c反式氯化二氯双二胺基乙烷钴(Ⅲ)错合物钴错盐的制备o-2017年11月.docVIP

反式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷(Ⅲ)錯合物 台大化學系普化教學小組 2004/07/02反式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷(Ⅲ)?可見光分光光譜儀之使用。 三、 原理：錯鹽(complex ion)也常稱為配位化合物(coordination compound)，通常包含了一個中心金屬離子和數個配位基(ligand)，配位基可能是中性分子，如氨(NH3)、 平面四邊形 四面體形 八面體形 (square planar) (tetrahedral) (octahedral) 圖一 幾種錯合物的形狀 配位化合物常帶有不同的顏色或磁性。針對這些特性，數種理論被發展出來解釋它們。其中晶場論(crystal field theory)是假設配位基提供電子對的配子(donor atom)是帶負電的點電荷中心，中心金屬是帶正電的點電荷中心，金屬離子有五個相同能量的d軌域，如圖二所示。 圖二 d軌域d軌域會因配位基幾何位置的不同，而感受到不同程度的靜電斥力，不同軌域的能量會相對的提昇或下降，八面體結構的六配位錯鹽中心金屬，其五個d軌域之能量會分裂成兩組能階。其中dx2-y2與dz2軌域因正對著配位基而斥力大，位於高能階。其他三個軌域dxy、dyz、dzx則位於低能階。此兩個能階間的能量差，會隨配位基及與金屬結合的情形而異。造成分裂能差大的為強場(strong-field)，分裂能差小的則為弱場(weak-field)，強場錯鹽的電子傾向填充在低能階的d軌域，稱低自旋態(low spin state)；而弱場錯鹽的d軌域電子依罕得定律(Hund’s rule)，以最多自旋電子的組態排列，稱高自旋態(high spin state)，如圖三。 圖三 八面體晶體場中的弱場與強場電子組態 過渡金屬錯鹽的d軌域分裂能通常在可見光與紫外光的能量範圍，低能階的d軌域電子可吸收不同波長的光而躍遷至高能階，錯鹽因而顯現不同之顏色。由其光譜的測定，可看出配位基的晶場強弱關係，弱場配位基的分裂能偏長波；spectrochemical series)。其順序為I? Br? Cl? F? OH? C2O42? H2O pyridine ≒ NH3 en CN? CO。en是二胺基乙烷（ethylenediamine，H2NCH2CH2NH2）的簡寫，其兩個氮原子都可配位鍵結到金屬離子上，屬於雙牙基(bidentate)。 本實驗的目的是合成並鑑定反式及順式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷(III)陽離子錯合物(trans, cis-[Co(en)2Cl2]Cl)。此錯合物包含一個+3價鈷離子，配位基有兩個氯離子及兩個二胺基乙烷的氮原子形成八面體結構。由於兩個氯離子分據八面體的相對頂點或相鄰頂點，而有反式與順式兩種幾何異構物(geometrical isomers)。製備過程中先合成反式異構物，反式異構物加熱，並以氨催化，可發生異構化反應，得到順式異構物。兩種異構物的鈷離子因晶場環境不同，因此顏色有異，反式為綠色，順式為紫色。 圖四 反式與順式[Co(en)2Cl2]+陽離子 四、儀器與材料： 光譜儀 水流抽氣機 抽氣過濾瓶 赫氏漏斗 量筒(10、100 mL) 蒸發皿 攪拌子 玻棒 藥匙 保麗龍湯杯 矽膠手套 濾紙 冰 五、藥品： 六水合氯化亞鈷（CoCl2．6H2O） 濃鹽酸（HCl；12 M） 10% 二胺基乙烷（H2NCH2CH2NH2） 濃氨水（NH3(aq)；15 M） 乙醇（CH3CH2OH） 10% 雙氧水（H2O2） 六、實驗步驟： （一）製備反式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷(III)（[Co(en)2Cl2]Cl） ※本實驗所用藥品多具腐蝕性，請在排氣櫃內操作並戴上乳膠手套。 1. 取一個100 mL燒杯盛裝約70 mL水，放在加熱板上加熱，需隨時注意勿讓熱水蒸乾，以為後續蒸汽浴使用。 2. 使用乾淨的蒸發皿，稱量約1 g [CoCl2．6H2O]固體，記錄精確重量。 3. 於蒸發皿中加入4 mL之10%二胺基乙烷溶液，以玻棒攪拌使固體全溶。 4. 在排煙櫃內，將2 mL 10% H2O2(aq)逐滴加入蒸發皿中，而後將蒸發皿置於100 mL燒杯之杯口上方，利用蒸氣浴加熱並持續攪拌5~10分鐘，至溶液呈現深紅褐色。 註：此步驟以H2O2將鈷(II)氧化為鈷(III) ※H2O2(aq)勿觸及皮膚。 5. 將3 mL濃鹽酸(12 M)逐滴加入蒸發皿，繼續以蒸氣浴加熱並攪拌反應液，直到液面出現一薄層片狀固體時，將蒸發皿放置於排氣櫃的檯面上冷卻到室溫。再改用冰水浴使結晶完全析出。 6. 使用赫式漏斗及抽氣過濾瓶，抽氣過濾收集綠色固體產物，並用1 mL的乙醇清洗固體產物