Исследование спектра поглощения окрашенного комплексного соединения

Исследование спектра поглощения окрашенного комплексного соединения

1. Цель работы

Применение физикохимических методов анализа – спектроскопии  для исследования строения вещества, приобретение навыков работы на фотоэлектроколориметре.

1. Теоретическая часть

Атомы и ионы некоторых металлов (d-элементов) склонны к образованию комплексных соединений благодаря донорно-акцепторным связям. Частицы комплексообразователя М и лиганда L могут быть либо нейтральными, либо заряженными. Опуская для упрощения знаки зарядов, схему образования моноядерного комплекса в растворе можно представить следующим образом:

mM + nL = MmLn                                                                                   (1)

где M – частицы комплексообразователя,

L – частицы лиганда.

Как правило, образование комплексного соединения в растворе сопровождается возникновением новой полосы поглощения в видимой или ближней УФ – области  электромагнитных волн. Известно, что большая часть водных растворов d-элементов окрашена, что связано с d-d электронными переходами. Обнаружение новой полосы поглощения, появление окраски или ее изменение служат качественным подтверждением явления комплексообразования. Затем возникают количественные задачи: определение состава комплексного соединения и его термодинамических характеристик и, в частности, константы равновесия реакции (1), называемой константой устойчивости комплекса К (обратную величину К-1 называют константой неустойчивости):

          [pic 1]        [pic 2]                       (2)

Для определения состава комплекса, т.е. стехиометрических коэффициентов реакции (1) широкое применение нашел метод изомолярных серий или метод непрерывных измерений.

Изомолярными называют растворы, содержащие окрашенное комплексное соединение при различном мольном отношении образователя М и лиганда L, но при постоянной молярной (суммарной концентрации компонентов комплекса).

На рис.1 показано изменение оптической плотности от состава для серии этих растворов.

[pic 3][pic 4]

       D

[pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]

D теор

   макс

D эксп

   макс           1[pic 14][pic 15]

[pic 16][pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22]

                2[pic 23]

     M        L

          0                     0,2                     0,4                      0,6                0,8               1,0

 Рис. 1. Зависимость оптической плотности изомолярных растворов от мольной доли лиганда NL при образовании комплекса состава ML2:

1 – теоретическая кривая;

2 – экспериментальная кривая.

Максимум на кривых D - NL отвечает стехиометрическому составу комплексного соединения. Измерив оптическую плотность серии изомолярных растворов и найдя положение максимума на соответствующей кривой, можно определить состав комплексного соединения.

График на рис.1 соответствует теоретической зависимости, когда внутренняя сфера комплекса не подвергается диссоциации. Что  типично для многих комплексов, график зависимости D от NL представляет собой плавную кривую с размытым максимумом, причем [pic 24]. Относительное снижение оптической плотности в точке максимума равно степени диссоциации комплексного иона: [pic 25]

[pic 26][pic 27][pic 28][pic 29]                                                (3)

Таким образом, определив относительное снижение оптической плотности, можно:

1. найти степень диссоциации комплекса,
2. рассчитать равновесные концентрации комплекса, комплексообразователя и лиганда в растворе и вычислить константу нестойкости комплекса.

Так, если процесс комплексообразования описывается уравнением:

[pic 30],

то равновесная концентрация комплекса в растворе определяется как

[pic 31]                                          (4)

где [pic 32] и [pic 33] - общая концентрация комплексообразователя и лиганда соответственно.

Равновесные концентрации компонентов M и L в растворе равны: