SRP om metal-oxalater i Kemi A og Fysik B

Uddrag

Indledning
Krystallinske stoffer er en væsentlig del af vores verden. Disse stoffer er unikke på hver deres måde og har udvalgte egenskaber og strukturer som gør dem enestående. Det viser sig at der er en sammenhæng mellem et krystallinsk stofs struktur og dets egenskaber. Dette studieretningsprojekt tager udgangspunkt i det krystallinske stof: metal-oxalat kompleks – I også kaldet for metal-oxalat. Der vil i denne sammenhæng blive redegjort for metalkomplekser og deres opbygning herunder metal-oxalater for at opnå en baggrundsforståelse. Baggrundsforståelsen vil blive benyttet i en videre forklaring af b.la. de spektrokemiske serier, udvalgte fysiske og kemiske egenskaber og forekomsten af metal-oxalater. I de udvalgte redegørelser tages der udgangspunkt i metal-oxalatet, jern(II)oxalat. Den dannede baggrundsforståelse vil benyttet i forbindelse med en mulig fremstillingsmetode, en uorganisk syntese, af nogle udvalgte metal-oxalater. Fremstillingsmetoden vil blive analyseret og ved gennemgang af metoden og de efterfølgende beregninger, herunder udbytteprocenter, vil den udførte fremgangsmåde blive vurderet. Dernæst vil de fremstillede metal-oxalater blive analyseret gennem røntgenpulverdiffraktion på Aarhus Universitet med henblik på fastlægge og karakterisere deres strukturer og herefter vurdere om det er lykkedes at fremstille de ønskede metal-oxalater. Endeligt, vil de anvendte metoder blive diskuteret og vurderet herunder deres muligheder og begrænsninger. Det naturvidenskabelige fakultet, fagene kemi og fysik, vil opnå en syntese i dette studie – enkeltvis samt tværfagligt.
…

Metal-komplekser og deres opbygning
Metal-komplekser er komplekser som består af en centralatom, som oftest et overgangsmetal (positivt ladet metal-ion) og ligander (molekyler eller negativt ladet ioner), som er bundet til centralatomet. Antallet af ligander kaldes i metal-komplekset for metal-ionens koordinationstal. Derfor kalder man også metal-komplekser for…

Metal-kompleksers opbygning
Metal-oxalater kaldes i undertiden for metal-oxalat komplekser fordi de indeholder en kemisk bindingsform kaldet kompleksbindinger. Kompleksbindingerne er mellem central atomet samt en eller flere ligander. Disse bindinger består af bl.a. kovalente bindinger og ionbindinger og som oftest en blanding af disse. Liganderne vil i bindingerne donere med mindst…

Hybridsering af jern(II)oxalat
For at få et overblik over hybridiseringen i jern(II)oxalat, hvor vi har jern-ionen samt ilt-atomerne i oxalat-ionen, hvor ilt-atomerne er elektrondonerne, ser vi først på jerns elektronkonfiguration. Elektronkonfigurationen for jern er 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 eller blot [Ar] 3d6 4s2. Jern-atomet skal ioniseres til jern(II)ion, dvs. afgive 2 elektroner, for at kunne fungere som en metalion i et jern(II)oxalat. Elektronkonfigurationen for jern(II)ionen vil så være [Ar] 3d6. Jern(II)-ionen vil endvidere være i en tilstand…

Ligand-felt teorien (LFT)
Ligand-felt teorien (LFT) belyser det orbitale arrangement der hersker omkring central-atomet i et metal-kompleks. Et overgangsmetal har ni atom-orbitaler hhv. 5 nd, 1 (n+s)s og tre (n+1)p orbitaler. Orbitalerne har en relativ passende energi som gør at de kan interagerer med liganderne. LFT hviler på den geometriske struktur af komplekset og udgangspunktet i LFT er komplekset med en oktaderisk 5 Lawrance A. Geoffrey: Introduction to Coordination Chemistry, John Wiley and Sons, LTD, 2010, s. 25-26. 6 Jean, Yves: Molecular Orbitals Of Transition Metal Complexes. Oxford University Press, 2005, s. 47. 7 Jean, Yves: Molecular Orbitals Of Transition Metal Complexes. Oxford University Press, 2005, s. 48-50. Ahmad I. Koofi Kolding Gymnasium SRP - 2015 3.a Kemi A & Fysik B Side 6 af 23 struktur hvor 6 ligander koordinerer til metal-ionen. De 6 ligander kan binde sig på to forskellige må- der i henhold til LFT – hhv. sigma og pi bindinger.8 Sigma bindingen - σ-binding- en rotationssymmetrisk molekylære binding, og den stærkeste kovalent binding. Pi bindingen – !-binding – en kovalent binding, som er svagere end sigma-bindingen. I et metal-kompleks er en sigma donor ligand, en sigma-binding koordineret til metal-ionen som resulterer i en single sigma binding. Når en sigma donor ligand sammen med en pi donor ligand koordinerer til metal-ionen resulterer dette i en single sigma-binding og en eller flere pi-bindinger. Bemærk at…

