czyli reakcje wymiany ligandów i ich zastosowanie Mateusz Bożejko Edmund Pelc Liceum Ogólnokształcące nr III we Wrocławiu

Transkrypt

1 czyli reakcje wymiany ligandów i ich zastosowanie Mateusz Bożejko Edmund Pelc Liceum Ogólnokształcące nr III we Wrocławiu

2 Podstawowe pojęcia Podstawowe pojęcia Związek kompleksowy Sfera koordynacyjna Ligand Liczba koordynacyjna Związek, którego cząsteczki są zbudowane z atomu centralnego i ligandów lub zawierają przynajmniej jeden jon o takiej budowie. Otoczenie atomu centralnego w danym kompleksie. Jon, lub cząsteczka związana z atomem centralnym; jest donorem pary elektronowej. Liczba ligandów związanych z atomem centralnym w danym kompleksie.

3 Jon koordynacyjny (kompleksowy) Atom centralny Ligandy

4 Wymiana ligandów Ligandy związku kompleksowego można zamienić w reakcji wymiany pojedynczej lub podwójnej, będącej reakcją podstawienia (substytucji). Reakcja taka może być reakcją redoks. Za pomocą tej reakcji można na wiele sposobów zmieniać barwę związku kompleksowego, zamieniając wyłącznie ligandy.

5 Rodzaje reakcji wymiany ligandów Wymiana ligandów Substytucja nukleofilowa Substytucja elektrofilowa Oksydacyjnoredukcyjna Mieszane

6 Wymiana ligandów Rozpuszczalnik Rodzaje wymiany ligandów Ligand 1 Ligand 2

7 Pomiary Wykonano absorbcyjne widma elektronowe otrzymanych związków kompleksowych jonów metali d-elektronowych. Orbital d eg Rejestruje się widma związane z przejściami w rozszczepionym orbitalu typu d. Przejścia są zasadniczo charakterystyczne dla danego metalu (przy określonej liczbie koordynacyjnej). Zamiana rodzaju ligandów powoduje natomiast przesunięcie maksimum absorbcji w kierunku fal dłuższych lub krótszych. Schemat rozszczepienia orbitalu d t 2 g

8 Cel doświadczenia 1. Wykazanie, że reakcje wymiany ligandów mogą zachodzić, jeżeli powstający kompleks jest trwalszy od tego, który stanowił substrat.

9 Odczynniki H 2 O CuSO 4 5H 2 O NH 3(aq)

10 Schemat wykonania NH 3 H 2 O [Cu(H 2 O) 6 ] 2+

11 Obserwacje Po dodaniu amoniaku barwa roztworu zmieniła się na granatową.

12 Wnioski Po dodaniu nadmiaru amoniaku zaszła reakcja: [Cu(H 2 O) 6 ] NH 3 H 2 O [Cu(NH 3 ) 4 ] H 2 O Zaszła przebudowa sfery koordynacyjnej, w wyniku której wszystkie cząsteczki wody zostały wymienione przez cząsteczki amoniaku. Kompleks amoniakalny jest bardziej trwały od akwakompleksu.

13 Absorpcja Widmo absorpcyjne kompleksów [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ oraz [Cu(H 2 O) 6 ] Widma absorpcyjne kompleksów miedzi (II) 16500cm [Cu(H 2 O) 6 ] cm -1 [Cu(NH 3 ) 4 ] Liczba falowa [cm -1 ]

14 Cel doświadczenia 2. Wykazanie, że reakcje wymiany ligandów mogą być reakcjami redoks.

15 Substraty [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 [Cr(H 2 O) 6 ]Cl 2 H 2 SO 4

16 Otrzymywanie [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 NH 3(aq) K 2 CO 3 NH 4 NO 3 [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 [Co(CO 3 )(NH 3 ) 4 ]Cl H 2 O 2 H 2 O

17 Otrzymywanie [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 HCl CO 2 [Co(CO 3 )(NH 3 ) 4 ]Cl [CoCl(NH 3 ) 4 (H 2 O)]Cl 2 H 2 O

18 Otrzymywanie [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 NH 3(aq) [CoCl(NH 3 ) 4 (H 2 O)]Cl 2 [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2

19 Absorbcja Widmo absorpcyjne [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl Widmo absorbcyjne kompleksu kobaltu(iii) cm cm [CoCl(NH 3 ) 5 ] Liczba falowa [cm -1 ]

20 Otrzymywanie [Cr(H 2 O) 6 ]Cl 2 Zn (wiórki) H 2 [Cr(H 2 O) 6 ]Cl 3 Pod warstwą organiczną [Cr(H 2 O) 6 ]Cl 2 HCl ZnCl 2

21 Absorbcja Widmo absorpcyjne [Cr(H 2 O) 6 ]Cl Widmo absorbcyjne kompleksu chromu(ii) 14390cm cm Liczba falowa [cm -1 ]

22 Schemat wykonania doświadczenia [Cr(H 2 O) 6 ]Cl 2 H 2 SO 4 Olej silikonowy (warstwa organiczna) [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2

23 Obserwacje Olej silikonowy (warstwa organiczna) [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 Mieszanina produktów reakcji [Cr(H 2 O) 6 ]Cl 2

24 Absorbcja Widmo absorpcyjne mieszaniny poreakcyjnej 2.5 Widmo absorbcyjne chromu(iii) oraz mieszaniny produktów reakcji 33120cm cm cm [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ Mieszanina poreakcyjna Liczba falowa [cm-1]

25 Wnioski Zaszła reakcja: [CoCl(NH 3 ) 5 ] 2+ + [Cr(H 2 O) 6 ] H 3 O + [Co(H 2 O) 6 ] 2+ + [CrCl(H 2 O) 5 ] NH 4 + Kobalt zredukował się z Co(III) do Co(II), a chrom utlenił z Cr(II) do Cr(III) Reakcja jest reakcją oksydacyjno-redukcyjną

26 Zastosowania Otrzymywanie kompleksów (np. kobaltu(iii) czy kompleksów chelatowych) na potrzeby przemysłu farmaceutycznego, do laboratoriów analitycznych i badań. Termowskaźniki układy zawierające kompleks wymieniający ligand w określonej temp. Zmiany barwy pod wpływem ciśnienia, czy rozpuszczalnika.

27 Literatura Cieślak-Golonka M., Starosta J., Wasielewski M., Wstęp do chemii koordynacyjnej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013 Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009 Fotografie: Mateusz Bożejko, Edmund Pelc

28