08.03.2005

Protokoll
Basismodul Chemie I,
Praktikum:
Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
Veranstalter: Dr. Ulrich Neuert
Jörg Mönnich ()
Betreuer: Carolin, Christian
Versuchstag: Dienstag, 08.03.2005
Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
Einleitung
Der Zusammenhalt von Atomen in Molek
Bindung bezeic
ülen und Kristallen wird als c
hemische
hnet. Diese entstehen prinzipiell nach bestimmten
Gesetzmäßigkeiten, da sich bei Verb indungen die physikalischen und c hemischen
Eigenschaften ändern. So lager n sich zu m Beis piel Atome dann zusammen, wenn
dabei die Entropie z unimmt, also ein energi eärmerer Zustand erreicht wird. Es wird
zwischen vier Bindungsarten unterschieden : Ionenbindung, Atombi ndung (kovalente
Bindung), Metallbindung und Komplexv
erbindungen. Ionenbindungen entstehen
durch den Zusammenhalt entgeg en gesetzt geladener Ionen mi ttels elektrostatischer
Kräfte; bei der Atombindung teilen sich
zwei Atomkerne eine gemeinsam
e
Elektronenhülle. Bei Metallbindungen geben die Atome ihre Außenelektronen ab. Die
entstehenden Metall-Ionen or
dnen sich unter Einfluss der sie umgebende
n
Elektronen zu einem Gitter.
Komplexverbindungen entstehen durch Anlagerung v on einem oder mehrerer Ionen
oder Molekülen (den Liganden) um ein Z entralatom. Dieses Z entralatom kann ein
Metall-Ion oder ein Metall-Atom sein. Die Bindung zwischen Zentralatom und Ligand
kann als kovalent mit ionischem Ante
il besc hrieben werden. Freie, a
lso
ungebundene Liganden verfügen über wenigstens ein Elek tronenpaar, welches sie
dem Zentralatom zur Verfügung stellen kö nnen. Der Ligand wir kt damit als LewisBase und das Zentralatom als Lewis-S
Zentralatom gebundenen Atom
äure. Die Anzahl der direkt an das
e nennt man die Koor
dinationszahl. Ein
charakteristisches Merkmal ist es, das sich die Liganden relativ leicht austauschen
lassen und damit zu einer großen Vari
abilität der Zusammensetzung führen.
„Berühmte“ Komplexv erbindungen sind zum Beispiel das Hä moglobin oder das im
letzten Ver such besc hriebene Chlorophyll. Viele Komplexe sind farbig u
Änderung der Farbe deutet somit auf ei
nd eine
nen Ligandenaustausch hin. Auf diesen
Tatsachen beruhen die im Folgenden Versuche und Ergebnisse.
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Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
Material, Methoden, Messwerte
I. Komplexe des Silbers
3-4 ml einer 0,1 molaren AgNO 3-Lösung werden mit verdünnt em Ammoniakwasser
versetzt. Nach Bildung von Niederschlag wird bis zum Aufklaren der Lösung weiter
Ammoniakwasser zugesetzt und auf drei Reagenzgläser verteilt.
-
Zur 1. Probe werden fünf Tropfen NaCl (0,1 m) gegeben
-
Zur 2. Probe werden fünf Tropfen KBr (0,1 m) gegeben. Nach Absetzen des
Niederschlages wird dekantiert und der
Niederschlag in Ammoniakwas ser
gelöst.
-
Zur 3. Probe werden fünf Tropfen
KI (0,1 m) gegeben. Nach Absetzen de
s
Niederschlages wird dekantiert und der Niederschlag in 5% Na 2S2O3-Lösung
gelöst. Dazu wird 1 ml Natriumsulfid-Lösung gegeben.
In der ersten Probe ist ein weiß er Nieders chlag zu er kennen. In der zweiten Probe
bildet sich eine gräulich-milc hige Flüssigk eit und ein leicht gelblicher Niederschlag.
Nach dem Dekantieren und Lös ung des Niederschlages ist die Lösung farblos un d
klar. Die dritte Probe wird nach Zugabe v
on KI zunächst milchig; man kann ein e
Ausfällung eines gelblich en St offes erkennen. Nac h dem De kantieren und Lösung
des Stoffes in Na 2S2O3 ergibt s ich eine farblose und klare F lüssigkeit. Set zt man
dieser Flüssigkeit Natriumsulfid zu, fällt ein bräunlicher Stoff aus.
