소개글
"무기화학실험 니켈"에 대한 내용입니다.
목차
1. 금속 착물의 합성과 성질
1.1. 금속-킬레이트 배위 화합물 합성 및 분석
1.2. 금속 이온과 킬레이트 리간드의 반응
1.3. 중심 금속에 따른 화합물의 구조와 성질 변화
2. 글라이신산 니켈 (II) 착물의 안정도 상수
2.1. 금속 이온이 없는 경우의 글라이신 K_a 값 결정
2.2. 금속 이온 존재 하에서의 글라이신 안정도 상수 계산
2.3. 안정도 상수 실험 방법
3. 황산니켈 중의 니켈 정량
3.1. 침전법을 이용한 황산니켈 중 니켈 정량
3.2. 디메틸글리옥심을 이용한 니켈 침전 및 정량
3.3. 니켈 함량 계산 및 이론값과의 비교
4. 참고 문헌
본문내용
1. 금속 착물의 합성과 성질
1.1. 금속-킬레이트 배위 화합물 합성 및 분석
금속-킬레이트 배위 화합물 합성 및 분석이란 전이 금속 이온과 여러 자리 리간드가 결합하여 형성된 착화합물을 합성하고 분석하는 것을 의미한다.
전이 금속 원자나 이온은 대부분 하나 이상의 리간드와 결합하는데, 만약 리간드 한 분자 안에 여러 개의 주개 원자가 있다면 중심 금속을 감싸는 모양의 배위 결합을 동시에 만들 수 있다. 이런 여러자리 리간드의 금속 착화합물을 킬레이트라고 부른다.
킬레이트 효과란 킬레이트 고리 생성에 의한 안정도 증대를 말하는데, 일반적으로 킬레이트 고리가 5원자 고리일 때 가장 안정하다. 리간드 수의 증대에 따라 안정화 효과가 크며, 대표적인 예로 프탈로시아닌류와 포르피린류를 들 수 있다. 그러나 하나의 리간드로 많은 배위 자리를 점유하려고 하면 입체 장해를 받거나 킬레이트 고리 내의 공명이 방해되어 안정도가 낮아지는 경우도 있다.
전이 금속은 1개에서 10개 사이의 d 전자를 가지며, d-d 전자 전이로 인해 특정한 색을 나타내고 다양한 산화 상태를 가질 수 있다. 또한 d 오비탈에 존재하는 홀전자로 인해 상자성 화합물을 형성한다. 이러한 전이 금속들은 다양한 리간드와 결합하여 금속 착화합물을 만들 수 있다.
전이 금속 착화합물에 존재하는 d 오비탈은 모두 동일한 에너지를 갖지 않으며, 리간드의 전기장에 의해 d 오비탈의 에너지 준위가 갈라지는 현상이 관찰된다. 이를 결정장 이론으로 설명할 수 있으며, 중심 금속의 산화 상태와 리간드의 종류에 따라 d 오비탈 사이의 에너지 차이인 Δ0 값이 달라진다.
4배위 착물의 경우 대칭성이 낮은 사면체 구조보다는 사각평면 구조를 선호하며, 6배위 착물의 경우 정팔면체 구조를 가지게 된다. 이처럼 배위수에 따라 착물의 기하학적 구조가 달라진다.
리간드는 배위 화학에서 중심 금속 원자에 결합하여 배위 착화합물을 형성하는 이온 또는 분자를 말한다. 리간드는 금속과의 결합에 전자쌍을 제공하며, 리간드의 종류에 따라 리간드 치환 반응, 산화환원 등 중심 원자의 반응성이 달라진다. 리간드는 생무기, 의약화학, 촉매 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
이처럼 금속-킬레이트 배위 화합물 합성 및 분석은 전이 금속 착물의 구조와 성질을 이해하고 다양한 분야에 활용하기 위한 기초 연구라고 할 수 있다.
1.2. 금속 이온과 킬레이트 리간드의 반응
금속 이온과 킬레이트 리간드의 반응은 다음과 같다.
금속 이온은 일반적으로 물 분자 등의 단순 리간드와 배위결합을 형성하지만, 때때로 더 안정한 배위 결합을 만들기 위해 다중 배위 리간드와 반응한다. 이러한 다중 배위 리간드를 킬레이트 리간드라 하며, 금속 이온과 킬레이트 리간드의 결합은 강한 안정성을 가지는 킬레이트 착물을 형성한다.
킬레이트 착물이 형성되는 과정은 다음과 같다. 먼저 금속 이온과 단일 리간드가 반응하여 1:1 금속-리간드 착물을 만든다. 이후 이 착물이 다른 리간드와 추가로 반응하여 금속 중심 주위를 둘러싼 고리 구조인 킬레이트 착물을 형성한다. 이때 금속 이온과 리간드 사이의 결합은 배위 결합으로, 리간드는 한 개 이상의 전자쌍 공여체를 가지고 있어야 한다.
킬레이트 착물은 일반적인 단일 리간드 착물에 비해 더 안정하다. 이는 엔트로피 증가에 따른 안정화 효과 때문이다. 단일 리간드 착물은 리간드와 금속 이온이 1:1로 결합하지만, 킬레이트 착물은 금속 중심 주위를 둘러싼 고리 구조를 형성하여 엔트로피가 증가하게 된다. 따라서 킬레이트 착물의 생성은 자발적으로 일어나며, 그 생성 반응은 엔트로피 증가에 의해 주도된다.
이러한 엔트로피 증가 효과로 인해 킬레이트 착물은 단일 리간드 착물에 비해 더 안정하다. 일반적으로 5개의 고리를 형성하는 킬레이트 리간드가 가장 안정한 착물을 형성한다. 이는 5개의 고리가 형성될 때 엔트로피 증가가 가장 크기 때문이다.
따라서 금속 이온과 킬레이트 리간드의 반응은 강한 배위 결합과 엔트로피 증가에 따른 안정화 효과로 인해 매우 안정...
참고 자료
무기화학/Gary L.Miessler/제 5판/자유아카데미
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https://washere.tistory.com/206 (사진)
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네이버 뉴스, 이차전지용 황산니켈,
https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=317556
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네이버 지식백과, 두산백과, 다이메틸글리옥심
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네이버 지식백과, 화학대사전, 침전
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=2310492&cid=60227&categoryId=60227
네이버 지식백과, 화학백과, 킬레이트제,
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5827735&cid=62802&categoryId=62802
네이버 지식백과, 화학대사전, 킬레이트 시약
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=2313361&ref=y&cid=60227&categoryId=60227
