Laborbericht – Repetition Komplexreaktionen 1 Fragestellung
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Franziska Schleusser und Sarah Zurmühle Labor - Komplexreaktionen 1 Laborbericht – Repetition Komplexreaktionen 1 Fragestellung / Problemstellung Wie können Komplexe hergestellt und verändert werden? Wie können Komplexgleichgewichte verändert werden? Welche typischen Reaktionen gehen Komplexe ein? Sind Komplexe stabil oder instabil? 2 Verwendete Materialien Wässrige Lösungen [0.1M]: Kupfer(II)sulfatlösung Cobaltchloridlösung Nickelsulfatlösung Silbernitratlösung Kochsalzlösung KSCN-Lösung Natriumthiosulfatlösung Kaliumiodidlösung Konzentrierte Lösungen: Konzentrierte Ammoniaklösung Konzentrierte Salzsäure Feststoffe: NaCl wasserfreies Kupfersulfat wasserhaltiges Kupfersulfat Eisen(III)chlorid Natriumfluorid Kaliumbromid 3 Beobachtungen, Ergebnisse und Diskussion Bemerkung: Aufgrund der sehr grossen Anzahl an durchgeführten Experimenten (total 21 Experimente) wurde die Diskussion und Beantwortung der gestellten Fragen zur besseren Übersicht bereits in dieses Kapitel integriert! Kupferkomplexe 1. Wasserfreies Kupfersulfat (fest, CuSO4) + H2O Beim ersten Versuch ist es sehr wichtig, dass das RG, welches dafür benötigt wird, trocken ist. Denn sonst reagiert das wasserfreie Kupfersulfat schon mit Wasserteilchen, bevor es richtig sichtbar ist. Das zuvor weisse, wasserfreie Kupfersulfat wird bei Zugabe von Wasser hellblau. Es gibt keine Temperaturveränderung. In der Lösung sind [Cu(H2O)6]2+, SO42- und H2O Teilchen vorhanden. Es bildet sich ein Komplex aus Kupfer und Wasser, welcher die Farbe hellblau hat. Verantwortlich für die Veränderung sind Kupfer als Zentralatom und H2O als Ligand. Franziska Schleusser und Sarah Zurmühle Labor - Komplexreaktionen 2 Dies könnte man testen indem man die Lösung solange erhitzt, bis alles Wasser verdunstet ist und/oder man gibt eine stark wasserbindende Substanz hinzu. Falls wirklich das Wasser für die Veränderung der Farbe zuständig ist, sollte wieder der ursprüngliche Farbton (weiss) zu sehen sein. SO42- könnte theoretisch auch ein Ligand des Kupferkomplexes sein, da es freie Elektronenpaare besitzt. Dies kann aber durch den vorigen Test ausgeschlossen werden. Skizze des Kupferhexaqua-Komplexes [Cu(H2O)6]2+: Abb.1 2. Wasserfreies Kupfersulfat (fest, CuSO4) + H2O + NaCl Nach 6 Löffeln wurde die Lösung „türkis-farben“ und mit der Zeit wurde es immer grüner und dunkler. Chlorid-Anionen ersetzen die H2O-Liganden im Cu-Komplex und die Farbe ändert von hellblau zu grün. Na+-Ionen können keine Liganden eines Metallokomplexes sein, da sie kein freies Elektronenpaar zur Verfügung stellen können. 3. Wasserhaltiges Kupfersulfat (fest, CuSO4) + konzentrierte HCl Die anfängliche hellblaue Farbe änderte sich zu dunkelgrün. Alle Wasser-Liganden im KupferKomplex werden im Gegensatz zum vorhergehenden Versuch sofort durch Chlorid-Anionen ersetzt, weil die Konzentration c(Cl-) der Chlorid-Anionen in konzentrierter Salzsäure viel grösser ist. Deshalb wechselt die Farbe sofort und nicht erst allmählich zu dunkelgrün. Franziska Schleusser und Sarah Zurmühle Labor - Komplexreaktionen 3 4. Kupfersulfatlösung (CuSO4) + Ammoniaklösung (konz., NH3) Bei tropfenweiser Zugabe von Ammoniak bildet sich zuerst an der Oberfläche der Lösung ein Teppich (Niederschlag) mit hellblauer Farbe. Nach weiterer Zugabe von Ammoniaklösung und Schütteln veränderte sich die Farbe der Lösung von hellblau zu dunkelblau. Ammoniak ersetzt die Wasser-Liganden im Kupferkomplex, weshalb sich die Farbe ändert. 