Back to chapter

16.12:

Vorming van Complexe Ionen

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

Languages

Share

Metaalionen worden altijd gehydrateerd in waterige oplossingen. De watermoleculen fungeren als Lewisbasen en delen hun eenzame elektronenpaar met de metaalionen, die zich gedragen als Lewiszuren. Wanneer een Lewisbase sterker dan water wordt toegevoegd, verplaatst deze de watermoleculen en omringt het het centrale metaalion, waardoor een complex ion wordt gevormd.Het molecuul of ion dat als de Lewisbase fungeert, wordt een ligand genoemd. In hexammine-kobalt chloride is hexammine-kobalt een complex ion, waarbij de 6 ammoniakmoleculen de liganden zijn die octaëdrisch het centrale kobaltion omringen. Omdat overgangsmetaalionen een hoge ladingsdichtheid en lege d-orbitalen hebben om gedeelde elektronen op te nemen, zijn ze bijzonder vatbaar voor het vormen van complexe ionen.De evenwichtsconstante voor de reactie tussen het metaalion en het ligand wordt de formatieconstante Kf genoemd. Hoe groter de waarde van Kf, hoe stabieler het complexe ion. Het vormen van dergelijke stabiele complexe ionen verhoogt vaak de oplosbaarheid van slecht oplosbare metaalzouten.Overweeg zilversulfide, dat bestaat in oplossing in een evenwicht van waterige ionen en onopgeloste vaste stof. Als zilversulfide wordt toegevoegd aan natriumcyanideoplossing, combineren de zilverionen met cyanide om het complexe ion dicyanoargentaat te vormen. Als 0, 20 mol zilversulfide wordt toegevoegd aan één liter van een 0, 90 molaire natriumcyanide-oplossing, kan de evenwichtsconcentratie van zilverionen, x, worden berekend uit een ICE-tabel.De beginconcentraties van zilver-cyanide-en dicyanoargentaationen zijn respectievelijk 0, 20 molair, 0, 90 molair en 0. Vanwege de hoge Kf en de veel hogere concentratie cyanide in vergelijking met zilverionen, worden in wezen alle zilverionen omgezet in dicyanoargentaationen. Een waterig zilverion reageert met 2 cyanide-ionen om dicyanoargentaat te vormen.De verandering in molaire concentratie van cyanide-ionen zal dus 2 keer 0, 20 oftwel 0, 40 molair zijn. Bij evenwicht kan dus worden aangenomen dat de concentratie van dicyanoargentaationen hetzelfde is als de beginconcentratie van zilver, terwijl de concentratie van cyanide-ionen 0, 90 min 0, 40 molair oftewel 0, 50 molair zou zijn. Door deze waarden in de uitdrukking voor Kf te vervangen, wordt 0, 2 molair gedeeld door x maal 0, 5 kwadraat.Als de uitdrukking voor x is opgelost, is de resulterende concentratie 8, 0 10⁻²² molair. De zeer kleine evenwichtsconcentratie van zilverionen geeft aan dat de vorming van complexe ionen vrije zilverionen uit de oplossing put. Dit drijft het oplosbaarheidsevenwicht van zilversulfide naar de ionen, waardoor meer vaste stoffen kunnen oplossen.

16.12:

Vorming van Complexe Ionen

A type of Lewis acid-base chemistry involves the formation of a complex ion (or a coordination complex) comprising a central atom, typically a transition metal cation, surrounded by ions or molecules called ligands. These ligands can be neutral molecules like H2O or NH3, or ions such as CN or OH. Often, the ligands act as Lewis bases, donating a pair of electrons to the central atom. These types of Lewis acid-base reactions are examples of a broad subdiscipline called coordination chemistry—the topic of another chapter in this text.

The equilibrium constant for the reaction of a metal ion with one or more ligands to form a coordination complex is called a formation constant (Kf) (sometimes called a stability constant). For example, the complex ion [Cu(CN)2] is produced by the reaction

Eq1

The formation constant for this reaction is

Eq2

Alternatively, the reverse reaction (decomposition of the complex ion) can be considered, in which case the equilibrium constant is a dissociation constant (Kd). As per the relation between equilibrium constants for reciprocal reactions described, the dissociation constant is the mathematical inverse of the formation constant, Kd = Kf−1.

As an example of dissolution by complex ion formation, consider what happens when aqueous ammonia is added to a mixture of silver chloride and water. Silver chloride dissolves slightly in water, giving a small concentration of Ag+ ([Ag+] = 1.3 × 10−5 M):

Eq3

However, if NH3 is present in the water, the complex ion, [Ag(NH3)2]+, can form according to the equation:

Eq4

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 15.2: Lewis Acids and Bases.

Suggested Reading

  1. Xie, Feng, and David B. Dreisinger. "Leaching of silver sulfide with ferricyanide–cyanide solution." Hydrometallurgy 88, no. 1-4 (2007): 98-108.
  2. Glueck, A. R. "Desalination by an ion exchange-precipitation-complex process." Desalination 4, no. 1 (1968): 32-37.
  3. Shakhashiri, Bassam Z., Glen E. Dirreen, and Fred Juergens. "Solubility and complex ion equilibria of silver (I) species in aqueous solution." Journal of Chemical Education 57, no. 11 (1980): 813.