Синтез тригидрат трис(оксалато)кобальтата (III) калия K3[Co(C2O4)3]×3H2O

Новосибирский Государственный  Университет

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по неорганической химии

Синтез тригидрат трис(оксалато)кобальтата (III) калия

K₃[Co(C₂O₄)₃]×3H₂O

 

 

 

 

 

Выполнили:

Буркова Е.

Гусельникова О.

Проверил:

Ельцов И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2010

 

Оглавление

Литературный обзор2

Практическая часть 6

Исследование свойств  синтезированного соединения                8

Вывод                                                                                       12

 

Свойства кобальта и его  соединения 
Кобальт был открыт в тысяча семьсот тридцать пятом году Брандтом Кобальтом.

Серо-стальной; очень вязкий; твердость 5,5 по Моосу; ферромагнетик,  легко растворяется в окисляющих кислотах, медленно растворяется в неокисляющих кислотах в  простых соединениях самая устойчивая степень окисления +2, для комплексных соединений более устойчивой является степень окисления +3. 
Важнейшие минералы: смальтин CoAs2 кобальтовый шпейс , кобальтин CoAsS кобальтовый блеск , эритрит Co3(As04)2 • 8Н20 кобальтовый цвет , гетерогенит Со203 • Н20 или Со203 • 2Н20 , линнеит Co3S4 кобальтовый колчедан. 
Главные месторождения: Заир, Канада , Россия, Германия, Швеция, Норвегия.

Кобальт можно получить, восстанавливая углем из его оксида: 
Со₂O₃ + ЗС —> 2Co + 2CO   
Кобальт является компонентом сплавов, составной частью катализатора (синтез Фишера — Троппа), а также искусственный изотоп 60Со используют в технике и медицине. 
Соединения кобальта 
 Простые неорганические соединения наиболее устойчивы для кобальта в степени окисления +2. Стандартный природный потенциал Co³⁺/Co²⁺ сильно зависит от природы лиганда.

Стабилизация кристаллическим  полем делает более благоприятным  образование кобальта (III) и ослабляет его окислительные свойства. Таким образом, для кобальта в степени окисления +3 характерна очень богатая химия координационных соединений, в то время как его простые неорганические соли неустойчивы в водных растворах, так как являются сильными окислителями. Акцепторные лиганды стабилизируют металл в низких степенях окисления.

Соединения кобальта +2

Степень окисления +2 наиболее устойчива для кобальта. Электронная  конфигурация d7,которую он приобретает в этом состоянии, и сравнительно низкая энергия расщепления обеспечивают существование парамагнитных октаэдрических комплексов.

Низкая энергия стабилизации октаэдрическим окружением приводит к  энергетической близости между октаэдрическими  и тетраэдрическими комплексами, объясняет  легкость взаимных переходов между  ними. В ажную роль в формировании геометрии образующейся комплексной  частицы играет стерический фактор: объемные отрицательно заряженные лиганды, такие как CL⁻, Br⁻, I⁻, SO²⁻, CO²⁻, CO²⁻, способствуют образованию тетраэдрических комплексов, а компактные молекулы H₂O, NH₃ – октаэдрических. В случае некоторых отрицательно заряженных лигандов (OH⁻, NCS⁻, F⁻) в зависимости от условий синтеза могут быть получены комплексы разной геометрии. Часто об изменении координационного числа металла легко судить по переходу одной окраски в другую.

Соединения кобальта +3

Недавние исследования убедительно  доказали, что ион [Co(H₂O)₆]³⁺ диамагнитен. Это единственный пример низкоспинового аквакомплекса среди 3d-элементов. Его образование энергетически выгодно. Фторидные комплексы кобальта (III) [CoF₃(H₂O)] – высокоспиновые. Они представляют собой светло-желтые порошки, разлагающиеся водой. Гексафторокобальтат (III) калия K₃[CoF₆] образуется при фторировании смеси хлоридов кобальта (II) и калия при температуре 400° C.

 

Свойства  некоторых соединений кобальта.

