Czy Fe (OH) 2 jest rozpuszczalny w alkaliach?

Skoro powiedziałeś, że właśnie zacząłem chemię nieorganiczną w szkole, daję ci prostszy wgląd:

Po prostu złożony jon metalu ma jon metalu w swoim środku z wieloma innymi cząsteczkami ( np. , $ \ ce {H2O} $ ) lub jony ( np. , $ \ ce {CN -} $ ) otaczających go. Kiedy zaczynasz uczyć się jonów złożonych (lub cząsteczek), musisz dowiedzieć się, dlaczego jony złożone typu $ \ ce {[M (H2O) 6] ^ n +} $ (jony hexaaqua) są kwaśne. Przykłady: $ \ 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 +} $ , itd. Pierwszą rzeczą, którą musisz wiedzieć, jest roztwory jonów hexaaqua o równych stężeniach mają różny zakres kwasowości (pH roztworu), który zależy w dużej mierze od rodzaju ładunku metalu, promienia jonowego itp. Patrz poniższy wykres wyodrębniony ze strony internetowej, Złożone jony metali – kwasowość jonów Hexaaqua .

Weźmy hexaaquairon (III), $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ jako typowy jon złożony. Strukturę jonu (ośmiościennego) przedstawiono na poniższym diagramie A , a wyjaśnienie jego kwasowości podano na schemacie B (From Złożone jony metali – kwasowość jonów Hexaaqua ):

To wyjaśnienie daje wizualizacja 3+ ładunku jonu, który znajduje się w całości w środku $ \ ce {Fe} $ . Gdy jedna z samotnych par na $ \ ce {O} $ każdego $ \ ce {H2O} $ tworzą współrzędną więź z żelazem, można sobie wyobrazić, że te samotne pary zbliżają się do $ \ ce {Fe} $ . Ma to wpływ na elektrony we wszystkich wiązaniach $ \ ce {OH} $ w kompleksie (wyobraź sobie wszystkie $ \ ce Atomy {O} $ mają częściowe dodatnie ładunki z powodu tego ruchu elektronu). Z tego powodu elektrony z $ \ ce {O-H} $ wiążą się w kierunku tlenu nawet bardziej niż zwykle. To sprawia, że każde jądro $ \ ce {H} $ jest bardziej narażone niż normalnie (w porównaniu do tego w $ \ ce {H2O} $ w roztworze). Ogólny efekt jest taki, że każdy z atomów $ \ ce {H} $ jest bardziej dodatni niż w zwykłych cząsteczkach wody. W związku z tym ładunek 3+ nie jest już w całości zlokalizowany na $ \ ce {Fe} $ , ale jest rozłożony na cały jon – w większości na atomach wodoru skoordynowana woda.

$ \ ce {H} $ atomy przyłączone do $ \ ce {H2O} $ ligandy są na tyle dodatnie, że mogą działać jak kwas Brønsteda i można je usunąć w reakcji kwasowo-zasadowej z udziałem cząsteczek $ \ ce {H2O} $ w rozwiązanie zgodnie z następującym ciągiem równań ilustrujących pierwsze trzy etapy procesu: $$ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 + + H2O < = > [Fe (H2O) 5 (OH)] ^ 2+ + H3O +} \\\ ce {Fe (H2O) 5 (OH)] ^ 2+ + H2O < = > [Fe (H2O) 4 (OH) 4] ^ + + H3O +} \\\ ce { Fe (H2O) 4 (OH) 2] ^ + + H2O < = > [Fe (H2O) 3 (OH) 3] + H3O +} $$

Jak widzisz, proces kończy się złożeniem bez opłat po trzecim etapie. Ten kompleks jest opisany jako Kompleks neutralny . Ponieważ nie ma ładunku, nie rozpuszcza się w wodzie w żadnym stopniu i będzie wytrącać się podczas tworzenia. Zobacz poniższy diagram, aby zobaczyć kolorową ilustrację reakcji $ \ ce {[NaOH} $ z $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 2 +} $ i $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ , odpowiednio.

