Комплексни съединения

Резюме на лекцията

цели.Формиране на представи за състава, структурата, свойствата и номенклатурата на комплексните съединения; развиват умения за определяне на степента на окисление на комплексообразовател, съставяне на уравнения за дисоциация на комплексни съединения.
Нови концепции:комплексно съединение, комплексообразовател, лиганд, координационно число, външна и вътрешна сфера на комплекса.
Оборудване и реактиви.Стойка с епруветки, концентриран разтвор на амоняк, разтвори на меден (II) сулфат, сребърен нитрат, натриев хидроксид.

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

Лабораторен опит. Добавете разтвор на амоняк към разтвор на меден (II) сулфат. Течността ще придобие интензивен син цвят.

Какво стана? Химическа реакция? Досега не знаехме, че амонякът може да реагира със сол. Какво вещество се е образувало? Каква е неговата формула, структура, име? Към кой клас съединения принадлежи? Може ли амонякът да реагира с други соли? Има ли връзки, подобни на тази? На тези въпроси трябва да отговорим днес.

За да изучим по-добре свойствата на някои съединения на желязото, медта, среброто, алуминия, се нуждаем от познания за сложните съединения.

Нека продължим нашия опит. Полученият разтвор се разделя на две части. Нека добавим алкали към една част. Не се наблюдава утаяване на меден (II) хидроксид Cu (OH) 2, следователно в разтвора няма двойно заредени медни йони или има твърде малко от тях. От това можем да заключим, че медните йони взаимодействат с добавения амоняк и образуват някои нови йони, които не дават неразтворимо съединение с OH - йони.

В същото време йоните остават непроменени. Това може да се види чрез добавяне на разтвор на бариев хлорид към разтвора на амоняк. Веднага ще изпадне бяла утайка от BaSO 4 .

Изследванията установяват, че тъмносиният цвят на амонячния разтвор се дължи на наличието в него на сложни 2+ йони, образувани от прикрепването на четири амонячни молекули към медния йон. Когато водата се изпари, 2+ йони се свързват с йони и от разтвора се отделят тъмносини кристали, чийто състав се изразява с формулата SO 4 H 2 O.

Комплексните съединения са съединения, които съдържат сложни йони и молекули, които могат да съществуват както в кристална форма, така и в разтвори.

Формулите на молекули или йони на сложни съединения обикновено се заключват в квадратни скоби. Комплексните съединения се получават от конвенционални (некомплексни) съединения.

Примери за получаване на комплексни съединения

Структурата на сложните съединения се разглежда въз основа на координационната теория, предложена през 1893 г. от швейцарския химик Алфред Вернер, носител на Нобелова награда. Неговата научна дейностсе проведе в Цюрихския университет. Ученият синтезира много нови комплексни съединения, систематизира известни и новополучени комплексни съединения и разработва експериментални методи за доказване на тяхната структура.

А. Вернер (1866–1919)

В съответствие с тази теория се разграничават сложни съединения комплексообразовател, външени вътрешна сфера. Комплексообразувателят обикновено е катион или неутрален атом. Вътрешната сфера е определен броййони или неутрални молекули, които са силно свързани с комплексообразуващия агент. Те се наричат лиганди. Броят на лигандите определя координационен номер(KN) комплексообразовател.

Пример за сложно съединение

Разгледано в примера, съединението SO 4 H 2 O или CuSO 4 5H 2 O е кристален хидрат на меден (II) сулфат.

Нека дефинираме съставните части на други комплексни съединения, например K 4 .
(справка.Веществото с формула HCN е циановодородна киселина. Солите на циановодородната киселина се наричат ​​цианиди.)

Комплексообразователят е железен йон Fe 2+, лигандите са цианидни йони CN - , координационното число е шест. Всичко написано в квадратни скоби е вътрешната сфера. Калиевите йони образуват външната сфера на комплексното съединение.

Природата на връзката между централния йон (атом) и лигандите може да бъде двойна. От една страна, връзката се дължи на силите на електростатичното привличане. От друга страна, между централния атом и лигандите връзка може да се образува по донорно-акцепторния механизъм по аналогия с амониевия йон. В много комплексни съединения връзката между централния йон (атом) и лигандите се дължи както на силите на електростатично привличане, така и на връзката, образувана поради несподелените електронни двойки на комплексообразуващия агент и свободните орбитали на лигандите.

Комплексни съединения с външна сфера са силни електролитиа във водни разтвори се дисоциират почти напълно на сложен йон и йони външна сфера. Например:

SO 4 2+ + .

