Tworzenie jonów złożonych

Jony metali są zawsze uwodnione w roztworach wodnych. Cząsteczki wody działają jak zasady Lewisa, dzieląc swoją samotną parę elektronów z jonami metali, które zachowują się jak kwasy Lewisa.

Kiedy dodaje się zasadę Lewisa silniejszą niż woda, wypiera ona cząsteczki wody i otacza centralny jon metalu, tworząc jon złożony. Cząsteczka lub jon działający jak zasada Lewisa nazywana jest ligandem.

W chlorku hekaminy kobaltu(III) heksamamina kobalt jest jonem złożonym, w którym 6 cząsteczek amoniaku to ligandy oktaedyczne otaczające centralny jon kobaltu.

Ponieważ jony metali przejściowych mają wysoką gęstość ładunku i puste orbitale d, aby pomieścić wspólne elektrony, są szczególnie podatne na tworzenie złożonych jonów.

Stała równowagi dla reakcji między jonem metalu a ligandem nazywana jest stałą powstawania, K_f. Im większa wartość K_f, tym bardziej stabilny jon kompleksu.

Tworzenie tak stabilnych jonów złożonych często zwiększa rozpuszczalność trudno rozpuszczalnych soli metali.

Weźmy pod uwagę siarczek srebra, który występuje w roztworze w równowadze jonów wodnych i nierozpuszczonego ciała stałego.

Jeśli siarczek srebra zostanie dodany do roztworu cyjanku sodu, jony srebra łączą się z cyjankiem, tworząc jon złożony dicyjanoargentynian.

Jeśli 0,20 mola siarczku srebra zostanie dodane do jednego litra 0,90 M roztworu cyjanku sodu, stężenie równowagowe jonów srebra, x, można obliczyć z tabeli ICE.

Początkowe stężenia jonów srebra, cyjanku i dicyjanoargentynianu wynoszą odpowiednio 0,20 M, 0,90 M i 0.

Ze względu na wysoką zawartość _{K f} i znacznie wyższe stężenie cyjanku w porównaniu z jonami srebra, zasadniczo wszystkie jony srebra są przekształcane w jony dicyjanoargentynianowe.

Jeden wodny jon srebra reaguje z 2 jonami cyjanku, tworząc dicyjanoargentynian. Tak więc zmiana stężenia molowego jonów cyjanku wyniesie 2 × 0,20 lub 0,40 M.

Tak więc w stanie równowagi można założyć, że stężenie jonów dicyjanoargentynianowych jest takie samo jak początkowe stężenie srebra, podczas gdy stężenie jonów cyjanku wynosiłoby 0,90 − 0,40 M lub 0,50 M.

Podstawienie tych wartości do wyrażenia dla K_f daje 0,2 mola podzielone przez x razy 0,5 kwadratu. Gdy wyrażenie zostanie rozwiązane dla x, wynikowe stężenie wynosi 8,0 × 10⁻²² M.

Bardzo małe stężenie równowagowe jonów srebra wskazuje, że tworzenie się jonów złożonych wyczerpuje wolne jony srebra z roztworu.

To napędza równowagę rozpuszczalności siarczku srebra w kierunku jonów, umożliwiając rozpuszczenie większej ilości ciał stałych.