II. Ligandenaustausch bei Kupferkomplexen
0,5 g Kupf er(II)chlorid werden in 3 ml
Wasser gelöst, einige Spatelspitzen NaCl
zugesetzt und danac h wieder mit Wasser ve rdünnt. 2 ml dieser Lösung werden mi t
verdünntem Ammoniakwasser versetzt, bis eine klare Lösung entsteht.
Löst man das CuCl 2 in Wasser, ergibt sich daraus eine hellblaue Flüssigk eit. Nach
Zugabe v on NaCl färbt sich diese Flüss
igkeit türkis. Nach dem Verdünnen mit
Wasser ist eine erneute Hellblau-Färbung zu
sehen. Versetzt man die Lös ung mit
Ammoniakwasser, wird sie dunkelblau und klar.
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Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
III. Ligandenaustausch bei Cobaltkomplexen
10 Tropfen 20%-iger C obaltchlorid-Lösung werden in ei nem Reagenzglas mit einer
Spatelspitze Natriumchlorid v ersetzt und über einem Bunsenbrenner vorsichtig
erhitzt. Nach dem Abkühlen wird das Reagenzglas in Eiswasser gestellt.
Die Cobaltchlorid-Lösung mit NaCl ist zunächst rot. Nach dem Erhitzen färbt sie sich
violett. Im Eisbad färbt sich die Lösung erneut rot.
IV. Cobaltkomplexe als Feuchtigkeitsindikator
Ein Tropfen Cobaltchlorid- Lösung wird auf ein Filterpapi er getropft und danach im
Trockenschrank bei 50 °C getrocknet. Das Papier wird anschließend an der Luft
liegen gelassen.
Nach der Trocknung zeigt sich eine deutliche Blaufärbung. Lässt man das Papier a n
der Luft liegen, wird diese Färbung heller.
V. Nachweis von Magnesium mit Titangelb
Es soll ein e MgCl 2⋅6H2O-Lösung hergestellt werden, di e 1 mg Mg/ml enthält. 10 ml
davon werden mit 1 ml 0,05%-iger Tita
ngelblösung und ansc hließend mit 10 ml
verdünnter NaOH versetzt.
Die Lösung ist nach Zugabe von Titangelb z unächst wässrig gelb. Nach Zugabe von
NaOH ist ein Farbumschlag nach rosa zu erkennen.
VI. Nachweis von Magnesium in Chlorophyll
10 g Spinat werden in 3 ml konz. Sa
anschließend durch ein F
lzsäure und 7 ml Wasser aufgekocht und
ilter gegeben. Das Filtrat
neutralisiert und auf 100 ml verdünnt. Mit 10 ml dieser
wird mit verdünnter NaOH
Lösung wird der
Magnesiumnachweis mit Titangelb durchgeführt.
Das Filtrat ist zunächs t grün-gelblich. F ührt man den Nachweis mit Titangelb durch,
färbt sich die Lösung rötlich.
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Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
VII. Komplexometrische Bestimmung von Calcium
Ein 100 ml Messkolben mit einer unbekannt en Konzentration von Calc ium wird mit
Wasser aufgefüllt. 10 ml der Lösung werden auf 100 ml ver
dünnt. Nach dem
Auflösen der zugesetzten Indikator-P uffertablette wird 1 ml konz. NH 3-Lösung hinzu
gegeben. Anschließend wird mit EDTA (0,1 m) bis zum Farbumschlag titriert.
Auswertung, Diskussion
I. Zunächst die Reaktionsgleichungen:
Probe 1:
Ag+ + Cl-
' AgCl
AgCl + 2 NH3 ' [Ag(NH3)2]+ + ClProbe 2:
Ag+ + Br- ' AgBr
Nach Zugabe von Ammoniakwasser:
AgBr + 2 NH3 ' [Ag(NH3)2]+ + BrProbe 3:
Ag+ + I- ' AgI
Nach Zugabe von 5%-iger Na2S2O3:
AgI + 2 S2O32- ' [Ag[S2O3)2]3Nach Zugabe von Natriumsulfid:
2 Ag+ + S2- ' Ag2S
Silberchlorid (AgCl) und Silber bromid (AgBr) lösen sich nur mäßig, Silberiodid (AgI)
nur wenig in konz. Ammoniakwasser. Zu er klären ist dies durch die verschiedenen
Löslichkeitsprodukte. Die pK L-Werte von AgCl (9,96) und Ag Br (12,4) sind höher als
die Komplexbildungst endenz, daher lösen sie si ch leichter. Bei AgI (16,0) ist das
Löslichkeitsprodukt niedriger, daher löst es sich nicht so leicht. Erst nach Zugabe von
Na2S2O3 ist die Komplexbildungst endenz höher als das Löslichkeitsprodukt, und das
AgI löst sich. Führt man nun Natriumsulfi
d hinzu, wird das Löslic
niedriger und Ag2S fällt aus.
