltu(II) i niklu(II) prowadzi do reakcji konkurencyjnej względem re-
akcji  kompleksowania.  Wytrąca  się  osad  wodorotlenosoli,  który  następnie  roztwarza  się  w  nad-
miarze amoniaku np.: 

2 [Cu(H

2

O)

6

]

2+

 +2 SO

4

2-

 + 2 NH

3

·H

2

 Cu

2

(OH)

2

SO

4

     +  2 NH

4

+

 + SO

4

2-

 + 12 H

2

Cu

2

(OH)

2

SO

4

 + 8 NH

3

·H

2

2 [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

  + SO

4

2-

 + 2 OH

-

 + 4 H

2

Z kolei dodanie roztworu amoniaku do roztworu zawierającego jony [Zn(H

2

O)

6

]

2+

 powoduje wytr

ą-

canie osadu Zn(OH)

2

, który następnie roztwarza się w nadmiarze odczynnika: 

Zn(OH)

2

 + 6 NH

3

·H

2

 [Zn(NH

3

)

6

]

2+

+ 2 OH

-

 + 6 H

2

Wykonanie: 

W czterech suchych probówkach umieść po kilka kryształków bezwodnych soli CoSO

4

, Ni-

SO

4

,  CuSO

4

  i  ZnSO

4

. Do  każdej probówki z  solą  dodaj około  1 cm

3

  wody  destylowanej  i 

kilka kropli H

2

SO

4

(* ) 

Zawartość probówek wymieszaj aż do rozpuszczenia soli.  

 

Zaobserwuj zmiany barwy soli przy przejściu od soli bezwodnej do uwodnionej.  

Do każdej z probówek zawierających roztwory soli dodawaj powoli NH

3

·H

2

O, w ilości wy-

starczającej  do  całkowitego  wytrącenia,  a następnie  całkowitego  roztworzenia  powstają-
cego  osadu.  Zawartość  probówek  w  trakcie  dodawania  roztworu  amoniaku  należy  mie-
szać bagietką.  

 

Zanotuj barwy roztworów w każdej z probówek.  

 

Zwróć  uwagę  na  stopniową  zmianę  zabarwienia  w  roztworze  zawierającym  jony 

[Co(NH

3

)

6

]

2+

.

(

**)

  

 

Roztwór  związku  kompleksowego  miedzi(II)  należy  pozostawić  do  dalszych  

 

doświadczeń (doświadczenie 4). 

(*)

 

Jony  Co

2+

(aq)

,  Ni

2+

(aq)

,  Cu

2+

(aq) 

  i    Zn

2+

(aq)

 

są kationami słabych zasad.  Aby  uniknąć  ich hydrolizy  roztwór  

     

należy zakwasić kilkoma kroplami H

2

SO

4

(**)

 

 

Jon [Co(NH

3

)

6

]

2+

 

jest bardzo nietrwały. Na powietrzu utlenia się do jonu heksaaminakobaltu(III). 

      4 [Co(NH

3

)

6

]

2+

+ 2 H

2

O + O

2

 

 4 [Co(NH

3

)

6

]

3+ 

+ 4 OH

-

 

Opracowanie wyników: 

 

Zapisz równania reakcji: 

background image

 

 

(a)  dysocjacji elektrolitycznych badanych soli w roztworach wodnych, 

(b)   

wytrącania osadów wodorotlenosoli kobaltu(II) i niklu(II) za pomocą NH

3

·H

2

O,  

(c) 

roztwarzania  osadów  wodorotlenosoli:  Co

2

(OH)

2

SO

4

  i  Ni

2

(OH)

2

SO

4

  w  nadmiarze 

                    NH

3

·H

2

O,  

(d) 

otrzymywania  aminakompleksów  z  akwajonów  kobaltu(II), niklu(II),  miedzi(II)  i  cyn-
ku(II)  przy  założeniu,  że  do  roztworów  dodano  stężony  amoniak  w  nadmiarze  wy-
starczającym  do  natychmiastowego  utworzenia  odpowiednich  jonów  komplekso-
wych.  

 

Zapisz nazwy aminakompleksów. 