При обменни реакции сложните йони преминават от едно съединение в друго, без да променят състава си:

SO 4 + BaCl 2 \u003d Cl 2 + BaSO 4.

Вътрешната сфера може да има положителен, отрицателен или нулев заряд.

Ако зарядът на лигандите компенсира заряда на комплексообразователя, тогава такива комплексни съединения се наричат ​​неутрални или неелектролитни комплекси: те се състоят само от комплексообразувателя и лигандите на вътрешната сфера.

Такъв неутрален комплекс е например .

Най-типичните комплексообразователи са катионите д- елементи.

Лигандите могат да бъдат:

а) полярни молекули - NH3, H2O, CO, NO;
б) прости йони - F - , Cl - , Br - , I - , H - , H + ;
в) комплексни йони - CN -, SCN -, NO 2 -, OH -.

Нека разгледаме таблица, която показва координационните числа на някои комплексообразуващи агенти.

Номенклатура на комплексните съединения. В едно съединение първо се назовава анионът, а след това катионът. При определяне на състава на вътрешната сфера, на първо място, се наричат ​​аниони, добавяйки към латинското име наставката - относно-, например: Cl - - хлоро, CN - - циано, OH - - хидроксо и др. По-нататък наричани неутрални лиганди и предимно амоняк и неговите производни. В този случай се използват следните термини: за координиран амоняк - амин, за вода - аква. Броят на лигандите е посочен с гръцки думи: 1 - моно, 2 - ди, 3 - три, 4 - тетра, 5 - пента, 6 - хекса. След това преминават към името на централния атом. Ако централният атом е част от катионите, използвайте Руско имесъответния елемент и в скоби посочете степента му на окисление (с римски цифри). Ако централният атом се съдържа в аниона, тогава използване латинско имеелемент, а в края добавете края - при. При неелектролитите степента на окисление на централния атом не е дадена, т.к то се определя еднозначно от условието за електронеутралност на комплекса.

Примери.За да назовем комплекса Cl 2, се определя степента на окисление (ТАКА.)
хкомплексообразовател - Cu йон х+ :

1 х + 2 (–1) = 0,х = +2, C.O.(Cu) = +2.

По подобен начин се установява степента на окисление на кобалтовия йон:

г + 2 (–1) + (–1) = 0,г = +3, S.O.(Co) = +3.

Какво е координационното число на кобалта в това съединение? Колко молекули и йони обграждат централния йон? Координационното число на кобалта е шест.

Име сложен йоннапиши с една дума. Степента на окисление на централния атом се обозначава с римска цифра, поставена в скоби. Например:

Cl 2 - тетраамин меден (II) хлорид,
НЕ 3 – дихлороакватриаминкобалт(III) нитрат,
K 3 - хексацианоферат(III) калий,
K 2 - тетрахлороплатинат (II) калий,
- дихлоротетраамицинк,
H 2 - хексахлоротинова киселина.

На примера на няколко сложни съединения ще определим структурата на молекулите (йон-комплексиращ агент, неговия S.O., координационен номер, лиганди, вътрешна и външна сфера), ще дадем името на комплекса, ще напишем уравненията на електролитна дисоциация.

K 4 - калиев хексацианоферат (II),

K 4 4K + + 4– .

H - тетрахлороауринова киселина (образувана от разтваряне на злато в царска вода),

H H + + –.

OH - диамин сребърен (I) хидроксид (това вещество участва в реакцията на "сребърно огледало"),

OH + + OH - .

Na - тетрахидроксоалуминат натрий,

Na Na + + - .

Много органични вещества също принадлежат към сложни съединения, по-специално продуктите от взаимодействието на амини с вода и киселини, които са ви известни. Например, соли на метиламониев хлорид и фениламониев хлорид са сложни съединения. Според теорията на координацията те имат следната структура:

Тук азотният атом е комплексообразуващ агент, водородните атоми при азота, а метиловите и фениловите радикали са лиганди. Заедно те образуват вътрешната сфера. Във външната сфера има хлоридни йони.

Много органични вещества, които са от голямо значение за живота на организмите, са сложни съединения. Те включват хемоглобин, хлорофил, ензими и други

Комплексните съединения са широко използвани:

1) в аналитична химияза определяне на много йони;
2) за отделяне на определени метали и производство на метали висока степенчистота;
3) като багрила;
4) за премахване на твърдостта на водата;
5) като катализатори за важни биохимични процеси.

Лабораторна работа №5

Теоретична част

Сложни (координационни) съединенияса съединения, в които поне една от ковалентните връзки е образувана от донорно-акцепторния механизъм.

