Синтез хлорида олова (IV)

Хлорид олова ( IV ) – вещество, необходимое в неорганическом синтезе; в данный момент в лаборатории отсутствует. Таким образом, основной целью этой работы является синтез хлорида олова ( IV ). Литературный обзор. I . Галогениды олова . Тетрагалогениды.

Известны все четыре тетрагалогенида олова (табл. 1). Моле кулы SnX 4 представляют собой правильные тетраэдры с атомом Sn в центре. Все тетрагалогениды олова, кроме SnF 4 , не содержат мости ковых атомов галогена, благодаря чему эти соединения легкоплавки и легколетучи. В тетрафториде SnF 4 имеются октаэдрические фраг менты SnF 6 , образующие слои за счет мостиковой функции четырех (экваториальных) атомов фтора (олово( IV ) имеет КЧ = 6). Естест венно, что мостиковый характер SnF 4 и больший ионный вклад в связь Sn — F по сравнению со связью Sn — X в других тетрагалогенидах приводит к существенно большей прочности кристалличе ской структуры SnF 4 (температура возгонки 705 °С). [ 1] Фторид SnF 4 — бесцветное кристаллическое вещество, раство ряется в воде с большим выделением тепла. С водными раствора ми фторидов образуются фторостаннаты (ЩЭ) 2 [ SnF 6 ]. Рис. 1. Структура SnF 4 Тетрахлорид SnCI 4 — бесцветная, дымящая на воздухе подвиж ная жидкость, растворяется в неполярных органических раствори телях, с бензолом и сероуглеродом смешивается в любых отношениях.

Тетрахлорид олова растворяет серу, фосфор, иод, тетраиодид олова. При растворении в воде SnCI 4 подвергается гидролизу с образованием SnO 2 • xH 2 O и гексахлорооловянной кислоты H 2 [ SnCl 6 ]: 3SnCl 4 + 2H 2 O = SnO 2 + 2H 2 [SnCl 6 ]. Последнюю можно выделить из раствора в виде кристаллогид рата состава H 2 [ SnCl 6 ] • 6Н 2 О. Гексахлорооловянная кислота яв ляется сильной кислотой; растворы ее солей, благодаря отсутст вию гидролиза, имеют нейтральную реакцию и не разрушаются даже при кипячении. Из водного солянокислого раствора тетрахлорида олова можно выделить кристаллогидрат SnCl 4 • 5Н 2 О в виде белых легко рас плывающихся кристаллов.

Кристаллогидрат SnCl 4 • 5Н 2 О, по-ви димому, следует рассматривать как комплексное соединение H 2 [ SnCl 4 ( OH ) 2 ] • ЗН 2 О, устойчивое в присутствии НС1, которая подавляет гидролиз SnCl 4 . Известны также соли состава (ЩЭ)[ SnCI 5 ] с тригонально-бипирамидальным анионом.

Тетрабромид SnBr 4 — бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в ацетоне и трихлориде фосфора РС1 3 , в водном рас творе гидролизуется, но из кислых растворов удалось выделить кристаллогидрат SnBr 4 *4 H 2 O . Получены также гексабромооло вянная кислота H 2 [ SnBr 6 ] и ее соли.

Тетраиодид SnI 4 — желтое кристаллическое вещество, легко растворяется в спирте, эфире, бензоле, сероуглероде; в водном растворе гидролизуется; иодостаннаты состава (ЩЭ) 2 [ SnI 6 ] полу чены только для рубидия и цезия. Все SnX 4 , кроме SnF 4 , получают взаимодействием олова с из бытком галогена: Sn + 2Х 2 = SnX 4 . Тетрафторид синтезируют действием безводного фтороводорода на SnCl 4 . Известны также смешанные тетрагалогениды олова, например, SnClBr 3 , SnCl 3 Br , SnBr 2 I 2 , которые по свойствам сходны с «одно родными» галогенидами.

