Eksperimentaalne töö 2 (7)

Eksperimentaalne töö 2.
Kaksiksoola ja kompleksühendi dissotsiatsioon
1.1 Kolme katseklaasi valada ~2 mL FeNH4(SO4)2 lahust.
a) ühte katseklaasi lisada mõned tilgad NH4SCN lahust. Kui lahuses on Fe3+ ioone värvub lahus tekkiva [Fe(SCN)]2+ tõttu punaseks.
FeNH4(SO4)2 lahusele NH4SCN lisamisel värvus lahus tõepoolest punaseks, seega annab FeNH4(SO4)2 dissotseerudes Fe3+ ioone.
Toimus reaktsioon : FeNH4(SO4)2 + NH4SCN → Fe(SCN)SO4
+ (NH4) 2SO4
b) teise katseklaasi lisada mõned tilgad konts. NaOH lahust ja soojendada . Kui lahuses on NH4+ ioone, on tunda eralduva ammoniaagi lõhna.
Soojendamisel oli tõesti tunda ammoniaagi spetsiifilist teravat lõhna! See tõestas, et ammooniumioonid on lahuses. NaOH lisamisel toimus reaktsioon, kus aluselises keskkonnas vabaneb ammoniaak, reaktsioon näeb välja nii: FeNH4(SO4)2 + 4NaOH → Fe(OH)3 ↓ + NH3 ↑ + 2Na2SO4 + H2O
c) kolmandasse katseklaasi lisada 0,5-1 mL BaCl lahust. Kui lahuses on SO42 – ioone, tekib rasklahustuva BaSO4 sade.
Lahuses on sulfaatioone, sest tekkis valge BaSO4 sade. See reaktsioon oli üks näide sulfaatioonide tõestusreaktsioonist: 2FeNH4(SO4)2 + 3BaCl2→ 2FeCl3 + 3BaSO4↓ + (NH4)2SO4
Sellest kõigest võib järeldada, et FeNH4(SO4)2 dissotseerub nii: FeNH4(SO4)2 → Fe3+ + NH4+ + 2SO42-
Ehk FeNH4(SO4)2 +H2O → FeOH2 - + NH4
1.2 Võtta kahte katseklaasi ~2 mL K3[Fe(CN)6] lahust
a) ühte katseklaasi lisada mõned tilgad NH4SCN lahust. Kas lahuses on Fe3+ ioone?
Peale NH4SCN lisamist ei tekkinud FeSCN2+ iooni ja lahus ei värvunud punaseks. Seega ei anna K3[Fe(CN)6] dissotseerumisel Fe3+ ioone, mida võiski oletada, sest raud on tsentraalaatom selles kompleksis.
b) teise katseklaasi lisada Cd2+ ioone sisaldavat lahust. Kui tekib Cd3[Fe(CN)6]2 sade, tõestab see kompleksiooni eksisteerimist lahuses. Kui lahuses oleksid CN– ioonid , siis sadet ei tekiks, sest Cd(CN)2 on lahustuv.
Cd2+ ioonide lisamisel tekkis Cd3[Fe(CN)6]2 püsiva kompleksi sade, seega ei anna K3[Fe(CN)6] CN–
ioone lahusesse.
K3[Fe(CN)6]2 + Cd2+ → Cd3[Fe(CN)6]2 + 3K+
K3[Fe(CN)6 ]2 3K+ + [Fe(CN)6]3-
Ammiinkompleksid. Saamine ja omadused.
2.1 Nelja katseklaasi valada ~3 mL 0,25 M CuSO4 lahust.
a) ühte katseklaasi lisada tilkhaaval 6-8 tilka 0,5 M NH3 ·H2O vesilahust, loksutada ja seejärel lisada veel ~15 tilka 6M NH3 · H2O vesilahust kuni esialgselt tekkiv Cu(OH)2 sade lahustub ja moodustub selge sademeta tumesinine vase ammiinkompleksi sisaldav lahus. Saadud lahus hoida alles katseteks 2.2. Kirjutada reaktsioonivõrrandid, mis kirjeldavad rasklahustuva vask(II)hüdroksiidi teket lahustuvast vask(II)sulfaadist ning selle üleminekut lahustuvaks ammiinkompleksiks.
