1
Symulacja 1

Wiele substancji, w skład których wchodzą drobiny pierwiastków bloku d, jest barwnych. Za pomocą poniższej symulacji sprawdź zabarwienia roztworów zawierających wybrane kationy metali bloku d, w obecności ligandu słabo (H2O) lub silnie rozszczepiającego (NH3). W tym celu uzupełnij zapis graficzny konfiguracji elektronowej danego jonu. Następnie sprawdź w jaki sposób odpowiedni ligand działa na elektrony położone w obrębie orbitali typu d i ustal, w jaki sposób oddziaływanie to wpływa na obserwowaną barwę analizowanego roztworu. Kolejno rozwiąż zadania sprawdzające znajdujące się pod symulacją.

Wiele substancji, w skład których wchodzą pierwiastki bloku d, jest barwnych. Zapoznaj się z opisem symulacji, w której zbadano zabarwienia roztworów zawierających związki tych pierwiastków na różnych stopniach utlenienia. Następnie rozwiąż poniższe zadania sprawdzające.

R15oeDwj9b59U
Symulacja interaktywna dotyczy pierwiastków bloku d oraz tworzonych przez nie związków barwnych. Wśród nich znajdują się związki kompleksowe, których jony zaprezentowano i podano ich konfigurację w zapisie klatkowym celem objaśnienia powstawania barwy w danym kompleksie. Pierwszy przykład. FeH2O62+. Konfiguracja atomu żelaza jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d6. W związku kompleksowym żelazo występuje w postaci jonu dwudodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Fe2+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry, zaś w pierwszej z nich znajduje się dodatkowo jedna strzałka skierowana do dołu. Dalej przedstawiono probówkę z zielonym roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Drugi przykład. FeCN63-. Konfiguracja atomu żelaza jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d6. W związku kompleksowym żelazo występuje w postaci jonu trójdodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Fe3+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry. Dalej przedstawiono probówkę z pomarańczowo‑żółtym roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Trzeci przykład. FeCN64-. Koniguracja atomu żelaza jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d6. W związku kompleksowym żelazo występuje w postaci jonu dwudodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Fe2+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry, zaś w pierwszej z nich znajduje się dodatkowo jedna strzałka skierowana do dołu. Dalej przedstawiono probówkę z pomarańczowo‑żółtym roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Czwarty przykład. CoNH362+. Konfiguracja atomu kobaltu jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d7. W związku kompleksowym kobalt występuje w postaci jonu dwudodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Co2+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry, zaś w pierwszej i drugiej znajduje się dodatkowo po jednej strzałce skierowanej do dołu. Dalej przedstawiono probówkę z różowo‑brązowym roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Piąty przykład. NiNH362+. Konfiguracja atomu niklu jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d8. W związku kompleksowym nikiel występuje w postaci jonu dwudodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Ni2+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry, zaś w pierwszej, drugiej i trzeciej znajduje się dodatkowo po jednej strzałce skierowanej do dołu. Dalej przedstawiono probówkę z niebieskim roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Szósty przykład. FeH2O63+. Konfiguracja atomu żelaza jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d6. W związku kompleksowym żelazo występuje w postaci jonu trójdodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Fe3+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry. Dalej przedstawiono probówkę z pomarańczowo‑żółtym roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Siódmy przykład. CoH2O62+. Koniguracja atomu kobaltu jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d7. W związku kompleksowym kobalt występuje w postaci jonu dwudodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Co2+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry. W dwóch pierwszych znajduje się jeszcze po jednej strzałce skierowanej w dół. Dalej przedstawiono probówkę z różowym roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Ósmy przykład. CuH2O62+. Konfiguracja atomu miedzi jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d9. W związku kompleksowym miedzi występuje w postaci jonu dwudodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Cu2+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry. W czterech pierwszych znajduje się jeszcze po jednej strzałce skierowanej w dół. Dalej przedstawiono probówkę z niebieskim roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. Dziewiąty przykład. NiH2O62+. Konfiguracja atomu niklu jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d9. W związku kompleksowym niklu występuje w postaci jonu dwudodatniego. Zatem skrócony zapis klatkowy dla Ni2+ jest następujący. Ar pusty orbital 4s reprezentowany przez pojedynczą pustą klatkę. I pięć klatek dla 3d, z których w każdej znajduje się po jednej strzałce skierowanej do góry. W trzech pierwszych znajduje się jeszcze po jednej strzałce skierowanej w dół. Dalej przedstawiono probówkę z zielonym roztworem kompleksu. Ponadto zaprezentowano model kompleksu, który ma kształt bipiramidy. W prezentacji ponadto przedstawiono diagramy energetyczne, w których pod wpływem działania światła doszło do rozszczepienia poziomu energetycznego 3d na poziomy eg oraz t2g. A następnie w skutek absorbcji energii do przeskoku elektronu z poziomu niżej energetycznego na poziom wyżej energetyczny, to jest eg. Fala promieniowa elektromagnetycznego niezaabsorbowana ulega odbiciu. Taki proces w skali makroskopowej powoduje wrażenia kolorystyczne i odpowiada za barwy omówionych związków kompleksowych.
Symulacja interaktywna pt. Dlaczego wiele substancji, w skład których wchodzą pierwiastki bloku d, jest bezbarwnych?
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RdCR2ddoDUpqH
Dlaczego wiele substancji, w których skład wchodzą pierwiastki bloku d, jest barwnych? Ze względu na występowanie niezapełnionych orbitali typu d, w jonach pierwiastków tego bloku, możliwa jest absorpcja promieniowania przez te drobiny. W zależności od stopnia utlenienia metalu wchodzącego w skład związku chemicznego, barwa związku może być różna – dotyczy to zarówno substancji czystej, jak i jej wodnego roztworu.

