Most kezdtem el a szervetlen kémiát az iskolában, és most ismerkedtem meg a fémakvaionokkal és azok reakciójával a vízben. Megtudtam, hogy a $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 2 +} $ vízben reagál, ha elveszít egy $ \ ce {H +} $ Bronsted-Lowry savként működik, $ \ ce {H +} $ ionokat termelve. Ennek a reakciónak köszönhetően olyan fémeket tesztelhetünk, mint a $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ , ha $ -val reagálunk rá. \ ce {NaOH} $ . Ennek oka az, hogy a $ \ ce {OH -} $ ionok reagálnak a $ \ ce {H +} $ ionok keletkeztek, amelyek jobbra tolják az egyensúlyt, oldhatatlan csapadékot képezve. Kérdésem, miért áll meg itt a reakció? A reakció egyszer leáll $ \ ce {[Fe (OH) 2 (H2O) 4]} $ , amely az oldhatatlan csapadék, de miért nem képződik tovább $ \ ce {[Fe (H2O) 3 (OH) 3] -} $ és újra oldhatóvá válik?
Megjegyzések
- Valójában a csapadék nem ‘ t [Fe (OH) 2 (H2O) 4]. A csapadék ezzel kezdődik, de ‘ meglehetősen összetett kondenzációs / polimerizációs folyamat.
Válasz
Amióta mondtad nemrégiben kezdtük el a szervetlen kémiát az iskolában, adok néhány egyszerűbb betekintést:
Egy komplex fémionnak egyszerűen egy fémionja van a közepén számos más molekulával ( eg , $ \ ce {H2O} $ ) vagy ionok ( eg , $ \ ce {CN -} $ ) körülötte. Amikor elkezd komplex ionokat (vagy molekulákat) tanulni, meg kell tanulnia, miért $ \ ce {[M (H2O) 6] ^ n +} $ (hexaaqua-ionok) savasak. Példák: $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 2 +} $ , $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ , $ \ ce {[Cu (H2O) 6] ^ 2 +} $ , $ \ ce {[Co (H2O) 6] ^ 2 +} $ , $ \ ce {[Ni (H2O) 6] ^ 2 +} $ , $ \ ce {[V (H2O) 6] ^ 2 +} $ stb. Az első, amit tudnia kell az azonos koncentrációjú hexaaqua-ionok oldatainak savtartománya változó (az oldat pH-ja), ami nagyban függ a fém töltésének típusától, ionsugarától stb. Lásd a következő grafikont a weboldalról a40e38cdb9 “>
Komplex fémionok – a hexaqua-ionok savassága .
Vegyük a hexaaquairon (III), $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ , mint tipikus komplex ion. Az ion (oktaéderes) szerkezetét az alábbi diagram mutatja: B ( Komplex fémionok – a hexaqua-ionok savassága ):
Ezt a magyarázatot úgy adjuk meg, hogy az ion 3+ töltésének vizualizálása teljes egészében a közepén található $ \ ce {Fe} $ . Amikor mindegyik $ \ ce {O} $ magányos pár közül mindegyik $ \ ce {H2O} $ koordinátakötést alkotnak a vasalóval, láthatóvá tehető, hogy ezek a magányos párok közelebb mozognak a $ \ ce {Fe} $ felé. Ez hatással van a komplexum összes $ \ ce {OH} $ kötvényén lévő elektronokra (képzelje el az összes $ \ ce Az {O} $ atomoknak részleges pozitív töltésük van ennek az elektronmozgásnak köszönhetően). A $ \ ce {O-H} $ kötések elektronjai emiatt még a szokásosnál is jobban húzódnak az oxigén felé. Ezáltal az egyes $ \ ce {H} $ magok jobban ki vannak téve a normálnál (összehasonlítva a $ \ ce {H2O} $ molekulák az oldatban). A teljes hatás az, hogy a $ \ ce {H} $ atomok mindegyike pozitívabb, mint a szokásos vízmolekulákban. Így a 3+ töltés már nem teljes egészében a $ \ ce {Fe} $ helyen található, hanem az egész ionra kiterjed – nagy része a hidrogénatomokon. összehangolt víz.