Всички координационни съединения са съставени от вътрешна сфера(комплексна частица), а в случай на катионни и анионни координационни съединения и от външна сфера. Между вътрешната и външната сфера на координационното съединение връзката е йонна.

Вътрешна сфера (комплексна частица)се състои от централен атом (комплексообразуващият метален атом) и лиганди.

Във формулата на комплексните съединения вътрешната сфера е оградена в квадратни скоби. Вътрешната сфера няма заряд в неутралните комплекси, е положително заредена в катионните и отрицателно заредена в анионните координационни съединения. Зарядът на вътрешната сфера е алгебричната сума на зарядите на централния атом и лигандите.

централен атом- това най-често е йонът на d - елемента: Ag +, Cu2 +, Hg2 +, Zn2 +, Ni2 +, Fe3 +, Pt4 + и др.

Координационно число на централния атоме броят на ковалентните връзки между комплексообразуващия агент и лигандите.

По правило координационното число е два пъти по-голямо от заряда на централния атом. В повечето сложни съединения координационните числа са 6 и 4, по-рядко 2, 3, 5 и 7.

Лиганди– аниони или молекули, свързани с централния атом чрез ковалентни връзки, образувани от донорно-акцепторния механизъм. Лигандите могат да бъдат полярни молекули (H2O, NH3, CO и др.) и аниони (CN–, NO2–, Cl–, Br–, I–, OH– и др.).

Лигандна плътносте броят на ковалентните връзки, чрез които даден лиганд е свързан с комплексообразователя.

Лигандите се делят на монодентатни (H2O, NH3, CO, CN–, NO2–, Cl–, Br–, I–, OH–), бидентатни (C2O42–, SO42– и др.) и полидентатни.

Например в анионното комплексно съединение K3: вътрешната сфера е 3–, външната сфера е 3K+, централният атом е Fe3+, координационното число на централния атом е 6, лигандите са 6CN–, тяхната плътност е –1 (еднозъби).

Номенклатура на комплексните съединения ( IUPAC )

При записване на формулата на сложна частица (йон) първо се записва символът на централния атом, след това лигандите по азбучен ред на техните символи, но първо анионните лиганди и след това неутралните молекули. Формулата е оградена в квадратни скоби.

В името на координационното съединение първо се посочва катионът (за всички видове съединения), а след това анионът. Катионните и неутралните комплекси нямат специален край. В имената на анионните комплекси окончанието -at се добавя към името на централния атом (комплексообразовател). Степента на окисление на комплексообразуващия агент се обозначава с римска цифра в скоби.

Имената на някои лиганди: NH3 - амин, H2O - аква (аква), CN- - циано, Cl- - хлоро, OH- - хидроксо. Броят на идентичните лиганди в координационно съединение се обозначава с префикс: 2-ди, 3-три, 4-тетра, 5-пента, 6-хекса.

Cl диаминсребро(I) хлорид или

диаминсребро(I) хлорид

K2 калиев тетрахлороплатинат(II) или

калиев тетрахлороплатинат (II)

Диаминтрахлороплатина (IV)

Класификация на координационните съединения

Съществуват няколко класификации на координационните съединения: според заряда на комплексната частица, вида на лигандите, броя на комплексообразователите и др.

В зависимост от заряда на сложната частица координационните съединения се делят на катионни, анионни и неутрални.

AT катионни комплексивътрешната сфера се формира само от неутрални молекули (H2O, NH3, CO и т.н.) или молекули и аниони едновременно.

Cl3 хексааквазалеза(III) хлорид

SO4 тетрааминмеден (II) сулфат

Cl2 тетрааминдихлороплатинов (IV) хлорид

AT анионни комплексивътрешната сфера се образува само от аниони или от аниони и неутрални молекули едновременно.

K3 калиев хексацианоферат (III)

Na натриев тетрахидроксоалуминат (III)

Na натриев дикватетрахидроксоалуминат (III)

Неутрални (електронеутрални) комплексисе образуват с едновременна координация към централния атом на аниони и молекули (понякога само молекули).

Диаминдихлороплатина(II)

Тетракарбонилникел (0)

В зависимост от вида на лигандите координационните съединения се делят на: киселинни комплекси (лигандите са киселинни остатъци CN–, NO2–, Cl–, Br–, I– и др.); аква комплекси (лигандите са водни молекули); аминокомплекси (лигандите са амонячни молекули); хидроксокомплекси (лигандите са ОН– групи) и др.

