Синтез хлориду олова (IV)

Літературний обзор

Експериментальна часть.

Выводы.

У роботі розглянуті властивості хлориду олова (IV), методи синтезу й застосування їх. Хлорид олова (IV) — речовина, необхідне в неорганическом синтезі; в момент до лабораторій відсутня. Отже, основна мета цієї роботи є підставою синтез хлориду олова (IV).

Літературний обзор.

I. Галогениды олова.

Тетрагалогениды.

Відомі чотири тетрагалогенида олова (табл. 1). Молекули SnX4 є правильні тетраэдры з атомом Sn у центрі. Усі тетрагалогениды олова, крім SnF4, не містять мостиковых атомів галогена, завдяки чому ці сполуки легкоплавки і легколетучи. У тетрафториде SnF4 є октаэдрические фрагменти SnF6, що утворюють верстви з допомогою мостиковой функції чотирьох (екваторіальних) атомів фтору (олово (IV) має КЧ = 6). Природно, що мостиковый характер SnF4 і більший іонний внесок у зв’язок Sn—F порівняно з зв’язком Sn—X за іншими тетрагалогенидах призводить до значно більшої міцності кристалічною структури SnF4 (температура сублімації 705 °З). [1].

Фторид SnF4 — безкольорове кристалічний речовина, розчиняється у питній воді з великим виділенням тепла. З водними розчинами фторидів утворюються фторостаннаты (ЩЭ)2[SnF6].

Рис. 1. Структура SnF4.

Тетрахлорид SnCI4 — безбарвна, дымящая надворі рухлива рідина, розчиняється в неполярных органічних розчинниках, з бензолом і сероуглеродом змішується у різноманітних відносинах. Тетрахлорид олова розчиняє сірку, фосфор, йод, тетраиодид олова. При розчиненні у питній воді SnCI4 піддається гидролизу із заснуванням SnO2 • xH2O і гексахлорооловянной кислоти H2[SnCl6]:

3SnCl4 + 2H2O = SnO2 + 2H2[SnCl6].

Останню можна з розчину як кристаллогидрата складу H2[SnCl6] • 6Н2О. Гексахлорооловянная кислота є сильної кислотою; розчини її солей, завдяки відсутності гідролізу, мають нейтральну реакцію і руйнуються навіть за кипячении.

З водного солянокислого розчину тетрахлорида олова можна назвати кристаллогидрат SnCl4 • 5Н2О як білих легко расплывающихся кристалів. Кристаллогидрат SnCl4 • 5Н2О, очевидно, слід розглядати, як комплексне з'єднання H2[SnCl4(OH)2] • ЗН2О, стійке у присутності НС1, яка придушує гідроліз SnCl4. Відомі також солі складу (ЩЭ)[SnCI5] з тригонально-бипирамидальным анионом.

Тетрабромид SnBr4 — безкольорове кристалічний речовина, розчинне в ацетоні і трихлориде фосфору РС13, у водному розчині гидролизуется, але з кислих розчинів вдалося виділити кристаллогидрат SnBr4*4H2O. Отримано також гексабромооловянная кислота H2[SnBr6] і його соли.

Тетраиодид SnI4 — жовте кристалічний речовина, легко розчиняється в спирті, ефірі, бензолі, сероуглероде; у водному розчині гидролизуется; иодостаннаты складу (ЩЭ)2[SnI6] отримані лише рубідію і цезия.

Усі SnX4, крім SnF4, отримують взаємодією олова з головою галогена:

Sn + 2Х2 = SnX4.

Тетрафторид синтезують дією безводного фтороводорода на SnCl4.

Відомі також змішані тетрагалогениды олова, наприклад, SnClBr3, SnCl3Br, SnBr2I2, котрі за властивостями подібні з «однорідними» галогенидами.

Таблиця 1. Свойства тетрагалогенидов олова.

SnX4 Tпл, оC Ткип, оС Колір Енергія зв’язку Sn — X, кДж/моль ?fHо298 кДж/моль.

