Experimente für die Behandlung der Eigenschaften von Komplexverbindungen. Experimentiervorschriften

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1 Experimente für die Behandlung der Eigenshaften von Komplexverbindungen Experimentiervorshriften

2 1. Experiment zum paramagnetishen und diamagnetishen Verhalten von Komplexverbindungen Unterrihtsziel: Das paramagnetishe Verhalten von Komplexverbindungen ist abhängig von der Anzahl der ungepaarten Elektronen. Geräte: Garn, Stativstange, Stative mit Klemmen und Muffen, vershließbare Reaktionsgefäße aus Kunststoff (Reaktionsgefäße erhältlih bei VWR), Neodymeisenborid-Magnet (erhältlih bei Bestellnummer: 19573, 6,90Euro für 3 Stük) Chemikalien: Gadoliniumhlorid-Hexahydrat Kaliumhexayanoferrat(III) Kaliumhexayanoferrat(II) (Ammoniumtrioxalatoferrat(III)) Experimentieranordnung: Magnet Garn Reaktionsgefäß Gadoliniumhlorid-Hexahydrat Ammoniumtrioxalatoferrat(III) Kaliumhexayanoferrat(III) Kaliumhexayanoferrat(II) Durhführung: Durh die Dekel der Reaktionsgefäße werden mit einer heißen Nadel zwei Löher gestanzt, um dadurh den Faden zu ziehen. Die Reaktionsgefäße werden randvoll mit den Stoffen gefüllt. Die Reaktionsgefäße werden dann an einer Stativstange befestigt. Mit dem Magneten wird der Grad der Auslenkung festgestellt. Haupteffekte: Vom Gadoliniumhlorid-Hexahydrat über Kaliumhexayanoferrat(III) nimmt der Grad der Auslenkung durh den Magneten ab. Beim Kaliumhexayanoferrat(II) ist keine Auslenkung beobahtbar.

3 Auswertung: Die ersten zwei Kunststoffgefäße, die Gadoliniumhlorid-Hexahydrat, und Kaliumhexayanoferrat(III) enthalten, werden durh den Magneten untershiedlih stark ausgelenkt. Da diese drei Stoffe ungepaarte Elektronen in ihrer Elektronenkonfiguration aufweisen, tritt das Phänomen des Paramagnetismus auf. Das heißt diese Stoffe werden von einem Magnetfeld angezogen. Gadoliniumhlorid-Hexahydrat, mit sieben ungepaarten Elektronen wird stärker angezogen als Kaliumhexayanoferrat(III) mit einem ungepaarten Elektron, da bei größerer Anzahl ungepaarter Elektronen auh das paramagnetishe Verhalten besonders ausgeprägt ist. Beim Kunststoffgefäß mit Kaliumhexayanoferrat(II) ist keine Auslenkung durh den Magneten zu beobahten. Kaliumhexayanoferrat(II) ist ein Stoff, der nur gepaarte Elektronen in seiner Elektronenhülle besitzt, deshalb tritt kein paramagnetisher Effekt auf. Kaliumhexayanoferrat(II) müsste sih dagegen diamagnetish verhalten, also vom Magnetfeld abgestoßen werden. Jedoh ist der diamagnetishe Effekt gegenüber dem paramagnetishen Verhalten zu shwah, so dass die Abstoßung in diesem Experiment niht beobahtet werden kann. Arbeitsshutz: Shutzbrille im Umgang mit Magneten, die beim Herunterfallen splittern könnten, EC - Karten und andere Datenträger fernhalten, da die Magnete sie zerstören könnten. Experiment zur Ermittlung der Koordinationszahl eines Nikelkomplexes Unterrihtsziel: In einem stabilen Nikelethylendiamin-Komplex hat Nikel die Koordinationszahl sehs. Chemishe Reaktionen: Reagenzglas (1) : Ni(NO 3 ) + 6 H O [Ni(H O) 6 ] + Reagenzglas () : [Ni(H O) 6 ] en Reagenzglas (3) : [Ni(H O) 6 ] + + en [Ni(H O) 4 (en)] + + H O [Ni(H O) (en) ] H O Reagenzglas (4) : [Ni(H O) 6 ] en [Ni(en) 3 ] H O Reagenzglas (5) : [Ni(H O) 6 ] en [Ni(en) 3 ] H O + en Geräte: 5 Makroreagenzgläser, Reagenzglasständer, 1 Vollpipette ml, 1 Vollpipette 5 ml

