Комплексы в водном растворе

9 заданий

Аквакомплексы и окраска

Безводный сульфат меди — белый порошок; капля воды — и он синеет: образуется аквакомплекс. Медный купорос \(\ce{CuSO4*5H2O}\) — это на самом деле \(\ce{[Cu(H2O)4]SO4*H2O}\): четыре молекулы воды у меди, пятая связана водородными связями с сульфатом.

Аквакомплекс	Окраска
\(\ce{[Cu(H2O)6]^2+}\)	голубая
\(\ce{[Ni(H2O)6]^2+}\)	зелёная
\(\ce{[Co(H2O)6]^2+}\)	розовая
\(\ce{[Fe(H2O)6]^2+}\)	бледно-зелёная
\(\ce{[Cr(H2O)6]^3+}\)	фиолетовая
\(\ce{[Mn(H2O)6]^2+}\)	бледно-розовая

edit_noteГидратная изомерия

Хлорид хрома(III) кристаллизуется в трёх формах одного состава \(\ce{CrCl3*6H2O}\): фиолетовая \(\ce{[Cr(H2O)6]Cl3}\), светло-зелёная \(\ce{[Cr(H2O)5Cl]Cl2*H2O}\) и тёмно-зелёная \(\ce{[Cr(H2O)4Cl2]Cl*2H2O}\). Нитрат серебра на холоду осаждает из них 3, 2 и 1 моль \(\ce{AgCl}\). Замещение внутрисферной воды хлоридом у хрома(III) идёт часами — поэтому формы можно разделить.

scienceВода как лиганд

\(\ce{CuSO4 + 5H2O -> CuSO4*5H2O}\) — белый порошок синеет: проба на воду в органических жидкостях.
\(\ce{CoCl2*6H2O ->[t] CoCl2 + 6H2O}\) — розовые кристаллы становятся синими: индикатор влажности в силикагеле.
\(\ce{[Cr(H2O)6]^3+ + Cl- <=> [Cr(H2O)5Cl]^2+ + H2O}\) — медленно, при нагревании: раствор зеленеет.

Аммиакаты

Аммиак — более сильное основание Льюиса, чем вода, и вытесняет её из аквакомплексов многих металлов. Но он ещё и основание Брёнстеда — поэтому сначала выпадает гидроксид.

edit_noteМедь и аммиак

Капаем раствор аммиака в раствор \(\ce{CuSO4}\): 1) голубой осадок: \(\ce{Cu^2+ + 2NH3 + 2H2O -> Cu(OH)2 v + 2NH4+}\); 2) в избытке осадок растворяется, раствор становится ярко-васильковым: \(\ce{Cu(OH)2 + 4NH3 -> [Cu(NH3)4]^2+ + 2OH-}\) (точнее, \(\ce{[Cu(NH3)4(H2O)2]^2+}\)).

scienceАммиакаты металлов

\(\ce{NiSO4 + 6NH3 -> [Ni(NH3)6]SO4}\) — сине-фиолетовый.
\(\ce{AgNO3 + NH3 + H2O -> AgOH v + NH4NO3}\) (\(\ce{2AgOH -> Ag2O + H2O}\)), затем \(\ce{Ag2O + 4NH3 + H2O -> 2[Ag(NH3)2]OH}\) — реактив Толленса (реакция «серебряного зеркала» с альдегидами).
\(\ce{ZnSO4 + 4NH3 -> [Zn(NH3)4]SO4}\) — бесцветный.
\(\ce{4[Co(NH3)6]^2+ + O2 + 2H2O -> 4[Co(NH3)6]^3+ + 4OH-}\) — аммиакат кобальта(II) окисляется воздухом: комплексообразование стабилизирует кобальт(III).

errorНе все металлы дают аммиакаты

\(\ce{Al^3+}\), \(\ce{Fe^3+}\), \(\ce{Cr^3+}\) (быстро), \(\ce{Mg^2+}\) с аммиаком дают только гидроксиды: вода и гидроксид-ион для них предпочтительнее аммиака (жёсткие кислоты). Это основа разделения катионов аммиаком.

auto_awesomeРеактив Швейцера

Раствор \(\ce{[Cu(NH3)4](OH)2}\) растворяет целлюлозу. В XIX веке так получали медно-аммиачное волокно — один из первых видов искусственного шёлка.

Хлоридные и гидроксокомплексы

Состав комплекса в растворе зависит от концентрации лигандов — и цвет раствора это показывает.

edit_noteХлорид меди при разбавлении

Концентрированный раствор \(\ce{CuCl2}\) в соляной кислоте — жёлто-зелёный (\(\ce{[CuCl4]^2-}\) жёлтый + аквакомплекс голубой). Разбавляем — хлорид вытесняется водой, раствор становится голубым.

edit_noteКобальт в соляной кислоте

\(\ce{[Co(H2O)6]^2+}\) (розовый, октаэдр) + \(\ce{4Cl-}\) ⇄ \(\ce{[CoCl4]^2-}\) (синий, тетраэдр) + \(\ce{6H2O}\). Концентрированная \(\ce{HCl}\), нагревание, ацетон (связывает воду) сдвигают вправо; вода и охлаждение — влево.

scienceАнионные комплексы

\(\ce{AuCl3 + HCl -> H[AuCl4]}\) — золотохлористоводородная кислота.
\(\ce{FeCl3 + Cl- <=> [FeCl4]-}\) — жёлтая окраска концентрированных растворов.
\(\ce{HgCl2 + 2Cl- -> [HgCl4]^2-}\).
\(\ce{Zn(OH)2 + 2OH- -> [Zn(OH)4]^2-}\); \(\ce{Al(OH)3 + OH- -> [Al(OH)4]-}\) — гидроксокомплексы.
\(\ce{CuCl + Cl- -> [CuCl2]-}\) — хлорид меди(I) растворяется в концентрированной соляной кислоте.

boltЛиганды соревнуются

В растворе всегда идёт конкуренция: вода против хлорида, аммиака, гидроксида. Побеждает тот, кого больше (закон действующих масс) и кто прочнее связывается (константа устойчивости). Поэтому «формула» комплекса в растворе — это преобладающая форма при данных условиях.

push_pinГлавное

В воде катион — это аквакомплекс: \(\ce{[Cu(H2O)6]^2+}\) голубой, \(\ce{[Ni(H2O)6]^2+}\) зелёный, \(\ce{[Co(H2O)6]^2+}\) розовый, \(\ce{[Cr(H2O)6]^3+}\) фиолетовый. Другие лиганды вытесняют воду ступенчато: аммиак сначала осаждает гидроксид, а в избытке даёт аммиакат (\(\ce{[Cu(NH3)4(H2O)2]^2+}\) васильковый); хлорид в концентрированных растворах даёт \(\ce{[CuCl4]^2-}\) (жёлто-зелёный), \(\ce{[CoCl4]^2-}\) (синий). Гидратная изомерия: \(\ce{CrCl3*6H2O}\) существует в трёх формах с разным числом внешнесферных хлорид-ионов.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.