SnF4 — 705(возг) Безбарвний 414 ;

SnCl4 -36 114 Безбарвний 323 -529.

SnBr4 33 203 Безбарвний 273 -406.

SnI4 146 346 Жовтий 205 -215.

Для олова отримані й усі чотири дигалогенида.

Дигалогениды.

Дихлорид SnCl2 — безкольорове кристалічний речовина; легко розчиняється у питній воді, спирті, ефірі, ацетоні. З водних розчинів кристалізується як SnCl2 • 2Н2О («олов'яна сіль»). У водному розчині SnCl2 піддається гидролизу, який відбувається у значно нижчою ступеня, ніж у випадку SnCl4, оскільки основні властивості у олова (П) виражені сильніше, ніж в олова (IV):

SnCl2 + H2O = Sn (OH)Cl + HCl.

У розчині містяться як SnOH+, але й складні полімерні іони, наприклад [Sn3(OH)4]2+ і [Sn (OH)2Cl2]2-, які можуть опинитися взаємодіяти між собой.

Твердий SnCl2 також має полімерне будова. Його шарувата структура складена з тригонально-пирамидальных груп [SnCl3], пов’язаних друг з одним через атоми хлора:

Рис. 2. Будова SnCl2.

У парах SnCl2 є кутову молекулу: кут ClSnCI становить 95o. Несвязывающая електронна пара олова спрямована на вершину трикутника. Характер зв’язку (накладення ковалентної і іонної складових) Sn-Cl в SnCl2 і SnCl4 однаковий, а й через цепочечного характеру зв’язків в твердому стані SnCl2 менш стійкий і легко диспропорционирует:

2SnCl2 = SnCl4 + Sn.

Дихлорид SnCl2 — сильний восстановитель. Він відновлює з розчинів солей до металів золото, срібло, ртуть, вісмут, Fe3+ до Fe2+, хроматы до Сг3+, перманганаты до Мn2+, нитрогруппу до аминогруппы, бром до бромид-иона, сульфит-ион до сірки, например:

2SnCl2 + H2SO3 + (2x + l) H2O = 2SnO2*xH2O + P. S + 4HCI.

или.

2SnCl2 + H2SO3 + 8НС1 = P. S + 2H2[SnCl6] + 3H2O,.

SnCl2 + Br2 + (2 + x) H2O = 2HC1 + 2HBr + SnO2 • xH2O.

или.

3SnCl2 + 3Br2 + (2 + X) H2O = H2[SnCI6] + H2[SnBr6] + SnO2 • xН2О.

У водному розчині SnCI2 повільно окислюється киснем повітря. Щоб перешкоджати цьому, в розчин додають металеве олово. Інші дигалогениды олова дуже подібні як з SnCl2.

Дигалогениды олова синтезують нагріванням олова в струмі галогеноводорода чи обережним обезвоживанием кристаллогидратов SnX2 • nН2О, отриманих розчиненням олова у галогеноводородных кислотах. Безводні SnX2 можна було одержати також безпосереднім взаємодією галогенів з головою олова.

Усі дигалогениды олова утворюють комплекси (ЩЭ)[SnХз] і (ЩЭ)2lSnX4], але де вони менш стійкі, ніж похідні олова (IV). Отримують в розчинах відповідних галогеноводородных кислот чи його солей по реакции.

SnX2 + 2NaX = Na2[SnX4].

У концентрованих розчинах рівновагу смешено вправо, при розведенні зміщується вліво. Стійкість галогенидных комплексів змінюється наступного ряду: F > CI > Вг > I.

Багато галогениды олова, такі як SnCI4, SnCI2, і навіть продукти їх гідролізу, наприклад, Na2[Sn (OH)6], використовують як протравлень при фарбуванні тканин. Тетрахлорид SnCl4 застосовують на приготування димових завіс і як каталізатора під час хлорування, а органічної хімії — як стимулятор процесу конденсації. [3].

Таблиця 2. Властивості дигалогенидов олова.

