Σιδηρικυανιούχο ιόν

Από testwiki
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Πρότυπο:Πληροφορίες χημικής ένωσης Σιδηρικυανιούχο ή εξακυανοσιδηρικό(ΙΙΙ) είναι το όνομα του συμπλόκου ανιόντος [Fe(CN)]63–. Η συνηθέστερη μορφή του σε υδατικό διάλυμα είναι του άλατος με κάλιο, του σιδηρικυανιούχου καλίου, K3Fe(CN)6.

Δομή - φυσικά χαρακτηριστικά

Το σιδηρικυανιούχο ιόν είναι παραμαγνητικό επειδή διαθέτει μονήρες ηλεκτρόνιο. Το άτομο του σιδήρου έχει αριθμό οξείδωσης +3.[1]

Το κεντρικό ιόν σιδήρου έχει αριθμό συναρμογής 6,το σύμπλοκο είναι οκταεδρικό και ανήκει στην ομάδα[Σημ. 1] υψηλής συμμετρίας Oh αφού παρουσιάζει 48 στοιχεία συμμετρίας[2] : Ταυτότητα (Ε), άξονες συμμετρίας 6C4, 8C3, 6C2', 3C2 (=3C42), κέντρο συμμετρίας (i), άξονες στροφοκατοπτρισμού 6S4, 8S6, 3 κατακόρυφα επίπεδα συμμετρίας σh και 3 διαγώνια σd.

Το ιόν απορροφά σε διάλυμα στα 35000 cm−1. Από τη μελέτη του φάσματος σε διάλυμα, διαπιστώθηκε επίσης ότι ο τριπλός δεσμός C≡N απορροφά στα 2118 cm−1[Σημ. 2] και ο δεσμός Fe-C στα 389 cm−1[3].

Χημικά χαρακτηριστικά

Το ιόν εμφανίζεται όταν διαλυθεί σύμπλοκο που το περιέχει. Αν δηλαδή διαλυθεί στο νερό το Κ3[Fe(CN)6] δεν προκύπτουν ιόντα Fe3+ αλλά λαμβάνει χώρα η ισορροπία[4] :

Κ3[Fe(CN)6] ←→ 3K+ + [Fe(CN)6]3–

Το σιδηρικυανιούχο ιόν είναι κάπως πιο δραστικό από το σιδηροκυανιούχο παρά το γεγονός ότι είναι θερμοδυναμικά σταθερότερο όσον αφορά το διαχωρισμό στα συστατικά ιόντα τους. Τα κεντρικά άτομα Fe2+ (στο σιδηροκυανιούχο) και Fe3+ (στο σιδηρικυανιούχο) έχουν ιονικές ακτίνες αντίστοιχα 0,76 Å[Σημ. 3] και 0,64 Å. Επομένως η πυκνότητα φορτίου είναι πολύ μεγαλύτερη στο ιόν Fe3+, αφού αυτό έχει μικρότερη ιονική ακτίνα, οπότε αυτό εξασκεί μεγαλύτερες έλξεις στους υποκαταστάτες και συνεπώς το σύμπλοκο [Fe(CN)6]3– είναι σταθερότερο του [Fe(CN)6]4–[1][Σημ. 4].

Πάντως το [Fe(CN)6]3– είναι λιγότερο σταθερό από άλλες ενώσεις του Fe3+. Αναφέρεται[5] η σειρά σταθερότητας μερικών ενώσεων του Fe3+ :

[Fe(CN)6]3– < Fe(C2O4)2– < Fe(PO4)23– < FeF63– < Fe(SCN)63– < FeCl63–

Χημικές αντιδράσεις

Με επίδραση υδατικού διαλύματος αμμωνίας στο [Fe(CN)6]3-, σχηματίζεται καστανόχρωμο ζελατινώδες ίζημα υδροξειδίου του σιδήρου(ΙΙΙ)[5] :

[Fe(CN)6]3– + 3NH3 + 3H2Ο ←→ Fe(OH)3 + 3NH4CN + 3CN–

Το ίδιο ίζημα σχηματίζεται και από την επίδραση υδροξυλιόντων (π.χ. υδροξειδίου του νατρίου)[5] :

[Fe(CN)6]3– + 3OH– ←→ Fe(OH)3 + 6CN–

Η παραπάνω ισορροπία είναι σαφώς μετατοπισμένη προς τα αριστερά[3] αφού έχει σταθερά ισορροπίας Κ = 10−5.

Σε αλκαλικό περιβάλλον, η επίδραση ιόντων θείου, S2–, οδηγεί στο σχηματισμό μαύρου ιζήματος θειούχου σιδήρου(ΙΙΙ)[5] :

2[Fe(CN)6]3– + 3S2– ←→ Fe2S3 + 12CN–

Το σύστημα σιδηρικυανιούχα-σιδηροκυανιούχα

Η σημαντικότερη αντίδραση των σιδηρικυανιούχων είναι η αναγωγή τους προς σιδηροκυανιούχα και η αποκατάσταση της ισορροπίας :

[Fe(CN)6]3– + e– ←→ [Fe(CN)6]4–

Οι παρατηρούμενες τιμές του δυναμικού οξειδοαναγωγής ενός διαλύματος που περιέχει ίσες συγκεντρώσεις [Fe(CN)6]3– και [Fe(CN)6]4–, ποικίλουν ανάλογα με τη συγκέντρωση και την (πιθανή) παρουσία κατιόντων. Ορισμένες τυπικές τιμές, χωρίς την προσθήκη ηλεκτρολυτών, δίνονται στον πίνακα που ακολουθεί[3] :