Metal-oxalaters krystallinske struktur
Krystaller er opbygget af velordnet arrangementer af atomer i tre dimensioner. Dette gør sig gældende for alle krystallinske stoffer. Et metal-oxalat er i en fast tilstand fordi det er krystallinsk mht. strukturen. Dette bevirker at atomerne i metal-oxalatet sidder i et ordnet og unikt mønster eller gitter. Et stykke af atomerne i gitteret kan tages ud og dette stykke kaldes for enhedscellen. Enhedscellen er defineret som den mindste gentagende enhed som viser den fylde symmetri af en krystallisk struktur i 3D.12 I forbindelse med enhedscellen er det værd at nævne at…

Metal-oxalater som tungtopløselige salte
Nogle metal-oxalater er tungtopløselige salte. Betragtes igen jern(II)oxalat er komplekset en kombination af ioner. Blandes disse ioner hhv. Fe2+ (aq) og C#O% #'(aq) overskrides opløseligheden af metaloxalatet og der sker et bunfald, et fast stof, af metal-oxalatet. I den sammenhæng er densiteten af metal-oxalat værd at nævne. Densiteten af et stof er angivet som massen af stoffet pr. volumenenheder. Densiteten af stoffet afhænger af atomernes masse og i et salt er det bindinger mellem atomerne, som netop afgører om de er let-eller tungopløselige.22 Som det fremgår af tabel 1 er densitet for jern(II)oxalat 2.28 g/cm3 ved 25℃. Dette indikerer at jern(II)oxalat er et tungtopløseligt kompleks. Her kan b.la. Arkmides princip nævnes. Princippet siger at hvis et stofs densitet er større end væskens densitet vil stoffet lave bundfald, hvilket der præcist sker med jern(II)oxalat og derfor er det tungtopløseligt. (Vand har en densitet på 0.997047 g/cm3 ved 25℃)23. Salte har forskellige opløseligheder og det giver…

Metal-oxalaters forekomst
Metal-oxalater forekommer naturligt i både naturen og i menneskekroppen. Oxalsyre er hyppigt forekommende i b.la. grøntsager, frugter og andre former for fødevarer. Vi indtager gennemsnitligt 160 mg/pr. dag af disse fødevarer. Det er især grøntsager som spinat (indhold: 600 mg oxalsyre pr. 100 g), rabarber (indhold: 500 mg oxalsyre pr. 100 g). Snacks som chokolade har også et højt indhold af oxalsyre (indhold: 500 mg oxalsyre pr. 100 g) eller grøn te (indhold: 50 mg oxalsyre pr. 100 g).25 I kroppen opløses oxalsyre under dannelse af oxonium-ioner og oxalat-ioner. Oxalat-ioner bliver optaget i blodet og komme bl.a. ned i nyreren hvorved den kan finde sammen med en metal-ion som b.la. calcium og danne det metal-oxalatet calciumoxalat (CaC2O4) I undertiden vil calciumoxalat give anledning til sygdommen: nyresten. Nyresten er en…

Del 2 – fremstilling af metal-oxalatet jern(II)oxalat
Ved fremstilling af metal-oxalatet jern(II)oxalat benyttes nu de to opløsninger, som indeholder Fe2+- ioner samt C2O42—ioner. De to opløsninger tildrybbes i samme tempo ned i den koniske kolbe med demineraliseret vand. Den justerbar klem-skrue regulerer opløsningerne i buretten med udgangspunkt i at trykket ned gennem væskesøjlen stiger proportionalt med væskedybden jf. tryk i en væskesøjle. Dog er tildrypningsraten for oxalat-ioner højere end jern(II)-ioner fordi at der ønskes et overskud på ca. 10% af oxalat-ioner. Overskuddet af oxalat-ioner ønskes idet al jern(II)-ioner så kan reagerer med…... Køb adgang for at læse mere Allerede medlem? Log ind