Fag: Kemi A
Journal
Fældninger og
kompleksdannelse
Side:1
Formål /hypotese
Formålet med øvelsen er at demonstrere liganders betydning for farven af komplekset i en Cu2+eller en
Pb2+opløsning.
Teori
Komplekse bindinger
En kompleks binding er en elektrostatisk effekt, der skaber en forbindelse mellem en metalion og 2-9
ligander- normalt er det 2-6 ligander men det kan også være langt højere, hvis man arbejder med et metal
indenfor lanthaniderne og actiniderne. Metalionen kaldes for centralatomet eller centralionen og befinder
sig som oftest i centrum af komplekset. Herfra binder den til liganderne, som indeholder lone pairs, hvilket
er årsagen til at liganderne kan danne en binding til metalionen. Bindingen fra metallet til liganderne er
givet ved af elektronkonfigurationen af centralatomet, og hvor meget liganderne er elektronegative.
Antallet af ligander centralionen kan bindes til, kaldes for centralionens koordinationsstal.
En type binding der kan opstå er en ion-dipol binding. Denne opstår f.eks. når et salt opløses i vand, herved
vil saltets krystalstruktur blive brudt pga. den stærke dipol som vandet har. Herved vil vands
elektronegative del (oxygenatomet) binde til det positivt ladede metal, mens den negativt ladede ion vil
binde sig til den positivt ladede ende af vandet (hydrogenatomet). Når dette sker, vil metalionen binde et
hvis antal vandmolekyler, disse ioner kaldes hydratiserede ioner (aquaioner). Antallet af vandmolekyler
metalionen kan binde er voksende med radius af ionen, en metalion med en lille ionradius, f.eks. Be
3+
, kan
ikke binde lige så mange som en metalion med en stor ionradius, f.eks Fe
3+
.
Den anden bindingstype der kan forekomme i et kompleks, forekommer når centralatommet i sine ikke-
komplette niveauer har tomme orbitaler. Denne binding minder meget om en kovalentbinding, dog vil
bindingen i komplekset udelukkende være gjort ved lonepairet fra liganden.
Det er især overgangsmetallerne (og aluminium) med deres ikke-komplette d-orbitaler, der efter en
hybridisering kan danne komplekserne, dog har liganderne også en stor effekt med deres s- og pi-orbitaler.
Figur 1. Et eksempel på en kompleksbinding
Hydratiserede metalioner
Metalioner med vandmolekyler bundet som ligander, kaldes for hydratiserede. Hydratiserede metalioner
har den specielle egenskab, at de kan fungere som syre. Dette vil altså sige, at komplekset kan afgive en
proton, styrken er afgjort af metalionens ladning og ionradius, jo højere ladning og mindre radius, desto
stærkere syre. Dette betyder altså, at når et salt opløses i vand, vil det dannede kompleks være i stand til at
gøre en opløsning sur, ved at afgive protoner fra liganderne (vandmolekylerne), så længe at den negative
ion fra saltet ikke besidder udprægede basiske egenskaber. Protolyseproduktet af denne syre-/base-
reaktion af komplekset har ofte en tendens til at binde sig til hinanden, og danne partikler med mere end et
centralion. Oxygenatomer er et eksempel på dette, da de danner en bro mellem de to positivt ladet
centralioner.
Struktur
Alt efter koardinationstallet af centralionen, vil et antal ligander bindes til metalionen. Det er som oftest 2,
3, 4 eller 6 ligander der bindes til centralionen, og disse vil hver især danne en forskellig rummelig struktur.
Side:2
Chelateforbindelser
En chelatforbindelse, er, når et molekyle optræder som ligand 2 eller flere gange, hvormed der opstår en
lukket ring. De samme molekyler danner altså flere bindinger til samme centralion, og dette medfører
således at komplekset bliver mere stabilt.