CuSO4 + 2NH3∙H2O → Cu(OH)2 ↓ + NH4SO4
Lahuse loksutamisel ja 6M ammoniaagi vesilahuse lisamisel: Ammiinkompleks tekib hüdroksürühmaga seotud oleva vase vabade elektronorbitaalide ja lämmastiku vaba elektronpaari vastasmõjul ioonide optimaalse arvsuhte puhul lahuses:
Cu(OH)2 + 4NH3∙H2O → [Cu(NH3)4](OH)2 + 4H2O (tumesinine kompleks )
b) teise katseklaasi lisada 4-6 tilka 0,2 M NaOH lahust, loksutada. Mis sade tekkis?
Tekkis vask(II)hüdroksiidi sade: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
c) kolmandasse katseklaasi lisada 4-6 tilka 0,5 M NH4Cl lahust. Kas siin tekib vase ammiinkompleks?
CuSO4 + NH4Cl → reaktsioon ei toimu keemilis -termodünaamilistel põhjustel, ei teki ammiinkompleksi
d) neljandasse katseklaasi panna üks Zn graanul (katset alustada üheaegselt katsega 2.2.b ja jälgida, kas tsingi pinnale tekib vasekiht.
Sai lisatud tsingigraanul, kui alustasin katset 2.2b. Igal juhul kattus tsingitükk vasega, sest tsink lahkus lahusest ioonidena jättes suurema redokspotsensiaaliga metallile elektronid, millega ühinedes muutus vask metalliliseks aatomiks ja sadestus sinna samasse , kust sai elektronid:
tsingi pinnale: CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu
2.2 Eelmises katses 2.1.a tekkinud vase ammiinkompleksi sisaldav selge lahus jagada võrdselt kahte katseklaasi.
a) ühte katseklaasi lisada 10 tilka 2 M NaOH lahust. Kas kompleks laguneb ja tekib Cu(OH)2 sade?
Sade tõesti tekkis, sest formeerus püsivam ühend vask(II)hürdoksiid, mis oligi see sinakas sade, mis katseklaasi põhja rändas. Vask(II)hüdroksiidi lahustuvuskorrutis on oluliselt väiksem antud kompleksühendi ebapüsivuskontsandist: [Cu(NH3)4](OH)2 + NaOH → Cu(OH)2↓+NaOH + 4NH3↑
b) teise katseklaasi panna üks Zn graanul ja võrrelda katset ~ 20 min jooksul katsega 2.1.d. Kas tsingi pinnale tekib vasekiht mõlemas katseklaasis? Põhjendada.
Selles katses ei tekkinud mingit vase kihti tsingile ega läinud ka tsinkioone lahusesse vase asemele kompleksi. Vaskammiin kompleks on liiga püsiv, lisaks on ta ümbritsetud ligandidest, mis takistavad tsingil ligi pääsemast ja lõppude lõpuks on tsingil ja vasel piisavalt erinev elektronkonfiguratsioon ja ta ei sobi samasugust ammiinkompleksi moodustama, ammiinligandid vajavad just sellist stabiilset sidet tühjade orbitaalide ja vabade elektronpaaride vahel, mitte aga paremat redutseerijat, kes loovutaks elektrone kergemini.
2.3 Kahte katseklaasi valada ~1 mL 0,2 M NiSO4 lahust.
a) ühte katseklaasi lisada tilkhaaval ja loksutades 0,2 M NaOH lahust kuni muutusi enam ei toimu;
NiSO4 + 2NaOHNi(OH)2 ↓+ Na2SO4 (sade on heleroheline, tuhmroheline)
b) teise katseklaasi lisada tilkhaaval ja loksutades 6M NH3 · H2O vesilahust.
NiSO4 + 6NH3∙H2O → [Ni(NH3)6]SO4 + 6H2O
Atsiidokompleksid
3.1 Katseklaasi valada ~0,5 mL 0,2 M NaCl lahust ning lisada 1 tilk AgNO3 lahust. Loksutada ja lisada ~3 mL küllastatud NaCl lahust. Miks lahustub tekkinud hõbekloriidi sade? Kirjeldada reaktsioonivõrranditega sademe teket ja lahustumist.
