IV.3.2. Legătura coordinativă și formarea combinațiilor complexe.
- IV.3.2.1. Legătura coordinativă.
- IV.3.2.2. Obținerea combinațiilor complexe.
- IV.3.2.2.1. Hidroxidul de tetraaminodiaquacupruII (Reactiv Schweizer).
- IV.3.2.2.2. Reactivul Nessler și identificarea ionilor de amoniu.
- IV.3.2.2.3. Termocromismul tetraiodomercuratului de argint.
- IV.3.2.2.4. Tetrahidroxoaluminatul de sodiu.
- IV.3.2.2.5. Complexul chimic tetrahidroxozincat de sodiu.
- IV.3.2.2.6. Complexul chimic hidroxid de diaminoargint (Reactiv Tollens).
- IV.3.2.2.7. Complexul chimic acid tetracloroauric.
IV.3.2.1. Legătura coordinativă.
Legătura covalentă coordinativă se realizează prin punerea în comun de electroni de către un singur atom, numit donator de electroni, iar atomul care nu participă cu electroni la formarea legăturii este acceptor de electroni.
Numărul liganzilor legați coordinativ de ionul metalic se numește număr de coordinație.
Când liganzii sunt:
a) molecule ce au atomi cu electroni neparticipanți (H2O, NH3, CO, NO, molecule organice etc.), sarcina electrică a ionului complex este dată de sarcina pozitivă a ionului metalic, de exemplu [Cu(NH3)4]+2;
b) ioni negativi (F-, Cl-, Br-, I-, HO-, SO4-2, CO3-2, PO4-3, CN-, CNS- etc.), sarcina electrică a ionului complex este dată de suma algebrică a sarcinii pozitive a ionului metalic și a produsului dintre numărul de liganzi și sarcinii negative a ligandului.
De exemplu,
La [FeCl2]+ deoarece +3 + [ 2 ∙ (-1)] = +3 -2 = +1.
La [FeCl4]- deoarece +3 + [4 ∙ (-1)] = +3 -4 = -1.
🔦 Observație importantă:
Pentru ca ionul metalic tranzițional să formeze complecși chimici, el trebuie să aibă volumul mic și orbitali liberi în care să accepte electronii neparticipanți ai ligandului.
Denumirea combinațiilor complexe se realizează în mod diferit în funcție de:
- clasa de compuși din care face parte combinația complexă (acid, bază sau sare);
- numărul de coordinare (de liganzi);
- numele ligandului;
- numele ionului central;
- numele ionului metalic central;
- numele ionului care neutralizează sarcina pozitivă a ionului metalic și numărul acestor ioni.
Întotdeauna se denumește mai întâi ionul negativ și apoi cel pozitiv, legați de prepoziția „de”.
Exemple:
IV.3.2.2. Obținerea combinațiilor complexe.
IV.3.2.2.1. Hidroxidul de tetraaminodiacvacupruII (Reactiv Schweizer).
👀 Experiment: Complexul chimic hidroxid de tetraaminodiacvacupru(II) - Reactiv Schweizer
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Bazele alcaline și acidul sulfuric sunt caustice. Mânuiți-le cu grijă.
🔥 Atenție! Soluțiile concentrate de amoniac sunt toxice și produc iritații puternice ale mucoaselor dacă sunt inhalați vaporii.
🔥 Atenție! Sulfatul de cupru este toxic pentru mediul acvatic și poate produce iritații.
Materiale necesare:
2 pahare Berzelius, 1 pahar Erlenmeyer, spatulă, sulfat de cupru, hidroxid de sodiu, apă distilată (deionizată), amoniac, pâlnie, hârtie de filtru.
Descrierea experimentului:
- Cântărește 1-2 g CuSO4*5H2O(piatră vânătă) și pune-l într-un pahar Berzelius și adaugă 20 mL apă.
- Adaugă la acestă soluție 10 mL soluție NaOH.
- Ce observi ?
S-a format un precipitat gelatinos de culoare albastru deschis – Cu(OH)2.
- Filtrează precipitatul și pune-l într-un alt pahar și adaugă o soluție concentrată de amoniac NH3 25% până la dizolvarea completă a precipitatului.
Ecuația reacției chimice:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 ↓ + Na2SO4
Cu(OH)2(s) + 4 NH3 = [Cu(NH3)4(H2O)2]*(OH)2
Concluzia experimentului:
Complexul de culoare albastru intens: hidroxidul de tetraaminodiacvacupru(II) [Cu(NH3)4(H2O)2]*(OH)2 este cunoscut și sub numele de Reactiv Schweizer.