Figur 6. Chelateforbindelse
Kompleksforbindelser og farvedannelse
Når komplekseforbindelser er dannet mellem metaller og liganderne, kan der forekomme en farve af
komplekset. Dette skyldes, at når et metal med ikke-komplette d-orbitaler bindes til en ligand, når dette
sker, vil d-orbitalen opnå højere eller lavere energi. Dette påvirker elektronerne i orbitalen, således, at
nogle elektroner bliver exciteret til en orbital med højere energiniveau, og nogle undergår en elektron
“relaxation” og “hopper” til en orbital med lavere energiniveau. Når en elektron “hopper” til en orbital med
lavere energiniveau, afgiver den sin ekstra energi, dette gør den ved at udsende en foton (lyspartikel), hvis
denne foton har en bestemt bølgelængde (et bestem energiniveau) kan vi observer den som lys indenfor
det visuelle spektrum. Når elektronerne exciteres, kræver det energi (oftest fra fotoner eller termisk
energi), men når de falder tilbage til deres grundtilstand, vil disse elektroner også udsende energi i form af
lysenergi (fotoner) som vi kan observere som farver.
Farven (bølgelængden af det lys elektronerne udsender), er afhængig ladningen af centralionen og
liganderne, samt afstanden mellem d-orbitalen og orbitalerne elektroner excitreres/falder til.
Figur 2. 2 ligander bindes til centralionen
og danner en lineær struktur
Figur 3. 4 ligander bindes til
centralionen, og danner en plan struktur
Figur 4. 4 ligander bindes til
centralionen og danner en
tetraederstruktur
Figur 5. 6 ligander bindes til
centralionen og danner en
octaederstruktur
Side:3
Det er værd at nævne at elektroner der exciteres i metaller, også kan vandre til de tomme orbitaler hos
liganderne og vise versa, denne reaktion kaldes “Charge-Transfer” komplekser og en af grundene til at
metal komplekser der ikke har opfyldt deres d-orbitaler stadig viser tydelige farver i opløsninger.
1
Udstyr og kemikalier
- Reagensglas
- Reagensglasstativ
- Dråbepipetter
- Spatel
- 0,1 M
- 0,1 M
- 1,0 M
- 1,0 M
- 2,0 M
- 0,1 M
- 0,1 M
- 16,0 M
1
http://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Spectroscopy/Electronic_Spectroscopy/Selecti
on_Rules_for_Electronic_Spectra_of_Transition_Metal_Complexes/Metal_to_Ligand_and_Ligand_to_Metal_Charge_
Transfer_Bands
Side:4
Sikkerhed
Alle de stoffer vi arbejder med er alle farlige i stærke koncentrationer. Nogle af stofferne er ikke i super
høje koncentrationer, men der benyttes dog 16M og 2M
. Derfor bør alle der skal arbejde/er i
nærheden af kemikalierne, bære både kittel og briller, og eftersom nogle af de stoffer vi arbejde med er
farlige at indånde, skal der også arbejdes i stinkskab.
Hvis der under forsøget, er en der får nogle kemikalier i øjet eller på huden, er det vigtigt, at der under hele
forsøget er øjenskyllevæske og en nødbruser let til rådighed.
Desuden skal det undgås at kemikalierne skylles ud i håndvasken eller på anden måde, kan slippe ud af
laboratoriet, eftersom, at indtil flere at de benyttede kemikalier kan skade dyr og natur.
Fremgangsmåde
1. Hæld ca. 1 mL
op i et reagensglas.
a) Notér opløsningens farve.
b) Tilsæt et par mL 1M NH
3
. Omryst! Hvilke iagttagelser gør I jer??
c) Ved forsøget dannes tetraamminkobber(II)-ionen. Skriv reaktionsskema for denne
kompleksdannelse.
d) Tilsæt ca. 5 mL 2M
til samme reagensglas.
e) Notér iagttagelser!
f) Prøv at forklare - Hvad sker der?
2. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i et reagensglas.
a) Tilsæt nogle få dråber 1M NaOH. Omryst! Hvilke iagttagelser gør I jer??
b) Skriv et ionreaktionsskema for den fældningsreaktion, som er sket.