 

Uzupełnij tabelę wpisując odpowiednie formy chemiczne i barwy związków : 

sól bezwodna 

barwa 

akwajon 

barwa  

aminakompleks 

barwa 

NiSO

4

 

 

 

 

 

 

CuSO

4

 

 

 

 

 

 

ZnSO

4

 

 

 

 

 

 

CoSO

4

 

 

 

 

[Co(NH

3

)

6

]

2+ 

 

[Co(NH

3

)

6

]

3+ 

 

 

Doświadczenie 2. Maskowanie jonów 

 

Odczynniki:  0.3  M  roztwór  chlorku  żelaza(III)  (FeCl

3

),  0.5  M  roztwór  chlorku  kobaltu(II)  

(CoCl

2

),  stały  tiocyjanian  potasu  (KSCN),    stały  fluorek  amonu  (NH

4

F),  alkohol  izo-

amylowy (3-metylo-1-butanol (CH

3

)

2

CHCH

2

CH

2

OH). 

Cel ćwiczenia:  Przeprowadzenie reakcji pozwalającej na wykrycie jonów kobaltu(II) w  
         

obecności jonów żelaza(III). 

Reakcje  kompleksowania  poz

walające  zamaskować  jony przeszkadzające stosowane są w celu 

zwiększenia selektywności odczynników stosowanych w reakcjach analitycznych. Są one przykła-
dem  jednego  z  ważniejszych  zastosowań  związków  kompleksowych  w  chemii  analitycznej.  Ma-
skowanie  jonu  prze

szkadzającego  polega  na  przeprowadzeniu  go  w  wyniku  reakcji  komplekso-

wania z odpowiednim ligandem w odpowiednio trwały kompleks. Związany w tej postaci jon jest 
niezdolny do reakcji zakłócającej prawidłowy przebieg wykrywania innego jonu.  

Zarówno  jon  Fe

3+

(aq)

  jak  i  Co

2+

(aq)

 

reagują  w  środowisku  wodnym  z  tiocyjanianem  potasu  dając 

barwne jony kompleksowe. Dla uproszczenia podano tylko te formy kompleksowe, których stęże-
nia w warunkach eksperymentu są najwyższe. Zwróć uwagę, że ich stałe trwałości log

1

 

są zbli-

żone. 

[Fe(H

2

O

6

)]

3+

 + NCS

-

 

 [Fe(NCS)(H

2

O)

5

]

2+

 + H

2

 log

1

 = 2.14  

[Co(H

2

O)

6

]

2+

 + NCS

-

 

 [Co(NCS)(H

2

O)

5

]

+

 + H

2

O  

log

1

 = 1.87 

Jony  F

reagują  z  [Fe(H

2

O)

6

]

3+

 

dając  bezbarwny  jon  kompleksowy  bardziej  trwały  niż  jon 

[Fe(NCS)(H

2

O)

5

]

2+

 

Pozwala  to  wykryć  jony  kobaltu(II)  w  obecności  jonów  żelaza(III)  za  pomocą 

reakcji z tiocyjanianem potasu. 

background image

 

 

10 

Wykonanie: 

W jednej probówce umieść odpowiednio 1-2 krople roztworu FeCl

3

,  a  w  drugiej  4-5  kropli 

roztworu CoCl

2

, do obu dodaj po około 2 cm

3

 H

2

O. Do każdego roztworu dodaj ostrożnie 

porównywalną ilość (szczyptę) stałego KSCN.  

 

Zaobserwuj barwy obu roztworów.  

Do probówki (1) zawierającej [Fe(NCS)(H

2

O)

5

]

2+

 

dodaj stały NH

4

F, do odbarwienia roztwo-

ru.  

  W jakiej 

formie związane są teraz jony żelaza(III) ? 

Do  probówki  (2)  zawierającej  [Co(NCS)(H

2

O)

5

]

+

 

dodaj  alkohol  izoamylowy

(*

)

  i  energicznie 

wstrz

ąsaj.  

  Jakie zmiany obserwujesz?  

Probówkę z zawartością pozostaw do porównania. 
W  kolejnej  probówce  (3)  zmieszaj  1-2  krople  roztworu  FeCl

3

  i  4-5  kropli  roztworu  CoCl

2

dodaj ok. 2 cm

3

 

wody a następnie taką jak poprzednio ilość stałego KSCN.  

 

Zanotuj barwę roztworu. 