Дисоциация и йонизация на координационни съединения

Катионните и анионните координационни съединения в разтвор напълно се дисоциират по протежение на йонната връзка във вътрешната и външната сфера:

K4 → 4K+ +4–

NO3 → + + NO3–

Сложните йони се подлагат на йонизация (дисоциират) поетапно като слаби електролити:

+ ⇄ + + NH3

+ ⇄ Ag+ +NH3

Образуване на координационни съединения

Образуването на сложни частици (йони) в разтвори от комплексообразуващи метални йони и лиганди става на стъпки:

Ag+ +NH3 ⇄ +

NH3⇄+

и се характеризира със стъпаловидни константи на образуване:

https://pandia.ru/text/80/125/images/image002_43.gif" width="113" height="45">

Ag+ + 2NH3 ⇄ +

Колкото по-голяма е числената стойност на βn, толкова по-силен (по-стабилен) е комплексният йон.

Получаване на координационни съединения

Координационните съединения най-често се получават по следните методи.

1. Взаимодействие на комплексообразуващи метални йони (обикновено разтвор на сол на даден метал) с лиганди (разтвор на сол, киселина, основа и др.):

FeCl3 + 6KCN → K3 + 3KCl

Fe3+ + 6CN– → 3–

2. Пълна или частична замяна на някои лиганди в координационното съединение с други:

K3+6KF → K3+6KSCN

3– + 6F– → 3– + 6SCN–

β6 1,70 103 1,26 1016

Ново координационно съединение се образува, ако неговата константа на образуване е по-голяма от константата на образуване на първоначалното координационно съединение.

3. Замяна на комплексообразуващия метал в координационното съединение при запазване на лигандите. Както в предишния случай, тази трансформация е възможна, ако в този случай се образува по-стабилно координационно съединение.

SO4 + CuSO4 → SO4 + ZnSO4

2+ + Cu2+ → 2+ + Zn2+

β4 2,51 109 1,07 1012

експериментална част

Опит 1. Получаване и разрушаване на хидроксо комплекси

Налейте 1 ml разтвори на цинкови и алуминиеви соли (сулфати, хлориди или нитрати) в две епруветки. Добавете 0,1 mol/l разтвор на NaOH или KOH на капки към всяка от епруветките, докато се образува утайка от съответните хидроксиди. Напишете уравненията на реакцията в йонно-молекулярна форма, посочете цвета на утайките.

ZnSO4 + 2NaOH → Zn(OH)2¯ + Na2SO4

AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3¯ + 3NaCl

Проверява се разтворимостта на получените утайки в 2 mol/l разтвор на натриев или калиев хидроксид. Обърнете внимание на вашите наблюдения. Напишете уравненията на реакцията в йонно-молекулярна форма, посочете цвета на получените разтвори.

Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2

Al(OH)3 + NaOH → Na или Na3

За да разрушите хидроксо комплексите, добавете на капки 2 mol/l разтвор на киселина (HCl, H2SO4 или HNO3) към получените разтвори. Имайте предвид, че с добавянето на киселината разтворите стават мътни или се наблюдават утайки от съответните хидроксиди, които след това се разтварят в излишната киселина. Напишете уравненията на реакцията в йонно-молекулна форма.

Na2 + 2HNO3 → 2NaNO3 + Zn(OH)2¯ + 2Н2О

Zn(OH)2 + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + 2H2O

Na + HCl → Al(OH)3¯ + NaCl ¯ + H2O

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Опит 2. Получаване на тетрааминмеден (II) сулфат и неговото разрушаване (качествена реакция за Cu2+ йон)

Изсипете 2 ml разтвор на меден сулфат в епруветка и на капки добавете 2 mol/l разтвор на амоняк, докато се образува утайка от хидроксомеди(II) сулфат (CuOH)2SO4. Запишете цвета на образуваната утайка. Подредете коефициентите и напишете уравнението на реакцията в йонно-молекулна форма.

2CuSO4 + 2NH3 + 2H2O → (CuOH)2SO4 + (NH4)2SO4

Добавете концентриран разтвор на амоняк към епруветката, докато утайката (CuOH)2SO4 се разтвори напълно. Запишете цвета на разтвора на тетрааминмед(II) сулфат. Подредете коефициентите и напишете уравнението на реакцията в йонно-молекулна форма.

(CuOH)2SO4 + 6NH3 + (NH4)2SO4 → 2SO4 + 2H2O

Разделете получения разтвор на тетрааминмед(II) сулфат в две епруветки. Добавете 2 mol/l разтвор на сярна киселина към първата епруветка и разтвор на натриев сулфид към втората епруветка. Отбележете промяната на цвета на разтвора в първата епруветка и цвета на образуваната утайка във втората епруветка. Подредете коефициентите и напишете уравненията на реакциите в йонно-молекулна форма. Под формулите посочете цвета на оцветените изходни вещества и продуктите на реакцията.