NaCl + AgNO3
AgCl+ NaNO3
(valge hõbekloriidi sade)
Ag+ + Cl– → AgCl ↓
Kui nüüd veel loksutada ja lisada NaCl , siis tekib kloriidioonide liig ja ülalseatud võrrandi tasakaal hakkab nihkuma taas vasakule, ent tänu hõbeiooni omadustele ja kloriidioonnide liiale ei nihku tasakaal mitte ainult AgCl lahustumise suunas, vaid vahepeal tekib püsiv kompleksühend:
NaCl + AgCl Na[AgCl2]
3.2 a) Kuiva katseklaasi panna mõned Co(NO3)2·6H2O kristallid ja valada peale 2 – 3 mL atsetooni . Kirjeldada, mis toimub.
Mullid lähevad ülesse. Vaarikpunane värv
b) eelmisesse lahusesse lisada NaCl kristalle nii palju, et katseklaasi põhjas oleks 2 – 3 mm paksune kiht. Kirjeldada 3 – 5 min jooksul, mis toimub NaCl kristallide ümber ja miks.
Lilla värv, põhjal on sinine sade.
c) eelmist lahust loksutada kuni NaCl kristallid on lahustunud ja lisada lahusesse pesupudelist ettevaatlikult mööda seina cá 1 mL vett. Kirjeldada, mis toimub ja miks.
Toimub reaktsioon, mille põhimõtte seisneb selles, et roosa , lilla ja sinine värvid lähevad põhja. Kui kallutada siis värvid ei segune omavahel vaid jäävad oma kohal.
3.3 Katseklaasi valada ~0,5 mL 0,2 M Bi(NO3)3 lahust ja lisada tilkhaaval 0,25 M KI lahust kuni sademe tekkimiseni. Seejärel lisada tahket KI kuni sademe kadumiseni.
Toimus reaktsioon: Bi(NO3)3 + 3KI → BiI3 ↓ + 3KNO3
Kui lisasin tahket kaaliumjodiidi, sai süsteem ergutuse moodustamaks kompleksühendi, sade kadus :
BiI3 ↓ + 3KI(t) → K3[BiI6]
3.4 Katseklaasi valada ~0,5 mL 0,25 M KI lahust ja 1 mL dest. vett. Lisada 1-2 tilka 0,2 M Pb(NO3)2 lahust kuni sademe tekkimiseni. Seejärel lisada tahket KI ja loksutada kuni sade kaob.
Toimus reaktsioon: Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2 ↓+ 2KNO3 (kollane sade)
Plii on ergastunud seisundis, elektronid tõmbunud joodi poole.
Tahke KI lisamisel tekib kompleksühend: PbI2 + 2KI → K2[PbI4]
3.5 Katseklaasi valada ~0,5 mL 0,2 M Pb(NO3)2 ja seejärel ~ 0,5 mL Na2SO4 lahust. Tekkinud plii(II) sulfaadi sademel lasta settida ja valada sademe pealt lahus ära. Sademe peale valada ~2 mL küllastatud CH3COONa lahust, loksutada. Kas sade lahustub plii atsetatokompleksi tekke tõttu?
Valades kokku Pb(NO3)2 ja naatriumsulfaadi , tekkis raskesti lahustuv valge, piimjas plii(II)sulfaadi sade:
Pb2+ + SO42- → PbSO4↓
Pb(NO3)2 + Na2SO4 → PbSO4↓ + 2NaNO3
Sademe peale valasin kontsentreeritud naatriumetanaati ja tõepoolest lahustus sade ja tekkisid kompleksioonid. Lahus muutus läbipaistvaks, värvituks.
PbSO4↓ + 4CH3COONa → Na2[Pb( CH3COO )4] + Na2SO4
3.6 Katseklaasi valada ~0,5 mL 0,2 M Cd(CH3COO)2 lahust ja lisada tilkhaaval küllastatud Na2SO3 lahust kuni reaktsioonide lõppemiseni (katse teha kiiresti, sest pärast lahuse selginemist võib tekkida kiiresti sade uuesti). Kas katse tõestab kaadmiumi sulfitokompleksi [Cd(SO3)2]2– teket?
Cd(CH3COO)2 + Na2SO3→ CdSO3↓ + 2CH3COONa (sade)
Segu seismisel reageeris naatriumsulfit edasi ja sade kaadium(II)sulfaadi sade lahustus:
Na2SO3 + CdSO3 → Na2[Cd(SO3)2] (Lahustunud sade)
Kuna välised reaktsioonitunnused vastavad kirjeldustele, siis võib väita, et ju see reaktsioon siis tõesti tõestab [Cd(SO3)2]2– teket.