 

Zamaskuj żelazo(III) przez dodanie stałego NH

4

F; 

jaka powinna być barwa roztworu po 

wykonaniu tej reakcji?  

Dodaj alko

holu izoamylowego aby wykryć obecność jonów [Co(NCS)

4

]

2-

.  

 

Porównaj barwy roztworów z probówek (2) i (3).  

(*)

 

alkohol izoamylowy ułatwia wymianę cżąsteczek wody w otoczeniu Co

2+

(aq)

 na jony SCN

-

, co prowadzi do 

powstania pewnej ilości trwałych jonów [Co(NCS)

4

]

2-

 

(log 4=7,94) 

Opracowanie wyników:  

 

Na czym polega maskowanie jonów w chemii analitycznej

 

Zapisz równania reakcji zachodzących w probówce (3)

 

Uzupełnij tabelę wpisując odpowiednie nazwy i barwy jonów kompleksowych

 

Doświadczenie 3. Związki kompleksowe żelaza(III) 

(wykonać w grupach 2-3 osobowych) 

Odczynniki: Sole: 9

hydrat azotanu żelaza(III) (Fe(NO

3

)

3

·9H

2

O), chlorek sodu (NaCl), fluorek 

amonu (NH

4

F), heksacyjanożelazian(II) potasu (K

4

[Fe(CN)

6

]). Roztwory: 85% kwas fos-

forowy(V) (H

3

PO

4

), 2 M roztwór kwasu azotowego(V) (HNO

3

), 1 M roztwór tiocyjanianu 

potasu (KSCN). 

Cel ćwiczenia: W doświadczeniu należy przeprowadzić szereg reakcji wymiany, w których 

jon kompleksowy 

nazwa 

barwa 

[Fe(NCS)(H

2

O)

5

]

2+

 

 

 

[FeF(H

2

O)

5

]

2+

 

 

 

[Co(NCS)(H

2

O)

5

]

+

 

 

 

[Co(NCS)

4

]

2-

 

 

 

background image

 

 

11 

kolejno będą powstawać związki kompleksowe z jonami żelaza(III).  

Schemat wykonania reakcji jest na

stępujący: 

[Fe(H

2

O)

6

]

3+

+ X

-

 

 [FeX(H

2

O)

5

]

2+

+ H

2

O  (1) 

[FeX(H

2

O)

5

]

2+

 + Y

-

 

[FeY(H

2

O

5

)]

2+

 + X

(2) 

X

-

, Y

-

 = Cl

-

, F

-

, NCS

-

, H

2

PO

4

-

 

Ostatnim  związkiem  kompleksowym  uzyskanym  w  cyklu  reakcji  będzie  kompleks  Fe

4

[Fe(CN)

6

]

3

 

wytrącający się w postaci ciemnoniebieskiego osadu. 

Wykonanie: 

Ćwiczenie należy wykonać w zlewce o pojemności co najmniej 250 cm

3

.  

Dodaj szczyptę stałego Fe(NO

3

)

3

·9H

2

O, a następnie  rozpuść sól w objętości ok. 100 cm

3

 

wody destylowanej. Porównaj barwę roztworu z danymi w tabeli poniżej.

(*)

 

Dodaj ostrożnie 

kilka kropli 2 M HNO

3

 

aby cofnąć hydrolizę jonu [Fe(OH)(H

2

O)

5

]

2+ 

(patrz tabela). 

Analizując  stałe  log

1

 

ustal  kolejność dodawania  do  roztworu  odpowiednio  :  NaCl,  NH

4

F, 

KNCS  i  H

3

PO

4

 

w  taki  sposób,  aby  otrzymać  wszystkie  jony  kompleksowe  z  ligandami  

X

-

 i Y

-

 umieszczone w tabeli: 

jon 

log

1

 

barwa 

[Fe(OH)(H

2

O)

5

]

2+ 

 

żółto-czerwony 

Fe(H

2

O)

6

3+ 

 

bezbarwny 

[FeCl(H

2

O)

5

]

2+

 

0,63 

żółty 

[FeF(H

2

O)

5

]

2+ 

5,16 

bezbarwny 

[Fe(NCS)(H

2

O)

5

]

2+ 

2,14 

czerwony 

[Fe(H

2

PO

4

)(H

2

O)

5

]

2+

 

1,33 

bezbarwny 

                 (*)

 [Fe(H

2

O)

6

]

3+

 + H

2

 [Fe(OH)(H

2

O)

5

]

2+

 + H

3

O

+

 

Wyk

onaj reakcje w zaplanowanej kolejności. Po wykonaniu ostatniej reakcji dodaj do roz-

tworu stały K

4

[Fe(CN)

6

] aby otrzymać Fe

4

[Fe(CN)

6

]

3. 