SO4 + 2H2SO4 + 4H2O → SO4 + 2(NH4)2SO4

SO4 + Na2S → CuS + Na2SO4 + 4NH3

Опит 3 Дисоциация на комплексни съединения

Изсипете 3-5 капки разтвор на калиев хлорид в епруветка и добавете малко количество (на върха на шпатула) кристален натриев хексанитрокобалтат (III) Na3. Обърнете внимание на образуването на жълта K2Na утайка. Тази реакция е качествена за калиеви йони.

KCl → K+ + Cl–

2 K+ + Na+ + 3– → K2Na¯

Изсипете 3-5 капки разтвор на железен (III) хлорид в друга епруветка и след това добавете 2-3 капки разтвор на амониев или калиев тиоцианат. Обърнете внимание на промяната в цвета на разтвора. Тази реакция е качествена за Fe3+ йона.

FeCl3 → Fe3+ + 3Cl–

Fe3+ + 6SCN– ⇄ 3–

Извършете подходящи качествени реакции за K+ и Fe3+ йони в разтвор на калиев хексацианоферат(III) K3. Обърнете внимание на вашите наблюдения.

Кое от следните две уравнения на дисоциация за K3 във воден разтвор:

K3 → 3K+ + 3–

K3 → 3K+ + Fe3+ + 6CN–

в съответствие с вашите наблюдения?

Формулирайте заключение за естеството на дисоциацията на сложни (координационни) съединения в водни разтвори.

SO 4

Цел: получаване на комплексна сол на сулфат-тетроамино мед от син витриол CuSO 4 ∙5H 2 O и концентриран амонячен разтвор NH 4 OH.

Мерки за безопасност:

1. Стъклената химическа стъклария трябва да се борави внимателно и да се провери за пукнатини преди употреба.

2. Преди да започнете работа, трябва да проверите изправността на електрическите уреди.
3. Нагряването да се извършва само в топлоустойчиви съдове.

4. Прецизно и икономично използвайте химикала. реактиви. Не ги вкусвайте, не ги помирисвайте.

5. Работата трябва да се извършва в халати.

6. Амонякът е отровен и изпаренията му дразнят лигавицата.

Реактиви и оборудване:

Концентриран амонячен разтвор - NH 4 OH

Етилов алкохол - C 2 H 5 OH

Меден сулфат - CuSO 4 ∙ 5H 2 O

Дестилирана вода

Измервателни цилиндри

Петри

Вакуумна помпа (водоструйка Вакуумна помпа)

стъклени фунии

Теоретична обосновка:

Комплексните съединения са вещество, съдържащо комплексообразуващ агент, с който са свързани определен брой йони или молекули, наречени добавки или легенди. Комплексообразователят с адендите съставлява вътрешната сфера на комплексното съединение. Във външната сфера на комплексните съединения има йон, свързан с комплексния йон.

Сложните съединения се получават чрез взаимодействие на по-прости по състав вещества. Във водни разтвори те се дисоциират, за да образуват положително или отрицателно зареден комплексен йон и съответния анион или катион.

SO 4 = 2+ + SO 4 2-

2+ \u003d Cu 2+ + 4NH 3 -

Комплекс 2+ оцветява разтвора в метличина - син цвят и Cu2+ и 4NH3 взети поотделно не дават такова оцветяване. Сложните съединения имат голямо значениев приложната химия.

SO4 - тъмно лилави кристали, разтворими във вода, но неразтворими в спирт.При нагряване до 1200C губи вода и част от амоняка, а при 2600C губи целия амоняк.При съхранение на въздух солта се разлага.

Уравнение на синтеза:

CuSO4 ∙ 5H2O +4NH4OH = SO4 ∙ H2O + 8H2O

CuSO4 ∙ 5H2O + 4NH4OH= SO4 ∙ H2O + 8H2O

mm CuSO4 ∙ 5H2O = 250 g/mol

mm SO4 ∙ H2O = 246 g/mol

6g CuSO4∙ 5H2O - Xg

250 g CuSO4 ∙ 5H2O - 246 SO4 ∙ H2O

Х=246∙6/250= 5.9 g SO4 ∙ H2O

Напредък:

Разтворете 6 g меден сулфат в 10 ml дестилирана вода в топлоустойчива чаша. Загрейте разтвора. Разбъркайте енергично, докато се разтвори напълно, след това добавете концентриран разтвор на амоняк на малки порции, докато се появи лилав разтвор. комплексна сол.

