16.12:

16.12: Образование сложных ионов.

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Formation of Complex Ions

Previous Video

16.11: Factors Affecting Solubility

Next Video

16.13: Precipitation of Ions

23,107 Views

•

03:45 min

•

September 24, 2020

Overview

ТТип кислотно-основной химии Льюиса включает образование сложного иона (или координационного комплекса), содержащего центральный атом, обычно катион переходного металла, окруженный ионами или молекулами, называемыми лигандами. Эти лиганды могут быть нейтральными молекулами, такими как H₂О или NH₃, или ионами, такими как CN⁻ или OH⁻. Часто лиганды действуют как основания Льюиса, жертвуя пару электронов центральному атому. Эти типы кислотно-основных реакций Льюиса являются примерами широкой субдисциплины, называемой координационной химией — которая является темой другой главы в этом тексте.

Константа равновесия для реакции иона металла с одной или несколькими лигандами на формирование координационного комплекса называется константой образования (KF) (иногда называется константой стабильности). Например, в результате реакции образуется сложный ион [Cu(CN)2]

Константа образования для этой реакции составляет

В качестве альтернативы можно рассмотреть обратную реакцию (разложение комплексного иона), в этом случае константа равновесия является константой диссоциации (КД). В соответствии с отношением между константами равновесия для описанных ответных реакций константа диссоциации является математическим инвертом константы образования, KD = KF^-1.

В качестве примера растворения при сложном образовании ионов рассмотрим, что происходит, когда водный аммиак добавляется в смесь хлорида серебра и воды. Хлорид серебра немного растворяется в воде, что дает небольшую концентрацию AG⁺ ([AG⁺] = 1.3 × 10^-5 M):

Однако, если в воде присутствует NH3, комплексный ион [AG(NH₃)₂]⁺ может образоваться в соответствии с уравнением:

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 15.2: Кислоты и основания Льюиса.

Transcript

Ионы металлов всегда гидратированы в водных растворах. Молекулы воды действуют как основания Льюиса, разделяя свою неподеленную пару электронов с ионами металлов, которые ведут себя как кислоты Льюиса. Когда добавляется основание Льюиса, более сильное, чем вода, оно вытесняет молекулы воды и окружает центральный ион металла, образуя комплексный ион.

Молекула или ион, действующий как основание Льюиса, называется лигандом. В хлориде гексаммин-кобальта гексаммин-кобальт представляет собой комплексный ион, где 6 молекул аммиака являются лигандами, октаэдрически окружающими центральный ион кобальта. Поскольку ионы переходных металлов имеют высокую плотность заряда и пустые d-орбитали для размещения общих электронов, они особенно склонны к образованию сложных ионов.

Константа равновесия для реакции между ионом металла и лигандом называется константой образования Kf.Чем больше значение Kf, тем стабильнее комплексный ион. Образование таких стабильных комплексных ионов часто увеличивает растворимость труднорастворимых солей металлов. Рассмотрим сульфид серебра, который существует в растворе при равновесии водных ионов и нерастворенного твердого вещества.

Если сульфид серебра добавить к раствору цианида натрия, ионы серебра соединяются с цианидом с образованием дицианоаргентата комплексного иона. Если 0, 20 моль сульфида серебра добавить к одному литру 0, 90 молярного раствора цианида натрия, равновесная концентрация ионов серебра, x, может быть рассчитана из таблицы концентраций. Начальные концентрации ионов серебра, цианида и дицианоаргентата составляют 0, 20 моль на литр, 0, 90 моль на литр и 0 соответственно.

Из-за высокой Kf и гораздо более высокой концентрации цианида по сравнению с ионами серебра практически все ионы серебра превращаются в ионы дицианоаргентата. Один водный ион серебра реагирует с 2 ионами цианида с образованием дицианоаргентата. Таким образом, изменение молярной концентрации цианид-ионов будет в 2 умножить на 0, 20, или 0, 40 моль на литр.

Таким образом, при равновесии концентрация дицианоаргентат-ионов может быть принята такой же, как начальная концентрация серебра, в то время как концентрация цианид-иона будет составлять 0, 90 минус 0, 40 моль на литр, или 0, 50 моль на литр. Подстановка этих значений в выражение для Kf дает 0, 2 моль на литр, деленное на x, умноженное на 0, 5 в квадрате. Когда выражение решено для x, результирующая концентрация составляет 8, 0 10⁻²² моль на литр.

Очень малая равновесная концентрация ионов серебра указывает на то, что образование комплексных ионов расходует свободные ионы серебра из раствора. Это приводит к установлению равновесия растворимости сульфида серебра по направлению к ионам, позволяя раствориться более твердому веществу.