Reactivul Schweizer este cunoscut pentru capacitatea sa de a dizolva celuloza. O asemenea soluție, conținând celuloză dizolvată, injectată într-o baie acid sulfuric 10% formează o fibră sintetică numită celofibră (sau viscoză) importantă din punct de vedere istoric deoarece a fost prima fibră artificială, produsă de către American Viscose Company, în 1910, în SUA.
Țesăturile din viscoză sunt foarte elastice și rezistente, își păstrează forma și culoarea, nu se deformează, nu se șifonează ușor, se calcă la temperatură mică, sunt fine și moi, absorb multă umiditate, sunt moi și vaporoase, permit trecerea aerului prin țesătură, nu se scămoșează, nu se decolorează și nu intră la apă.
IV.3.2.2.2. Reactivul Nessler și identificarea ionilor de amoniu.
👀 Experiment: Reactivul Nessler și identificarea ionilor de amoniu
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Compușii cu mercur sunt toxici, provoacă leziuni organelor și prezintă pericol pentru mediul acvatic.
🔥 Atenție! Clorura de mercur este corozivă și sublimează favorizând intoxicațiile acute.
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este foarte caustic.
Materiale necesare:
3 pahare Berzelius, spatulă, clorură de mercur, iodură de potasiu, hidroxid de sodiu, apă distilată (deionizată), amoniac soluție, bicarbonat de amoniu alimentar, eprubetă.
Descrierea experimentului:
- Pregătește soluția 1, o soluție saturată de HgCl2 dizolvând 1-2 g HgCl2 în 10 mL apă. Pentru a mări solubilitatea clorurii de mercur, poți să o încălzești până la dizolvarea completă. Apoi o lași să se răcească.
- Pregătește soluția 2, o soluție saturată pe care o obții prin dizolvarea a 1-2 g de KI în 10-11 mL apă.
- Pregătește soluția 3, o soluție de NaOH pe care o prepari dizolvând 2 g NaOH solid în 10 mL apă.
- Adaugă în picături soluția 2 la soluția 1 până când precipitatul obținut se dizolvă complet și soluția este perfect limpede.
- Pentru a finaliza obținerea Reactivului Nessler adaugă soluția de NaOH.
- Pune într-o eprubetă 3-5 mL soluție Nessler și adaugă în picături o soluție ce conține ioni amoniu (NH4Cl, NH4NO3, amoniac soluție, bicarbonat de amoniu alimentar etc.). Se formează un precipitat maroniu care arată prezența ionilor de NH4+.
Ecuațiile de preparare ale Reactivului Nessler:
HgCl2 + 2KI = HgI2 ↓ + 2KCl
HgI2 + 2KI = K2[HgI4]
Ecuația reacției chimice dintre Reactivul Nessler și ionii de amoniu este:
2K2[HgI4] + 4NaOH + NH4+ = HgO*Hg(NH2)I + 3H2O + 7KI + K+
Concluzia experimentului:
Soluția foarte puțin solubilă de HgCl2 (Soluția 1) este tratată cu iodură de potasiu (Soluția 2) generând un precipitat abundent portocaliu de iodură de mercur (II) HgI2. Acest compus este mult mai puțin solubil în apă.
Continuând adăugarea iodurii se formează un complex: tetraiodomercuratul de potasiu, K2[HgI4], foarte solubil în apă, astfel mediul de reacție devine din ce în ce mai limpede și se decolorează. Când nu se mai pune în evidență o colorație portocalie sinteza complexului este terminată.
Soluția de complex, tratată cu NaOH 5M devine Reactivul Nessler. Acesta dă un precipitat brun cu orice soluție ce conține ioni de amoniu NH4.
IV.3.2.2.3. Termocromismul tetraiodomercuratului de argint.
👀 Experiment: Termocromismul tetraiodomercuratului de argint
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Compușii cu mercur sunt toxici, provoacă leziuni organelor și prezintă pericol pentru mediul acvatic.
🔥 Atenție! Clorura de mercur, hidroxidul de sodiu și azotatul de argint sunt corozive.
🔥 Atenție! Azotatul de argint este toxic pentru mediu.
🔥 Atenție! Atenție când lucrezi cu surse de foc!
Materiale necesare:
2 pahare Berzelius, 1 pahar Erlenmeyer, baghetă, clorură de mercur, iodură de potasiu, azotat de argint, apă distilată (deionizată), spirtieră, trepied cu sită de azbest, pâlnie, hârtie de filtru, sticlă de ceas.
