5.5 酸碱指示剂
检测溶液酸碱性的简便方法是用酸碱指示剂,常用的pH试纸是用多种酸碱指示剂的混合溶液浸制而成的。在控制酸碱滴定终点时,选用适宜的酸碱指示剂十分必要。
酸碱指示剂是利用颜色改变指示溶液pH的物质,它们常是复杂的有机弱酸或有机弱碱。溶液的pH改变时,由于质子转移引起指示剂的分子或离子结构发生变化。使其在可见光范围内发生了吸收光谱的改变,因而呈现不同的颜色。
每种指示剂都有一定的变色范围。这种变色范围取决于指示剂的电离平衡。以通式表示它们的电离平衡如下:
H In(aq) H2O(l) In-(aq)- H3O(aq)
HIn表示指示剂,称为“酸型”,In-表示指示剂的共轭碱,称为“碱型”。
指示剂检出溶液的pH的原理是基于指示剂的酸型和碱型的颜色是不同的。
HIn表示石蕊 HIn H In-
红 蓝
当c (HIn) >>c (In-)时,溶液呈红色,是酸性
当c (HIn)<< c (In-)时,溶液呈蓝色,是碱性
=1时pH= ,溶液中HIn 与In-各占50%,呈现两者混合颜色。
指示剂的变色范围取决于 ±1。由于人的视觉对不同颜色的敏感程度有差异,实测的变色范围往往略小于 上下2个pH单位。指示剂的变色范围越小越好,这说明变色越灵敏。
一般所指的是水溶液中指示剂的变色范围,当为非水溶剂是变色范围与水中的不同。
使用指示剂时应注意控制指示剂的用量,以能观察颜色变化为度。
用酸碱指示剂测定溶液的pH是很粗略的,只能知道溶液pH在某一个范围之内,用pH试纸测定pH就比较准确了,然而,更精确地测定溶液pH的方法是pH计。
§5.6 酸碱电子理论与配合物概述
质子理论无法解释:如SnCl4、AlCl3等的酸碱性行为。在提出酸碱质子理论的同一年(1923年),美国化学家G N Lewis提出了酸碱电子理论。
理论要点是凡可以接受电子对的分子、原子团、离子为酸;酸是电子对的接受体,必须具有可以接受电子对的空轨道。金属阳离子及缺电子的分子都是酸如Fe3 、Fe、Ag 、BF3等。凡可以给出电子对的物质为碱;碱是电子对的给予体,必须具有为共享的孤对电子。与金属离子结合的阴离子或中性分子都是碱,如X-、NH2、CO、H2O等。酸碱反应的实质:酸碱反应的实质是碱提供电子对,酸以空轨道接受电子对形成配位键。 例如:
H+ + :OH-→H¬OH
AlCl3 + Cl-→AlCl4 –
Cu2 4:NH3→[Cu¬ (NH3) 4] 2
Lewis的酸碱电子理论的优缺点是:一切化学反应都可概括为酸碱反应,但是太笼统,不易掌握酸碱的特性,无法判断酸碱性的强弱
§5.7 配位化合物
配位化合物(简称配合物,又称络合物)是一类数量很多的重要化合物。早在1798年法国化学家 合成了第一个配合物 。自此以后,人们相继合成了成千上万种配合物。特别是近些年来,人们对配位化合物的合成、性质、结构和应用的研究做了大量工作,配位化学得到了迅速发展,已广泛地渗透到分析化学、催化化学、结构化学和生物化学等各领域中,成为化学科学中的一个独立分支。
5、7、1、配合物的组成和命名
实验现象:CuSO 4 溶液中加入氨水,首先得到难溶物,继续加氨水,难溶物溶解,得到透明的深宝石蓝色的溶液。蓝色物质为复杂离子[Cu(NH 3 )4] 2+,蒸发该溶液析出深蓝色晶体,其化学组成为:[Cu(NH3)4 ]SO 4 。
1、配合物的组成