4 Chemikalien: 0 ml Nikelnitratlösung 0,1 mol/ l: T, O R: , S: 53-36/37/ ml Ethylendiaminlösung 1 mol/ l: C R: 10-1/-34-4/43, S: /37/39-45 Experimentieranordnung: Nikelnitratlösung + 0,4 ml 0,8 ml 1, ml 1,6 ml Ethylendiaminlösung Durhführung: In fünf Reagenzgläser werden jeweils 4 ml Nikelnitratlösung eingefüllt. Vier der Reagenzgläser werden mit steigendem Volumen (0,4 ml, 0,8 ml, 1, ml, 1,6 ml) Ethylendiaminlösung versetzt. Es wird geshüttelt. Haupteffekte: Von Reagenzglas (1) bis (4) ist eine Zunahme der Violettfärbung zu beobahten. Wird Reagenzglas (4) und (5) verglihen so ist kein Untershied in der Violettfärbung zu beobahten. Auswertung: Es erfolgt ein stufenweiser Austaush zwishen Wassermolekülen im Hexaaquanikel(II)-Komplex und den zugesetzten Ethylendiaminmolekülen. Im Reagenzglas 4 und 5 ist der stabile Triethylendiaminnikel(II)-Komplex vorhanden. Ausgehend von der Stoffmenge der Nikel-Ionen wurde die dreifahe Stoffmenge Ethylendiamin benötigt. Das Ethylendiamin-Komplex-Ion enthält demzufolge ein Nikel-Ion und drei Ethylendiaminmoleküle. Da Ethylendiamin ein zweizähniger Ligand ist, ergibt sih eine Koordinationszahl, also die Anzahl der an das Zentral-Ion gebundenen Haftatome des Liganden, von sehs. Arbeitsshutz: Nikelnitrat darf in fester Form niht in Shülerhände gelangen. Ethylendiamin wirkt ätzend. Entsorgung: Nikelsalze als Hydroxid bei ph = 8 fällen, Niedershlag im Sondermüll entsorgen, Ethylendiaminlösung ist organisher Sondermüll.

5 3. Experiment zu Komplexverbindungen und der Löslihkeit von shwerlöslihen Salzen Unterrihtsziel: Durh Zugabe von Komplexbildnern kann die Löslihkeit von shwerlöslihen Verbindungen erhöht werden. Chemishe Reaktionen: Na (aq) + AgNO 3(aq) Ag + NaNO 3(aq) farblos weiß Ag + NH 3(aq) [Ag(NH 3 ) ] (aq) weiß farblos [Ag(NH 3 ) ] (aq) + KBr (aq) AgBr + K (aq) + NH 3(aq) farblos weiß AgBr + Na S O 3(aq) Na 3 [Ag(S O 3 ) ] (aq) + NaBr (aq) weiß farblos Na 3 [Ag(S O 3 ) ] (aq) + KI AgI + Na S O 3(aq) + KNaS O 3(aq) Geräte: 1 Makroreagenzglas, Magnetrührer mit Rührfish, 3 Vollpipetten (1ml), 3 Vollpipetten (ml) Chemikalien: Natriumhloridlösung w = 1% ; Silbernitratlösung w = 1% : Xi R: 34-50/53, S: Ammoniaklösung w = 1% : Xi R: 36/37/38, S: 6-36/37/ ; Kaliumbromidlösung w = 1%; Natriumthiosulfatlösung w = 1%; Kaliumiodidlösung w = 1%

