Получение гексанитрокобальтата натрия

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»

Новомосковский институт (филиал)

Кафедра общей и неорганической химии

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

на тему:

Получение и исследование свойств гексанитрокобальтата (III) натрия

Руководитель: Кочетов В.А.

Студент группы ХП-07-1: Афонина Е.В.

Новомосковск 2008

ВВЕДЕНИЕ

Соединения высшего порядка - так называл знаменитый шведский химик И.Я. Берцелиус (1779-1848) сложные многокомпонентные химические соединения, строение которых очень долго оставалось загадкой для ученых. Данный термин широко использовал А.Вернер и многие другие ученые прошлого и начала настоящего века. Термин «комплексные соединения» введен в химическую литературу выдающимся химиком В. Оствальдом.

Комплексные соединения химики обнаруживали прежде всего среди неорганических веществ. Поэтому химия этих соединений долго считалась разделом неорганической химии. В середине прошедшего столетия она оформилась в самостоятельную отрасль химической науки. В последующие десятилетия комплексные соединения стали играть интегрирующую роль для отдельных отраслей химии. Во второй половине прошлого столетия выяснилось, что комплексные соединения являются объектами изучения различных отраслей химии: аналитической, металлорганической, биологической, гомогенного катализа. На базе общего интереса специалисты этих отраслей химии стали налаживать тесные контакты, организовывать общие конференции.

Время рождения координационной химии как науки связывают со случайным получением в 1798 году Тассером соединения кобальта, состав которого можно записать СоСl3 6NH3.Однако человеку были известны соединения высшего порядка и до открытия Тассера. Вероятно, первым подобным соединением, синтезированным в лаборатории, является берлинская лазурь Fe4[Fe(CN)6]3. Она случайно получена художником Дисбахом в 1704 году и использована как красящий пигмент.

В становление и развитие химии комплексных соединений большой вклад внесли шведские и датские химики Берцелиус, Бломстранд, Клеве, Иергенсен и другие. В конце 19 века центром по изучению комплексных соединений стал Цюрих, где работал создатель координационной теории Альфред Вернер. После кончины Вернера важные исследования по химии координационных соединений выполнены в Германии его учеником Паулем Пфейффером. В начале 20 века наибольший прогресс в этой области химии достигнут в нашей стране благодаря Льву Александровичу Чугаеву, который создал уникальную советскую школу химиков - комплексников. После Второй мировой войны в связи с необходимостью создания производств редких металлов в мире резко возрос интерес к химии комплексных соединений.

Таким образом, в данной курсовой работе синтезировано комплексное соединение гексанитрокобальтат (III) натрия и изучены некоторые его свойства.

I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Химическая связь и строение иона [Co(NO2)6]3- с позиции валентных связей

Для комплексов с координационным числом 6 характерно октаэдрическое расположение лигандов, что отвечает sp3d2- или d2sp3- гибридизации атомных орбиталей комплексообразователя.

Октаэдрическим строением обладают ионы [PtCl6]2-, [Fe(CN)6]3-[Al(H2O)2(OH)4]-, [SnCl6]2-, [Co(NO2)6]3- и многие другие. Октаэдрическое строение комплексов с координационным числом 6 является наиболее энергетически выгодным.

Таблица 1. Степени окисления и пространственная конфигурация комплексов (структурных единиц) элементов подгруппы кобальта [1].

К элементам VIII группы семейства железа относятся железо, кобальт и никель. Эти элементы проявляют сходные свойства, отраженные в таблице 2[1].

Таблица 2. Краткая характеристика элементов VIII группы.

Рассматриваемые элементы образуют химические связи за счет орбиталей внешнего и предвнешнего электронных слоев (табл. 1). У атома кобальта валентные электроны заполняют орбитали следующим образом:

Со

Число неспаренных электронов на 3d- подуровне соответственно равно трем.

Ион Co3+ имеет электронную формулу:[Ar]3d64s0:

Во внутренней сфере между комплексообразователем и лигандами формируются полярные ковалентные связи. Частицы внешней сферы удерживаются около комплекса за счет электростатического ионного взаимодействия, т.е. характер связи - преимущественно ионный.

Для объяснения химической связи в комплексных соединениях используют: метод валентных связей (ВС),теорию кристаллического поля.

Рассмотрим метод ВС. Химическую связь в комплексе, т.е. между комплексообразователем и лигандами обычно объясняют с позиций донорно-акцепторного механизма. При этом, как правило, лиганды предоставляют неподеленные электронные пары, а комплексообразователи - свободные орбитали.

3d 4s 4p 4d

Для комплексных соединений, так же как и для органических веществ, характерна изомерия. Изучение изомерии комплексов позволило установить их пространственное строение. Нитрит - ион как лиганд может координироваться через атом азота, образуя нитро-комплексы, или через атом кислорода, образуя нитрито-комплексы. Такая изомерия известна для комплексов многих переходных металлов (Co3+, Rh3+, Ir3+, Pt4+).