To całkiem interesujące pytanie. Po pierwsze, masz rację, jeśli kiedykolwiek zdarzyło Ci się zobaczyć żółty $ \ ce {Fe ^ 3 +} $ , które nie było czystym kompleksem wodnym, ale bardziej prawdopodobne, $ \ ce {[Fe (H2O) 5 (OH)] ^ 2 -} $ . Prawdziwe Na przykład $ \ ce {[Fe (H2O) 6] ^ 3 +} $ , tak jak jest utworzony w conc. $ \ ce {HNO3} $ lub $ \ ce {HClO4} $ to właściwie nieco fioletowa. Nazywamy te związki kwasami kationowymi. Tak więc kompleksy wodne będą działać jak kwasy i ulegać deprotonowaniu w wodzie. W Twoim przykładzie $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ jest prawie tak samo. Często czytam w raportach uczniów, że jeśli na przykład kompleks hexaqua jest potraktowany podstawą, $ \ ce {OH ^ -} $ wymieniłby na jeden ligand wodny. Wielu z nich doszło do wniosku, że $ \ ce {OH ^ -} $ musiał być silniejszym ligandem w serii spektrochemicznej. Jest to oczywiście błędne i niezwiązane ze sobą tutaj. Co jest o wiele bardziej logiczne, przynajmniej dla mnie, że dzięki koordynacji woda zbliża się do silnie naładowanego metalowego centrum. Ale to oznacza odpychanie z $ \ ce {H} $ w $ \ ce {H2O} $ i metalowe centrum, ponieważ oba mają ładunek dodatni (formalny). To znacznie ułatwia deprotonowanie przez bazę.

Ale dlaczego to się kończy w niektórych punktach? Zadałem sobie to samo pytanie na przykładzie $ \ ce {B eO} $ reaguje z $ \ ce {OH ^ -} $ w celu utworzenia $ \ ce {[Be (OH) 4] ^ 2 -} $ . Dlaczego amfoteryczny tlenek berylu tworzy berrylate, podczas gdy $ \ ce {MgO} $ to $ \ ce {BaO} $ nie pokazuj tej umiejętności? Znalezienie odpowiedzi na to zajęło mi trochę czasu. Istnieje równanie autorstwa Cartledgea, które próbuje opisać to zjawisko:

$$ \ ce {Φ = z / r} $$

Gdzie Φ jest potencjałem jonowym, z ładunkiem ir promieniem. Jeśli $ \ ce {Φ ^ {1/2}} $ jest mniejszy niż 2,2, jon jest uważany za podstawowy, a powyżej 3,2 za kwaśny. W w środku, to jest uważane za amfoteryczne. Co to znaczy? Wygląda na to, że istnieje stosunek promienia do ładunku. Wydaje się, że małe, silnie naładowane jony polaryzują otaczające cząsteczki wody tak bardzo, że szybko tracą proton.

W twoim przypadku nie mówimy konkretnie o tlenkach, ale myślę, że powinno się wydarzyć coś podobnego. Wysoki ładunek metalu i fakt, że $ \ ce {Fe} $ jest już w środku rzędu d, gdzie promienie atomowe zmniejszają się wzdłuż rzędu powinny być wystarczająco dużo, aby spowodować jeszcze większą deprotonację, tym razem być może nie otaczających cząsteczek wody, jak w przypadku $ \ ce {BeO} $ , ale te, które są już połączone metalowe centrum. W pewnym momencie będzie to wymagało dodatkowej pomocy, co dzieje się, gdy pH wzrośnie. I faktycznie dla $ \ ce {Fe ^ 2 +} $ a $ \ ce {Na4 [Fe (OH) 6 ]} $ wydaje się istnieć.

Wydaje mi się, że porównanie z $ \ ce {BeO} $ może być nieco naciągane, ale byłby to rzeczywisty przykład, w którym mogą zobaczyć, jak stosunek ładunku do promienia wpływa na sposób tworzenia rozpuszczalnych hydroksokompleksów.

Komentarze

• Czy możesz podać odniesienie do $ \ ce {Na4Fe (OH) 6}, inne niż problemy z podręcznika, które często tworzą $?
• Dobre pytanie. Wspomina o nim Riedel – Anorganische Chemie i nowe wydanie byłego Holleman Wiberg. Ale później sprawdzę Gmelin na żelazku.