3 zkumavky, stojánek na zkumavky, kapátka

roztok CoCl₂∙6H₂O (nebo CoSO₄∙7H₂O), zř. NH₃, konc. NH₃

Do 3 zkumavek nalijte asi 3 ml roztoku chloridu kobaltnatého. První zkumavku nechte jako srovnávací. Do druhé zkumavky přidejte asi 3 kapky zředěného roztoku amoniaku. Do třetí zkumavky nejprve přidejte 3 kapky zředěného roztoku amoniaku, následně přikapávejte koncentrovaný roztok amoniaku.
Roztok kobaltnaté soli má růžovou barvu. Po přidání zředěného roztoku amoniaku dochází ke vzniku sraženiny modré či modrozelené barvy. V nadbytku koncentrovaného roztoku amoniaku se sraženina hydroxidu kobaltnatého rozpouští, lze pozorovat tmavě zelené zbarvení, které ihned přechází v hnědé.

Reakcí Co²⁺ se zředěným roztokem amoniaku vzniká sraženina hydroxidu kobaltnatého. V nadbytku koncentrovaného roztoku amoniaku se sraženina hydroxidu kobaltnatého rozpouští, vzniká tmavě zelený roztok obsahující hexaamminkobaltnaté kationty. Tmavě zelený roztok se ihned mění v hnědý – změna zbarvení se způsobena oxidací Co^II na Co^III, v roztoku se nachází hexaamminkobaltité kationty.



zjednodušeně: 

Rozšiřující vysvětlení:
Teorie krystalového pole (CFT, crystal field theory) předpokládá, že koordinační vazba je čistě elektrostatické přitahování mezi kladně nabitým centrálním atomem a ligandem, který nese vždy záporný náboj minimálně ve formě volného elektronového páru. Důsledkem této představy ligandů jako záporných nábojů je energetické rozštěpení původně degenerovaných d-orbitalů v elektrostatickém poli ligandů.
d-orbitaly jsou dvojího typu – axiální d_z2 a d_x2-y2 (orientovány ve směru souřadných os) a neaxiální d_xy, d_xz, d_yz (směřují do prostoru mezi osy). Umístíme-li centrální ion doprostřed oktaedru, jehož vrcholy ležící na osách x, y a z tvoří záporně nabité ligandy, poté dva axiální (osové) d-orbitaly leží blíže k záporným nábojům ligandů než neaxiální (neosové) d-orbitaly. Energie axiálních d-orbitalů vzroste, protože je velmi náročné udržet elektron v blízkosti záporného náboje ligandů – pobyt elektronu v těchto axiálních d-orbitalech je obtížnější. Následně dojde k rozštěpení degenerovaných d-orbitalů na dvě energetické hladiny – vyšší energii budou mít orbitaly d_z2 a d_x2-y2 (označované jako e_g), nižší energie poté odpovídá orbitalům d_xy, d_xz, d_yz (označované jako t_2g).
Energetický rozdíl mezi rozštěpenými orbitaly e_g a t_2g je tzv. síla ligandového pole Δ. Míra rozštěpení d-orbitalů, závisí na mnoha faktorech – mezi nejvýznamnější patří typ ligandu. Ligandy lze seřadit podle jejich účinku na štěpení d-orbitalů do tzv. spektrochemické řady: I^– < Br^– < Cl^– < NO₃^– < F^– < OH^– < H₂O < NH₃ < bipy << CO < CN^–. Ligandy na počátku řadu (halogenidy) rozštěpí d-orbitaly jen málo, ligandy na konci řady (CO, CN^–) štěpí d-orbitaly výrazně.
Rozštěpení d-orbitalů na dvě energetické hladiny v případě oktaedrického komplexu vlivem ligandů vede k přeskupení elektronů centrálního atomu v původních d-orbitalech. Tyto elektrony budou zaplňovat orbitaly s nižší energií v souladu s Hundovým pravidlem (nejprve se zaplní každý orbital jedním elektronem, teprve poté se párují). O umístění 4. a dalších elektronů rozhoduje poměr mezi dvěma energiemi – a to sílou ligandového pole a párovací energií. Síla ligandového pole je energie, kterou musí elektron překonat, aby zaplnil orbitaly e_g. Párovací energie je energie vzájemného odpuzování dvou elektronů v jednom orbitalu. V případě, že párovací energie je menší než síla ligandového pole, 4. a další elektrony se přednostně spárují v orbitaech t_2g (tzv. nízkospinové komplexy). Pokud je párovací energie větší než síla ligandového pole, poté 4. a další elektrony vstupují do orbitalů e_g, přičemž také dodržují Hundovo pravidlo (tzv. vysokospinové komplexy).
Ligandy z levé strany spektrochemické řady štěpí nepatrně původní d-orbitaly, síla ligandového pole je malá, a proto vytváří spíše vysokospinové komplexy. Oproti tomu ligandy z pravé strany spektrochemické řady štěpí původní degenerované d-orbitaly výrazně, a proto poskytují spíše nízkospinové komplexy.