Descrierea experimentului: (Partea 1)
- Pune 1-2g de clorură de mercur într-un pahar Berzelius. Adaugă apoi în paharul Berzelius 10 ml apă distilată și amestecă cu bagheta pentru dizolvarea clorurii de mercur.
- Pune 1-2g de iodură de potasiu într-un pahar Berzelius, adaugă 10 ml de apă distilată și amestecă cu spatula pentru dizolvarea iodurii de potasiu.
- Adaugă o soluție peste cealaltă.
- Ce observi?
S-a format un precipitat portocaliu intens de iodură de mercur.
- Suspensia portocalie trateaz-o în continuare cu soluție saturată de iodură de potasiu până obții o soluție limpede de tetraiodomercurat de argint.
- Adaugă la aceasta 10mL sol azotat de argint.
- Ce observi?
S-a format un precipitat foarte fin galben auriu.
- Filtrează precipitatul format.
- Pune pe o sticlă de ceas din precipitatul format pe o sită de azbest și încălzește-l la flacăra unei spirtiere până când precipitatul devine roșiatic. Oprește încălzirea și observă culoarea precipitatului când este din nou rece.
Precipitatul a revenit la culoarea galbenă.
Ecuațiile reacțiilor chimice:
Concluzia experimentului:
Tetraiodomercuratul de argint Ag2[HgI4] este un solid de culoare galben auriu. Încălzit la peste 50°C devine roșu pentru ca la răcire să redevină galben. Este un compus termosensibil, având proprietatea de termocromism.
IV.3.2.2.4. Tetrahidroxoaluminatul de sodiu.
👀 Experiment: Complexul chimic tetrahidroxoaluminat de sodiu
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Sărurile de aluminiu sunt iritante
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este coroziv.
Materiale necesare:
2 pahare Berzelius, spatulă, clorură de aluminiu, hidroxid de sodiu, apă distilată (deionizată), pipetă.
Descrierea experimentului:
- În primul pahar Berzelius prepară o soluție apoasă de clorură de aluminiu AlCl3.
- În al doilea pahar Berzelius prepară o soluție de hidroxid de sodiu NaOH
- Pune cu o pipetă soluția de NaOH în soluția de AlCl3 până la formarea unui precipitat alb gelatinos. Continuă să adaugi, agitând din când, până la dizolvarea precipitatului și obținerea unei soluții incolore limpezi.
Ecuațiile reacțiilor chimice:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 ↓ + 3NaCl
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Concluzia experimentului:
O soluție care conține ioni de Al3+ este limpede și incoloră, însă este foarte sensibilă la prezența ionilor de hidroxil HO- când formează un precipitat gelatinos de Al(OH)3 (apariția unei tulbureli).
Hidroxidul de aluminiu Al(OH)3 are un caracter amfoter, reacționând atât cu acizii, cât și cu bazele.
Continuând adăugarea bazei, precipitatul se dizolvă în cele din urmă, soluția devenind incoloră și limpede datorită formării unui complex solubil în apă de tetrahidroxo aluminat de sodiu Na[Al(OH)4].
IV.3.2.2.5. Complexul chimic tetrahidroxozincat de sodiu.
👀 Experiment: Complexul chimic tetrahidroxozincat de sodiu
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Sărurile de zinc sunt dăunătoare pentru mediu.
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este coroziv.
Materiale necesare:
2 pahare Berzelius, spatulă, sulfat de zinc, hidroxid de sodiu, apă distilată (deionizată), pipetă.
Descrierea experimentului:
- În primul pahar Berzelius prepară o soluție apoasă de sulfat de zinc ZnSO4.
- În al doilea pahar Berzelius prepară o soluție de hidroxid de sodiu NaOH.
- Pune cu o pipetă soluția de NaOH în soluția de ZnSO4 până la formarea unui precipitat alb gelatinos. Continuă să adaugi, agitând din când, până la dizolvarea precipitatului și obținerea unei soluții incolore limpezi.
Ecuațiile reacțiilor chimice:
ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH)2 ↓ + 2NaCl
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Concluzia experimentului:
O soluție care conține ioni de Zn2+ este limpede și incoloră, însă este foarte sensibilă la prezența ionilor de hidroxil HO- când formează un precipitat gelatinos de Zn(OH)2 (apariția unei tulbureli).