Например, в реакциях образования комплексов Co3+ с нитрит-ионами вначале получаются нитрито-комплексы, имеющие розовую окраску которые со временем переходят в устойчивые желто-коричневые нитро-комплексы. Следует отметить, что являясь лигандом сильного поля, нитрит-ион стабилизирует в комплексах высокие степени окисления 3d-металлов. Например, Co3+ в Nа3[Со(NО2)6].

Так для иона [Co(NO2)6]3- структура комплекса - октаэдрическая (рис 1).

Рис 1.

По характеру распределения электронов по орбиталям Co3+ ион [Co(NO2)6]3- является низкоспиновым ионом (имеются неспаренные электроны). Комплекс Na3[Co(NO2)6] диамагнитный, низкоспиновый, внутриорбитальный, октаэдрический.

1.2 Физические и химические свойства данного вещества (электролитическая диссоциация, устойчивость и способы разрушения комплексного соединения, участие в обменных реакциях)

Na3[Co(NO2)6] - тонкий порошок желтого цвета, в безводном состоянии не выделен. При слабом нагревании разлагается. Хорошо растворяется в холодной воде. Водные растворы соли неустойчивы. Не реагирует с гидратом аммиака. Разлагается в кипящей воде, сильных кислотах и концентрированных щелочах. Устойчив на воздухе. Нерастворим в спирте и эфире. Устойчивое соединение. Плотность 2, 64 г/ см3[2].

Химические свойства Na3[Co(NO2)6]:

1)Разложение Na3[Co(NO2)6] при температуре200-250 С:

4 Na3[Co(NO2)6] 0,5H2O=12NaNO2+CoO+4NO+8NO2+2H2O

2)Взаимодействие с холодной водой:

Na3[Co(NO2)6]+12H2O(хол)=3[Na(H2O)4]++ [Co(NO2)6]3-

3)Взаимодействие с горячей водой:

3Na3[Co(NO2)6]+ 2H2O(кип)=9NaNO2+3CoNO3(OH) +5NO +HNO3

4)Реакции с разбавленными кислотами:

3Na3[Co(NO2)6]+2HNO3(разб)=9NaNO2+3Сo(NO3)2+5NO+H2O

5)Характерны реакции с концентрированными щелочами:

Na3[Co(NO2)6]+2NaOH(конц)=Co(OH)2 +4 NaNO2+NaNO3+NO

6)Взаимодействие с солями K+,Cs+,Tl+,Ag+,NH4+:

Na3[Co(NO2)6]+3MeNO3=Me3[Co(NO2)6] +3 NaNO3 [2]

Электролитическая диссоциация.

Диссоциация по 1 ступени:

Na3[Co(NO2)6] 3Na++[Co(NO2)6]3-

Диссоциация иона протекает по 6 ступеням:

[Co(NO2)6]3- Co3++6NO2-

= [Co(NO2)6]3-/[Co3+] [NO2-]6

1.3 Методы получения и очистки

1 способ. Комплексы Co3+ обычно получают окислением соединений Co2+ в присутствии соответствующего лиганда.

Co(NO3)2 + 7 NaNO2 + 2 CH3COOH= Na3[Co(NO2)6] + 2 NaNO3 + 2 Na(CH3COO) + NO + H2O

РАБОТАТЬ ПОД ТЯГОЙ! В стакане емкостью 100 мл. при осторожном нагревании растворяют 7 г. NaNO2 в 7 мл. H2O. В раствор вносят 2,5 г. кристаллического Co(NO3)2 6H2O и из капельной воронки приливают 2,5 мл. 50% CH3COOH. Смесь в стакане перемешивают встряхиванием. После внедрения кислоты раствор перемешивают еще 10 минут. Если навеска была загрязнена KNO2, то при окислении раствора осаждается K2Na[Co(NO2)6], в этом случае раствор по окончании окисления следует отфильтровывать. К полученному раствору приливают при перемешивании 17 мл. C2H5OH. Раствор с выпавшим осадком оставляют на 1 час для окончательной кристаллизации. Осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают небольшим количеством спирта, сушат на воздухе на листе фильтровальной бумаги, перемешивая стеклянной палочкой, и взвешивают. Рассчитывают выход продукта [3].

2 способ. Растворяют 150 г. NaNO2 в 150 мл. H2O при нагревании и к остывшему до 40-50 C раствору добавляют 50 г. нитрата кобальта. Затем при непрерывном помешивании приливают небольшими порциями 50 мл. 50% CH3COOH (тяга!) и через смесь пропускают в течение получаса сильный ток воздуха, чтобы окислить двухвалентный Co:

4Co(NO3)2+24NaNO2+12CH3COOH+О2=4Na3[Co(NO2)6]+12Na(CH3COO) +8HNO3+2H2O

Если исходный нитрит натрия был загрязнен калиевой солью, то при окислении из раствора осаждается гексанитрокобальтата (III) калия желтого цвета. Отстоявшийся раствор сливают через фильтр, желтый осадок отбрасывают.

Страницы: 1, 2