Лабораторная работа № 9 «Комплексные соединения»

Теоретическое введение

Комплексными соединениями называются определенные химические соединения, образованные сочетанием отдельных компонентов и представляющие собой сложные ионы или молекулы у которых имеются ковалентные связи, образованные по донорно- акцепторному механизм.

В большинстве комплексных соединений различают внутреннюю и внешнюю сферы: K₄[Fe(CN)₆]

Ионы калия – внешняя сфера

[Fe(CN)₆]^4- - внутренняя сфера (комплексный ион). В центре молекулы комплексного соединения находится центральный ион – комплексообразователь. Ионами – комплексообразователями являются ионы металлов. Вокруг центрального иона – комплексообразователя находятся противоположно заряженные ионы или нейтральные молекулы, которые называются лигандами или аддендами. Ион- комплексообразователь и лиганды составляют внутреннюю сферу. Число лигандов (аддендов), которые координируются вокруг центрального иона – комплексообразователя, называют координационным числом.

Fe²⁺- центральный ион – комплексообразователь

CN^- - лиганды (адденды)

Координационное число [Fe(CN)₆]^4- в нашем примере равно шести.

Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов иона – комплексообразователя и лигандов.

У анионных комплексов заряд комплексного иона отрицательный, у катионных – положительный. Например:

К₄[Fe(CN)₆]; К[BiI₄] – анионные комплексы;

[Cu(NH₃)₄]SO₄ – катионный комплекс

[Co(NH₃)₃Cl₃]⁰ - электронейтральный комплекс

У электронейтральных комплексов внешняя сфера отсутствует и заряд их равен нулю.

Анионные и катионные комплексы в растворах диссоциируют:

К₄[Fe(CN)₆] ↔ 4К⁺ + [Fe(CN)₆]^4-

[Cu(NH₃)₄]SO₄ ↔ [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2-

В свою очередь комплексный ион может диссоциировать на ион- комплексообразователь и лиганды:

[Fe(CN)₆]^4- = Fe²⁺ + 6 CN^-;

[Cu(NH₃)₄]²⁺ = Cu²⁺ + 4 NH₃⁰

Прочность комплексных ионов характеризуется величиной константы нестойкости К_н, которая в свою очередь есть ничто иное, как константа равновесия процесса диссоциации комплексного иона на ион- комплексообразователь и лиганды. Константа нестойкости равна произведению концентрации иона- комплексообразователя и лигандов, деленному на концентрацию непродиссоциировавшего комплексного иона.

К_н = [Fe²⁺] ∙ [CN^-]⁶/ {[Fe(CN)₆]^4-}= 1∙ 10^-37

Константа нестойкости, как любая константа равновесия, зависит от природы вещества, от температуры и не зависит от концентрации.

Двойные соли – комплексные соединения с очень большой константой нестойкости. Двойные соли диссоциируют в одну ступень на катионы обоих металлов (или катион аммония) и анионы кислотного остатка:

KAl(SO₄)₂ ↔ K⁺ + Al³⁺ +2 SO₄^2-;

NH₄Fe(SO₄)₂ ↔ NH₄⁺ + Fe³⁺ + 2 SO₄^2-

Экспериментальная часть

Общие требования. В опытах № 1 – 4 написать уравнения электролитической диссоциации полученных комплексных соединений. В опыте № 1 записать выражение константы нестойкости полученного комплексного иона.

Опыт № 1. Анионные комплексы. Тетраиодовисмутат калия

В пробирку к одной капле раствора нитрата висмута Bi(NO₃)₃ прибавить по каплям раствор иодида калия KI до выпадения темно – бурого осадка йодида висмута BiI₃. Растворить этот осадок в избитке раствора иодида калия. Каков цвет полученного раствора?

Опыт № 2. Катионные комплексы. Комплексное основание никеля.

Получить осадок гидроксида никеля (II), внеся в пробирку 4 капли раствора сульфата никеля NiSO₄ и такой же объём раствора щелочи NaOH. К осадку добавить 6 капель 25 % раствора аммиака NH₄OH. Сравнить окраску ионов Ni²⁺ в растворе сульфата никеля с окраской полученного раствора

Опыт № 3. Комплексные соединения в реакциях обмена. Взаимодействие гексацианоферрата (II) калия с сульфатом меди

В пробирку с 5 каплями раствора сульфата меди СuSO₄ добавить такой же объём комплексной соли К₄[Fe(CN)₆]. Отметить цвет образовавшегося осадка гексацианоферрата меди.

Опыт № 4. Разрушение комплексных ионов. Разрушение комплекса при осаждении комплексообразователя

В пробирку с 5 каплями раствора сульфата меди СuSO₄ добавить 3 капли раствора сульфида аммония (NH₄)₂.S. Наблюдать изменение окраски иона тетрааммин меди(II) вследствие его разрушения с выпадением труднорастворимого сульфида меди и обратить внимание на запах аммиака, который высвобождается при разрушении комплексного иона.

[Cu(NH₃)₄]SO₄ + (NH₄)₂S = CuS↓ + 4NH₃↑ + (NH₄)₂SO₄