Wspomnianą absorpcję promieniowania można wyjaśnić wykorzystując tzw. teorię pola krystalicznego. Teoria ta zakłada w uproszczeniu, że w momencie kiedy drobiny ligandu otoczą odpowiednie jony metalu bloku d, energia orbitali typu d określonych jonów metalu ulega zmianie - dochodzi bowiem do rozszczepienia poziomu na dwa inne o różnych wartościach energii (wielkość tego rozszczepienia, a więc różnica energii między wspomnianymi poziomami, zależy m.in. od rodzaju ligandu).

W takim układzie, absorpcja fotonu światła może doprowadzić do wzbudzenia jonu, związanego z przejściem elektronu z poziomu o niższej energii, na poziom o wyższej energii. Absorpcji nie ulegają zwykle wszystkie fotony, ale tylko te, o określonych długościach fali. Pozostała, nie zaabsorbowana część promieniowania daje obserwowaną przez nas barwę, będącą barwą dopełniającą do barwy pochłoniętego promieniowania.
RLVIe29FMtr4r
Ćwiczenie 1
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
R1M0E1i08v2cH
Ćwiczenie 2
Zaznacz te pierwiastki z bloku d, które w postaci jonów tworzą bezbarwne roztwory. Możliwe odpowiedzi: 1. ZnII, 2. ScIII, 3. VIV, 4. CrVI, 5. CoII
1
Ćwiczenie 3

Duża część związków miedzi(I) jest nietrwała i utlenia się do miedzi(II) albo dysproporcjonuje według równania reakcji chemicznej:

Cu+Cu2++Cu

Znanym kompleksem miedzi(I) jest stabilny kompleks miedzi(I), w którego składzie znajdują się 4 cząsteczki acetonitrylu:

RT8LEueACfTuX
Źródło: Edgar181, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, domena publiczna.

Ten związek chemiczny stanowi wyjściowy substrat w wielu syntezach związków miedzi(I).

Wyjaśnij w oparciu o strukturę elektronową, dlaczego roztwór tego jonu w acetonitrylu jest bezbarwny.

R170RgknI1dYL
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
Rdu1GVGhxQZKs