След това разтворът се прехвърля в петриево блюдо или порцеланово блюдо и се утаяват кристали от комплексната сол с етилов алкохол, който се налива с бюрета за 30-40 минути, обемът етилов алкохол 5-8 мл.

Получените сложни солни кристали се филтрират на фуния на Бюхнер и се оставят да изсъхнат до следващия ден. След това кристалите се претеглят и се изчислява % добив.

5,9g SO4 ∙ H2O - 100%

m проба - X

X \u003d m проба ∙ 100% / 5,9 g

тестови въпроси:

1.Какъв тип химически връзкив комплексни соли?

2. Какъв е механизмът на образуване на комплексни йони?

3. Как да определим заряда на комплексообразователя и комплексния йон?

4. Как се дисоциира сложна сол?

5. Направете формули на комплексни съединения на дициано - натриев аргентат.

Лаборатория №6

Получаване на ортоборна киселина

Мишена: вземете ортоборна киселина от боракс и на солна киселина.

Мерки за безопасност:

1. Стъклените химически изделия трябва да се обработват внимателно и да се проверяват за пукнатини преди употреба.

2. Преди да започнете работа, трябва да проверите изправността на електрическите уреди.

3. Отоплението да се произвежда само в топлоустойчиви съдове.

4. Внимателно и икономично използвайте химикалите. Не ги вкусвайте, не ги помирисвайте.

5. Работата трябва да се извършва в халати.

Оборудване и реактиви:

Натриев тетраборат (декахидрат) - Na 2 B 4 O 7 * 10H 2 O

Солна киселина (конц.) - HCl

Дестилирана вода

Електрическа печка, вакуумна помпа (водоструйна вакуумна помпа), чаши, филтърна хартия, порцеланови чаши, стъклени пръчки, стъклени фунии.

Напредък:

5 g натриев тетраборат декахидрат се разтварят в 12,5 ml вряща вода, добавят се 6 ml разтвор на солна киселина и се оставя да престои един ден.

Na 2 B 4 O 7 * 10H 2 O + 2HCl + 5H 2 O \u003d 4H 3 BO 3 + 2NaCl

Утайката от ортоборна киселина се декантира, промива се с малко количество вода, филтрува се под вакуум и се суши между листове филтърна хартия при 50-60 0 С в пещ.

За да се получат по-чисти кристали, ортоборната киселина се прекристализира. Изчислете теоретичната и практическата продукция

Тестови въпроси:

1. Структурна формула на боракс, борна киселина.

2. Дисоциация на боракс, борна киселина.

3. Напишете формулата на натриева тетраборатна киселина.

Лаборатория #7

Получаване на меден оксид (II)

Мишена: получаване на меден (II) оксид CuO от меден сулфат.

Реактиви:

Меден сулфат (II) CuSO 4 2- * 5H 2 O.

Калиев и натриев хидроксид.

Разтвор на амоняк (p \u003d 0,91 g / cm 3)

Дестилирана вода

Оборудване:технохимични везни, филтри, чаши, бутилки, вакуумна помпа(водоструйна вакуумна помпа) , термометри, електрическа печка, Бюхнерова фуния, Бунзенова колба.

Теоретична част:

Медният (II) оксид CuO е черно-кафяв прах, при 1026 0 C се разлага на Cu 2 O и O 2, почти неразтворим във вода, разтворим в амоняк. Медният (II) оксид CuO се среща естествено като черен, землист продукт на изветряне на медни руди (мелаконит). В лавата на Везувий е открит кристализиран под формата на черни триклинни таблетки (тенорит).

По изкуствен начин медният оксид се получава чрез нагряване на мед под формата на стърготини или тел във въздух при температура на червена топлина (200-375 0 C) или чрез калциниране на карбонатен нитрат. Полученият по този начин меден оксид е аморфен и има изразена способност да адсорбира газове. При калциниране при повече висока температуравърху медната повърхност се образува двуслойна скала: повърхностен слойе меден (II) оксид, а вътрешният е червен меден (I) оксид Cu 2 O.

Медният оксид се използва при производството на стъклени емайли, за придаване на зелен или син цвят, освен това CuO се използва при производството на медно-рубинено стъкло. При нагряване с органични вещества медният оксид ги окислява, превръщайки въглерода и въглеродния диоксид и водорода във вода, докато се редуцира до метална мед. Тази реакция се използва в елементния анализ. органична материя, да се определи съдържанието на въглерод и водород в тях. В медицината също намира приложение, предимно под формата на мехлеми.

2. Пригответе наситен разтвор от изчисленото количество меден сулфат при 40 0 ​​​​C.

3. Пригответе 6% алкален разтвор от изчисленото количество.

