Загальна інформація
Опис
Експериментальна установка
Багато металів, зокрема перехідні елементи, можуть утворювати комплекси із зарядженими або нейтральними лігандами. Реакції комплексоутворення є рівноважними реакціями.
Стійкість цих комплексів описується константою комплексоутворення, з якою учні познайомляться в цьому експерименті.
Додаткова інформація (1/2)
Попередні знання
Учні та студенти вже повинні бути знайомі з рівновагою складного утворення в теорії.
Вони повинні знати, як розрахувати рівноважні концентрації - враховуючи загальний об'єм відповідного розчину, включаючи використаний розчин калій броміду.
Науковий принцип
Стабільність реакцій комплексоутворення описується константою комплексоутворення.
Додаткова інформація (2/2)
Мета навчання
Студенти та учні на практиці знайомляться з рівновагою складних утворень.
Завдання
Студенти повинні визначити кількість лігандів амінного комплексу срібла осаджувальним титруванням з розчину солі срібла.
Інструкції з техніки безпеки
- Носіть захисні рукавички/ захисний одяг/ захист очей/ захист обличчя.
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Теорія
Комплекси - це хімічні сполуки, які складаються з центрального атома і певної кількості лігандів. Центральним атомом зазвичай є іон металу, особливо часто комплекси утворюють перехідні метали. Лігандами можуть бути заряджені іони (аніони) або нейтральні молекули. Утворення комплексу можна розглядати як реакцію на основі кислоти Льюїса.
Ліганди з їх вільними парами електронів представляють собою основи Льюїса, тоді як центральний атом з його вільними орбіталями функціонує як кислота.
Комплекс утворюється за допомогою атомних зв'язків між лігандами і центральним атомом, при цьому пари електронів надходять тільки від одного партнера - ліганду.
Обладнання
Підготовка та виконання роботи
Підготовка (1/2)
Зберіть експериментальну установку, як показано на наступній сторінці.
Приготуйте розчини, необхідні для експерименту, наступним чином:
- 0,01 молярний розчин нітрату срібла: Зважте 0,425 г нітрату срібла в мірній колбі об'ємом 250 мл, розчиніть його приблизно в 100 мл дистильованої води і долийте дистильованою водою до калібрувальної мітки.
- 0,01 розчин броміду калію: Зважте 0,298 г броміду калію в мірній колбі об'ємом 250 мл, розчиніть його приблизно в 100 мл дистильованої води і долийте дистильованою водою до калібрувальної мітки.
- 2-молярний розчин аміаку: Піпеткою внесіть 37,5 мл 25 % молярного розчину аміаку в мірну колбу об'ємом 250 мл, розбавте його дистильованою водою і долийте дистильованою водою до калібрувальної мітки.
Підготовка (2/2)
Підготуйте чотири мірні колби та чотири колби Ерленмейєра.
Піпеткою внесіть 20 мл 0,01 М розчину нітрату срібла в кожну з чотирьох колб об'ємом 100 мл.
Додайте в колби відповідно 10 мл (колба 1), 15 мл (колба 2), 20 мл (колба 3) і 30 мл (колба 4) 2 молярного розчину аміаку.
Наповніть колби дистильованою водою до калібрувальної мітки.
Перенесіть кожен з цих чотирьох розчинів в окрему (чотири) колбу Ерленмейера об'ємом 250 мл.
Перенесіть ці чотири розчини в окрему колбу Ерленмейєра
Виконання роботи
Експериментальна установка
Візьміть колби Ерленмейєра об'ємом 250 мл і послідовно титруйте кожну з них 0,01 молярним розчином броміду калію, доки розчин не стане злегка каламутним (порівняйте з чистою водою).
Для розрахунку рівноважних концентрацій враховуйте загальний об'єм відповідного розчину, включаючи використаний розчин броміду калію.
Оцінка
Оцінка (1/9)
Утворення комплексу можна описати наступним рівнянням:
де кількість лігандів.
Для цього експерименту реакція комплексоутворення має вигляд:
в якій потрібно визначити кількість лігандів.
Оцінка (2/9)
Константа комплексоутворення може бути розрахована за законом діючих мас:
Перетворивши до логарифмічної форми, отримаємо наступні результати:
Оскільки до чотирьох розчинів нітрату срібла додається надлишок аміаку, концентрація аміаку набагато вища, ніж концентрація нітрату срібла:
Оцінка (3/9)
Відповідно до цього можна припустити, що концентрація комплексу срібла майже дорівнює загальній концентрації іонів срібла в розчині, а також, що концентрація вільного аміаку після реакції комплексоутворення майже дорівнює загальній концентрації аміаку:
За допомогою рівнянь (5), (6) та (7) рівняння (3) спрощується до
Оцінка (4/9)
Після реакції комплексоутворення частина іонів срібла залишається в розчині у вигляді вільних іонів срібла (без лігандів аміаку). Кількість цих вільних іонів срібла можна визначити титруванням розчином калій броміду. Титрування припиняють, коли розчин починає каламутніти (випадає осад, утворюється деяка кількість твердого броміду срібла). У цей момент досягається максимальна розчинність броміду срібла. Це описується добутком розчинності:
Об'єднавши (8) і (9), отримаємо:
Оцінка (5/9)
Концентрація нітрату срібла в чотирьох розчинах постійна:
Отже, з цього випливає:
Об'єднавши рівняння (10) і (12), отримаємо:
.
Оцінка (6/9)
Результат для серії вимірювань зображено на правому рисунку. Нахил кривої становить 2,07, отже, координаційне число срібла дорівнює 2.
Отже, якщо до розчину нітрату срібла додати аміак, то молекули води, які зв'язані з іоном срібла (комплекс "квант"), витісняються молекулами аміаку і утворюється діамінний комплекс срібла:
.
Визначення кількості лігандів, зв'язаних у комплексі
Оцінка (7/9)
Питання
Оцінка (8/9)
Питання
Оцінка (9/9)
Досить експериментувати! Комплекси - це хімічні ____, які складаються з центрального атома і певної кількості ____. Центральним атомом зазвичай є іон ____, особливо часто утворюють комплекси перехідні метали. Лігандами можуть бути ____ іони (аніони) або нейтральні молекули. Утворення комплексу можна розглядати як реакцію на основі кислоти Льюїса. Ліганди з їхніми вільними парами електронів є основами Льюїса, тоді як центральний атом з його вільними орбіталями функціонує як кислота.