SnX2 Tпл, оC Ткип, оС Колір Ставлення до води? fHо298 кДж/моль.

SnF2 210 — Безбарвний Розчинний -648.

SnCl2 247 623 Безбарвний Розчинний -352.

SnBr2 232 620 Блідо-жовтий Розчинний -254.

Snl2 320 720 Оранжево-червоний Нерозчинимо -152.

II. Галогениды елементів підгрупи германия.

Молекули тетраголагенидов ЭНаl4 мають форму тетраедра з атомом Еге у центрі. У міру збільшення розмірів орбиталей у низці GeHal4 — SnHal4 — PbHal4 стійкість молекул помітно падає. Тетрабромид і тетраиодид свинцю не известны.

У твердому стані тетрагалогениды, крім SnF4 і PbF4, мають молекулярну грати. Тому легкоплавки і летучі. У умовах GeF4 — газ, а ЭСl4 — рідини, а ЭI4 — кристалічні вещества.

За винятком помаранчевого GeI4 і жовтих SnI4 і РbСl4, тетрагалогениды германію та її аналогів бесцветны.

Різке зростання температур плавлення і кипіння під час переходу від GeF4 (т. пл. — 15 °З) до SnF4 (т. возг. 700 °З) і PbF4 (т. пл. ~ 600 °З) є наслідком переходу від молекулярної грати до полімерної. Кристали SnF4 і PbF4 мають шарувату грати, що складається з октаэдрических структурних одиниць. Отже, в PbF4 досягається стійке координаційне число атома Рb — 6, і цю сполуку на відміну інших галогенидов свинцю (IV) устойчиво.

Тетрагалогениды взаємодіють і з основними галогенидами:

2KF + ЭF4 = K2[ЭF6].

Для Ge (IV), як й у Si (IV), характерні фторокомплексы [GeF6] 2-. Але отримано і малостойкий Cs2[GeCl6]. Для Sn (IV) і Pb (IV) відомі комплексні галогениды всіх типів від M2[ЭF6] до М2[ЭI6]. Це свідчить про стабілізації у свинцю ступеня окислення +4 в анионных комплексах з координаційним числом 6. Галогенидные комплекси германію і олова стійкі як і розчині, і у кристалічних з'єднаннях. Аналогічні сполуки свинцю легко гидролизуются. [2].

III. Методи синтеза.

З приведених даних варто виокремити такі методи синтезу хлориду олова (IV):

Перший способ.

Зручний спосіб отримання безводного SnCl4 грунтується у прямому синтезе:

Sn + 2Cl2 = SnCl4.

Велику пробірку (довжина 20—25 див, діаметр 3—4 див) заповнюють на ¾ гранулированным оловом. Пробірку закривають корком з цими двома отворами: за одну вставляють газоподводящую трубку, а інше — форштосс зворотного холодильника (рис.3).

Рис. 3. Прилад щоб одержати хлорного олова.

Рис. 4. «Здвоєний» прилад щоб одержати хлорного олова:

1,2 — пробірки; 3,4 — тубусы; 5 — хлорподводящая трубка; 6 — сполучна трубка; 7—шариковый холодильник.

У пробірку наливають кілька мілілітрів готового SnCl4 і пропускають (під тягою) сухий хлор із швидкістю, щоб газ встигав прореагувати з оловом. Реакція протікає бурхливо, ми інколи з появою полум’я. Коли дно якої пробірки збереться значний шар SnCl4, газоподводящую трубку кілька піднімають, але кінець її має бути занурений у рідина. Після закінчення реакції SnCl4 зливають в склянку, вносять кілька гранул Sn для зв’язування вільного хлору і витримують 1 год у зачиненій склянці. Потім рідина переганяють, збираючи фракцію, киплячу при 112—114 oС (приймач для запобігання вологи повітря постачають хлоркальциевой трубкою). Якщо вихідне олово містив Fe, то перегонку SnCl4 годі було доводити остаточно (щоб уникнути переходу домішки FeCl3). Отриманий препарат переливають в склянку зі скляним чи корковой (але з гумової!) пробкой.