Hüdroksokompleksid. Saamine ja omadused.
5.1 Katseklaasi valada ~0,5 mL 0,2 M Al2(SO4)3 lahust ja lisada tilkhaaval ja loksutades 2 M NaOH lahust kuni reaktsioonide (muutuste) lõppemiseni. Jälgida alumiiniumhüdroksiidi sademe teket ja lahustumist leelise liias hüdroksokompleksi moodustumisega.
Alumiiniumi väga tuntud omadus siduda aluselises keskkonnas hüdroksiidioone ja moodustada komplekse: Al2(SO4)3+ 6NaOH→2Al(OH)3 ↓+3Na2SO4
(poolvärvitu valkjas kolloidne mass)
Kui loksutada ja lisada edasi alust: Al(OH)3↓+NaOH→Na[Al(OH)4]
Koos kompleksi tekkega tõmbus lahus järkjärgult läbipaistvaks.
5.2 Katseklaasi valada ~0,5 mL 0,2 M ZnSO4 lahust ja lisada tilkhaaval ja loksutades 2 M NaOH lahust kuni reaktsioonide (muutuste) lõppemiseni.
ZnSO4 +2 NaOH→Zn(OH)2↓+Na2SO4 (värvitu plögalik sade)
Loksutades ja aluse edasisel lisamisel lahustub sade kompleksühendiks:
Zn(OH)2+ 2NaOH→Na2[Zn(OH)4]+H2O
Kompleksühendid, mis koosnevad komplekskatioonist ja kompleksanioonist
6. Katseklaasi valada ~2 mL vett, lisada kõigepealt 2 tilka K4[Fe(CN)6] ja 4 tilka NiSO4 lahust. Seejärel lisada tilkhaaval kontsentreeritud NH3 · H2O lahust kuni sademe kadumiseni.
Nikkelsulfaadiga reageerides tekib stabiilsem kompleks, mis avaldub helerohelise sademena:
K4[Fe(CN)6] + 2NiSO4→Ni2[Fe(CN)6]+2K2SO4
Ammoniaagi vesilahust lisades lahustub sade uue kompleksi tekke tõttu, vabade elektronpaaridega ammoniaagi molekulid seonduvad mõlema nikli vabade orbitaalide külge tekitades temast komplekskatiooni: K4[Fe(CN)6] + 2NiSO4+ 12NH3∙H2O → [Ni(NH3)6]2[Fe(CN)6 ]+ 2K2SO4 + 12H2O
Anioonide tõestamine lahuses
7.4 Cl–. NaCl lahusele (0,5 – 1,0 mL) lisada tilkhaaval AgNO3 lahust. Tekib valge hõbekloriidi sade. Sademele lisada 6M NH3 ·H2O vesilahust. Soojendada ja loksutada. Sade lahustub hõbeda ammiinkompleksi tekke tõttu. Lahuse hapestamisel lämmastikhappega sadestub uuesti AgCl.
NaCl lisasin hõbenitraati ja kohe tõestusid kloriiioonid, mille tõttu tekkis valge AgCl sade:
NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3
Ag+ +Cl- → AgCl↓
Sademele lisades ammoniaagi 6M vesilahust ja soojendades hakkas kulgema reaktsioon, mille tulemusel moodustus, nagu arvata võis, hõbedaga kompleksühend, mis lahustus:
AgCl + 2NH3∙H2O → [Ag(NH3)2]Cl + H2O
Kui lahust hapestada lämmastikhappega, omandab NH3 prootoni ja muutub NH4+ ks, kompleks laguneb ja hõbeioon ühineb taas kloriidiooniga sademesse: [Ag(NH3)2]Cl +2HNO3 → AgCl↓ + 2 NH4NO3
7.5 SCN–. Tiotsüanaatioone sisaldavale lahusele (1 – 2 mL) lisada 1 – 2 mL 1M H2SO4 ja seejärel tilkhaaval Fe3+ sisaldavat lahust (hoida saadud ühend alles katseks 8.2) Kulgevad reaktsioonid erinevate koordinatsiooniarvudega raud(III)tiotsüanatokomplekside, näit. [Fe(SCN)]2+ tekkega. Reaktsiooni kasutatakse nii SCN– kui ka Fe3+ ioonide kindlakstegemiseks lahustes.
