2+ +

czyli reakcje wymiany ligandów
i ich zastosowanie
Mateusz Bożejko Edmund Pelc
Liceum Ogólnokształcące nr III we Wrocławiu
Podstawowe pojęcia
Podstawowe pojęcia
Związek
kompleksowy
Sfera koordynacyjna
• Związek, którego cząsteczki • Otoczenie atomu
centralnego w danym
są zbudowane z atomu
kompleksie.
centralnego i ligandów lub
zawierają przynajmniej
jeden jon o takiej budowie.
Ligand
Liczba koordynacyjna
• Jon, lub cząsteczka
związana z atomem
centralnym; jest donorem
pary elektronowej.
• Liczba ligandów związanych
z atomem centralnym w
danym kompleksie.
Jon koordynacyjny (kompleksowy)
Atom
centralny
Ligandy
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.
Rodzaje reakcji wymiany
ligandów
Wymiana ligandów
Substytucja
nukleofilowa
Substytucja
elektrofilowa
Oksydacyjnoredukcyjna
Mieszane
Wymiana ligandów
Rozpuszczalnik
Rodzaje
wymiany
ligandów
Ligand 1
Ligand 2
Pomiary
Wykonano absorbcyjne widma elektronowe
otrzymanych związków kompleksowych jonów
metali d-elektronowych.
 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.
Orbital d
eg
t2g
Schemat rozszczepienia orbitalu d
Cel doświadczenia 1.
Wykazanie, że reakcje wymiany ligandów mogą
zachodzić, jeżeli powstający kompleks jest
trwalszy od tego, który stanowił substrat.
Odczynniki
H2O
CuSO4  5H2O
NH3(aq)
Schemat wykonania
NH3∙H2O
[Cu(H2O)6]2+
Obserwacje
Po dodaniu amoniaku barwa
roztworu zmieniła się na
granatową.
Wnioski
Po dodaniu nadmiaru amoniaku zaszła reakcja:
[Cu(H2O)6]2+ + 4NH3∙ H2O ⇌ [Cu(NH3)4]2+ + 10H2O
• Zaszła przebudowa sfery koordynacyjnej, w wyniku której wszystkie
cząsteczki wody zostały wymienione przez cząsteczki amoniaku.
• Kompleks amoniakalny jest bardziej trwały od akwakompleksu.
Widmo absorpcyjne kompleksów [Cu(NH3)4]2+ oraz
[Cu(H2O)6]2+
2.5
Widma absorpcyjne kompleksów miedzi (II)
16500cm-1
Absorpcja
2
1.5
12400cm-1
1
[Cu(H2O)6]2+
[Cu(NH3)4]2+
0.5
0
7300
9850
12400
14950
17500
Liczba falowa [cm-1]
20050
22600
Cel doświadczenia 2.
Wykazanie, że reakcje wymiany ligandów mogą
być reakcjami redoks.
Substraty
[CoCl(NH3)5]Cl2
[Cr(H2O)6]Cl2
H2SO4
Otrzymywanie [CoCl(NH3)5]Cl2
NH3(aq)
[Co(H2O)6]Cl2
H2O2
K2CO3
NH4NO3
[Co(CO3)(NH3)4]Cl
H2O
Otrzymywanie [CoCl(NH3)5]Cl2
CO2
HCl
[Co(CO3)(NH3)4]Cl
[CoCl(NH3)4(H2O)]Cl2
H2O
Otrzymywanie [CoCl(NH3)5]Cl2
NH3(aq)
[CoCl(NH3)4(H2O)]Cl2
[CoCl(NH3)5]Cl2
Widmo absorpcyjne [CoCl(NH3)5]Cl2
Widmo absorbcyjne kompleksu kobaltu(III)
1.25
Absorbcja
1
18100cm-1
27580cm-1
0.75
[CoCl(NH3)5]2+
0.5
0.25
0
8000
11000
14000
17000
20000
Liczba falowa [cm-1]
23000
26000
29000
Otrzymywanie [Cr(H2O)6]Cl2
Zn(wiórki)
[Cr(H2O)6]Cl3
Pod warstwą
organiczną
HCl
H2
[Cr(H2O)6]Cl2
ZnCl2
Widmo absorpcyjne [Cr(H2O)6]Cl2
Widmo absorbcyjne kompleksu chromu(II)
0.6
14390cm-1
Absorbcja
0.45
0.3
23820cm-1
0.15
0
8000
11000
14000
17000
20000
Liczba falowa [cm-1]
23000
26000
29000
Schemat wykonania doświadczenia
[Cr(H2O)6]Cl2
H2SO4
Olej silikonowy
(warstwa organiczna)
[CoCl(NH3)5]Cl2
Obserwacje
Olej silikonowy (warstwa organiczna)
[CoCl(NH3)5]Cl2
Mieszanina produktów reakcji
[Cr(H2O)6]Cl2
Widmo absorpcyjne mieszaniny poreakcyjnej
Widmo absorbcyjne chromu(III) oraz mieszaniny produktów reakcji
2.5
33120cm-1
2
Absorbcja
24530cm-1
1.5
17370cm-1
[Cr(H2O)6]3+
1
Mieszanina
poreakcyjna
0.5
0
14000
18000
22000
26000
Liczba falowa [cm-1]
30000
34000
Wnioski
Zaszła reakcja:
[CoCl(NH3)5]2+ + [Cr(H2O)6]2+ + 5H3O+ ⇌ [Co(H2O)6]2+ + [CrCl(H2O)5]2+ + 5NH4+
• Kobalt zredukował się z Co(III) do Co(II), a chrom utlenił z Cr(II) do Cr(III)
• Reakcja jest reakcją oksydacyjno-redukcyjną
Zastosowania
Otrzymywanie kompleksów (np.
kobaltu(III) czy kompleksów
chelatowych) na potrzeby
przemysłu farmaceutycznego,
do laboratoriów analitycznych i
badań.
Zmiany barwy pod wpływem
ciśnienia, czy rozpuszczalnika.
Termowskaźniki – układy
zawierające kompleks
wymieniający ligand w
określonej temp.
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