Для приготування великої кількості SnCl4 (до 3 кг щодня) рекомендується прилад, зображений на рис. 4. Дві пробірки 1 і 2 (довжина 20—25 див, діаметр 4 див) з тубусами 3 і 4 з'єднують трубкою 6. До пробірці 2 приєднують зворотний холодильник 7. Пробірки заповнюють на ¾ гранулированным оловом і з трубці 5 пропускають струм сухого хлору, спочатку повільно, щоб уникнути сильного розігріванню, потім, коли трубка 5 виявиться зануреної в SnCl4, быстрее.

Коли пробірка 1 майже заповниться SnCl4 (пробірка 2 до цього времени.

наповнюється приблизно майже половину) струм хлору припиняють, под.

трубку 5 підставляють суху склянку і крізь верхнє отвір холодильника 7 з допомогою гумової груші в прилад подають струмінь повітря. У цьому SnCl4 майже зовсім переливається в підставлену склянку. Потім пробірки знову заповнюють через тубусы оловом і продовжує хлорування. Задля чистоти препарат переганяють, додавши трохи листового олова для зв’язування растворённого хлору. Збирають фракцію, киплячу при 112−114 оС.

Вихід 90−95%. [5].

Другий способ.

Збирають прилад відповідно до схемою (рис. 4.22).

Рис. 5. Прилад для отримання хлориду олова (IV).

Усі частини приладу повинні прагнути бути старанно висушені. У реакційну колбу поміщають певну кількість металевого олова, заповнюють прилад вуглекислим газом, колбу нагрівають до плавлення олова і пропускають у ній струм сухого очищеного хлору. Подальше нагрівання продовжують у тому випадку, якщо реакція замедляется.

Sn + 2Cl2 = SnCl4.

Після закінчення реакції із системи витісняють хлор сухим вуглекислим газом. Вихід продукту оцінюють за обсягом і щільність отриманого речовини. Частина хлориду олова (IV) відганяють в пробірку з відтягнутим кінцем, що потім запаюють, чи пробірку яку закривають корком і парафинируют. Що Залишилася частина продукту використовують із вивчення його свойств.

Третій способ.

Безводний препарат можна було одержати також хлоруванням безводного SnCl2.

SnCl2 + Cl2 = SnCl4.

Рис. 6. Прилад щоб одержати хлорного олова з SnCl2.

У конічну колбу (рис. 5) поміщають 200 р безводного SnCl2 і пропускають (під тягою) струмінь хлору зі швидкістю 60—70 пухирців на хвилину. Хлор попередньо пропускають через склянку Тищенко з конц. H2SO4. Надлишок хлору поглинається на другий склянці Тищенко з розчином NaOH. Реакція протікає із сильним разогреванием реакційної суміші (до 70—80 оС) і кристалічна маса SnCl2 перетворюється на рідина (SnCl4). Кінець реакції визначається по поступового зниження температури. Отриману рідина переливають в колбу для перегонки, додають трохи листового олова для зв’язування розчиненої хлору поволі переганяють, збираючи фракцію, киплячу при 112—114 оС.

Вихід 250 р (90%).

З аналізу літературних даних, і з наших можливостей, щоб одержати тетрахлорида олова використовували метод, заснований на безпосередньому взаємодії олова з хлором (другий способ).

Експериментальна часть.

1. Синтез тетрахлорида олова.

Речовина Молярная маса, М г/моль Маса m, р У речовини,? міль Фізичні константы.

mтеор mпракт? теор ?практ.

Олово 119 38,84 38,84 0,326 0,326.

Оксид марганцю (IV) 87 56,72 150 0,652 1,72.

Соляна кислота 36,5 95,19 473,2 2,61? = 36,5%? = 1,183г/мл.

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2? + 2H2O.

Sn + 2Cl2 = SnCl4.

Зібрати прилад (рис. 6) і старанно висушити его.

Рис 6. Прилад щоб одержати хлориду олова (IV).