6 Experimentieranordnung: 1. Natriumhloridlösung ( ml). Silbernitratlösung (1ml) 3. Ammoniak- ( ml) 4. Kaliumbromid- (1 ml) 5. Natriumthiosulfat- ( ml) 6. Kaliumiodidlösung (1 ml) Durhführung: Ein Makroreagenzglas, das mit ml Natriumhloridlösung und einem Rührfish bestükt ist, wird eingespannt und dann werden unter ständigem Rühren (Magnetrührer) zuerst Silbernitratlösung (1ml) und dann naheinander Ammoniak- ( ml), Kaliumbromid- (1 ml), Natriumthiosulfat- ( ml) und Kaliumiodidlösung (1 ml) zugegeben. Haupteffekte: Nah der Zugabe von Silbernitratlösung fällt zunähst ein weißer Niedershlag aus, der durh Ammoniakzugabe wieder aufgelöst wird. Nah Zugabe von Kaliumbromid entsteht erneut ein Niedershlag, der durh die Natriumthiosulfatzugabe gelöst wird. Die Kaliumiodidzugabe verursaht shließlih einen gelblihen Niedershlag. Auswertung: Durh Zugabe von Komplexbildnern wie zum Beispiel Ammoniak oder Natriumthiosulfat kann die Löslihkeit einer shwerlöslihen Verbindung erhöht werden. Entsorgung: Silbernitrat niht in die Kanalisation gelangen lassen, Silber aus der Lösung mit unedlerem Metall als Metall absheiden, Ammoniaklösung neutralisieren und in den Ausguss geben. Beispielrehnung zur Bestimmung der Löslihkeit des Silberhlorid nah Zugabe des Komplexbildners Ammoniak: Ag+ (aq) + - Ag MWG : K 11 L Ag 10 Ag + (aq) + NH 3 [Ag(NH 3 ) ] + 1 ([ Ag ( NH3 ) ] ) : 10 7, MWG K B mol l ( Ag ) ( NH ) 3 10 mol l 1 K L aus Anorganishe Chemie ; Erwin Riedel; Walter de Gruyter Verlag; 00; 5. Auflage, S. 318 K B aus Elektrolytgleihgewihte und Elektrohemie - Lehrbuh 5 ; Gerhard Akermann und Autorenkollektiv; VEB Deutsher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig; 1985; 4.Auflage S.40

7 Die Konzentration des gebildeten Diamminsilber(I)-Komplexes ( (Ag(NH3)) ) entspriht der sih neu einstellenden erhöhten Gleihgewihtskonzentration der Chlorid-Ionen ( (-) ) und kann mit der neu zu berehnenden Löslihkeit ( (Ag) ) gleihgesetzt werden. Da 3 ml der Silberhloridlösung ml Ammoniaklösung ( = 0,5 mol/ l 1%ig) zugefügt wurden ist für die Konzentration der Ammoniaklösung 0, mol/ l einzusetzen. Ag ] [ Ag ( NH 3 ) (1) K L Ag () Ag K [ Ag ( NH3 ) ] B NH3 () in (1) KL K B NH3 [ Ag ( NH3 ) ] K L K B NH3 Ag Ag K L NH3 K B K L 0, mol l 1,1 10 NH3 K 1 B , Ag 1,1 10 mol l 1 Ag in reinemwasser 1, mol l 1 Ein Vergleih der Löslihkeit von Silberhlorid in reinem Wasser mit der erwarteten Löslihkeit nah der Zugabe des Komplexbildners Ammoniak ergibt eine deutlih erhöhte Löslihkeit für Silberhlorid.

8 4. Experiment zum Ausbleiben harakteristisher Reaktionen der Metall-Ionen bei Komplexbildung Unterrihtsziel: Typishe Reaktionen von Metall-Ionen finden niht statt, wenn diese in einem Komplex-Ion gebunden sind. Chemishe Reaktionen: a) Lösung A : Cu + + SO Fe Cu + Fe SO 4 Lösung B : [Cu(NH 3 ) 4 ] + + SO Fe Lösung C : Cu + + SO Fe + NH 4 Cu + Fe SO 4 + NH 4 b) Lösung A : Cu + + SO Ba Cu + + BaSO Lösung B : [Cu(NH 3 ) 4 ] + + SO Ba [Cu(NH 3 ) 4 ] + + BaSO Lösung C : Cu + + SO NH Ba Cu + + BaSO NH SO Geräte: Mensur 0 ml, 3 Eisennägel, 3 Makroreagenzgläser, Pasteurpipette Chemikalien: Tetraamminkupfer(II)-sulfatlösung 0,1 mol/ l Kupfersulfat Pentahydrat Ammoniumsulfatlsg. 0,1 mol/ l : Xn, N R: -36/38-50/53, S: Kupfersulfat Pentahydratlsg. 0,1 mol/ l : Xn, N R: -36/38-50/53, S: Bariumhloridlsg. 0,1 mol/ l : T R: 0-5, S: 45