3. Dette forsøg er en variant af forsøg 1. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i et reagensglas.
a) Tilsæt et par dråber 1M
. Omryst! Hvilke iagttagelser gør I jer??
b) Tilsæt derefter et par mL
. Omryst! Forklar, hvad der sker.
4. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i et reagensglas. Omryst!
a) Tilsæt et par dråber 1M NaOH. Hvad observere du/I?
b) Skriv reaktionsskemaet for reaktionen
c) Derefter tilsættes ca. 5 mL 1M NaOH. Omryst! Hvilke iagttagelser gøres?
d) Bundfaldet opløses, fordi
omdannes til en tetrahydroxoplumbat(II)-ion. Skriv
reaktionsskemaet for denne reaktion.
5. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i et reagensglas.
a) Tilsæt et par dråber 1M
. Omryst!
b) Forklar iagttagelserne!
c) Tilsæt derefter et par mL
. Omryst!
d) Tyder forsøget på at Pb
2+
danner komplekser med NH
3
?
Side:5
e) Forsøg 4 viser, at
opløses ved tilsætning af overskud af NaOH, dvs. når opløsningen
gøres stærk basisk. Hvorfor sker det ikke ved tilsætning af overskud af ammoniakvand?
6. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i 2 nye reagensglas.
a) Tilsæt 1 mL 0,1M EDTA til det ene reagensglas. Omryst!
b) Tilsæt 1 mL demi. vand til det andet reagensglas. Omryst!
c) Sammenlign de 2 reagensglas. Hvilken farve får EDTA-komplekset af
7. Hæld ca. 1 mL 0,1M KI op i et reagensglas.
a) Tilsæt et par dråber 0,1M
. Omryst!
b) Skriv reaktionsskema.
c) Tilsæt derefter et par mL 0,1M EDTA. Omryst!
d) Notér og forklar iagttagelserne!
8. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i et reagensglas.
a) Tilsæt dråbevis 16M HCl indtil opløsningen bliver grøn. Omryst efter hver dråbe!
b) Tilsæt dråbevis 16M HCl, indtil opløsningen bliver gul.
c) Opskriv reaktionsskemaer for reaktionen.
d) Noter og forklar iagttagelserne!
Side:6
Figur 11. CuSO
4
Resultat
Eksperiment 1:
Eksperiment 2:
Figur 7. CuSO
4
Figur 8. Tilsat få dråber
1M ammoniak
Figur 9. Tilsat 1 mL 1M ammoniak
Figur 10. Tilsat 5 mL H
2
SO
4
Figur 12. Tilsat få dråber 1M
NaOH
Figur 11. Tilsat 1 mL NaOH
Side:7
Eksperiment 3:
Eksperiment 4:
Figur 14. CuSO
4
Figur 15. Tilsat få
dråber NH
3
Figur 16. Tilsat et
par mL NH
3
Figur 17. Pb(NO
3
)
2
Figur 18. Tilsat et par
dråber 1M NaOH
Figur 19. Tilsat 5 ml NaOH
Side:8
Eksperiment 5:
Eksperiment 6:
Figur 20. Pb(NO
3
)
2
Figur 21. Tilsat et par
dråber NaOH
Figur 22. Tilsat et
par mL NH
3
Figur 23. CuSO
4
Figur 24. CuSO
4
tilsat
EDTA
Figur 25. CuSO
4
tilsat
Demivand
Side:9
Figur 28. CuSO
4
tilsat
16M HCL
Figur 29. CuSO
4
tilsat
meget 16M HCl
Eksperiment 7:
Eksperiment 8:
Figur 26. 1M KI
Figur 27. Bly(II)nitrat tilsat EDTA
Side:10
Databehandling
1. Hæld ca. 1 mL CuSO
4
op i et reagensglas.
a) Notér opløsningens farve.
Opløsningen er næsten gennemsigtig, dog er den en anelse blålig.
b) Tilsæt et par mL 1M NH
3
. Omryst! Hvilke iagttagelser gør I jer??
Efter tilsætning af nogle få dråber 1M ammoniak, skifter farven fra gennemsigtig til cyan blå.