5. Kupfersulfatlösung (CuSO4) + konzentrierte HCl mit Wasser Bei tropfenweiser Zugabe von HCl änderte sich die Farbe der Lösung allmählich von hellblau zu hellgrün (ähnlich wie bei Versuch 1). Wird nun Wasser zugegeben wurde die Farbe wiederum hellblau. Die Bildung der Chloro-Kupferkomplexe (mit grüner Farbe) steht mit der Bildung von Kupferhexaqua-Komplexen (hellblaue Farbe) im Gleichgewicht. Die Stabilität der Chloro-Kupferkomplexe nimmt deshalb zu, je mehr Cl- -Anionen vorhanden sind, da in diesem Fall das Gleichgewicht auf die Seite der Chloro-Kupferkomplexe verschoben wird. Cobaltkomplexe 1. Cobaltchloridlösung (CoCl2) + konzentriertes HCl Bei tropfenweiser Zugabe von HCl wechselte die Lösung ihre Farbe von rosa über violett zu dunkelblau. Durch die massive Konzentrationserhöhung von Chlorid-Anionen werden die Wasser-Liganden des Kobalt-Komplexes durch Chlorid-Anionen ersetzt. Es entstehen blaue Chloro-Cobalt-Komplexe. 2. Cobaltchloridlösung (CoCl2) + konzentriertes HCl + H2O Bei der Zugabe von Wasser zur in Aufgabe 1 erhaltenen Lösung, nimmt die Lösung wieder die Ursprungsfarbe rosa an. Es bilden sich wieder rosa Aqua-Cobalt-Komplexe. Franziska Schleusser und Sarah Zurmühle Labor - Komplexreaktionen 4 3. a) Cobaltchloridlösung (CoCl2) + NaCl (fest) Zuerst benutzten wir die falsche Lösung (aus Aufgabe 2), wobei natürlich keine Veränderung bei Zugabe von NaCl beobachtet werden konnte, da die Konzentration von Chlorid-Anionen bereits sehr hoch war. Bei der Zugabe von festem NaCl verfärbte sich die Lösung nur leicht ins Violette, viel weniger als bei der Zugabe von konzentriertem HCl. Eine Veränderung war nur schwer erkennbar. 3. b) Cobaltchloridlösung + NaCl (fest) +H2O Beim Verdünnen mit Wasser der Lösung aus 3.a) wurde ein leichter Unterschied bemerkt. Die rosa Lösung wurde ein wenig blasser. 3. c) Cobaltchloridlösung + NaCl und Erhitzen Während des Erhitzens bildeten sich blaue „Schlieren“, die Lösung wurde violett und in der Folge dunkelblau. Als man das RG danach in kaltes Wasser stellte, wurde es sofort wieder rosafarben. Die Entstehung des Chloro-Cobalt-Komplexes ist ein endothermer Vorgang. Die Erhöhung der Temperatur verschiebt das Gleichgewicht also nach rechts zum Chloro-Cobalt-Komplex. Deshalb verändert sich fast nichts, wenn man nur NaCl dazu gibt ohne die Temperatur zu erhöhen. Gleichgewichtsreaktion: Aqua-Cobalt-Komplex + 4 Cl- Chloro-Cobalt-Komplex + 4 H2O 4. Cobaltchloridlösung + konzentriertes Ammoniak (NH3) Wenn man zur Cobaltchloridlösung etwas Ammoniak dazu gibt, verändert sich die Farbe von rosa zu grün-blau, wobei eine Substanz ausfällt (Flockenbildung). Bei weiterer Zugabe von Ammoniak änderte sich die Farbe zu braun (klare Lösung). Franziska Schleusser und Sarah Zurmühle Labor - Komplexreaktionen Eisenkomplexe 1. Eisen(III)chlorid (fest, FeCl3) + H2O Es liegt eine rostbraune, orange Farbe vor. Es können Komplexe mit Fe(III) als Zentralatom entstehen, wobei als Liganden H2O und/oder Chlorid-Anionen in Frage kommen. 