У колбу Вюрца ємністю 500 мл (1) засипали оксид марганцю (IV), в краплинну вирву залили концентровану соляну кислоту. До апарату Киппа (2) засипали мармур (карбонат кальцію), залили соляну кислоту. У реакційну колбу на 25 мл (5) засипали металеве олово. У промывалку (3) налили дистильовану воду, в промывалку (4) — 96%-ю сірчану кислоту. У хімічний склянку (6) засипали лід. Хлоркальциевую трубку заповнили хлоридом кальцію, вирву опустили в склянку зі щёлочью (8).

Відкривши кран на апараті Киппа, продували прилад вуглекислим газом близько 15 мин:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2? + H2O.

Припинивши подачу CO2, відкрили краплинну вирву, почали нагрівати колбу (1):

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2? + 2H2O.

Коли колба (5) заповниться хлором, почали нагрівати её.

Sn + 2Cl2 = SnCl4.

Олово початок горіти жёлто-белым полум’ям. Нагрівання відновляли лише тоді уповільнення реакції. Після закінчення реакції пробірка (7) заповнилася жёлтой рідиною — хлоридом олова (IV).

Выход:

m (SnCl4)практ = 18,49 г.

?(SnCl4)теор = ?(Sn) = 0,326 моль.

m (SnCl4)теор = ?(SnCl4)*M (SnCl4) = 0,326*261 = 85,09 г.

? = = =.

2. Ідентифікація тетрахлорида олова.

1) До одержаному речовини припливли кілька крапель водного розчину аміаку. Випав білий осад (?-олов'яна кислота):

SnCl4 + 4NH4OH = H2SnO3? + 4NH4Cl + H2O.

Цей осад легко розчиняється як і кислоті, і у щёлочи:

H2SnO3 + 4HCl = SnCl4 + H2O.

H2SnO3 + 2NaOH + H2O = Na2[Sn (OH)6].

2) До 2−3 краплях отриманого речовини додали 1 краплю концентрованої соляної кислоти, залізні тирсу і нагріли до появи пухирців. Відтак до розчину додали 2 краплі розчину нітрату ртуті (II). Випав білий осадок:

Fe + SnCl4 = FeCl2 + SnCl2.

SnCl2 + 2Hg (NO3)2 = Hg2Cl2?+ Sn (NO3)4.

3) На предметне скло завдали 1 краплю розчину отриманого речовини, внесли кристалик хлориду цезію. Навколо кристалика з’явився білий осадок:

H2[SnCl6] + 2CsCl = Cs2[SnCl6]? + 2HCl.

Отже, з урахуванням проведених реакцій, і навіть з урахуванням методу синтезу можна сказати, що ми маємо хлорид олова (IV).

Выводы.

1) Була зібрано і вивчена література по тетрахлориду олова.

2) Був проведений синтез тетрахлорида олова.

3) З допомогою якісних реакцій ідентифіковано отримане вещество.

4).

1. Ахметов М. С. Спільна й неорганічна хімія. Учеб. для вузів. — 3-тє вид., перераб. і доп. — М.: Высш. шк., 1998. — 743 з., ил.

2. Микільський, Г. Б. та інших. Хімія.- Санкт-Петербург, 2001. З. 326−328.

3. Спіцин В.І., Мартиненко Л. И. Неорганічна хімія. Ч II: Підручник. — М.: Вид-во МДУ, 1994. — 624с: ил.

4. Фадєєва, В.І. та інших. Основи аналітичної хімії.- Москва, 2001.

5. Свиридов В. В. та інших. Неорганічний синтез: Учеб. посібник / В. В. Свиридов, Г. А. Попкович, Є.І. Василевська. — 2-ге вид., испр. — Мн.: Унiверсiтэцкае, 2000. — 224 с.

6. Карякін Ю.В., Ангелів І.І. Чисті хімічні речовини. Вид. 4-те, перекл. і доп. М., «Хімія», 1974. 408 з., 66 рис.

7.