Efter tilsætning af ca. 1 mL ammoniak:
Farven går fra cyanblå til dyb mørkeblå
c) Ved forsøget dannes tetraamminkobber(II)-ionen. Skriv reaktionsskema for denne
kompleksdannelse.
Side:11
e) Notér iagttagelser!
Efter tilsætning af 5mL
Faven går fra en let, klar blå, over til en ugennemsigtig mørkeblå, og videre til en klar gennemsigtig væske.
f) Prøv at forklare - Hvad sker der?
Når Kobber sidder i forbindelser plejer det at danne et kompleks der udsender en blå/blålig farve, som det
ses i kobber(II)sulfat og tetraamminkobber(II)-ion. Når Kobber bliver opløst i vand dannes der en
kompleksbinding imellem 6 vandmolekyler og Kobber(II)-ionen.
Når ammoniak bliver tilsat til opløsningen, går det ind og reagerer med kobber(II)-ionen da de er mere
reaktive end vandmolekylerne, eftersom ladningsforskellen er større end i vand. Der dannes dermed
tetraamminkobber(II)-ionen.
Side:12
Når der tilsættes, og næsten overmætter opløsningen, 5 mL 2M Svovlsyre, ødelægges komplekset og vi får
tilsat yderligere Sulfat-ioner.
Når der er så mange opløste ioner i kan kobber i opløses af 6 vandmolekyler og må nøjes med blot 4
vandmolekyler i komplekset, som gør Kobber ikke kan farve.
2. Hæld ca. 1 mL 0,1M CuSO
4
op i et reagensglas.
a) Tilsæt nogle få dråber 1M NaOH. Omryst! Hvilke iagttagelser gør I jer??
Farven går fra svag blålig, til en mere kraftig blå.
b) Skriv et ionreaktionsskema for den fældningsreaktion, som er sket.
Side:13
3. Dette forsøg er en variant af forsøg 1. Hæld ca. 1 mL 0,1M CuSO
4
op i et reagensglas.
a) Tilsæt et par dråber 1M
. Omryst! Hvilke iagttagelser gør I jer??
Opløsningen skifter farve fra svag blå, til grumset blå
b) Tilsæt derefter et par mL
. Omryst! Forklar, hvad der sker.
Farven skifter fra grumset blå til mørkeblå.
Denne reaktion finder sted:
Der dannes en kompleksbinding, mellem kobberet og ammoniak, og der udskilles sulfat. Den komplekse
binding giver en mørkeblå farve.
Side:14
4. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i et reagensglas. Omryst!
a) Tilsæt et par dråber 1M NaOH. Hvad observere du/I?
Der sker en udfældning af blyhydroxid, som ligger sig som et hvidt bundfald.
b) Skriv reaktionsskemaet for reaktionen
c) Derefter tilsættes ca. 5 mL 1M NaOH. Omryst! Hvilke iagttagelser gøres?
Bundfaldet opløses, og en gennemsigtig væske opnås igen.
d) Bundfaldet opløses, fordi
omdannes til en tetrahydroxoplumbat(II)-ion. Skriv
reaktionsskemaet for denne reaktion.
5. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i et reagensglas.
b) Forklar iagttagelserne!
Når der tilsættes
, vil
reagere med vandet som følge af reaktionen:
Side:15
Dette skaber den overordnede reaktion:
Saltet
, danner således bundfaldet, blyhydroxid, som ikke er opløseligt.
c) Tilsæt derefter et par mL
. Omryst!
d) Tyder forsøget på at
danner komplekser med
?
Nej.
og
danner ikke komplekser, eftersom det kan ses at bundfaldet ikke er blevet opløst. Det
kan desuden teoretisk ses ved, at
ikke er negativt ladet, og derfor ikke kan binde sig til
.
e) Forsøg 4 viser, at Pb(OH)
2
(s) opløses ved tilsætning af overskud af NaOH, dvs. når opløsningen
gøres stærk basisk. Hvorfor sker det ikke ved tilsætning af overskud af ammoniakvand?