2. Eisen(III)chlorid + H2O + Kaliumthiocyanatlösung (KSCN) Zu beobachten war eine blutrote Färbung der Lösung. Für die Veränderung ist Thiocyanat (SCN -) verantwortlich, welches ein Thiocyanato-Eisen-Komplex bildet. K+ kann kein Ligand eines Metallokomplexes sein, da es kein freies Elektronenpaar zur Verfügung stellen kann. 3. Eisen(III)chlorid + H2O + Kaliumthiocyanatlösung (KSCN) + NaFl Bei Zugabe von Natriumfluorid wurde die Flüssigkeit immer gelber. Es bildet sich ein gelboranger Boden (trüb). Das Fluor-Anion ersetzt Thiocyanat als Ligand im Eisenkomplex. Der Fluorido-Eisen-Komplex ist stabiler als der Thiocyanato-Eisen-Komplex, wobei dieser wiederum stabiler als der Aqua/Chloro-Eisen-Komplex ist. 5 Franziska Schleusser und Sarah Zurmühle Labor - Komplexreaktionen 6 Nickelkomplexe 1.Nickelsulfatlösung (NiSO4) + Ammoniaklösung (konzentriert, NH3) Bei Zugabe von konzentrierter Ammoniaklösung zur Nickelsulfatlösung ergab ein meergrüner Farbton. Es ist ein Ammin-Nickel-Komplex entstanden. 2. NiSO4 + NH3 + [CoCl2 + NH3 ] Lösung aus Versuch „Cobaltkomplex“; Nummer 4 Es gibt drei Möglichkeiten: Zum einen könnte die Farbe gleich bleiben (meer-grün), das heisst, der AmminNickel-Komplex ist stabiler. Die Farbe ändert zu braun, das heisst, der Ammin-Cobalt-Komplex ist stabiler. Es entsteht eine Mischung aus grün und braun, das heisst, beide Komplexe sind gleich stabil. Es wurde wie bei Aufgabe 4 bei den Cobaltcomplexen dunkelbraun. Das heisst, der AmminCobalt-Komplex ist stabiler als der Ammin-Nickel-Komplex. Silberkomplexe 1. NaCl (aq) + AgNO3 (aq) Na+(aq) + NO3- + AgCl (s, weiss) Nach Zugabe von Silbernitratlösung zu Natriumchloridlösung entstand festes, weissliches Silberchlorid, welches ausfiel (Flocken). 2. AgCl (s, weiss) + 2 NH3 (aq) [Ag(NH3)2]+ (aq) + Cl- (aq) Bei Zugabe von konz. Ammoniaklösung entstand der lösliche und farblose DiamminsilberKomplex. Komplexe mit Ag(I) als Zentralatom sind meistens linear (zwei Liganden) [aus „Chemie“; Thieme-Verlag]. Die Lösung wurde durchsichtig und klar. 3. [Ag(NH3)2]+ (aq) + Br- (aq) AgBr (s) + 2 NH3 (aq) Nach Zugabe von festem Kaliumbromid zur Lösung mit dem Diamminsilber-Komplex wurde die Lösung wieder milchig weiss und roch leicht nach Ammoniak. Das heisst, das Brom-Anion reagiert mit dem Silber-Komplex, der Komplex zerfällt und weisses Silberbromid entsteht und fällt aus. Dabei entsteht auch wieder Ammoniak. Franziska Schleusser und Sarah Zurmühle Labor - Komplexreaktionen 4. AgBr (s) + S2O32- (aq) [Ag(S2O3)2]3- (aq) + Br- (aq) Bei Zugabe von Natriumthiosulfatlösung enstand der lösliche und farblose DithiosulfatoSilber-Komplex. Komplexe mit Ag(I) als Zentralatom sind meistens linear (zwei Liganden) [aus „Chemie“; Thieme-Verlag]. Die Lösung wurde durchsichtig und klar. 5. [Ag(S2O3)2]3- (aq) + I- (aq) AgI (s) + 2 S2O32Nach Zugabe von festem Kaliumiodid zur Lösung mit dem Dithiosulfato-Silber-Komplex wurde die Lösung gelblich und matt, das heisst, es ist festes, gelbliches Silberiodid ausgefallen. Das Iod-Anion reagiert mit dem Silber-Komplex, der Komplex zerfällt und gelbliches Silberiodid entsteht und fällt aus. 4 Quellen Wikipedia: www.wikipedia.de „Chemie“, C.E. Mortimer, U.Müller, Kp. 29, Thieme 2007 Unterlagen (Präsentationen) von S. Ehm 7