配位化合物是由形成体(又称中心离子或原子)和一定数目的配位体(简称为配体)以配位键按一定的空间构型结合形成的离子或分子。按照酸碱电子理论,配合物是Lewis酸与Lewis碱的加合物。形成体具有空轨道,是Lewis酸,配位体具有孤对电子,是Lewis碱。形成体与配位体形成的配分子或配离子称为配位个体。形成体通常是金属原子或离子,一般为过渡金属,特别是铁系、铂系、第IB 、IIB 族元素,也可以是少数非金属元素。形成体是配合物的核心部分,它位于配位单元的中心位置,所以形成体又叫做中心离子或中心原子。例如:[Cu(NH3)4 ]2 中的Cu2 ,[Fe(CN)6 ]3-中的Fe3 离子,[PtCl 2(NH3)2 ]中的Pt2 离子,Fe(CO)5中的Fe原子和Ni(CO)4中的Ni 原子等。在配位单位中,与中心离子(或原子)相结合的分子或离子,称为配位体,简称配体。配位体是非金属阴离子或分子,例如: 。在配体中直接与中心离子(或原子)相结合的原子称为配位原子,配位原子具有孤对电子。如NH3分子中的N原子,是配位原子。配位原子有一个共同的特点:即它们都必须含有孤对电子。常见的配位原子 等。一些常见的配合物见表5-8。
配体中只有一个配位原子的称为单基(或单齿)配体,有两个或两个以上配位原子的多基(或多齿)配体。举例:
直接与中心离子(或原子)结合的配位原子的数目称为该中心离子(或原子)的配位数。对于单基(或单齿)配体,配位数等于配位体的数目;对于多基(或多齿)配体,配位数等于配体的基(或齿)数乘以配体数。形成体与多基(或多齿)配体形成的配合物称为鳌合物。举例。
一般的讲,中心元素的配位数多为2、4、6、8等偶数,其中最常见的是4和6,5和7等奇数并不常见。
配合物有配酸、配盐和配碱。配离子属于配合物的内层(或内界)。具有一定稳定性的结构单元称为配合物的内界,用一中括号表示出来。配离子以外的其他离子属于配合物的外层(或外界)。
例如:[Cu(NH3) 4 ]SO4
内界 外界
上述配合物的内界为配阳离子。
又如:K3[Fe(CN)6]
外界 内界
内界是配阴离子。配合物的内界和外界以离子键相结合。如果配合物的内界是中性分子,如[PtCl2(NH3)2]、[PtCl4]等,则这类配合物无外界。
2、配合物的化学式和命名
配合物的化学式中首先应列出配位个体中形成体的元素符号,再列出阴离子和中性分子配体,将整个配离子或分子和化学式括在[ ]中。
配合物的命名与一般无机物的命名不同之处在于配位个体的命名,其顺序为:配体数,配体名称,合,形成体元素的名称(氧化值)。形成体元素名称之后圆括号( )内用罗马数字或带正、负号的阿拉伯数字表示其氧化值。
含配阳离子的配合物的命名遵照无机盐的命名原则。例如,[Cu(NH3) 4 ]SO4为硫酸四氨合铜(Ⅱ),[Pt(NH3) 6 ]Cl4氯化六氨和铂(Ⅳ)。
含配阴离子的配合物,内外层间缀以“酸”字。例如,K4[Fe(CN)6]为六氰和铁(Ⅱ)酸钾。
配体的次序:含有多种无机配体时,通常先列出阴离子的名称,后列出中性分子的名称,如K[Pt Cl 3NH3]为三氯•氨合铂(Ⅱ)酸钾。
配体是中性分子或同时阴离子时,按配位原子元素符号的英文字母顺序排列,如 为氯化五氨•水和钴(Ⅲ)。
若配位原子相同,则将含较少原子数的配体排在前面,较多原子数的配体排列在后;若配位原子相同且配体中含原子数目又相同,则按在结构中与配位原子相连的非配位原子的元素符号的英文字母顺序排列。例如:[Pt NH2 NO2 (NH3)2]为氨基•硝基•二氨合铂(Ⅱ)
配体既有无机配体又有有机配体,则将无机配体排列在前、有机配体排列在后,如K[Pt Cl 3(C2H4)]为三氯•乙烯合铂(Ⅱ)酸钾。