4. Загрейте алкалния разтвор до 80-90 0 C и изсипете разтвора на меден сулфат в него.

5. Сместа се загрява при 90 0 С за 10-15 минути.

6. Утайката се оставя да се утаи, промива се с вода, докато йонът се отстрани. SO 4 2- (Проба BaCl 2 + HCl).

Комплексни съединения на металите

Металите в живите системи, като правило, съществуват като част от различни сложни съединения с биолиганди. Следователно това най-важно свойство на металите - способността им да образуват различни сложни структури - ще бъде разгледано преди всичко на отделни примери.

1. Аквакомплекси

Във водни разтвори d-металните катиони в свободна форма (включително в тялото) съществуват под формата на n + aquo комплекси, които обикновено се означават като Me n + или Me p + hydr. "Avo комплекси на някои метали, в по-специално, мед (II), манган (P), сребро (1) са доста стабилни, така че солите на тези метали не претърпяват хидролиза.

2. Амоняк

Амонячни комплекси - добри моделиза да разберем структурите, свързани с образуването на биологични съединения, съдържащи аминогрупи в техния състав, нека разгледаме реакциите на взаимодействие в разтвор на метални йони с амоняк, като използваме примера на елементи от подгрупите на мед и цинк.

А. Образуване на меден (II) амоняк.

2+ (синьо) + 4NH 3  2+ (синьо) +4H 2 0

В молекулярна форма този процес може да бъде представен по следния начин:

SO 4 + 4NH 3  S0 4 + 4H 2 O

И опростено, без да отразява образуването на аквакомплекса в записа, уравнението ще приеме формата:

В бъдеще, когато записваме реакции в йонна или молекулярна форма, ще пишем металните йони в опростената форма Me n +, което означава хидратирани йони.

CuSO 4 + 4NH 3  SO 4

Важен аспект от поведението на "биокомплексите", т.е. комплекси в живите системи е тяхната стабилност. Ето защо е важно да се знаят факторите, които влияят върху стабилността на сложните системи и възможни начинитяхното унищожаване.

Причината за разрушаването на комплекса може да бъде отстраняването на комплексообразователя (Cu 2+) от вътрешната сфера на комплекса и свързването му под формата на слабо разтворимо съединение (CuS в първата реакция) или отстраняването на лиганди (NH3) и тяхното свързване в по-стабилно съединение (NH 4 + йон във втората реакция).

Б. Разтваряне на сребърен хлорид в разтвор на излишен амоняк с образуването на сребърен амоняк.

AgCl + 2NH 3 (излишък) --> Cl (безцветен)

Този комплекс също може да бъде унищожен по няколко начина.

В. Взаимодействието на цинкови и кадмиеви соли с амоняк също води до образуване на амонячни комплекси.

D. Реакцията на живачен (II) хлорид (живачен хлорид) с амоняк завършва с образуването на утайка бял цвят- аминоживачен хлорид (бяла утайка - антисептик), който не е комплексно съединение.

HgCl 2 + 2NH 3 -> Cl-Hg-NH 2  + NH 4 C1

3. Хелатни комплекси с аминокиселини

Много металоензими, в които металните йони се свързват с протеин чрез кислорода на карбоксилните групи и азота на аминогрупите, са биокластери ( протеинови комплекси) са стабилни хелатни съединения.

Процесът на взаимодействие на аквакомплекси на биометали с аминокиселини, водещ до такива структури, е придружен от рязко увеличаване на ентропията на системата (AS> 0) поради значително увеличаване на броя на частиците (ентропиен ефект).Например, в случай на медни (II) йони и глицин 1:

Хелатен (ентропичен) ефект -увеличаването на ентропията и образуването на пет- и шест-членни пръстени е причината за относително по-високата стабилност на хелатните съединения в сравнение с подобни метални комплекси с монодентатни лиганди или с хелатни реагенти, но с по-малко хелатни пръстени.

Обърнете внимание, че токсичността на медните съединения се дължи не само на свързването на тиола (виж по-горе), но и на аминогрупите на протеините, което води до нарушаване на ензимната активност и, следователно, нормалния живот.

4. Хелатни комплекси с етилендиаминтетраоцетна киселина (EDTA). трилон B (Na 2 EDTA). пентацин- комплексони, използвани в широко разпространения метод на хелатотерапия.

В тази диаграма Trilon B е показан като тетрадентатна лиганда, но трябва да се има предвид, че този комплексен е в състояние да образува шест връзки с комплексообразователя и е по-правилно крайният продукт да се напише в различна форма.

