Back to chapter

16.12:

יצירת יוני קומפלקס

JoVE Core
Chemie
Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich.  Melden Sie sich an oder starten Sie Ihre kostenlose Testversion.
JoVE Core Chemie
Formation of Complex Ions

Sprachen

Teilen

יוני מתכת תמיד ממוימים בתמיסות מימיות. מולקולות המים פועלות כבסיסי לואיס וחולקות את זוג האלקטרונים הבודד שלהן עם יוני מהתכת, הפועלים כחומצות לואיס. כשמוסיפים בסיס לואיס חזק ממים, הוא מחליף את מולקולות המים ומקיף את יוני המתכת המרכזיים, ונוצר קומקפלס יוני.המולקולה או היון הפועלים כבסיס לואיס מכונים ליגנדה. בהקסמין קובאלט(III)כלוריד, הקסמין קובאלט הוא קומפלקס יוני בו שש מולקולות אמוניה הן הליגנדות המקיפות בתצורת אוקטהדר את יון הקובלט המרכזי. משום שליוני מתכות מעבר יש צפיפות מטען גבוהה יותר ואורביטלי d פנויים לאכלס אלקטרונים משותפים, הם נוטים במיוחד להרכיב קומפלקסים יוניים.קבוע שיווי המשקל לתגובה שבין יוני המתכת לליגנדה, נקרא קבוע היווצרות, Kf.ככל שערך ה-Kf גבוה יותר, הקומפלקס היוני יציב יותר. יצירת קומפלקסים יוניים יציבים כאלה מגבירה לעיתים קרובות את המסיסות של מלחי מתכת קשי תמס. קחו לדוגמה כסף סולפיד, שמתקיים בתמיסה בשיווי משקל של יונים מימיים ומוצק שלא התפרק.אם מוסיפים כסף סולפיד לתמיסת נתרן ציאניד, יוני הכסף מתחברים עם הציאניד ליצירת קומפלקס יוני דיציאנוארגנטט. אם מוסיפים 0.2 מול של כסף סולפיד לליטר של תמיסת נתרן ציאניד 0.9 מולר, ניתן לחשב את ריכוז שיווי המשקל של יוני הכסף, x, על בסיס טבלת ICE. ריכוזי ההתחלה של יוני כסף, ציאניד ודיציאנוארגנטט הם 0.20 מולר, 0.90 מולר ו-0 בהתאמה.בגלל ה-Kf הגבוה והריכוז הגבוה בהרבה של ציאניד, בהשוואה ליוני הכסף, עקרונית, כל יוני הכסף מומרים ליוני דיציאנוארגנטט. יון כסף מימי אחד מגיב עם שני יוני ציאניד ליצירת דיציאנוארגנטט. כך, השינוי בריכוז המולרי של יוני הציאניד יהיה 2 כפול 0.20 או 0.40 מולר.לכן, בשיווי משקל, ניתן להניח שריכוז יוני הדיציאנוארגנטט יהיה זהה לריכוז ההתחלתי של הכסף, בעוד ריכוז יוני הציאניד יהיה 0.90 פחות 0.40 מולר, או 0.50 מולר. הצבת ערכים אלה בנוסחה ב-Kf נותנת 0.2 מולר חלקי x כפול 0.5 בריבוע. כשפותרים את הביטוי ל-x, התוצאה היא ריכוז של 8.0 כפול 10 בחזקת מינוס 22 מולר.ריכוז שיווי המשקל הקטן מאוד של יוני כסף מצביע על כך שיצירת קומפלקסים יוניים מרוקן את יוני הכסף החופשיים מהתמיסה. תהליך זה דוחף את שיווי משקל המסיסות של כסף סולפיד לכיוון היונים ומאפשר ליותר חומר מוצק להתמוסס.

16.12:

יצירת יוני קומפלקס

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.