Co²⁺ s NH₃ jako ligandem vytváří nízkospinové komplexy, NH₃ štěpí d-orbitaly na e_g a t_2g, přičemž síla ligandového pole je větší než párovací energie. Elektronová konfigurace Co je 4s² 3d⁷; Co²⁺ 4s⁰ 3d⁷ – což znamená, že se zaplní orbitaly t_2g 6 elektrony, které se spárují, a 1 elektron zaplní orbitaly e_g. V tomto případě může dojít k odejmutí 1 nespárovaného elektronu v orbitalech e_g – dochází k oxidaci, a tedy i ke změně zbarvení ze zelené na hnědou. Elektronová konfigurace Co³⁺ potom je 4s⁰ 3d⁶.

komplexotvorné reakce, pentely (dusík – sloučeniny: NH₃), d-prvky (kobalt – komplexní sloučeniny)

demonstrační i laboratorní

PLACEHOLDER PRO BEZPEČNOST

Chlorid kobaltnatý – nebezpečný, zdraví škodlivý při požití, může vyvolat alergickou kožní reakci, při vdechování může vyvolat příznaky alergie nebo astmatu nebo dýchací potíže, podezření na genetické poškození, může vyvolat rakovinu při vdechování, může poškodit reprodukční schopnost,  vysoce toxický pro vodní organismy, vysoce toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky.

dle GHS:    dle staršího značení:     

Síran kobaltnatý – nebezpečný, zdraví škodlivý při požití, může vyvolat alergickou kožní reakci, při vdechování může vyvolat příznaky alergie nebo astmatu nebo dýchací potíže , podezření na genetické poškození, může vyvolat rakovinu při vdechování, může poškodit reprodukční schopnost, vysoce toxický pro vodní organismy, vysoce toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky.

dle GHS:    dle staršího značení:     

Amoniak – nebezpečný, může způsobit podráždění dýchacích cest, způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí, vysoce toxický pro vodní organismy.

dle GHS:   dle staršího značení:     

s koncentrovaným roztokem NH₃ pracujte v digestoři – NH₃ (toxický, žíravý), CoCl₂∙6H₂O (toxický, karcinogenní), CoSO₄∙7H₂O (toxický, karcinogenní)

příprava – 5 minut, vlastní provedení – 5 minut

– stačí přidat pár kapek zředěného roztoku amoniaku, sraženina vzniká prakticky ihned
– změna barvy ze zelené na hnědou taktéž probíhá okamžitě
– vysvětlení změny zbarvení roztoku – rozšiřující učivo, spíše do semináře ve 4. ročníku
– sraženina se v nadbytku zředěného roztoku NH₃ nerozpustí, je potřeba přidat koncentrovaný roztok NH₃

Video pro tento pokus je dostupné jen pro registrované učitele.