Coördinatiechemie Complexen

1. Nikkelcomplexen en kleuren

1. Ni(H₂O)₆²⁺ complex (Figuur 1a)
   1. Bereid een 1 M oplossing van Ni(H₂O)₆²⁺ door NiSO₄ op te lossen in het juiste volume water.
   2. Verdun de Ni(H₂O)₆²⁺ oplossing verder door 70 mL van de 1 M oplossing toe te voegen aan 1.000 mL gedeïoniseerd water.
   3. Verdeel de Ni(H₂O)₆²⁺ over zeven bekers van 400 mL.
   4. De waterige nikkeloplossing krijgt een lichtgroene kleur omdat water een zwak veldligand is.
   5. Het absorptiespectrum geeft aan dat rode golflengten worden geabsorbeerd, wat de tegenovergestelde, groene, kleur rechtvaardigt die wordt waargenomen.
2. Ni(NH₃)₆²⁺ complex (Figuur 1b)
   1. Voeg een 5 M waterige ammoniakoplossing toe aan een beker en roer.
   2. De oplossing krijgt een diepblauwe kleur, wat aangeeft dat de oplossing oranje licht absorbeert, dat hoger in energie is dan rood licht.
   3. Het absorptiespectrum geeft aan dat gele golflengten worden geabsorbeerd, wat de tegenovergestelde, blauwe, kleur rechtvaardigt die wordt waargenomen.
      1. Ammoniak is een sterker veldligand dan water, wat de splitsing tussen de t_2g en e_g orbitalen verhoogt.
3. Ni(en)₃²⁺ complex (Figuur 1c)
   1. Voeg een 30% ethyleendiamine (en) oplossing toe aan de waterige Ni(H₂O)₆₂₊ complex en roer.
   2. De oplossing verkleurt progressief van lichtblauw naar blauw naar paars naarmate ethyleendiamine moleculen zich progressief coördineren rond het metaalcentrum om uiteindelijk Ni(en)³⁺ te vormen.
   3. Ethyleendiamine is een sterker ligand dan water of ammoniak en is bidentaat. De paarse kleur geeft aan dat de oplossing geel licht absorbeert, dat hoger in energie is dan oranje of rood licht.
   4. Het absorptiespectrum geeft aan dat gele golflengten worden geabsorbeerd, wat de tegenovergestelde, paarse, kleur rechtvaardigt die wordt waargenomen.
4. Ni(dmg)₂²⁺ complex (Figuur 1d)
   1. Dimethylgloxine (dmg) is een bidentaat ligand dat een groot aantal metalen cheleert. Slechts twee dmg moleculen zijn vereist per metaalcentrum omdat Ni(dmg)₂²⁺ een vierkante-platte geometrie heeft.
   2. Voeg 1% dmg toe aan de waterige complex.
   3. Een vaste roze/rode neerslag vormt, het onoplosbare Ni(dmg)₂²⁺ complex.
   4. Een zichtbaar transmissiespectrum van het complex is niet mogelijk, maar de rode kleur geeft aan dat groen licht wordt geabsorbeerd. Groen is hoger in energie dan geel, oranje en rood.
5. Ni(CN)₄^2- complex (Figuur 1e)
   1. Het cyanide-ion (CN^-) is monodentaat, maar een zeer sterk veldligand, dat ook vierkante-platte complexen met nikkel (II) vormt.
   2. Voeg een 1 M KCN oplossing toe.
   3. Een gele Ni(CN)₄^2- complex vormt zich bijna onmiddellijk.
      1. Opmerking: Het werken met cyanidezouten moet met grote zorg worden gedaan. Toevoeging van zuur kan resulteren in de vorming van cyanidegas.
   4. Cyanide is een sterker ligand dan alle andere liganden omdat er σ-binding is van de ligand naar het metaal en π-terugbinding van het metaal naar de ligand. De gele kleur geeft aan dat de oplossing blauw licht absorbeert, dat hoger in energie is dan groen, geel, oranje en rood.
   5. Het absorptiespectrum geeft aan dat gele golflengten worden geabsorbeerd, wat de tegenovergestelde, paarse, kleur rechtvaardigt die wordt waargenomen.

2. Ligandkracht

1. Volgens de spectrochemische reeks zijn sommige liganden sterker-veld dan anderen, wat overeenkomt met de grootte van de splitsing van de d-orbitalen van het centrale metaalioon.
2. Sterk veldliganden vervangen zwakker veldliganden in oplossing.
3. Een waterige oplossing van nikkelsulfaat ziet er lichtgroen uit omdat het Ni(H₂O)₆²⁺ complex zich vormt.
4. Voeg sequentieel oplossingen van ammoniak, ethyleendiamine, dimethylglyoxiem en cyanide toe aan de nikkelbevattende oplossing onder roeren.
5. Na elke toevoeging verdwijnt de vorige kleur en verschijnt de nieuwe kleur.
6. De kleurverandering geeft de vorming van een nieuw coördinatiecomplex aan dat wordt aangedreven door de sterkte van het ligand. Deze kunnen worden gekwantificeerd door de evenwichtsconstante voor elke reactie:
   Ni(H₂O)₆²⁺(aq) + 6 NH₃ (aq) → Ni(NH₃)₆²⁺ (aq) + 6 H₂OK_eq = 1,2 x 10⁹
   Ni(NH₃)₆²⁺ (aq) + 3 en(aq) → Ni(en)₃²⁺