Det sker når opløsningen bliver basisk, og eftersom NH
3
ikke har nogen ladning bliver opløsningen ikke
stærkt basisk, og derfor kan bundfaldet ikke opløses igen.
6. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i 2 nye reagensglas.
c) Sammenlign de 2 reagensglas. Hvilken farve får EDTA-komplekset af
Ved en tilsættelse af EDTA, bliver farven mere blå, og ved en tilsættelse af demivand fortyndes
opløsningen, og der sker en farveændring i form af en svag nedsættelse af den blå farve.
Side:16
7. Hæld ca. 1 mL 0,1M KI op i et reagensglas.
b) Skriv reaktionsskema.
d) Notér og forklar iagttagelserne!
Ved en tilsættelse af bly(II)nitrat og EDTA til opløsningen dannes der et gult kompleks.
8. Hæld ca. 1 mL 0,1M
op i 2 reagensglas.
c) Opskriv reaktionsskemaer for begge reaktioner.
Tilsættelse af HCl 16 M:
d) Noter og forklar iagttagelserne!
Ved en tilsættelse af koncentreret HCl skifter farven fra blå til grøn til gul.
Dette sker eftersom, at der ved tilsættelse af 16 M HCl, vil alt saltsyren reagere, og danne komplekset
, ved en lille tilsættelse af HCl vil farven gå fra blå til grøn. Når der tilsættes en meget mere
koncentreret saltsyre, vil der dannes meget mere
. Komplekset udsender et gult lys, grunden til at
Side:17
det bliver grønt ved en lille tilsættelse af HCl, er, at der stadig er det blå CuSO
4
i opløsningen, som blandes
med den gule farve fra
, blandingen af disse to farver giver grøn.
Diskussion
Vi fik igennem hele denne øvelse de resultater vi forventede, og kunne observere de kritiske reaktioner
undervejs. Fejlkilder var der ikke mange af, eftersom det blot var et spørgsmål om at tilsætte nok væske for
at få reaktionen til at forløbe. Det kunne dog tænkes at de stoffer vi brugte havde urenheder i, dette kan vi
ikke udelukke, men det var ikke noget der påvirkede resultaterne.
Den største fejlkilde i dette forsøg, var, at 4 M saltsyre ikke var nok, for at få reaktionen til at forløbe, og
dermed få dannet nok
således at blandingen blev gul. Derfor benyttede vi i stedet en stærkere
saltsyre, men reaktion og princippet forblev det samme.
Konklusion
Vi var i denne øvelse i stand til at kunne se, at liganderne har en kritisk betydning for farven af
komplekserne der blev benyttet. Der har ikke været nogle fejlkilder der har haft en indflydelse på det
overordnede resultat, og dermed må det siges, at øvelsen har været succesfuld.
Kildehenvisning
Vibeke Axelsen, Ole Vesterlund Nielsen: Basiskemi A
Helge Mygind, Ole Vesterlund Nielsen, Vibeke Axelsen: Basiskemi B
Udleveret dokument “Komplexkemi_Mygind2000_s92_s98”
http://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Spectroscopy/Electronic_Spectroscopy/Selectio
n_Rules_for_Electronic_Spectra_of_Transition_Metal_Complexes/Metal_to_Ligand_and_Ligand_to_Metal_Charge_Tr
ansfer_Bands ()
Side:18
Bilag
Kobber sulfat -
H302: Farlig ved indtagelse
H319: Forårsager alvorlig øjenirritation
H315:Forårsager hudirritation
H410: Meget giftig med langvarige virkninger for vandlevende organismer
P280: Bær beskyttelseshandsker/øjenbeskyttelse
P305+351+338: Ved kontakt med øjne: skyl forsigtigt med vand i flere minutter. Fjern evt. Kontaktlinser,
hvis dette er muligt
P273: Undgå udledning til miljøet
Bly nitrat -
H360: Kan skade det ufødte barn. Mistænkes for at skade forplantningsevnen
H302+332: Farlig ved indtagelse eller indånding
