Комплексная частица является очень слабым электролитом и способна к самостоятельному существованию в растворах

Комплексные соединения играют важную роль в процессах образования природных и синтетических соединений, в методах анализа веществ, в том числе в контроле производства в различных отраслях промышленности, в ряде технологических процессов для очистки и стабилизации тех или иных продуктов, для перевода нерастворимых соединений в растворимые и т.п.

Опыт 1. Получение комплексных солей (капельный метод)

Реактивы: кристаллический роданид аммония (NH₄SCN), концентрированный раствор соли кобальта (CoSO₄).

Посуда и принадлежности: предметное стекло, пипетка на 1-2 см³, микрошпатель.

Методика проведения опыта: На предметное стекло микрошпателем поместите несколько кристаллов роданида аммония и добавьте к ним пипеткой 1 каплю концентрированного раствора CoSO₄. Отметьте в наблюдениях окраски растворов реагентов и реакционной смеси после их смешивания.

Пользуясь ниже приведенным молекулярным уравнением, составьте полное и краткое молекулярно-ионные уравнения происходящих реакций; укажите класс и названия составных частей полученного комплексного соединения:

CoSO₄ + 4 NH₄SCN = (NH₄)₂[Co(SCN)₄] + (NH₄)₂SO₄

В выводе обоснуйте возможность прохождения в данном случае реакции комплексообразования и ее использования в химическом анализе; укажите, что в ней является аналитическим сигналом.

Опыт 2. Получение комплексных оснований (капельный метод)

Реактивы: 3 %-ный водный раствор соли никеля (NiSO₄), 2Н раствор NaOH, 25 %-ный водный раствор аммиака (NH₄OH).

Посуда и принадлежности: предметное стекло, пипетка на 1 см³.

Методика проведения опыта. На предметное стекло нанесите 1 каплю раствора соли никеля и прибавьте к ней 1 каплю раствора гидроксида натрия до выпадения осадка гидроксида никеля. Отметьте наблюдения и напишите краткое ионно-молекулярное уравнение происходящей реакции.

К осадку добавьте по каплям до его растворения раствор аммиака при перемешивании стеклянной палочкой. Отметьте наблюдения.

В растворе аммиака существует равновесие:

NH₄OH NH₃ + Н₂О.

С учетом этого составьте молекулярное и ионно-молекулярные уравнения реакции комплексообразования между реагентами Ni(ОН)₂ и NH₃, в ионно-молекулярном уравнении укажите силу электролитов.

Изобразите структурную формулу образовавшегося комплексного соединения с указанием внутренней и внешних сфер, комплексообразователя и лиганда при условии, что координационное число в комплексе равно 6, укажите класс образовавшегося комплексного соединения.

В выводах отразите сущность реакции комплексообразования; укажите, почему в проведенном опыте эта реакция оказалась возможной и для каких практических целей может быть использована возможность образования комплексного основания в данных условиях.

Тема 6. Жесткость воды и реакции солей жесткости в водных растворах (базовый материал)

Рекомендуемая литература по теме 6 приведена на с. 56.

Жесткость – это один из важнейших показателей качества воды. Жесткость воды обусловлена наличием в природной воде ионов кальция (Ca²⁺), магния (Mg²⁺), реже железа (Fe²⁺, Fe³⁺), которые входят в состав растворимых в воде природных солей. Жесткость бывает двух типов: временная и постоянная.

Временная жесткость (гидрокарбонатная) связана с наличием в воде гидрокарбонатов кальция, магния, железа. Она получила такое название в связи с тем, что эти соли легко разлагаются при температуре 90 ºС.

Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых средних солей кальция, магния, железа и др. (чаще всего сульфатов, хлоридов, нитратов).

Суммарное содержание всех растворимых солей кальция, магния, железа в воде характеризует её общую жесткость и выражается суммой миллиэквивалентов ионов Са²⁺ и Мg²⁺, содержащихся в одном литре воды.

По общей жесткости природные воды делят на следующие категории:

<1,5 мэкв/л – очень мягкая;

1,5 – 3,0 мэкв/л – мягкая;

3,0 – 6,0 мэкв/л – средняя;

6,0 – 10,0 мэкв/л – жесткая;

>10,0 мэкв/л – очень жесткая.

Наличие солей жесткости в воде существенно ограничивает возможность ее использования по различным направлениям. Это связано с тем, что при использовании воды могут произойти превращения солей жесткости в нерастворимые соединения. Отсюда и произошел, возможно, термин «жесткая вода». Поэтому в процесс подготовки воды для водоснабжения населения, различных технологических процессов и паросиловых установок при необходимости включают умягчение воды, т.е. снижение содержания в ней растворимых солей кальция, магния, железа.

Все методы устранения жесткости основаны на переводе растворимых солей жесткости в нерастворимые соединения с последующим отделением их от воды еще до ее использования. Используют физический, химические и ионнообменные способы устранения жесткости.

Физический (термический) применяется для устранения только солей временной жесткости:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑.

Химические методы основаны на необратимых обменных реакциях солей жесткости, приводящих к образованию нерастворимых соединений. Например, для устранения временной жесткости на практике чаще всего используют известковый метод:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2 CaCO₃↓ + 2 H₂O;

р. с.э. н. р. сл. э.

Mg(HCO₃)₂ + 2 Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaCO₃↓ + 2 H₂O.

р. с. э. н. р. н. р. сл. э.

Постоянная жесткость на практике чаще всего устраняется содовым и фосфатным методами:

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄.

р. р. н. р. р.

Ионообменный способ устранения жесткости основан на том, что некоторые природные и искусственные высокомолекулярные вещества – иониты способны к обмену ионов с раствором электролита. Иониты (ионообменные смолы) представляют собой твердый зернистый материал, набухающий, но нерастворимый в воде. Иониты являются твердыми электролитами и способны обменивать ионы, входящие в их состав, на ионы, находящиеся в воде и обусловливающие ее жесткость.

Ионообменные смолы подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты способны обмениваться с окружающим раствором электролита катионами, а аниониты – анионами.

Для придания высокомолекулярному соединению ионообменных свойств в его состав химическим путем вводят ионогенные группы. Для катионитов это -SO₃H, -SiO₃H, -COOH и другие, которые имеют кислотный характер и в водных растворах отщепляют ионы Н⁺. Для анионитов ионогенными являются группы основного характера: -NH₂, -NHR и др. Они образуют гидратированные формы, которые в водных растворах отщепляют гидроксид-ионы:

2 RH + Ca²⁺ → R₂Ca + 2H⁺ – катионный обмен;

2 ROH + SO₄²⁻ → R₂SO₄ + 2 OH⁻ – анионный обмен,

где RН и RОН – условные обозначения соответственно катионита и анионита, R – высокомолекулярный органический радикал.

В зависимости от требования, предъявляемого к качеству воды, очистку ограничивают только катионным обменом, удаляя из нее ионы Ca²⁺ и Mg²⁺, либо осуществляют еще и анионный обмен, что позволяет получать химически чистую воду.

Рекомендуемая литература по теме 6: [1], гл. 37, § 37.2; [2], гл.12, § 12.3; [3], гл. 6, § 8; [4], гл.16.