Таблица 1. Свойства тетрагалогенидов олова

SnX 4	T пл , о C	Т кип , о С	Цвет	Энергия связи Sn – X , кДж/моль	f H о 298 кДж/моль
SnF 4	-	705( возг)	Бесцветный	414	-
SnCl 4	-36	114	Бесцветный	323	-529
SnBr 4	33	203	Бесцветный	273	-406
SnI 4	146	346	Жёлтый	205	-215

Для олова получены и все четыре дигалогенида.

Дигалогениды . Дихлорид SnCl 2 – бесцветное кристаллическое вещество; лег ко растворяется в воде, спирте, эфире, ацетоне. Из водных рас творов кристаллизуется в виде SnCl 2 • 2Н 2 О (« оловянная соль»). В водном растворе SnCl 2 подвергается гидролизу, который протека ет в существенно меньшей степени, чем в случае SnCl 4 , так как ос новные свойства у олова(П) выражены сильнее, чем у олова( IV ): SnCl 2 + H 2 O = Sn(OH)Cl + HCl. В растворе содержатся не только SnOH + , но и более сложные полимерные ионы, например [ Sn 3 ( OH ) 4 ] 2+ и [ Sn ( OH ) 2 Cl 2 ] 2- , ко торые могут взаимодействовать между собой.

Твердый SnCl 2 также имеет полимерное строение. Его слои стая структура составлена из тригонально-пирамидальных групп [ SnCl 3 ], связанных друг с другом через атомы хлора: Рис. 2. Строение SnCl 2 . В парах SnCl 2 представляет собой угловую молекулу: угол ClSnCI составляет 95 o . Несвязывающая электронная пара олова направлена к вершине треугольника . Характер связи (наложение ковалентной и ионной составляющих) Sn – Cl в SnCl 2 и SnCl 4 одинаков, но из-за цепочечного характера связей в твердом состоянии SnCl 2 менее устой чив и легко диспропорционирует: 2 SnCl 2 = SnCl 4 + Sn . Дихлорид SnCl 2 — сильный восстановитель. Он восстанавливает из растворов солей до металлов золото, серебро, ртуть, висмут, Fe 3+ до Fe 2+ , хроматы до Сг 3+ , перманганаты до М n 2+ , нитрог руппу до аминогруппы, бром до бромид-иона, сульфит-ион до серы, например: 2SnCl 2 + H 2 SO 3 + (2x + l)H 2 O = 2SnO 2 *xH 2 O + S + 4HCI или 2SnCl 2 + H 2 SO 3 + 8 НС 1 = S + 2H 2 [SnCl 6 ] + 3H 2 O, SnCl 2 + Br 2 + (2 + x)H 2 O = 2HC1 + 2HBr + SnO 2 • xH 2 O или 3SnCl 2 + 3Br 2 + (2 + x)H 2 O = H 2 [SnCI 6 ] + H 2 [SnBr 6 ] + SnO 2 • x Н 2 О . В водном растворе SnCI 2 медленно окисляется кислородом воздуха. Чтобы препятствовать этому, в раствор добавляют метал лическое олово.

Остальные дигалогениды олова весьма сходны по свойствам с SnCl 2 . Дигалогениды олова синтезируют нагреванием олова в токе га логеноводорода или осторожным обезвоживанием кристаллогид ратов SnX 2 • n Н 2 О, полученных растворением олова в соответст вующих галогеноводородных кислотах.

Безводные SnX 2 можно получить также непосредственным взаимодействием галогенов с избытком олова. Все дигалогениды олова образуют комплексы (ЩЭ)[ Sn Хз] и (ЩЭ) 2 lSnX 4 ], но они менее устойчивы, чем производные олова( IV ). Получают их в растворах соответствующих галогеноводородных кислот или их солей по реакции SnX 2 + 2 NaX = Na 2 [ SnX 4 ] . В концентрированных растворах равновесие смешено вправо, при разбавлении смещается влево.