H373: Kan forårsage organskader ved længerevarende eller gentagen eksponering
H410: Meget giftigt med langvarige virkninger for vandlevende organismer
P202: Anvend ikke produktet, før alle advarsler er læst og forstået
P280: Bær beskyttelseshandsker/øjenbeskyttelse
P308+313: Ved eksponering eller mistanke om eksponering: søg lægehjælp
P273: Undgå udledning til miljøet
Ammoniak -
H314: Forårsager svære forbrændinger af huden og øjenskader
H335: Kan forårsage irritation af luftveje
H400: Meget giftig for vandlevende organismer
P280: Bærbeskyttelseshandsker/øjenbeskyttelse/ansigtsbeskyttelse
P304+340: Ved indånding: Flyt personen til et sted med frisk luft og sørg for at vejrtrækningen lettes
P305+351+338: Ved kontakt med øjne: skyl forsigtigt med vand i flere minutter. Fjern evt. Kontaktlinser,
hvis dette er muligt
P273: Undgå udledning til miljøet
Natriumhydroxid - NaOH
H314: Forårsager svære forbrændinger af huden og øjenskader
P261: Undgå indånding af damp, aerosoler eller pulver
P280: Bær beskyttelseshandsker/øjenbeskyttelse
P303+361+353: Ved kontakt med huden (eller håret): Alt tilsmudset tøj tages straks af. Skyl/brus huden
med vand
P305+351+338: Ved kontakt med øjne: skyl forsigtigt med vand i flere minutter. Fjern evt. Kontaktlinser,
hvis dette er muligt
Svovlsyre -
H314: Forårsager svære forbrændinger af huden og øjenskader
H412: Skadeligt for vandlevende organismer, med langvarige virkninger
EUH071: Ætsende for luftvejene
P260: Indånd ikke damp
Side:19
P280: Bærbeskyttelseshandsker/øjenbeskyttelse/ansigtsbeskyttelse
P303+361+353: Ved kontakt med huden (eller håret): Alt tilsmudset tøj tages straks af. Skyl/brus huden
med vand
P304+340: Ved indånding: Flyt personen til et sted med frisk luft og sørg for at vejrtrækningen lettes
P305+351+338: Ved kontakt med øjne: skyl forsigtigt med vand i flere minutter. Fjern evt. Kontaktlinser,
hvis dette er muligt
Bly EDTA - EDTA
H360: Kan skade det ufødte barn. Mistænkes for at skade forplantningsevnen
H302+332: Farlig ved indtagelse eller indånding
H373: Kan forårsage organskader ved længerevarende eller gentagen eksponering
H410: Meget giftig med langvarige virkninger for vandlevende organismer
P202: Anvend ikke produktet, før alle advarsler er læst og forstået
P280: Bærbeskyttelseshandsker/øjenbeskyttelse
P308+313:Ved eksponering eller mistanke om eksponering: Søg lægehjælp
P273: Undgå udledning til miljøet
Kaliumiodid - Kl
H302: Farlig ved indtagelse
H319: Forårsager alvorlig øjenirritation
H315: Forårsager hudirritation
P280: Bær beskyttelseshandsker/øjenbeskyttelse
P305+351+338: Ved kontakt med øjne: skyl forsigtigt med vand i flere minutter. Fjern evt. Kontaktlinser,
hvis dette er muligt
“Forsigtig - stoffet er endnu ikke fuldstændig undersøgt”
Hydrogenchlorid (saltsyre) - HCl
H280: Indeholder gas under tryk, kan eksplodere ved opvarmning
H331: Giftig ved indånding
H314: Forårsager svære forbrændinger af huden og øjenskader
EUH071: Ætsende for luftvejene
P261: Undgå indånding af gas
P303+361+353: Ved kontakt med huden (eller håret): Alt tilsmudset tøj tages straks af. Skyl/brus huden
med vand
P304+340: Ved indånding: Flyt personen til et sted med frisk luft og sørg for at vejrtrækningen lettes
P305+351+338: Ved kontakt med øjne: skyl forsigtigt med vand i flere minutter. Fjern evt. Kontaktlinser,
hvis dette er muligt