Synthese van tetra amine kopersulfaat

Datum: April 2004

Principe:

Door ammonia in contact te brengen ment watervrij kopersulfaat maken we tetraaminekopersulfaat.

Materiaal:

  • Statief
  • Kopersulfaat (CuSO4.5H2O)
  • Reageerbuizen
  • Erlenmeyer
  • Reageerbuisknijper
  • stoppen (doorboord)
  • glasstaafjes
  • Digitale camera
  • Calciumhydroxide (Ca(OH)2)
  • Ammoniumchloride (NH4Cl)

Uitvoering.

Bereiding van watervrij kopersulfaat:
  • Doe wat blauw kopersulfaat in een regeerbuis klem deze vast in de houder en verwarm voorzichtig.
  • De kleur zal steeds lichter worden en er zullen waterdruppels vormen aan de bovenkant van de buis.
  • Verwarm ook deze waterdruppels voorzichtig totdat er geen water meer in de buis aanwezig is en het kopersulfaat wit van keur is.
  • Bouw de opstelling op zoals hiernaast weergegeven.
  • Doe in de reageerbuis het watervrije kopersulfaat.
  • Maak in de erlenmeyer een mengsel van het salmiak en het calciumhydroxide.
  • Verwarm voorzichtig en observeer de reageerbuis. 

Resultaat:


voor


tijdens


resultaat

Het resultaat is een stof met een intens paarse kleur. Jammer genoeg treedt op de foto verkleuring op en lijkt het blauwig. 

Discussie en conclusie:

De reacties waar we mee te maken hebben: 

  1. In de erlenmeyer: Ca(OH)2 + 2NH4Cl <=> 2NH3 (g) + CaCl2 + 2H2O

  2. In de reageerbuis: CuSO4 [wit] + 6NH3 <=> Cu(NH3)6(SO4) [paars]

Om het NH3 in gasvormige toestand te kunnen maken moet de omgeving basisch zijn om de zuur-base reactie te laten verlopen: NH4+ + OH- <=> NH3(g) + H2O. In een zuur mileu zou het evenwicht richting NH4+ liggen en wordt er geen NH3 gevormd.

Het gevormde NH3 reageert met het kopersulfaat onder vorming van het koperammonia complex.

Veel overgangsmetaalcomplexen zijn gekleurd. Wanneer aan een oplossing die Cu2+ bevat NH3 wordt toegevoegd ontstaat dus een intens paarse kleur. Dit geeft aan de er een complex ion gevormd wordt. Complexe ionen kunnen als zout ge´soleerd worden. In bovenstaand experiment maken we het sulfaat zout van het koper(II)/ammonia complex, niet in een oplossing maar via een gas/vaste stof reactie. Het gevormde complex is oplosbaar in water maar onoplosbaar in ethanol. Eventueel kan men het dus op deze manier herkristalliseren. Het aantal donoratomen dat zich rond het metaal-ion met lading 2+ groepeert is meestal 4 of 6. Aangezien NH3-moleculen geen lading hebben zal het koper/ammonia complex een 2+ lading hebben en dient het SO4, met lading 2-, als tegenion. In dit geval heeft het metaalion een co÷rdinatiegetal van 6. Indien er nog water aanwezig is in het kristalrooster kan dit ook opgenomen worden in de structuur en kan men een complex maken met als formule: [Cu(NH3)4(H2O)2]2+.

Opmerkingen:

  • Een koper-water en een koper-ammonia complex hebben een 'vlak vierkant' structuur. Een koper-chloride complex heeft een tetrahedrische structuur.
  • We hebben al eerder soortgelijke experimenten in een waterig milieu uitgevoerd: Kopercomplexen

Literatuur:

  • Lee R. Summerlin, Christie L. Borgford, Julie B. Ealy; 'Chemical Demonstrations: A Sourcebook for Teachers - Volume 2'; 2nd Ed.;ACS; 1988; ISBN 0841215359; p. 71-74.
  • Ruud Baars; 'Evenwichtsreacties'; DJO; 1977 7; p.188.
  • Kurt Waselowsky; 'KOSMOS Chemie C3000 Experimentieranleitung'; Franck-Kosmos; 2002;  p. 98,99,102,103.
  • Dr. G. Den Boef; ôTheoretische grondslagen van de analyse in waterige oplossingenö; Elsevier (Heron Bibliotheek); 1977;  ISBN 9010103730; p. 52-80.

Relevante Websites:

Achtergrondinformatie:

Cu2+ in water vormt ook met de watermoleculen een complex: Cu(H2O)62+. Dit complex is verantwoordelijk voor de lichtblauwe kleur van een kopersulfaatoplossing 

Voegen we ammonia toe aan de oplossing dan verdringt het ammonia de water moleculen volgens onderstaand mechanisme:

Op deze manier kunnen 4 ammonia moleculen gebonden worden en verkrijgen we het complex: Cu(NH3)4(H2O)22+.

Men kan nu onderstaand schema opstellen voor deze complexvormingsreactie:

Cu2+  + NH3 <=> Cu(NH3)2+                      log K1 = 4.1

Cu(NH3)2+ + NH3 <=> Cu(NH3)22+            log K2 = 3.5

Cu(NH3)22+ + NH3 <=> Cu(NH3)32+          log K3 = 2.9

Cu(NH3)32+ + NH3 <=> Cu(NH3)42+          log K4 = 2.1  


Bij het type complex dat we hier gemaakt hebben spreken we van een overgangsmetaalcomplex. Bij overgangsmetaalcomplexen wordt de d-schil van het metaal stapsgewijze opgevuld van d1 t/m d10. In de eerste serie overgangsmetalen wordt de 3d-schil opgevuld te beginnen bij Scandium (d1) tot en met Zink (d10). Al deze elementen worden gekarakteriseerd door:

  1. een gedeeltelijk gevulde d-schil;

  2. verbindingen, waarbij de valentie kan variŰren;

  3. verbindingen, die meestal specifiek gekleurd zijn;

  4. enkele verbindingen, die paramagnetisch zijn.

Deze elementen blijken op bijzonder veel verschillende manieren verbindingen te kunnen vormen, zodat 80% van alle anorganische verbindingen een overgangsmetaal bevat. Dit soort verbindingen trok al heel vroeg de aandacht vanwege de sprekende kleuren. De structuur van deze verbindingen was echter tot het begin van de 20ste eeuw een volslagen raadsel. Men kwam vervolgens met het volgende bindingsconcept voor deze ternaire verbindingen nl. KBF4. Hierin is B het centrale atoom/ion. Direct daaromheen bevinden zich de geco÷rdineerde F-atomen/ionen, de zgn. liganden in de eerste co÷rdinatiesfeer. Teneinde de lading van dit complexe ion te compenseren zijn nog positieve of negatieve donorionen nodig in de tweede co÷rdinatiesfeer. De groepen in de eerste co÷rdinatiesfeer, de liganden, zijn in het algemeen covalent gebonden aan het metaal. De groepen in de tweede co÷rdinatiesfeer zijn ionogeen gebonden aan het complexe ion.


17-01-2017