Исследование свойств синтезированного соединения

Курсовая работа

Синтез тригидрат трис(оксалато)кобальтата (III) калия

K₃[Co(C₂O₄)₃] ∙ 3H₂O

Выполнили:

студенты 1 курса

Бабич Валерия Олеговна,

Васильев Антон Андреевич

Научный руководитель:

Васильченко Д. Б

Новосибирск 2013 г.

Содержание

1. Введение 3

2. Литературный обзор 3

3. Практическая часть 5

4. Исследование свойств синтезируемого соединения 6

5. Вывод 8

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы является синтез комплексного соединения тригидрат трис(оксалато)кобальтата (III) калия K₃[Co(C₂O₄)₃] ∙ 3H2O.

Качество синтеза предполагалось проверить с помощью инфракрасной и электронной спектроскопии.

Данная работа является учебной. А сам метод синтеза достаточно универсален, и применим для широкого круга аналогичных комплексов переходных металлов.

Литературный обзор

Свойства кобальта и его соединения

Кобальт был открыт в тысяча семьсот тридцать пятом году Брандтом Кобальтом.

Характеристика металла. Серо-стальной; очень вязкий; твердость 5,5 по Моосу; ферромагнетик, легко растворяется в окисляющих кислотах, медленно растворяется в неокисляющих кислотах в простых соединениях самая устойчивая степень окисления +2, для комплексных соединений более устойчивой является степень окисления +3.

Важнейшие минералы: смальтин CoAs₂ кобальтовый шпейс, кобальтин CoAsS кобальтовый блеск, эритрит Co₃(AsО₄)₂ • 8Н₂О кобальтовый цвет, гетерогенит Со₂О₃ • Н₂О или Со₂О₃ • 2Н₂О, линнеит Co₃S₄ кобальтовый колчедан.

Главные месторождения: Заир, Канада, Россия, Германия, Швеция, Норвегия.

Основное получение. Кобальт можно получить, восстанавливая углем из его оксида:

Со₂O₃ + ЗС → 2Co + 2CO

Кобальт является компонентом сплавов, составной частью катализатора (синтез Фишера — Троппа), а также искусственный изотоп 60Со используют в технике и медицине.

Соединения кобальта

Простые неорганические соединения наиболее устойчивы для кобальта в степени окисления +2. Стандартный природный потенциал Co³⁺/Co²⁺ сильно зависит от природы лиганда.

Стабилизация кристаллическим полем делает более благоприятным образование кобальта (III) и ослабляет его окислительные свойства. Таким образом, для кобальта в степени окисления +3 характерна очень богатая химия координационных соединений, в то время как его простые неорганические соли неустойчивы в водных растворах, так как являются сильными окислителями. Акцепторные лиганды стабилизируют металл в низких степенях окисления.

1. Соединения кобальта +2.

Степень окисления +2 наиболее устойчива для кобальта. Электронная конфигурация d7,которую он приобретает в этом состоянии, и сравнительно низкая энергия расщепления обеспечивают существование парамагнитных октаэдрических комплексов.

Низкая энергия стабилизации октаэдрическим окружением приводит к энергетической близости между октаэдрическими и тетраэдрическими комплексами, объясняет легкость взаимных переходов между ними. Важную роль в формировании геометрии образующейся комплексной частицы играет стерический фактор: объемные отрицательно заряженные лиганды, такие как Cl⁻, Br⁻, I⁻, SO²⁻, CO²⁻, CO²⁻, способствуют образованию тетраэдрических комплексов, а компактные молекулы H₂O, NH₃ – октаэдрических. В случае некоторых отрицательно заряженных лигандов (OH⁻, NCS⁻, F⁻) в зависимости от условий синтеза могут быть получены комплексы разной геометрии. Часто об изменении координационного числа металла легко судить по переходу одной окраски в другую.

2. Соединения кобальта +3.

Недавние исследования убедительно доказали, что ион [Co(H₂O)₆]³⁺ диамагнитен. Это единственный пример низкоспинового аквакомплекса среди 3d-элементов. Его образование энергетически выгодно. Фторидные комплексы кобальта (III) [CoF₃(H₂O)] – высокоспиновые. Они представляют собой светло-желтые порошки, разлагающиеся водой. Гексафторокобальтат (III) калия K₃[CoF₆] образуется при фторировании смеси хлоридов кобальта (II) и калия при температуре 400° C.

 

Таблица 1. Свойства некоторых соединений кобальта.

Формула	t плавления	Окраска	Прочие свойства
СоО		Оливково-зеленый	Порошок
Со(ОН)2	──	Розовый	Кристаллический
CoF2		Розовый	Кристаллический
СоСl2		Синий	Кристаллический; листочки; очень гигроскопичен
СоВг2		Зеленый	Порошок
СоJ2		Черный (а-), цвета охры (в-)	──
СоСО3	──	Светло-красный	Микрокристаллический порошок
СоН3	──	Темно-серый	+ разбавленная кислота → Н2
CoS		Черный	Осадок полиморфный

 

Кобальт, один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина В12 (кобаламин). Кобальт задействован при кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях. Потребность человека в кобальте 0,007-0,015 мг, ежедневно. В теле человека содержится 0,2 мг кобальта на каждый килограмм массы человека. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз.