Устойчивость галогенидных комплексов изменяется в следующем ряду: F > CI > Вг > I . Многие галогениды олова, такие как SnCI 4 , SnCI 2 , а также про дукты их гидролиза, например, Na 2 [ Sn ( OH ) 6 ], используют в каче стве протрав при крашении тканей.

Тетрахлорид SnCl 4 применяют для приготовления дымовых завес и в качестве катализатора при хлорировании, а в органической химии — как стимулятор про цесса конденсации. [ 3] Таблица 2. Свойства дигалогенидов олова

SnX 2	T пл , о C	Т кип , о С	Цвет	Отношение к воде	f H о 298 кДж/моль
SnF 2	210	—	Бесцветный	Растворим	-648
SnCl 2	247	623	Бесцветный	Растворим	-352
SnBr 2	232	620	Бледно-желтый	Растворим	-254
Snl 2	320	720	Оранжево-красный	Нерастворим	-152

II . Галогениды элементов подгруппы германия.

Молекулы тетраголагенидов ЭНаl 4 имеют форму тетраэдра с атомом Э в центре. По мере увеличения размеров орбиталей в ряду GeHal 4 - SnHal 4 - PbHal 4 устойчивость молекул заметно падает.

Тетрабромид и тетраиодид свинца не известны. В твердом состоянии тетрагалогениды, за исключением SnF 4 и PbF 4 , имеют молекулярную решетку.

Поэтому они легкоплавки и летучи. В обычных условиях GeF 4 - газ, а ЭСl 4 - жидкости, а ЭI 4 - кристаллические вещества. За исключением оранжевого GeI 4 и желтых SnI 4 и РbСl 4 , тетрагалогениды германия и его аналогов бесцветны.

Резкое возрастание температур плавления и кипения при переходе от GeF 4 (т. пл. - 15 °С) к SnF 4 (т. возг. 700 °С) и PbF 4 (т. пл. ~ 600 °С) является следствием перехода от молекулярной решетки к полимерной.

Кристаллы SnF 4 и PbF 4 имеют слоистую решетку, состоящую из октаэдрических структурных единиц. Таким образом, в PbF 4 достигается устойчивое координационное число атома Рb - 6, и это соединение в отличие от других галогенидов свинца (IV) устойчиво.

Тетрагалогениды взаимодействуют также с основными галогенидами: 2KF + ЭF 4 = K 2 [ЭF 6 ] Для Ge(IV), как и для S i (IV), характерны фторокомплексы [GeF 6 ] 2- . Но получен и малостойкий Cs 2 [GeCl 6 ]. Для Sn(IV) и Pb(IV) известны комплексные галогениды всех типов от M 2 [ЭF 6 ] до М 2 [ЭI 6 ]. Это свидетельствует о стабилизации у свинца степени окисления +4 в анионных комплексах с координационным числом 6. Галогенидные комплексы германия и олова устойчивы как в растворе, так и в кристаллических соединениях.

Аналогичные соединения свинца легко гидролизуются. [2] III . Методы синтеза. На основании приведённых данных можно выделить следующие методы синтеза хлорида олова ( IV ): Первый способ . Удобный способ получения безводного SnCl 4 основан на прямом синтезе: Sn + 2 Cl 2 = SnCl 4 Большую пробирку (длина 20—25 см, диаметр 3—4 см) заполняют на 3/4 гранулированным оловом.

Пробирку закрывают пробкой с двумя отверстиями: в одно вставляют газоподводящую трубку, а другое — форштосс обратного холодильника (рис.3).

Рис. 3. Прибор для по лучения хлорного олова Рис. 4. «Сдвоенный» прибор для получения хлорного олова: 1,2 — пробирки; 3,4 — тубусы; 5 — хлорподво дящая трубка; 6 — соединительная трубка; 7—шариковый холодильник. В пробирку наливают несколько милли литров готового SnCl 4 и пропускают (под тягой) сухой хлор с такой ско ростью, чтобы газ успевал прореагировать с оловом.

