저는 방금 학교에서 무기 화학을 시작했고 방금 금속 아쿠아 이온이 물에서 어떻게 반응하는지에 대해 배웠습니다. 나는 $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 2 +} $ $를 잃어 물에서 반응한다는 것을 배웠습니다. \ ce {H +} $ $ \ ce {H +} $ 이온을 생성하는 Bronsted-Lowry 산으로 작용합니다. 이 반응으로 인해 $와 반응하여 $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ 와 같은 금속을 테스트 할 수 있습니다. \ ce {NaOH} $ . 이는 $ \ ce {OH-} $ 이온이 $ \ ce {H +} $ 이온이 생성되어 평형을 오른쪽으로 밀어 불용성 침전물을 형성합니다. 내 질문은 왜 반응이 거기서 멈출까요? 불용성 침전물 인 $ \ ce {[Fe (OH) 2 (H2O) 4]} $ 가 형성되면 반응이 중지되지만 왜 계속 형성되지 않는지 $ \ ce {[Fe (H2O) 3 (OH) 3]-} $ 가 다시 용해됩니까?

댓글

  • 실제로 침전물은 ' t [Fe (OH) 2 (H2O) 4]입니다. 강수량은 그것과 함께 시작되지만 ' 다소 복잡한 응축 / 중합 과정입니다.

답변

방금 학교에서 무기 화학을 시작했습니다. 좀 더 간단한 통찰력을 제공합니다.

간단히, 복잡한 금속 이온은 그 중심에 여러 다른 분자와 함께 금속 이온이 있습니다 ( , $ \ ce {H2O} $ ) 또는 이온 (, $ \ ce {CN -} $ ). 복잡한 이온 (또는 분자)을 배우기 시작할 때 왜 복잡한 이온이 $ \ ce {[M (H2O) 6] ^ n +} $ (헥사 아쿠아 이온)은 산성입니다. 예 : $ \ 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 +} $ 등. 가장 먼저 알아야 할 것은 같은 농도의 헥사 아쿠아 이온 용액은 산도 (용액의 pH)의 범위가 다양하며, 이는 금속의 전하, 이온 반경 등에 따라 크게 달라집니다. 웹 페이지에서 추출한 다음 그래프를 참조하십시오. 복합 금속 이온-Hexaaqua 이온의 산성도 .

pKa Vs Ionic Radius

Hexaquairon (III), $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 일반적인 복합 이온으로 3 +} $ . 이온의 구조 (팔면체)는 아래 다이어그램 A 에 나와 있으며 산도에 대한 설명은 다이어그램에 나와 있습니다. B (From 복합 금속 이온-Hexaaqua 이온의 산성도 ) :

Hexaaqua Iron (III)

이 설명은 이온의 3 개 이상의 전하가 중앙의 $ \ ce {Fe} $ 에 완전히 위치하는 것을 시각화하여 제공됩니다. 각 $ \ ce {H2O} $ span의 $ \ ce {O} $ 에있는 고독한 쌍 중 하나 > 아이언과 좌표 결합을 형성하면이 고독한 쌍이 $ \ ce {Fe} $ 쪽으로 더 가까워지는 것을 시각화 할 수 있습니다. 이는 단지 내의 모든 $ \ ce {OH} $ 결합의 전자에 영향을줍니다 (모든 $ \ ce {O} $ 원자는 이러한 전자 이동으로 인해 부분적으로 양전하를 띠고 있습니다. 이로 인해 $ \ ce {O-H} $ 결합의 전자가 평소보다 훨씬 더 산소쪽으로 당겨집니다. 그러면 각 $ \ ce {H} $ 핵이 정상보다 더 많이 노출됩니다 ( $ \ ce {H2O}의 핵과 비교). $ 분자). 전반적인 효과는 각 $ \ ce {H} $ 원자가 일반 물 분자보다 더 긍정적이라는 것입니다. 따라서 3+ 전하는 더 이상 $ \ ce {Fe} $ 에 완전히 위치하지 않고 전체 이온에 퍼져 있습니다. 조정 된 물.

$ \ ce {H2O} $ 연결된 $ \ ce {H} $ 원자 / span> 리간드는 브 뢴스 테드 산으로 작용할 수있을만큼 충분히 양성이며 $ \ ce {H2O} $ 분자를 포함하는 산-염기 반응에서 분리 될 수 있습니다. 프로세스의 처음 세 단계를 설명하는 다음 방정식 시퀀스에 따른 솔루션 : $$ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 + + H2O < = > [Fe (H2O) 5 (OH)] ^ 2+ + H3O +} \\\ ce {Fe (H2O) 5 (OH)] ^ 2+ + H2O < = > [Fe (H2O) 4 (OH) 4] ^ + + H3O +} \\\ ce { Fe (H2O) 4 (OH) 2] ^ + + H2O < = > [Fe (H2O) 3 (OH) 3] + H3O +} $$