Избыток кобальта для человека вреден.

Особенно токсичны пары октакарбонила кобальта - Со₂(СО)₈.

Практическая часть

Оборудование:

· Стакан ёмкостью 150 мл;

· Плитка;

· Магнитная мешалка;

· Капельная воронка;

· Стеклянная коническая воронка;

· Бумажный фильтр;

· Стакан ёмкостью 250 мл;

· Воронка Бюхнера;

· Стеклянная палочка.

Реактивы:

· Вода;

· Щавелевая кислота;

· Оксалат калия;

· Карбонат кобальта (II);

· Диоксид свинца;

· Ледяная уксусная кислота;

· Этанол.

Методика синтеза

1. В стакан ёмкостью 150 мл налили 60 мл воды и нагрели до 80°С на плитке. В горячую воду поместили 1,9 г щавелевой кислоты, 7 г оксалата калия и растворили их при нагревании:

K₂C₂O₄+H₂C₂O₄ = 2KHC₂O₄ (в водном растворе при нагревании). При этом образовалась кислая соль KHC₂O₄.

2. Затем, продолжая нагревание и перемешивание на магнитной мешалке, добавили небольшими порциями 2,5 г карбоната кобальта (II) (каждую следующую порцию добавляли после прекращения выделения диоксида углерода):

KHC₂O₄+CoCO₃ = K₂[Co₂(CO₄)₂]+CO₂+Н₂О.

Раствор приобрел темно-розовый цвет. Смесь охладили до 40 °С.

3. При энергичном перемешивании добавили 2,5 г диоксида свинца, при котором смесь приобрела черный цвет, затем – 2,5 мл ледяной уксусной кислоты из капельной воронки со скоростью 0,5 мл за 2-3 минуты (работали при этом под тягой!). При этом реакционная смесь изменила окраску на темно-изумрудный цвет:

3K₂[Co(C₂O₄)₂]+PbO₂+4CH₃COOH = 2K₃[Co(C₂O₄)₃]+(CH₃COO)₂Pb+(CH₃COO)₂Co+2H₂O.

4. Полученный раствор профильтровали на стеклянной конической воронке через бумажный фильтр («красная лента») в стакане ёмкостью 250 мл. Во время фильтрации от раствора отделили темно-серый осадок. Скорее всего, это был не растворившийся PbO₂.

5. Медленно добавили без перемешивания 75 мл этанола:

K₃[Co(C₂O₄)₃]+C₂H₅OH+3H₂O=K₃[Co(C₂O₄)₃]∙3H₂O+C₂H₅OH. В осадок выпали изумрудные кристаллы.

6. Выпавшие изумрудно-зеленые кристаллы отфильтровали на воронке Бюхнера, промыли 10 мл смеси этанола и воды, взятых в равных количествах, и 5 мл этанола. Это было сделано для того, чтобы этанол забрал лишнюю воду из комплекса и быстрее испарился при сушке. Кристаллы сушили на фильтре током воздуха до тех пор, пока вещество не перестанет прилипать к стеклянной палочке.

7. Сухой препарат перенесли в тарированный бокс и взвесили.

Исследование свойств синтезированного соединения

Характеристика соединения. Соединение представляет собой изумрудно-зеленые игольчатые кристаллы. Температура плавления комплекса 112^оС. Соединение растворимо в воде. Чувствительно к нагреванию.

Таблица 2. Электронный спектр поглощения свежеприготовленного раствора (5∙10^-3 М) в области 350-800 нм.

Пики поглощения	Коэффициент экстинкции
Литературный	Экспериментальный	Литературный	Рассчитанный по экспериментальным данным
		2.37	2.46
		2.25	2.34

Пики поглощения экспериментальные и коэффициенты экстинкции близки к эталону, отличия незначительные, скорее всего это связано с загрязненностью препарата.

Таблица 3. ИК-спектр соединения в области 4000-400 см^-1.

Положение максимумов	Отнесение к связи
Литературное	Экспериментальное
	3469.68	Валентные колебания ОН
	1705.37	Валентные колебания С=О
		Деформационные колебания НОН
	1398.56	Валентные колебания С=О, С - С
	1251.86	Валентные колебания С-О, деформационные колебания ОС=О
	903.63	Деформационные колебания ОС=О, валентные колебания С-О
	825.98	Валентные колебания Со-О
	806.81	Валентные колебания С-С
	565.62	Деформационные колебания ОС=С
	475.86	Деформационные колебания ОС=С
	447.15	Валентные колебания ОН

ИК-спектроскопия подтвердила то, что полученное вещество является комплексом K₃[Co(C₂O₄)₃] ∙ 3H₂O.

Удельная электропроводность свежеприготовленного раствора: 3.09 Ом^-1см^-1.

Молярная электропроводность свежеприготовленного раствора: 309 Ом^-1см².

Расчет выхода комплекса:

Масса получившегося вещества: m=5,3 г.

Количество исходного вещества: m=7,9 г.

Ожидаемая масса полученного комплекса: m=13.84 г.

Общий выход комплекса в процентах: 38.3%.