5. Макроциклични комплекси

Много биоактивни съединения се основават на комплекси, базирани на макрохетероцикли. Примери за такива структури са разгледани по-долу. И. порфиринов цикъл.

хлорофили (а, b): Me = Mg 2+, X и Y отсъстват.

Хем протеини(хемоглобин, миоглобин, цитохроми, ензими - каталаза, пероксидаза): Me = Fe 2+ (Fe 3+); X - H2O, O2, CO, CN-; Y - органичен остатък.

б. Цикъл на Корин(подобно на порфирина, различава се в няколко детайла).

Витамин B 12 (фактор на растежа, хемопоетичен стимулант): Me = Co 3+, X = CN, Y - органичен остатък.

AT. Мембранни/активни комплекси.

Сред природните комплексни съединения специално място заемат макрокомплексите, базирани на циклични полипептиди, съдържащи вътрешни кухини с определени размери, в които има няколко кислородсъдържащи групи, способни да свързват катиони на тези метали, чиито размери съответстват на размерите на кухина. Такива структури, намиращи се в биологични мембрани, осигуряват транспортирането на йони през мембраните и затова се наричат йонофори.

Естествените йонофори, които изпълняват йонно-транспортни функции, са антибиотици: валиномицин и нонактин.

Краун етери и криптанди са модели на естествени йонофори. Първият от тях селективно взаимодейства с алкални метали, вторият - с алкалоземни метали.

Най-простите краун етери имат обща формула (CH 2 CH 2 O) n.

Стабилността на комплексите с краун етери е свързана с размера на металните йони и размера на цикъла. Li + се свързва по-силно с краун-4 (числото "4" показва броя на кислородните атоми, съдържащи се в цикъла на молекулата на краун етера), Na + - с краун-5, K + - Скорона-6, Cs + - с корона-8.

Криптанди - макробициклични лиганди - най-ефективно свързват йони на алкалоземни метали, те дори могат да разтворят бариев сулфат.

6. Комплексни съединения, лежащи в основата на качествените реакции към йониFe 2+ . Fe 3+ . ко 2+ . Ni 2+ . hg 2+

Качествена реакция към Fe 2- йона е взаимодействието с калиев хексацианоферат (III) (червена кръвна сол). В този случай се образува синя утайка - калиево-железен (II) хексацианоферат (III) (turnbull blue).

FeSO 4 (II) + K 3 (III) -> KFe (III) (синьо) + K 2 SO 4

Качествените реакции към Fe 3+ йона са:

Взаимодействие с калиев хексацианоферат(II) (жълта кръвна сол).

Това произвежда синя утайка. - хексацианоферат(III) калий-желязо(II) (пруско синьо).

FeCl 3 + K 4 -> KFe + ZKS1

Трябва да се отбележи, че в този случай, за разлика от предишния, има редокс процес, при който железният (III) хлорид действа като окислител, тъй като неговият редокс потенциал [f ° (Fe 3+ / Fe 2+) \u003d + 0,77 V] е по-голям от редокс потенциала на комплексния йон - хексацианоферат (II) (f ° 3- / 4 ~ \u003d + 0,36 V), който е редуциращ агент. По този начин находищата на Turnbull Blue и Prussian Blue са идентични не само по цвят, но и по химична структура.

Взаимодействие с калиев тиоцианат.

В този случай се образува червен комплекс - триаквотритио-цианатожелязо(III).

3+ (жълт) + 3SCN -  (червен) + ZN 2 O

Качествена реакция към йона Co 2+ е взаимодействието с амониев тиоцианат, с образуването на амониев тетраизотиоцианатокобалтат (II) от син цвят, който е стабилен само в органичен разтворител като амилов алкохол.

[Co (H 2 O) 4] 2+ + 4NCS -  2- (синьо) + 4H 2 O

Качествена реакция към йона Ni 2+ е Реакцията на Чугаев -взаимодействие с диметилглиоксим, в този случай се образува хелатно съединение с яркочервен цвят - никелов диметилглиоксимат. Реакцията се провежда в разтвор на амоняк. Много е чувствителен, използван в. токсикология и съдебна медицина за откриване на никел.

Качествена реакция на живачен (II) йон е взаимодействието му с разтвор на калиев йодид. Първо се утаява оранжева утайка от живачен (II) йодид, който се разтваря в излишък от калиев йодид, за да образува безцветно комплексно съединение, калиев тетрайодомеркурат (II).

HgCl 2 + 2KI -> HgI 2  + 2KC1 HgI 2 + 2K1 (излишък) -> K 2

Разтвор на тази сол в концентриран разтворкаустик е известен с името реактив на Неслери се използва като чувствителен реагент за амониев йон и амоняк.