9 Experimentieranordnung: Bariumhloridlsg. Nagel Tetraamminkupfer(II)- Kupfersulfat-Pentahydrat- Kupfersulfatsulfatlsg. Ammoniumsulfatlsg. Pentahydratlsg. Durhführung: Herstellung der Feststoffe: Tetraamminkupfer(II)-sulfat [Cu(NH 3 ) 4 ] SO 4 : g Kupfersulfat Pentahydrat (CuSO 4 5 H O) werden in 10 ml destilliertem Wasser gelöst. Dazu werden ml konzentrierte Ammoniaklösung gegeben bis sih der Niedershlag aufgelöst hat. Diese Lösung wird mit 50 % igem Ethanol etwa 1m übershihtet. Darüber wird 1 m 96% iger Ethanol geshihtet. Nah drei Tagen kann die Flüssigkeit vom auskristallisierten Niedershlag abgesaugt werden. Nah dem Washen mit Ethanol wird getroknet. Kupfersulfat Pentahydrat Ammoniumsulfat CuSO 4 5 H O (NH 4 ) SO 4 :,5 g Kupfersulfat Pentahydrat (CuSO 4 5 H O) und 1,3 g Ammoniumsulfat (NH 4 ) SO 4 werden in möglihst wenig warmen Wasser gelöst. Dazu werden 10 ml Ethanol gegeben und dann können der hellgrüne Niedershlag abfiltriert werden. Nah dem Washen mit Ethanol absolut kann getroknet werden. Zunähst wird der Tetraamminkupfer(II)-sulfat Komplex sowie das Kupfersulfat Pentahydrat Ammoniumsulfat Doppelsalz hergestellt. Dann werden von den Feststoffen Lösungen hergestellt und untersuht (Lösung A, B und C). In Experiment a) wird zu 5 ml jeder Lösung ein Eisennagel gegeben, der dort etwa fünf Minuten belassen wird. In Experiment b) werden jeder Lösung 4 Tropfen Bariumhloridlösung gegeben. Haupteffekte: a) Nur in der Lösung A und C entsteht ein kupferfarbener Überzug auf dem Eisennagel. b) In Lösung A, B und C tritt ein weißer Niedershlag auf.

10 Auswertung: a) Der Überzug auf dem Eisennagel in Lösung A und C besteht aus Kupfer, das durh die Reaktion von Eisen mit Kupfer(II)-Ionen gebildet wurde. Die Entladung der Kupfer(II)-Ionen zu metallishem Kupfer bleibt in Lösung B aus, weil sie im Tetraamminkupfer(II)-Komplexion gebunden sind. b) Der weiße Niedershlag in allen drei Lösungen entsteht bei der Reaktion der frei in Lösung vorliegenden Sulfat-Ionen mit den Barium-Ionen zu shwerlöslihem, weißem Bariumsulfat. Entsorgung: Kupfersulfatlösung: Fällung des Kupfers als Hydroxid (ph 8), Niedershlag ist Sondermüll Das Filtrat kann verdünnt in den Ausguss gegeben werden. 5. Experiment zur Änderung des Ionenwanderungssinns durh Komplexbildung - als Papierelektrophorese Unterrihtsziel: In einer Eisen(III)-hloridlösung liegen freie Eisen(III)-Ionen vor, die bei angelegter Spannung zur Kathode wandern. In einer Kaliumhexayanoferrat(II)-lösung sind die Eisen(II)-Ionen Bestandteil des Komplex-Ions Hexayanoferrat(II), das elektrish negativ geladen ist und bei angelegter Spannung zur Anode wandert. Chemishe Reaktion: [Fe(CN) 6 ] Fe 3+ Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 Geräte: Objekträger, Filterpapierstreifen (weitporig m 6 m), Filterpapierstreifen (,5 m 0,5 m), 4 Kohleelektroden in durhlöherten Stopfen, 4 Stromkabel, Stromversorgungsgeräte, 1 Tropfpipette, Halbmikrostative mit Stativstangen, Klemmen und Muffen, Boys, Pinzetten, 1 Petrishale, 3 Behergläser Chemikalien: Eisen(III)-hloridlösung 0,05 mol/ l : Xn R: , S: 6-39 Kaliumhexayanoferrat(II)-lösung 0,05 mol/ l : Kaliumnitratlösung 1 mol/ l : O R: 8, S: 16-41

