تهیه یک نمک مضاعف و یک کمپلکس و مقایسه آنها و تهیه زاجها و بررسی رشد بلورهای آنها

هدف از انجام این آزمایش تهیه نمک مضاعف سولفات آمونیم مس(II) و نمک مضاعف سولفات آمونیم نیکل(II) و کمپلکس تترا آمین مس(II) و مقایسه پاره ای از خواص نمک ساده، نمک مضاعف و نمک کمپلکس و همچنین تهیه زاج های کروم، آلومینیوم و آهن با استفاده از واکنشگر های  لازم و بررسی رشد بلوری آن ها می باشد.

در کمپلکس ها پیوند بین فلز و گروه های غیر فلزی دهنده الکترون (لیگاند) از نوع پیوند کئوردیناسیون می باشد. لیگاند ها را بسته به تعداد اتم کئوردینانس شونده، به لیگاند های یک دندانه، دو دندانه و... تقسیم می کنند. لیگاند های کی لیت دهنده می توانند همزمان از بیش از یک موقعیت به فلز متصل شوند. کی لیت ها کمپلکس هایی پایدارند و حلقه های 5 و 6 عضوی آن ها پایدارتر هستند.

Fe(CN)₂  +  4 KCN  →  K₂Fe(CN)₆

AgCl  +  2 NH₃  →  Ag(NH₃)₂Cl

پتاسیم هگزا سیانو فرات(II) در آب حل شده و محلولی را می دهد که هیچ نوع واکنش مشخص کننده یون Fe²⁺ ندارد، زیرا این یون در محیط آزاد نیست و به صورت [Fe(CN)₆]^4- وجود دارد. این یون یک یون کمپلکس است.

یک دسته معمول از نمک های مضاعف، زاج ها هستند که در حقیقت سولفات مضاعف پتاسیم و آلومینیم هستند.(KAl(SO₄)₂,12H₂O)

در کمپلکس اوربیتال لیگاند انرژی کمتری از اوربیتال فلز دارند، در نتیجه پیوند ها تا حدودی خصلت یونی دارند و اوربیتال های مولکولی پیوندی به اوربیتال های گروه لیگاند شبیه ترند.

کمپلکس ها به دو نوع کمپلکس های ورنر (کمپلکس هایی که خصلت یونی بیشتر دارند) و کمپلکس های کربونیل فلز و آلی فلزی (پیوند فلز- کربن و بیشتر خصلت کووالانسی دارند) دسته بندی کرده اند.

ساختار هایی که در آن مولکول های یک ماده در درون شبکه ای از مولکول های ماده دیگری به دام می افتند را کلاترات می گویند. کلاترات شدن یک مولکول به اندازه آن مولکول بستگی دارد. فرایند تشکیل کلاترات را می توان ناشی از بر هم کنش بین مولکول های میزبان و میهمان در نظر گرفت.

زاج ها نوعی نمک های مضاعف هستند. نمک های مضاعف در اثر تبلور همزمان دو نمک با هم به نسبت مولی ساده به وجود می آیند. شکل و سیستم بلوری نمک مضاعف با شکل بلوری دو نمک سازنده یکی است. واحدهای بلوری زاج ها لزومی به شباهت با نمک های سازنده ندارند. در ساختمان زاج دو کمپلکس و نمک های مضاعف یک کمپلکس با یک نمک ساده وجود دارند.

پایداری کمپلکس ها وابسته به نوع فلز مرکزی (عدد اکسایش، شعاع) و لیگاند (قدرت نوکلئوفیلی، ممانعت فضایی و الکتروستاتیکی و کی لیت سازی) می باشد.

زاج ها دارای فرمول عمومی M^IM^III(SO₄)₂,12H₂O هستند. فلز یک ظرفیتی می تواند پتاسیم(K)، روبیدیم(Rb)، سزیم(Cs) و آمونیوم(NH₄⁺)، و فلز سه ظرفیتی کبالت(III)، آهن(III)، کروم(III)، آلومینیوم(III)، تیتانیم(III) و اسکاندیم(III) است.

پایداری زاج ها وابسته به اندازه یون های فلزی است. یون های یک ظرفیتی می توانند زاج های پایداری را تشکیل دهند، ولی هر قدر یون سه ظرفیتی بزرگتر باشد، از پایداری زاج کاسته می شود. دو کمپلکس تشکیل دهنده زاج از طریق یون های سولفات به هم متصل می شوند. (هیبرید فلزات sp³d² و یا d²sp³ می باشد.)