Oxidul și hidroxidul de zinc au proprietăți amfotere, reacționând atât cu acizii, cât și cu bazele.
Continuând adăugarea bazei, precipitatul se dizolvă în cele din urmă, soluția devenind incoloră și limpede datorită formării unui complex solubil în apă de tetrahidroxozincat de sodiu, Na2[Zn(OH)4].
IV.3.2.2.6. Complexul chimic hidroxid de diaminoargint (Reactiv Tollens).
👀 Experiment: Complexul chimic hidroxid de diaminoargint (Reactiv Tollens)
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Azotatul de argint este toxic și caustic și este dăunător pentru mediu.
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este coroziv.
🔥 Atenție! Soluțiile concentrate de amoniac sunt toxice și produc iritații puternice ale mucoaselor dacă sunt inhalați vaporii.
Materiale necesare:
2 pahare Berzelius, baghetă, spatulă, azotat de argint, hidroxid de sodiu, apă distilată (deionizată), amoniac soluție, pipetă.
Descrierea experimentului:
- În primul pahar Berzelius prepară în 10 mL sol AgNO3 0.3M
- În al doilea pahar Berzelius prepară o soluție de hidroxid de sodiu NaOH.
- Adaugă cu pipeta sol de hidroxid de sodiu NaOH 3-4M până când apare un precipitat abundent, gri-brun de oxid de argint.
- Adaugă cu pipeta o soluție concentrată de amoniac 25%, în porțiuni mici, până când se dizolvă complet precipitatul. Aceasta este Reactivul Tollens! Acesta trebuie folosit cât este proaspăt întrucât nu se poate păstra în timp.
Ecuațiile reacțiilor chimice:
2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2H2O + 2NaNO3
Ag2O + H2O + 4NH3 = 2[Ag(NH3)2]OH
Concluzia experimentului:
O soluție care conține ioni de Ag1+ este limpede și incoloră, însă este foarte sensibilă la prezența ionilor de hidroxil HO- când formează un precipitat gri-brun de Ag2O.
În primă instanță va precipita hidroxid de argint ce se prezintă sub forma unei mase insolubile de culoare albă. Aceasta se va brunifica foarte repede, deoarece hidroxidul de argint este instabil și trece în oxid de argint, mult mai stabil și de culoare brun-închisă.
Oxidul de argint are proprietăți amfotere, reacționând atât cu acizii, cât și cu bazele. Se adăugă amoniac până când precipitatul se dizolvă și soluția devine limpede, caz în care spunem că s-a format hidroxidul de diaminoargint, numit și reactiv Tollens. Reactivul Tollens este utilizat pentru fabricarea oglinzilor și în chimia organică la oxidarea diferitelor substanțe, așa cum sunt aldehidele sau glucoza.
IV.3.2.2.7. Complexul chimic acid tetracloroauric.
👀 Experiment: Complexul chimic acid tetracloroauric
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor sub nișă!
🔥 Atenție! Acidul azotic și acidul clorhidric sunt extrem de caustici.
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este coroziv.
🔥 Atenție! Acidul tetracloroauric este iritant, caustic și periculos pentru mediu!
🔥 Atenție! Dioxidul de azot rezultat este extrem de coroziv pentru mucoase, oxidant, toxic!
Materiale necesare:
1 pahar Berzelius, cilindru gradat, eprubetă, stativ cu clemă,spirtieră, chibrit, dop cu tub, aur, acid clorhidric concentrat, acid azotic concentrat, pipetă.
Descrierea experimentului:
- În primul pahar Berzelius prepară apa regală din 3 părți HCl și o parte HNO3, cu ajutorul cilindrului gradat.
- Pune în eprubetă bucata de aur, adaugă apa regală până când acoperi obiectul de aur.
- Atașează eprubetei dopul cu tub și pune tubul într-un pahar Berzelius cu apă pentru a capta gazele rezultate.
- Încălzește cu atenție eprubeta în flacăra spirtierei până când amestecul începe să fiarbă.
Ecuațiile reacțiilor chimice:
Concluzia experimentului:
Aurul este atacat numai de apa regală (amestec de 3 părți HCl + 1 parte HNO3).
Amestecul de acizi reacționează cu aurul, cu formare de triclorură de aur.
Triclorura de aur reacționează în continuare cu HCl, formând complexul chimic numit acid tetracloroauric.
Acidul tetracloroauric are ca aplicație importantă obținerea nanoparticulelor de aur coloidal (cu o dimensiune de 10-10 m), utilizate în medicină, la depistarea tumorilor.