11 Experimentieranordnung: Kohleelektrode mit Stopfen Objekträger mit Filterpapier Durhführung: Vorbereitung: Das Filterpapier (m 6m) wird auf den Objektträger gelegt. Eine Startlinie wird in der Mitte des Filterpapiers mit Bleistift markiert. Der Anoden- und der Kathodenbereih werden mit einem Plus / Minus markiert. Das Filterpapier (m 6m) wird mit Kaliumnitratlösung als Laufmittel gleihmäßig durhfeuhtet. Übershüssige Lösung kann mit der Pipette abgesaugt oder abgestrihen werden. a)ein Filterpapierstreifen (,5 m 0,5 m) wird mit Eisen(III)-hloridlösung getränkt und auf die Startlinie gelegt. Danah wird 15 min bei einer Gleihstromspannung von 0 V elektrolysiert. Der Filterpapierstreifen (m 6m) wird in eine Petrishale überführt und mit Kaliumhexayanoferrat (II)-lösung benetzt. b) Ein Filterpapierstreifen (,5 m 0,5 m) wird in Kaliumhexayanoferrat (II)-lösung getränkt und auf die Startlinie gelegt. Danah wird 15 min bei einer Gleihstromspannung von 0 V elektrolysiert. Der Filterpapierstreifen (m 6m) wird in einer Petrishale mit Eisen(III)-hloridlösung benetzt. Haupteffekte: a) Zwishen der Startlinie und dem Kathodenbereih wird ein blauer Flek sihtbar. b) Zwishen der Startlinie und dem Anodenbereih wird ein blauer Flek sihtbar. Im Kathodenbereih wird außerdem ein bräunliher Flek sihtbar. Auswertung: a) Der blaue Niedershlag zwishen der Startlinie und dem Kathodenbereih entsteht durh die Reaktion von Eisen(III)-Ionen mit Hexayanoferrat(II)-Ionen [Fe(CN) 6 ] 4- zu shwerlöslihem Berliner Blau (Fe 4 [FeCN 6 ] 3 ). Der blaue Flek befindet sih zwishen der Startlinie und dem Kathodenbereih, da die dreifah positiv geladenen Eisen-Ionen unter dem Einfluss einer Gleihspannung in Rihtung Kathode (- Pol) gewandert sind. b) Der blaue Niedershlag zwishen der Startlinie und dem Anodenbereih entsteht durh die Reaktion von Hexayanoferrat(II)-Ionen [Fe(CN) 6 ] 4- mit Eisen(III)-Ionen zu shwerlöslihem Berliner Blau (Fe 4 [FeCN 6 ] 3 ). Der blaue Flek befindet sih zwishen der Startlinie und dem

12 Anodenbereih, da die im negativ geladenen Hexayanoferrat(II)-Ion [Fe(CN) 6 ] 4- Gleihspannung in Rihtung Anode (+ Pol) gewandert sind. gebundenen Eisen-Ionen, unter dem Einfluss einer Fehlerquellen: Die Wanderung der Eisen(III)-Ionen in Experiment a) kann durh die während der Hydrolyse im Kathodenbereih entstehenden Hydroxid-Ionen gestört werden. Die Hydroxid-Ionen bilden einen Niedershlag mit den Eisen(III)-Ionen von Eisenhydroxid, wodurh freie Eisen(III)-Ionen in ihrer Wanderung behindert werden. Die Elektrolyse sollte deshalb niht länger als 15 Minuten durhgeführt werden. Entsorgung: Lösungen neutralisieren und in den Ausguss geben