Реакция протекает бурно, иногда с появлением пламени. Когда на дне пробирки соберется значительный слой SnCl 4 , газоподводящую трубку несколько поднимают, но конец ее должен быть погружен в жидкость. По окончании реакции SnCl 4 сливают в склянку, вносят несколько гранул Sn для связывания свободного хлора и выдерживают 1 ч в закрытой склянке. Затем жидкость перегоняют, собирая фракцию, кипящую при 112—114 o С (приемник для предохранения от влаги воздуха снабжают хлоркальциевой трубкой). Если исходное олово содержало Fe , то перегонку SnCl 4 не следует доводить до конца (во избежание перехода примеси FeCl 3 ). Полученный препарат переливают в склянку со стеклянной или корковой (но не резиновой!) пробкой. Для приготовления большого количества SnCl 4 (до 3 кг в день) реко мендуется прибор, изображенный на рис. 4. Две пробирки 1 и 2 (длина 20—25 см, диаметр 4 см) с тубусами 3 и 4 соединяют трубкой 6. К пробирке 2 присоединяют обратный холодильник 7. Пробирки заполняют на 3/4 грану лированным оловом и по трубке 5 пропускают ток сухого хлора, сначала медленно, во избежание сильного разогревания, затем, когда трубка 5 ока жется погруженной в SnCl 4 , быстрее. Когда пробирка 1 почти заполнится SnCl 4 (пробирка 2 к этому времени наполняется приблизительно до половины) ток хлора прекращают, под трубку 5 подставляют сухую склянку и через верхнее отверстие холодиль ника 7 с помощью резиновой груши в прибор подают струю воздуха. При этом SnCl 4 почти полностью переливается в подставленную склянку. Затем пробирки снова заполняют через тубусы оловом и продолжают хлорирование. Для очистки препарат перегоняют, добавив немного листового олова для связывания растворённого хлора.

Собирают фракцию, кипящую при 112-114 о С. Выход 90-95%. [5] Второй способ.

Собирают прибор согласно схеме (рис. 4.22). Рис. 5. Прибор для получение хлорида олова ( IV ). Все части прибора должны быть тщательно высушены . В реакционную колбу помещают определенное количество металлического олова, заполняют прибор углекислым газом, колбу нагревают до плавления олова и пропускают в нее ток сухого очищенного хлора.

Дальнейшее нагревание продолжают в том случае, если реакция замедляется. Sn + 2 Cl 2 = SnCl 4 По окончании реакции из системы вытесняют хлор сухим углекислым газом. Выход продукта оценивают по объему и плотности полученного вещества. Часть хлорида олова (IV) отгоняют в пробирку с оттянутым концом, которую затем запаивают, или в пробирку которую закрывают пробкой и парафинируют.

Оставшуюся часть продукта используют для изучения его свойств . Третий способ.

Безводный препарат можно получить также хлорированием безводного SnCl 2 SnCl 2 + Cl 2 = SnCl 4 Рис. 6. Прибор для получения хлорного олова из SnCl 2 В коническую колбу (рис. 5) помещают 200 г без водного SnCl 2 и пропускают (под тягой) струю хлора со скоростью 60—70 п узырьков в минуту. Хлор предварительно пропускают через склянку Ти щенко с конц. H 2 SO 4 . Избыток хлора поглощается в другой склянке Ти щенко с раствором NaOH . Реакция протекает с сильным разогреванием реакционной смеси (до 70—80 о С) и вскоре кристаллическая масса SnCl 2 превра щается в жидкость ( SnCl 4 ). Конец реакции определяется по постепен ному снижению температуры.

Полученную жидкость переливают в колбу для перегонки, добавляют немного листового олова для связывания рас творенного хлора и медленно перегоняют, собирая фракцию, кипящую при 112—114 о С. Выход 250 г (90%). На основании анализа литературных данных и исходя из наших возможностей, для получения тетрахлорида олова использовали метод, основанный на непосредственном взаимодействии олова с хлором (второй способ). Экспериментальная часть. 1. Синтез тетрахлорида олова.