Oletatavasti toimus siis selline reaktsioon, sest lahus läks punaseks, mis on iseenesest tunnuslik värv [Fe(SCN)]2+ kompleksile:
2NH4SCN + H2SO4 → 2HSCN + (NH4)2SO4
HSCN + FeCl3 → [Fe(SCN)]Cl2 + HCl
7.6 PO43–. Fosfaatioone sisaldavale lahusele (2 –3 mL) lisada 2 – 3 mL 1M HNO3 lahust ja tilkhaaval MoO42- sisaldavat lahust. Soojendada.
PO43 - + 3NH4 + 12MoO42- + 24H+ → (NH4)3[P(Mo3O10)4] · 6H2O + 6H2O
Kollane värv tekkis, tõestusid fosfaatioonid.
Komplekside püsivus
8.1 Katseklaasi valada ~ 2 mL vett, lisada 1-2 tilka K4[Fe(CN)6] ja 1-2 tilka K3[Fe(CN)6] lahust. Kas lahuses on vabu Fe2+ või Fe3+ ioone, mis annaksid nende ioonide iseloomulikke tõestusreaktsioone nagu katses 7.1 või 7.2?
Kummaski lahuses ei olnud ei Fe2+ ega Fe3+ ioone, sest ei Fe4[Fe(CN)6]3
ega Fe3[Fe(CN)6]2
ioone ei tekkinud, väliseks tunnuseks oli see, et lahused ei muutnud vastavalt kompleksile „värvi”. K4[Fe(CN)6] ja K3[Fe(CN)6]on piisavalt püsivad kompleksid ega dissotseeru nii põhjalikult. Nende ebapüsivuskonstant on väike.
8.2 F– sisaldavale lahusele (2 – 3 mL) lisada tilkhaaval katses 7.5 saadud [Fe(SCN)]2+ sisaldavat lahust. Jälgida värvilise tiotsüanatokompleksi üleminekut värvituks fluorokompleksiks. Kirjutada välja vastavate komplekside ebapüsivuskonstantide avaldised ja üldise ebapüsivuskonstandi suurus (vt. Lisa 1). Põhjendada üleminekut.
[Fe(SCN)]2+ + F– → [FeF]2+ + SCN–
See on seletatav faktiga, et süsteemi energia liigub keemilistes reaktsioonides stabiilsema oleku saavutamise suunas. Mitmetel põhjustel on [FeF]2+ kompleks palju tugevamalt koos, kui [Fe(SCN)]2+, mistõttu tõrjub üks ligand teise välja, kuna SCN– on altim minema ioonina lahusesse, [Fe(SCN)]2+
ebapüsivusnäitajad (ebapüsivuskonstant) ületab [FeF]2+
oma.
8.3 Kloriidioone (NaCl) sisaldavale lahusele lisada AgNO3 lahust. Tekkiv hõbekloriidi sade lahustada ammoniaagilahuse lisamise ja soojendamisega. Saadud selgele lahusele lisada KI lahust. Kas tekkiv sade on AgCl, AgI või AgOH? Põhjendada vastavate ebapüsivuskonstantide ja lahustuvuskorrutiste võrdlemisega.
NaCl + AgNO3
AgCl+ NaNO3
(valge hõbekloriidi sade)
Ag+ + Cl– → AgCl ↓
Soojendamisel ja aluse lisamisel: AgCl + 2NH3∙H2O → [Ag(NH3)2]Cl + H2O (selge lahus)
Lisades KI, tekib sade. Tekkiv sade on AgI, sest Ag+ ja I– ioonide kokkupuutel tekib neil üksteise suhtes küllaltki stabiilne tõmme nende endi poolt tekitatud jõuväljas. See on üheks põhjuseks, miks kõige kolmest antud „kandidaadist” on hõbejodiid väiksema lahustuvuskorrutisega aine ja erinevus [Ag(NH3)2]– kompleksi ebapüsivuskontsandiga on suurim. Järelikult on ta ka kõige püsivam ja tekitab reaktsioonis olukorra, kus lõpplahenduseks on AgI sade.
Ks (AgCl) = 1,7·10-10; Ks (AgI) = 8,5 · 10–17; Ks (AgOH) = 1,5 · 10–8
Ag(NH3)2]Cl +KI + 2H2O → AgI ↓+ KCl + 2NH3∙H2O
Ag(NH3)2]– + I– + 2H2O → AgI ↓ + 2NH3∙H2O