보시다시피 프로세스는 세 번째 단계 이후에 요금이 부과되지 않는 콤플렉스로 끝납니다. 이 컴플렉스는 중립 컴플렉스 로 설명됩니다. 전하가 없기 때문에 물에 전혀 용해되지 않고 형성되면서 침전됩니다. $ \ ce의 반응에 대한 컬러 그림은 아래 다이어그램을 참조하십시오. {[NaOH} $ ( $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 2 +} $ $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ ,

Fe (II)

Fe (III)

답변

이것은 매우 흥미로운 질문입니다. 우선 노란색 $ \ ce {Fe ^ 3 +} $ 본 적이 있다면 맞습니다. 순수한 아쿠아 컴플렉스는 아니지만 $ \ ce {[Fe (H2O) 5 (OH)] ^ 2-} $ 가능성이 더 높은 / span> 솔루션입니다. 예를 들어 $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ (예 : conc. $ \ ce {HNO3} $ 또는 $ \ ce {HClO4} $ 는 사실은 다소 보라색입니다. 우리는 이러한 화합물을 양이온 산이라고 부릅니다. 따라서 아쿠아 복합체는 산으로 작용하여 물에서 양성자가 제거됩니다. $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ 예의 경우 거의 동일합니다. 예를 들어 hexaqua complex가 염기로 처리 된 $ \ ce {OH ^-} $ 는 하나의 물 리간드로 교환됩니다. 그 후 많은 사람들이 $ \ ce {OH ^-} $ 는 분광 화학 계열에서 더 강력한 리간드 여야했습니다. 물론 이것은 잘못된 것이며 여기서 서로 관련이 없습니다. 적어도 저에게 훨씬 더 논리적 인 것은, 조정을 통해 물이 고하 전 된 금속 중심에 가까워집니다. 그러나 이는 pan class = “의 $ \ ce {H} $ 에서 반발력이 있음을 의미합니다. math-container “> $ \ ce {H2O} $ 와 금속 중심은 둘 다 양 (공식) 전하를 갖기 때문입니다. 이렇게하면 염기에 의해 양성자가 제거되기가 훨씬 쉬워집니다.

하지만 왜 이것이 어떤 지점에서 멈추나요? $ \ ce {B의 예에 대해 동일한 질문을했습니다. eO} $ $ \ ce {OH ^-} $ 와 (과) 반응하여 $ \ ce {[Be (OH) 4] ^ 2-} $ 왜 베릴륨 산화물 양쪽 성이 베리 레이트를 형성하고 $ \ ce {MgO} $ 에서 $ \ ce {BaO} $ 이 능력을 보여주지 않습니까? 이에 대한 답을 찾는 데 꽤 오랜 시간이 걸렸습니다. 이 현상을 설명하려는 Cartledge의 방정식이 있습니다.

$$ \ ce {Φ = z / r} $$

Φ는 이온 전위, z는 전하, r은 반경입니다. $ \ ce {Φ ^ {1/2}} $ 이 2.2보다 작 으면 이온은 염기성으로 간주되고 3.2 이상에서는 산성으로 간주됩니다. 중간, 양쪽 성으로 간주됩니다. 그게 무슨 뜻입니까? 충전 반경의 비율이있는 것 같습니다. 작고 고도로 하전 된 이온은 주변의 물 분자를 너무 많이 극성 화하여 빠르게 양성자를 잃습니다.

귀하의 경우, 우리는 산화물에 대해 구체적으로 말하는 것이 아니지만 비슷한 일이 일어나야한다고 생각합니다. 금속의 높은 전하와 $ \ ce {Fe} $ 가 이미 원자 반경이 줄을 따라 감소해야하는 d-row의 중간에 있다는 사실 실제로 더 많은 탈 양성자 화를 일으키기에 충분합니다. 이번에는 $ \ ce {BeO} $ 의 경우처럼 주변 물 분자가 아니라 이미 연결되어있는 물 분자 금속 중심. 어느 시점에서는 pH가 증가 할 때 발생하는 추가 도움이 필요합니다. 그리고 실제로 $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ 의 경우 $ \ ce {Na4 [Fe (OH) 6 ]} $ 가있는 것 같습니다.

$ \ ce {BeO} $ 와 (과)의 비교는 다소 어려웠을지 모르지만 실제로는 반 경비에 대한 전하가 용해성 하이드 록소 복합체가 형성되는 방식에 어떻게 작용하는지 볼 수 있습니다.

댓글

  • $ \ ce {Na4Fe (OH) 6}에 대해 자주 구성하는 교과서 문제 이외의 참고 자료를 제공 할 수 있습니까? $?
  • 좋은 질문입니다. Riedel-Anorganische Chemie와 이전 Holleman Wiberg의 새 버전에 언급되어 있습니다. 하지만 나중에 다리미에서 Gmelin을 확인하겠습니다.

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