Формула	р.  г • см-3	t плавления	Окраска	Прочие свойства
СоО	5,68	1800	Оливково-зеленый	Порошок
Со(ОН)2	3,597	--	Розовый	Кристаллический
CoF2	4,46	1200	Розовый	Кристаллический
СоС12	3,367	740	Синий	Кристаллический; листочки; очень гигроскопичен
СоВг2	4,849	687	Зеленый	Порошок
СоJ2	5,584	515	Черный (а-), цвета охры (в-)	--
СоС03	4,13	--	Светло-красный	Микрокристаллический порошок
СоН3	0,523	--	Темно-серый	+ разбавленная кислота  —> Н2
CoS	5,45	1100	Черный	Осадок полиморфный

 

 

Оксид кобальта

Формула	р.  г • см-3	Окраска	Прочие свойства
Со203	5,18	Коричнево-черный	Порошок; не растворим в  Н20
Со(ОН)3	--	Коричневый	Растворимость в Н20 при 20 °С -3,2 • 10~* %
CoF3	3,89	Светло-коричневый	Порошок; бурная реакция  с Н20
Co2S3	4,897	Серо-черный	Блестящий; кристаллический

 

Кобальт, один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина В12 (кобаламин). Кобальт  задействован при кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях. Потребность человека в  кобальте 0,007-0,015 мг, ежедневно. В теле человека содержится 0,2 мг кобальта на каждый килограмм массы человека. При отсутствии кобальта развивается  акобальтоз.

Избыток кобальта для человека вреден.

В 1960-х годах соли кобальта использовались некоторыми пивоваренными  компаниями для стабилизации пены. Регулярно выпивавшие более четырёх  литров пива в день получали серьёзные  побочные эффекты на сердце, и, в  отдельных случаях, это приводило  к смерти. Известные случаи т.н. кобальтовой  кардиомиопатии в связи с употреблением  пива происходили с 1964 по 1966 годы в  Омахе (штат Небраска), Квебеке (Канада), Левене (Бельгия), и Миннеаполисе (штат Миннесота). С тех пор его использование в пивоварении прекращено, и в настоящее время является незаконным [3].

Особенно токсичны пары октакарбонила  кобальта Со2(СО)8.

 

Практическая  часть

 

Оборудование:

стакан емкостью 150мл, стакан емкостью 250 мл, магнитная мешалка,пипетка, воронка Бюхнера, стеклянная коническая воронка, бумажные фильтры,  пробирки, электроплитка, стеклянная палочка.

Реактивы:

H₂O, K₂C₂O4, H₂C₂O₄, CoCO₃, PbO₂, CH₃COOH, C₂H₅OH.

Ход работы:

В стакан емкостью 150 мл налили 60 мл H2O и нагрели до 80^oC на плитке. В горячую воду внесли 1.9 г H2C2O4, 7 г K2C2O4 и растворили при нагревании.

K2C2O4+H2C2O4=2KHC2O4 (в водном растворе при нагревании).

При этом образовалась кислая соль KHC2O4.

Затем, перемешивая раствор  на магнитной мешалке, добавили небольшими порциями 2.5 г CoCO3.

KHC2O4+CoCO3=K2[Co(C2O4)2]+CO2+H2O

При этом бурно выделялся  углекислый газ.

Смесь охладили до 40^о C. При энергичном перемешивании добавили 2.5 г PbO2. Затем добавили 2.5 мл CH3COOH из пипетки со скоростью 0.5 мл за 2-3 мин (реакционная смесь изменила красную окраску на зеленую).

3K2[Co(C2O4)2]+PbO2+4CH3COOH=2K3[Co(C2O4)3]+(CH3COO)2Pb+(CH3COO)2Co+2H2O

Полученный раствор профильтровали на стеклянной конической воронке через  фильтр «красная лента» в стакан емкостью 250 мл. Во время фильтрации от раствора отделили темно-серый осадок. Скорее всего, это был нерастворившийся PbO2.

К отфильтрованному раствору прилили без перемешивания 75мл C2H5OH.

K3[Co(C2O4)3]+C2H5OH+3H2O=K3[Co(C2O4)3]*3H2O+C2H5OH

В осадок выпали изумрудные кристаллы. 

Выпавшие кристаллы отфильтровали  на воронке Бюхнера , промыли 10мл смеси  C2H5OH и H2O (отношение1:1) и 5мл C2H5OH. Это было сделано для того, чтобы этанол забрал лишнюю воду из комплекса и быстрее испарился при сушке. Кристаллы просушили на фильтре током воздуха.

При синтезе было выделено 2 пробы комплекса. В дальнейшем по результатам ИК-спектроскопии и  электронной спектроскопии было выявлено, что 2 пробы являются одним  и тем же веществом.

