Профессорская задача «Изучение обмена молекулы воды в комплексе хлорида гексааквахрома(III) на хлорид-оин.»

Это мини-курсовая работа, которая рассматривает "Изучение обмена молекулы воды в комплексе хлорида гексааквахрома(III) на хлорид-оин", здесь есть и данные с практики, проведенные мной, и иллюстрации, а оригинальность состоит в том, что здесь рассматривается созданный мною прибор для исследования...вообщем, я обещаю, что эо инересно...
...

Даже в самом концентрированном относительно соляной кислоты растворе (12 н) комплексообразование заканчивается на третьей ступени. Таким образом, реакция внедрения ионов хлора в координационную сферу комплекса протекает крайне медленно.......

Цель работы – изучить обмен молекулы воды в комплексе хлорида гексааквахрома(III) на хлорид-ион.
Задача – синтезировать хлорида гексааквахрома(III), получить из хлорида гексааквахрома(III) 2 его изомера, распознать их по физико-химическим свойствам и сравнить, обьяснить почему происходит обмен молекулы воды в комплексе на хлорид-ион. Установить наличие Cr3+ и Сl-.
Для выполнения поставленной задачи нужно из синтезируемого вещества получить растворы одной концентрации, а затем другой, далее, определить электропроводимость изомеров и их сопротивление с помощью тестера. Различие электропроводности записать в таблицу и сравнить. Определить качественный состав веществ с помощью качественных реакций.