W czasie przeprowadzania wszystkich reakcji roztwór w zlewce należy mieszać bagietką. 
Każdy  z  kolejnych  odczynników  dodawaj  ostrożnie  (szpachelką  lub  wkraplając),  do  poja-
wienia się pierwszej zmiany barwy zgodnie z tabelą. Unikaj nadmiaru, szczególnie nadmia-
ru jo

nów F

-

, które mogą przeszkadzać w wykonaniu następnej reakcji.  

 

Opracowanie wyników:  

 

Uzupełnij  tabelę.  Uszereguj  wszystkie  związki  kompleksowe  żelaza(III)  w  kolejności 

zgodnej z  kolejnością  przeprowadzania kolejnych reakcji wymiany.  

 

Kompleks 

Nazwa 

log

1

 

barwa 

[Fe(H

2

O

6

]

3+ 

 

 

 

background image

 

 

12 

         

 

 

 

 

 

Zapisz równania zachodzących reakcji.  

 

Jak musiały zmieniać się stałe log

1

 

dla kolejnych jonów kompleksowych aby reakcje 

te można było przeprowadzić? 

Doświadczenie 4. Rozkład jonu kompleksowego 

Odczynniki: roztwór siarczanu diakwatetraaminamiedzi(II) z pierwszego doświadczenia,  

2  M  roztwór  kwasu  siarkowego(VI)  (H

2

SO

4

),  0,5  M 

roztwór  AKT  (amid  kwasu  - 

  tiooctowego: CH

3

CSNH

2

).  

Cel  ćwiczenia:  Przeprowadzenie  reakcji  rozkładu  jonu  kompleksowego  [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

   

po

przez związanie w trwałą formę chemiczną atomu centralnego lub ligandów.  

Jeśli do roztworu zawierającego jony kompleksowe [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

 

wprowadzimy jony  wodo-

rowe będzie zachodzić reakcja: 

[Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

 

+ 4 H

+

 + 4 H

2

O

 [Cu(H

2

O)

6

]

2+

 + 4 NH

4

Rozkład  jonu  kompleksowego  następuje  tu  w  wyniku  związania  ligandów,  jakimi  są  cząsteczki 
amoniaku w jony amonowe, które nie dysponują wolnymi parami elektronowymi. 

Dodanie do roztworu zawierającego [Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

 

jonów S

2-

 

pochodzących z dysocjacji H

2

prowadzi z kolei do wytrącenia trudnorozpuszczalnego siarczku miedzi(II). 

[Cu(H

2

O)

2

(NH

3

)

4

]

2+

 

+ H

2

 CuS  + 4 NH

3

 + 2 H

+

 + 2 H

2

 

         czarny osad 

W tym przypadku powstanie trudnorozpuszczalnej soli powoduje rozkład jonu kompleksowego na 
skutek związania jego atomu centralnego. 

Wykonanie:  

Roztwór  siarczanu  diakwatetraaminamiedzi(II)  należy  rozdzielić  do  dwóch  probówek.  Do 
pierwszej  probówki  dodawaj  kroplami  kwas  siarkowy,  tak  długo  aż  roztwór  uzyska  barwę 
charakterystyczną dla jonu [Cu(H

2

O)

6

]

2+

.

 

Do drugiej probówki dodaj 5 kropli roztworu AKT

(*)

Pro

bówkę ogrzewaj na łaźni wodnej aż do zaobserwowania zmian. 

(*)

 

AKT hydrolizuje w wyższej temperaturze z wydzieleniem H

2

S:  

    CH

3

CSNH

2

 + 2 H

2

 CH

3

COO

-

 + NH

4

+

 + H

2

S   

Opracowanie wyników: 

  Zapisz reakcje, zanotuj obserwacje.  

 

Jaką barwę powinien mieć po zakończeniu reakcji roztwór w pierwszej probówce?