 

 

Исследование  свойств синтезированного соединения.

Изумрудно-зеленые игольчатые кристаллы.

Температура плавления комплекса 112^оС.

Результаты ИК-спектроскопии  в области 4000-400 см^-1

(проба 1)

Положение максимумов		Отнесение к связи	Примечания
Литературное	Экспериментальное
3500	3554.4	Валентные колебания ОН
- - - -	3473.2 3075.6 2937.2 2750.2		Результат загрязнения препарата
1702	1702.5	Валентные колебания С=О
1661	1662.0	Деформационные колебания  НОН
1393	1390.0 1378.6	Валентные колебания С=О, С - С
1250	1248.5	Валентные колебания С-О, деформационные колебания ОС=О
-	1186.6	Валентные колебания С-О	Результат загрязнения препарата
911	903.5	Деформационные колебания  ОС=О, валентные колебания С-О
893	824.0	Валентные колебания Со-О
869	805.5	Валентные колебания С-С
565	563.2	Деформационные колебания  ОС=С

Проба 2

Положение максимумов		Отнесение к связи	Примечания
Литературное	Экспериментальное
3500	3444.2	Валентные колебания ОН
- - -	3067.0 2917.3 2267.9		Результат загрязнения препарата
1702	1700.2	Валентные колебания С=О
1661	1666.2	Деформационные колебания  НОН
1393	1388.9	Валентные колебания С=О, С - С
1250	1248.5	Валентные колебания С-О, деформационные колебания ОС=О
911	988.0	Деформационные колебания  ОС=О, валентные колебания С-О
893	902.4	Валентные колебания Со-О
869	805.3	Валентные колебания С-С
-	805.3		Результат загрязнения препарата
565	563.2	Деформационные колебания  ОС=С

ИК-спектроскопия подтвердила  то, что полученное вещество является комплексом K₃[Co(C₂O₄)₃]×3H₂O в обеих пробах.

 

Электронный спектр поглощения свежеприготовленного раствора

(5*10^-3М) в области 350-800 нм

Проба 1

Пики поглощения		Коэффицент экстинкции
Литературный	Экспериментальный	Литературный	Рассчитанный по экспериментальным  данным
430	423	2.37	2.25
613	602	2.25	2.1

 

Проба 2

Пики поглощения		Коэффицент экстинкции
Литературный	Экспериментальный	Литературный	Рассчитанный по экспериментальным  данным
430	423	2.37	2.46
613	603	2.25	2.34

 

Пики поглощения экспериментальные  и коэффициенты экстинкции близки к  эталону, отличия незначительные, скорее всего это связано с загрязненностью  препарата.

 

Удельная электропроводность  X₁=1.8*10^-3Ом^-1см^-1

X₂=2.2*10^-3 Ом^-1см^-1

Молярная электропроводность М₁=360 Ом^-1см²

                                                      М₂=440 Ом^-1см²

Выход комплекса в процентах 

Ожидаемая масса полученного  комплекса 13.84 г

m₁=5.52 г    m₂=0.86г

всего m_общ=6.38 г

общий выход 46.1%

 

Реакции водного раствора комплекса (1*10^-2) с различными реагентами (результаты проведения реакций обеих проб совпадают):

1. 2K3[Co(C2O4)]*3H2O+3Na2S(р-р)=Co2S3+3Na2C2O4+6H2O+3K2C2O4

Выпадает черный осадок.

2. 2K3[Co(C2O4)]*3H2O+NaClO4=Cl2+NaK2[Co(C2O4)]*3H2O+NaCl

Наблюдается выделение газа, раствор становится светлее.

3. 2K3[Co(C2O4)]*3H2O+NaOH=K3[Co(OH)6]*3H2O+NaC2O4

Раствор становится коричневым.

4. 2K3[Co(C2O4)]*3H2O+KMnO4+2HCl=MnCl2+K4[Co(C2O4)]+7H2O

Раствор становится темно-фиолетовым.

 

 

Вывод

В результате синтеза неорганического  комплексного соединения было получено ожидаемое соединение 2K3[Co(C2O4)]*3H2O, которое по внешнему виду, химическим и физическим свойствам соответствует эталону. Соответствие было подтверждено снятием ИК и электронного спектров, измерением температуры плавления, удельной и молярной электропроводности, а также проведением химических реакций с характерными для данного вещества результатами.