Свойство изомерии химических соединений было известно ещё при разработке классической теории химического строения. Изомерия молекул открыта в 1823 г. Ю.Либихом, обнаружившим, что серебряная соль гремучей кислоты и изоцианат серебра имеют один и тот же элементный состав, но разные физические и химические свойства.Под изомерией понимают способность к разному взаимному расположению атомов и атомных фрагментов в соединениях одинакового общего состава, диктующую отличия в химических и физических свойствах соответствующих соединений — изомеров. В случае координационных соединений указанные различия могут быть связаны как со спецификой расположения лигандов во внутренней координационной сфере, так и с распределением лигандов между внутренней и внешними сферами.Существуют изомеры двух типов:1) соединения, в которых состав внутренней сферы и строение координированных лигандов идентичны (геометрические, оптические, конформационные, координационного положения);2) соединения, для которых возможны различия в составе внутренней сферы и строении лигандов (ионизационные, гидратные, координационные, лигандные).Геометрическая изомерия - различное пространственное положение лигандов вокруг комплексообразователя. Так, для плоско-квадратных и октаэдрических комплексов с лигандами двух типов (например, NH3 и Cl-) возможно транс- (лат. «trans» напротив) и цис- (лат. «cis» вместе)положение вокруг комплексооб-разователя (Pt(II) и Pt(IV) (Рис. 13). Наличие двух - цис- и транс- изомеров шестикоординационных [MA4B2] комплексов, содержащих два типа лигандов во внутренней сфере, явилось прямым подтверждением их октаэдрической пространственной структуры, предложенной А. Вернером в координационной теории. транс-[CoCl2(NH3)4]+Оптическая изомерия связана со способностью некоторых комплексных соединений существовать в виде двух форм, не совмещаемых в трехмерном пространстве и являющихся зеркальным отображением друг друга, как левая рука и правая. Поэтому оптическую изомерию называют иногда ещё зеркальной изомерией. Λ-[Fe(ox)3]3− и Δ-[Fe(ox)3]3−Ионизационная изомерия определяется различным распределением заряженных лигандов между внутренней и внешней сферами комплекса и характеризует способность координационных соединений с одним и тем же элементным составом давать в растворе разные ионы. Примеры соединений: [Co(NH3)5Br]SO4 (красно-фиолетовый), [Co(NH3)5SO4]Br (красный).Координационная изомерия связана с переходом лигандов от одного комплексообразователя к другому: [Co(NH3)6][Cr(CN)6] и [Cr(NH3)6][Co(CN)6].Сольватная (гидратная) изомерия заключается в различном распределении молекул растворителя между внутренней и внешней сферами комплексного соединения, в различном характере химической связи молекул воды с комплексообразователем.Классическим примером гидратной изомерии является существование трех изомерных гидратов хлорида хрома(III) с общей формулой CrCl3 . 6 H2O.Первый изомер, [Cr(H2O)6]Cl3 – хлорид гексааквахрома(III) – представляет собой кристаллы серо-сиреневого цвета, которые при растворении в воде образуют фиолетовый раствор. Такую окраску раствору придают катионы [Cr(H2O)6]3+. Из раствора под действием ионов Ag+ осаждаются все три хлорид-аниона:[Cr(H2O)6]Cl3 + 3 AgNO3 = [Cr(H2O)6](NO3)3 + 3 AgCl↓Второй изомер – [Cr(H2O)5Cl]Cl2 . H2O, моногидрат хлорида хлоропентааквахрома(III), придает раствору голубовато-зеленый цвет, а ионы Ag+ осаждают только два хлорид-иона:[Cr(H2O)5Cl]Cl2 + 2 AgNO3 = [Cr(H2O)5Cl](NO3)2 + 2 AgCl↓Наконец, третий изомер – [Cr(H2O)4Cl2]Cl . 2 H2O, дигидрат хлорида дихлоротетрааквахрома(III), окрашивает раствор в темно-зеленый цвет, а ионы Ag+ осаждают из его раствора только один хлорид-ион:[Cr(H2O)4Cl2]Cl + AgNO3 = [Cr(H2O)4Cl2]NO3 + AgCl↓Для комплексов [Cr(H2O)6]3+ и схемы образования выглядят следующим образом: При высушивании два последних изомера теряют внешнесферную воду. Можно добиться постепенного взаимного перехода изомеров, изменяя pH либо температуру раствора. При этом введение избытка кислотыи охлаждение способствуют образованию первого изомера, а нагревание – переходу ко второму и третьему изомеру.Исторически сложилось так, что основным направлением использования изомерных гексогидратов хлорида хрома (+3) является применение их в качестве протравы при крашении тканей. Соединения хрома начали использовать как протраву в середине 19 в. Как известно, подавляющее большинство природных красителей не взаимодействуют с белковыми и целлюлозными волокнами. Однако, эти красители могут связываться с активными группами волокна при помощи посредников – катионов металлов. В молекулах большинства природных красителей содержатся фрагменты, способные к образованию прочных соединений (хелатных комплексов) с катионам металлов. В молекулах волокон так же содержатся группы, способные к стойкой реакции с катионами металлов. Поэтому большинство природных красителей может окрашивать волокна, предварительно обработанные солями металлов , в том числе изомерными гексагидратами хлорида хрома 3+, за счет образования «лака» - прочного, не растворимого в воде комплекса «краситель – катион металла - волокно». Протравные красители на основе соединений хрома дают наиболее светопрочные, устойчивые к стирке окраски. Экспериментальная частьДля проведения опыта нам необходимы приборы и реактивы: пробирки, мерный цилиндр, химические стаканы, термостойкий химический стакан, электрическая цепь помещенная в корпус, тестер, вольтметр, амперметр, концентрированный раствор НCl (w = 35%), 12н раствор НСl, СrO3 массой 10 г, 2М раствора NaOH, 0,1 М раствор AgNO3, чайник, водяная баня, термометр, электрические весы, растворы [Cr(H2O)4Cl2]Cl, [Cr(H2O)5Cl]Cl2, [Cr(H2O)6]Cl3 с молярной массой 0,01 Моль/л, и с 0,037Моль/л соответственно.Ход работы:Взвешиваем на электронных весах 10 г CrO3 Переносим триоксид хрома в термостойкий химический стакан емкостью 250 млДобавляем 40 мл концентрированной хлороводородной кислотыНакрываем стакан часовым стеклом и оставляем на водяной бане в течение 1-1,5 часов под тягой.Затем добавляем еще 40 мл концентрированной хлороводородной кислоты и снова упариваем содержимое стакана до появления на поверхности жидкости пленки кристаллов.Раствор фильтруем и оставляем кристаллизоваться в стакане.Поставить раствор [Cr(H2O)6]Cl3 на водяную баню примерно при 60 0С для получения изомера [Cr(H2O)5Cl]Cl2 . H2OПолученный раствор поставим на водяную баню при 70-80 0С для получения изомера [Cr(H2O)4Cl2]Cl .