II. Reaktionsgleichungen:
-4-
hkeitsprodukt
Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
[Cu(H2O)6]2+ + 4 Cl-
' [CuCl4]2- + 6 H2O
hellblau
türkis
[Cu(H2O)6]2+ + 6 NH3 ' [Cu(NH3)6]2+ + 6 H2O
hellblau
dunkelblau
Komplexbildungen sind Gleichgewichtsreaktionen. Das Massenwirkungsgesetz muss
also erfüllt werden. Fügt man Cl
-
hinzu, verschiebt sich
das Gleichgewicht; bei
Zugabe von H 2O verschiebt es s ich in die ander e Richtung. Während der in diesem
Versuch ablaufenden Reaktionen findet i mmer wieder ein Ligandenaustausch statt,
der die Umfärbungen verursacht.
III. Reaktionsgleichung:
[Co(H2O)6]2+ + 4 Cl- ' [CoCl4]2- + 6 H2O
In diesem Versuch ist sehr gut z u erkennen, dass die Li gandenanlagerung an das
Cobalt temperaturabhängig ist, da die
Abkühlen im Eisbad gleich s
Farben vor dem Erhitzen und nach dem
ind. Nu r während die Lös
ung eine relativ hohe
Temperatur hat, ist si e violett. In diesem Zustand findet ein Li gandenaustausch statt;
Chlor lagert sich an. Bei niedrigeren
Temperaturen ist Wasser an das
Cobalt
angelagert.
IV. Die unterschiedliche Färbung deutet
unterschiedliche Liganden an
hier wieder darauf hin, dass sich
das Cobalt anlagern. Die Blaufärbung ist wie in
Versuch III ein Indiz für die Anlagerung von
Chlor, welches dur ch die Verdunstung
des Wassers im Trockenschrank geschieh t. Legt man das getrock nete Filter an die
Luft, so kann sich Wasser der Luftfeuchtig
keit anlagern und es
leichten Farbänderung. Die Luftfeuchte
reicht jedoch nicht aus, um einen
vollständigen Farbumschlag zu erzielen.
V. Berechnung der benötigten Menge MgCl2⋅6 H2O:
M(MgCl2⋅6 H2O) = 203,302 g/mol
-5-
kommt zu einer
Komplexverbindungen; Komplexgleichgewichte
Verhältnis MgCl2⋅6 H2O/Mg:
203,302
= 8,35 . Da diese Angabe sich auf g/Liter bezieht
24,305
und man 10 ml benötigt, wird der Wert du
rch 100 geteilt. Somit kommt man auf
0,0835g, die benötigt werden, um die Lösung herzustellen.
Die durch das T
itangelb aus gelöste rote Färbung ist das
Zeichen für einen
Magnesium-Titangelb-Komplex. Somit ist dies der Nachweis für Magnesium.
VI. Durch das Aufk
ochen des Spinates
mit HCl werden die
Zellwände und -
membranen zerstört, so dass nach Filtration
das Chlorophy ll vorliegt. Dies erklärt
auch die leichte grünliche F
iltrats. Da der Chlorophyllkomple
ärbung des F
Magnesium als Zentralatom hat, bietet
x
sich hier wieder der in Versuch V
durchgeführte Nachweis mit Titangelb an.
VII. Bei den drei T itrationen zur Ermittlung des Durchschnittswertes wurden folgende
Mengen EDTA verbraucht:
11,4
11,35
11,4
Durchschnitt 11,383
Berechnung des Calciumgehaltes:
c = 0,1 mol/g EDTA
n = c ⋅ V = 0,1⋅11,383 = 1,1383 mol
M (Ca ) = 40, 078 g / mol
⇒
m = n ⋅ M = 1,1383 ⋅ 40, 078 ≈ 45, 622 g
Dieser Wert muss w egen der Verdünnung mal zehn genommen werden. Daher
befindet sich in dem Messkolben 456,62 g Calcium.
Diese Art der Bestimmung ist möglich, da das Calc ium mit dem Indikator zunächst
eine Komplexverbindung einge ht. Setzt man EDTA hinzu,
Indikator, da der Komplex mit dem Indika
verdrängt dieses den
tor wenig er stabil ist, als der Calc
EDTA-Komplex. Dur ch dies en Ligande naustausch kommt der Farbwechse
zustande.
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iuml