Вещество	Молярная масса, М г/моль	Масса m , г	Кол-во вещества, моль	Физические константы
m теор	m практ	теор	практ
Олово	119	38,84	38,84	0,326	0,326
Оксид марганца ( IV )	87	56,72	150	0,652	1,72
Соляная кислота	36,5	95,19	473,2	2,61		= 36,5% = 1,183г / мл

MnO 2 + 4 HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O Sn + 2Cl 2 = SnCl 4 Собрать прибор (рис. 6) и тщательно высушить его. Рис 6. Прибор для получения хлорида олова ( IV ). В колбу Вюрца емкостью 500 мл (1) засыпали оксид марганца ( IV ), в капельную воронку залили концентрированную соляную кислоту. В аппарат Киппа (2) засыпали мрамор (карбонат кальция), залили соляную кислоту. В реакционную колбу на 25 мл (5) засыпали металлическое олово. В промывалку (3) налили дистиллированную воду, в промывалку (4) – 96%-ю серную кислоту. В химический стакан (6) засыпали лёд.

Хлоркальциевую трубку заполнили хлоридом кальция, воронку опустили в стакан со щёлочью (8). Открыв кран на аппарате Киппа, продували прибор углекислым газом около 15 мин: CaCO 3 + 2 HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O Прекратив подачу CO 2 , открыли капельную воронку, начали нагревать колбу (1): MnO 2 + 4 HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O Когда колба (5) заполнится хлором, начали нагревать её. Sn + 2Cl 2 = SnCl 4 Олово начало гореть жёлто-белым пламенем.

Нагрев возобновляли только в случае замедления реакции. По окончании реакции пробирка (7) заполнилась жёлтой жидкостью – хлоридом олова ( IV ). Выход: m(SnCl 4 ) практ = 18,49 г ( SnCl 4 ) теор = ( Sn ) = 0,326 моль m ( SnCl 4 ) теор = ( SnCl 4 )* M ( SnCl 4 ) = 0,326*261 = 85,09 г = = = 2. Идентификация тетрахлорида олова. 1) К полученному веществу прилили несколько капель водного раствора аммиака. Выпал белый осадок ( -оловянная кислота): SnCl 4 + 4 NH 4 OH = H 2 SnO 3 + 4 NH 4 Cl + H 2 O Этот осадок легко растворяется как в кислоте, так и в щёлочи: H 2 SnO 3 + 4HCl = SnCl 4 + H 2 O H 2 SnO 3 + 2NaOH + H 2 O = Na 2 [Sn(OH) 6 ] 2) К 2-3 каплям полученного вещества добавили 1 каплю концентрированной соляной кислоты, железные опилки и нагрели до появления пузырьков. Затем к раствору прибавили 2 капли раствора нитрата ртути ( II ). Выпал белый осадок: Fe + SnCl 4 = FeCl 2 + SnCl 2 SnCl 2 + 2Hg(NO 3 ) 2 = Hg 2 Cl 2 + Sn(NO 3 ) 4 3) На предметное стекло нанесли 1 каплю раствора полученного вещества, внесли кристаллик хлорида цезия.

Вокруг кристаллика появился белый осадок: H 2 [SnCl 6 ] + 2CsCl = Cs 2 [SnCl 6 ] + 2HCl Таким образом, на основе проведённых реакций, а также на основе метода синтеза можно сказать, что мы получили хлорид олова ( IV ). Выводы. 1) Была собрана и изучена литература по тетрахлориду олова. 2) Был проведён синтез тетрахлорида олова. 3) С помощью качественных реакций было идентифицировано полученное вещество.

Список литературы . 1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – 743 с., ил. 2. Никольский, А.Б. и др. Химия.- Санкт-Петербург, 2001.- C. 326-328 3. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Ч II : Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – 624с: ил. 4. Фадеева, В.И. и др.

заказать оценку новостройки в Курске
оценить ресторан в Твери
оценка гостиницы в Орле