روش های جداسازی کمپلکس ها از محلول:

1- تبخیر حلال و سرد کردن محلول تغلیظ شده (تبلور)

2- استخراج با حلالی که کمپلکس را در خود حل نمی کند.

3- اگر کمپلکس کاتیونی باشد با افزودن آنیون مناسب، نمک نامحلول را می توان جدا کرد. برای کمپلکس آنیونی از کاتیون مناسب استفاده می کنیم.

برای تهیه کمپلکس ها بایستی از خواص فلز و لیگاند آگاهی کامل داشت. نحوه واکنش فلز و لیگاند ها از قواعد ترمودینامیک، ممانعت فضایی، فشار الکتروستاتیک و بسیاری دیگر از پارامتر ها متأثر خواهد بود.

A) تهیه نمک های مضاعف

وسایل مورد نیاز:

شیشه ساعت، لوله آزمایش، بشر 250 ml ، قیف، پیپت، کاغذ صافی، کاغذ تورنسل

مواد مورد نیاز:

سولفات مس(II) 5 آبه، سولفات آمونیم، محلول آمونیاک، اتانول، آمونیاک 6 نرمال

روش کار

* تهیه نمک مضاعف سولفات آمونیوم مس(II)

0.2 گرم سولفات مس(II) 5 آبه را در 5 ml آب مقطر داغ حل کرده و به آن 0.1 گرم سولفات آمونیم اضافه کنید. آن را با حرارت تغلیظ کرده و روی ظرف را با شیشه ساعت پوشانده و در جای مناسبی نگه دارید. بعد از ته نشینی بلور ها، مایع بالایی را به آرامی سر ریز کرده و در نهایت بلور ها را جدا کنید.

CuSO₄.5H₂O + (NH₄)₂SO₄  →  (NH₄)₂Cu(SO₄).6H₂O

* تهیه نمک مضاعف سولفات آمونیوم نیکل(II)

2.25 گرم سولفات نیکل(II) را در 15 میلی لیتر آب مقطر داغ حل کنید. 1.5 گرم سولفات آمونیوم را به آن اضافه کنید محلول را گرم کنید و کاملاً به هم بزنید به طوری که تمام مواد با افزودن مقداری آب مقطر حل شوند. محلول را برای بلور گیری کنار بگذارید.

* تهیه کمپلکس تتراآمین مس(II)

2.5 گرم سولفات مس(II) 5 آبه را کاملاً سائیده و در 5 ml آب مقطر حل کرده (در یک بشر 50 ml) و به آن 10 ml آمونیاک غلیظ بیافزائید تا رسوب Cu(OH)₂ کاملاً در آمونیاک حل شود. 10 ml اتانول به محلول اضافه کرده تا سطح محلول کاملاً با اتانول پوشیده شود. روی بشر را با یک شیشه ساعت بپوشانید و محلول را به مدت 24 ساعت در محلی قرار دهید. بلور ها را صاف کرده با کمی الکل شستشو دهید. بعد آن ها را روی کاغذ صافی خشک کنید.

CuSO₄.5H₂O  +  4 NH₃  →  [Cu(NH₃)₄](SO₄),H₂O  +  4 H₂O

مقایسه برخی از خواص نمک ساده، نمک مضاعف و نمک کمپلکس

1- 500 میلی گرم سولفات مس 5 آبه را در یک لوله آزمایش حرارت دهید.(رنگ سفید) 2-3 قطره آب به آن افزوده و تغییر رنگ را مشاهده کنید. سپس 5 ml آمونیاک 6 مولار را به آن افزوده و تغییرات را مشاهده کنید. (ابتدا هیدروکسید مس(II) و سپس کمپلکس تتراآمین مس(II) تشکیل می شود.)

2- مقداری از نمک مضاعف تهیه شده در آزمایش قبل را در 5 ml آب حل نمائید. به روش مشابه محلول کمپلکس تهیه کنید. رنگ دو لوله آزمایش را مقایسه کنید. سپس هر دو لوله آزمایش را با 20 ml آب مقطر رقیق کرده و تغییرات را مشاهده نمائید. (فقط در یکی از آن ها رسوب هیدروکسید مس آبی رنگ ظاهر می شود.)

3- مقدار کمی از نمک ها را جداگانه در لوله آزمایش ریخته و به ملایمت حرارت دهید. تغییرات رنگ را مشاهده نمائید. گازی که از آن ها خارج می شود را به کمک کاغذ تورنسل شناسایی کنید.(آمونیاک، آب و تری اکسید گوگرد خارج می شود و اکسید مس(II) سیاه رنگ به وجود آمده که در نهایت به اکسید مس(I) قرمز رنگ تبدیل می شود.