A $ \ ce {H} $ atomok a $ \ ce {H2O} $
Amint látja, a folyamat egy komplexumhoz vezet, amelyen a harmadik szakasz után nincs díj. Ezt a komplexet semleges komplexum néven írják le. Mivel nincs töltése, ezért semmilyen mértékben nem oldódik fel a vízben, és kialakulásakor kicsapódik. Lásd az alábbi diagramot a $ \ ce reakciójának színes ábrájához. {[NaOH} $ $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 2 +} $ és $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ .
Fe (III) Válasz
Ez egy nagyon érdekes kérdés. Először is igazad van, ha valaha is sárga $ \ ce {Fe ^ 3 +} $ megoldás, amely nem volt tiszta aqua-komplexum, de valószínűleg $ \ ce {[Fe (H2O) 5 (OH)] ^ 2 -} $ . Az igazi Például $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ , hasonlóan a conc. $ \ ce {HNO3} $ vagy $ \ ce {HClO4} $ valójában kissé lila. Kationos savaknak nevezzük ezeket a vegyületeket. Tehát az aqua-komplexek savakként működnek és deprotonálódnak a vízben. A $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ példájához nagyjából ugyanaz. A hallgatói jelentésekben gyakran olvastam, hogy ha például egy hexaqua komplex bázissal kezelve a $ \ ce {OH ^ -} $ egy vizes ligandumra cserélődik. Sokan aztán arra a következtetésre jutottak, hogy $ \ ce {OH ^ -} $ -nak kellett lennie a spektrokémiai sorozat erősebb ligandumának. Ez természetesen téves és itt nem kapcsolódik egymáshoz. Ami sokkal logikusabb, legalábbis számomra az, hogy koordinációval a víz közelebb kerül a magasan töltött fémközpont felé. De ez azt jelenti, hogy a $ \ ce {H} $ visszataszítás következik a $ \ ce {H2O} $ és a fémközpont, mivel mindkettőnek pozitív (formális) töltése van. Ez sokkal megkönnyíti a bázis általi deprotonálást.
De miért áll meg ez bizonyos pontokon? Ugyanezt a kérdést tettem fel magamnak a $ \ ce {B példára eO} $ a $ \ ce {OH ^ -} $ és a $ \ ce {[Be (OH) 4] ^ 2 -} $ . Miért képez berillátot a berillium-oxid amfoter, miközben a $ \ ce {MgO} $ a $ \ ce {BaO} $ nem mutatják ezt a képességet? Elég sok időbe telt, mire erre választ találtam. Van egy egyenlet, amelyet Cartledge kínál, és megpróbálja leírni ezt a jelenséget:
$$ \ ce {Φ = z / r} $$
Ahol Φ az ionpotenciál, z töltés és r sugár. Ha a $ \ ce {Φ ^ {1/2}} $ értéke kisebb, mint 2,2, akkor az ion bázikusnak tekinthető, 3,2 fölött savasnak tekinthető. közepén, amfoternek tekintik. Az mit jelent? Úgy tűnik, hogy a sugár és a töltés aránya van. Úgy tűnik, hogy a kicsi, erősen töltött ionok annyira polarizálják a környező vízmolekulákat, hogy gyorsan elveszítenek egy protont.
Az Ön esetében nem kifejezetten oxidokról beszélünk, de azt hiszem, valami hasonlónak kell történnie. A fém nagy töltése és az a tény, hogy $ \ ce {Fe} $ már a d-sor közepén van, ahol az atom sugara csökken a sor mentén elég ahhoz, hogy valóban még több deprotonációt okozzon, ezúttal talán nem a környező vízmolekuláké, mint például a $ \ ce {BeO} $ esetében, hanem azoké, amelyekhez már ligáltak a fém központ. Egy bizonyos ponton további segítségre lesz szükség, amely akkor következik be, amikor a pH-érték megemelkedik. És valójában a $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ esetében egy $ \ ce {Na4 [Fe (OH) 6 ]} $ úgy tűnik, hogy létezik.
Gondolom, a (z) $ \ ce {BeO} $ összehasonlítás talán kissé messze van, de ez egy tényleges példa, ahol láthatja, hogy a töltés / sugár arány hogyan hat az oldható hidroxo-komplexek képződésének módjára.
Megjegyzések
- Tudna-e referenciát adni a sok mindent kitaláló tankönyvproblémákon kívül a $ \ ce {Na4Fe (OH) 6} áron $?
- Jó kérdés. A Riedel – Anorganische Chemie és az egykori Holleman Wiberg új kiadása említi. De később megvizsgálom a Gmelint vason.