Συγκέντρωση (Μ)
0,1
0,01
0,001
0,0001
Ε (Volt) +0,459 +0,415 +0,383 +0,366

Από τις παραπάνω αλλά και άλλες τιμές προκύπτει το κανονικό δυναμικό οξειδοαναγωγής Ε0 = +0,356 Volt, σε μηδενική ιονική ισχύ.
Τα ισχυρά οξέα αυξάνουν το δυναμικό περισσότερο από ουδέτερα άλατα της ίδιας ιονικής ισχύος. Για παράδειγμα, παρουσία θειικού οξέος, H2SO4 και για συγκέντρωση 0,5 Μ, το Ε0 γίνεται +0,69 Volt ενώ για συγκέντρωση 1 Μ γίνεται +0,72 Volt. Αντίθετα, τα υδροξυλιόντα επηρεάζουν λίγο το δυναμικό. Η παρουσία αλκαλιμετάλλων αυξάνει ελαφρά το δυναμικό από το καίσιο προς το λίθιο.

Η διαφορά μεταξύ των Ε0 των συστημάτων Fe3+/Fe2+ και [Fe(CN)6]3–/[Fe(CN)6]4– προϋποθέτει ότι το σιδηρικυανιούχο είναι σταθερότερο του σιδηροκυανιούχου, όσον αφορά την (υποθετική) αποσύνθεσή τους στα συστατικά τους στοιχεία, κατά έναν παράγοντα 107.

Ούτε το σύμπλοκο [Fe(CN)6]4– ούτε το [Fe(CN)6]3– διασπώνται-αποσυντίθενται στα στοιχεία[3] τους σε διάλυμα αφού η σταθερά διάσπασης του πρώτου είναι K = 10−35 και του δεύτερου K = 10−42.

Σχηματισμός - κατάταξη του συμπλόκου

Υβριδισμός τροχιακών του Fe3+ για το σχηματισμό του σιδηρικυανιούχου ιόντος, σύμφωνα με την VBT

Σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού-σθένους (Valence-Bond Theory, VBT) του Πόλινγκ (Linus Pauling)[Σημ. 5] τα πέντε μονήρη ηλεκτρόνια που υπάρχουν στα 3d ατομικά τροχιακά του Fe3+ αναγκάζονται υπό την επίδραση των κυανιούχων, CN–, να συμπτυχθούν σε τρία 3d τροχιακά, οπότε τα δύο πλέον κενά 3d μαζί με τo 4s και τα 4p ατομικά τροχιακά (που ούτως ή άλλως υπάρχουν αλλά χωρίς ηλεκτρόνια) υβριδοποιούνται δίνοντας έξι d2sp3 υβριδισμένα τροχιακά οκταεδρικής συμμετρίας. Τα υβριδισμένα αυτά τροχιακά του Fe3+ διατίθενται για τη δημιουργία δεσμών συναρμογής –NC→Fe3+[6].

Τo σιδηρικυανιούχο ιόν κατατάσσεται στα σύμπλοκα ισχυρού κρυσταλλικού πεδίου, συζευγμένου ή χαμηλού spin[Σημ. 6], αφού οι υποκαταστάτες, δηλαδή τα CN–, σχηματίζουν δεσμούς συναρμογής με τα d τροχιακά της προτελευταίας στιβάδας του κεντρικού ιόντος Fe3+[1].

Τοξικότητα

Το σιδηρικυανιούχο ιόν δεν είναι κινητικά αδρανές, αποδίδει εύκολα τα κυανιούχα ιόντα του σε άλλες ουσίες και συνεπώς είναι πολύ τοξικό[7].

Χρήσεις

Το ιόν χρησιμοποιείται με τη μορφή των αλάτων του όπως ο σιδηρικυανιούχος σίδηρος κυρίως ως μπλε χρωστική στη ζωγραφική και σε κυανοτυπίες.


Σημειώσεις

  1. ↑ Η συμμετρία που εμφανίζεται στα άτομα και μόρια είναι γνωστή ως μοριακή συμμετρία και η μελέτη της γίνεται με μια τεχνική των μαθηματικών που είναι γνωστή ως θεωρία των ομάδων
  2. ↑ Συχνά στα ηλεκτρονικά φάσματα αντί της συχνότητας f ή του μήκους κύματος λ χρησιμοποιείται ο κυματάριθμος που είναι το αντίστροφο του μήκους κύματος
  3. ↑ 1 Å = 1×10–10 m
  4. ↑ Υπάρχει ο εμπειρικός κανόνας που λέει ότι τα ιόντα με μεγαλύτερη πυκνότητα φορτίου σχηματίζουν σταθερότερα σύμπλοκα με την προϋπόθεση βέβαια τα ligands να είναι ίδια ή παρόμοια.
  5. ↑ Linus Carl Pauling (1901 – 1994). Αμερικανός χημικός από τους διασημότερους του 20ου αιώνα. Βραβεία Nobel Χημείας 1954 και Ειρήνης 1962
  6. ↑ Παλιότερα ονομάζονταν σύμπλοκα εσωτερικών τροχιακών

Παραπομπές

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Πρότυπο:Cite book
  2. ↑ Πρότυπο:Cite book
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Πρότυπο:Cite book
  4. ↑ Πρότυπο:Cite book
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Πρότυπο:Cite book
  6. ↑ Πρότυπο:Cite book
  7. ↑ Πρότυπο:Cite book

Επιλεγμένη βιβλιογραφία

Δείτε επίσης

Ανακτήθηκε από «https://el.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Σιδηρικυανιούχο_ιόν&oldid=909»