Синтез хлорида олова (IV)

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет Кафедра химии Курсовая работа на тему Синтез хлорида олова IV Выполнил студент группы 430441 Бут С.Ю.Проверила к.х.н доцент Асулян Л.Д. Тула 2005 Содержание. Литературный обзор 2 Экспериментальная часть 15

Выводы19 Список литературы.20 Введение. В этой работе рассмотрены свойства хлорида олова IV, методы синтеза и применение. 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. Молекулы SnX4 представляют собой правильные тетраэдры с атомом Sn в центре. Все тетрагалогениды олова, кроме SnF4, не содержат мостиковых атомов галогена, благодаря чему эти соединения легкоплавки и легколетучи. В тетрафториде SnF4 имеются октаэдрические фрагменты SnF6, образующие слои за счет мостиковой функции четырех экваториальных атомов фтора оловоIV имеет КЧ 6. Естественно, что мостиковый характер

SnF4 и больший ионный вклад в связь Sn F по сравнению со связью Sn X в других тетрагалогенидах приводит к существенно большей прочности кристаллической структуры SnF4 температура возгонки 705 С. 1 Фторид SnF4 бесцветное кристаллическое вещество, растворяется в воде с большим выделением тепла. С водными растворами фторидов образуются фторостаннаты ЩЭ2SnF6. Рис. 1. Структура SnF4 Тетрахлорид SnCI4 бесцветная, дымящая на воздухе подвижная жидкость,

растворяется в неполярных органических растворителях, с бензолом и сероуглеродом смешивается в любых отношениях. Тетрахлорид олова растворяет серу, фосфор, иод, тетраиодид олова. При растворении в воде SnCI4 подвергается гидролизу с образованием SnO2 xH2O и гексахлорооловянной кислоты H2SnCl6 3SnCl4 2H2O SnO2 2H2SnCl6. Последнюю можно выделить из раствора в виде кристаллогидрата состава

H2SnCl6 6Н2О. Гексахлорооловянная кислота является сильной кислотой растворы ее солей, благодаря отсутствию гидролиза, имеют нейтральную реакцию и не разрушаются даже при кипячении. Из водного солянокислого раствора тетрахлорида олова можно выделить кристаллогидрат SnCl4 5Н2О в виде белых легко расплывающихся кристаллов. Кристаллогидрат SnCl4 5Н2О, по-видимому, следует рассматривать как комплексное соединение

H2SnCl4OH2 ЗН2О, устойчивое в присутствии НС1, которая подавляет гидролиз SnCl4. Известны также соли состава ЩЭSnCI5 с тригонально-бипирамидальным анионом. Тетрабромид SnBr4 бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в ацетоне и трихлориде фосфора РС13, в водном растворе гидролизуется, но из кислых растворов удалось выделить кристаллогидрат SnBr44H2O. Получены также гексабромооловянная кислота

H2SnBr6 и ее соли. Тетраиодид SnI4 желтое кристаллическое вещество, легко растворяется в спирте, эфире, бензоле, сероуглероде в водном растворе гидролизуется иодостаннаты состава ЩЭ2SnI6 получены только для рубидия и цезия. Все SnX4, кроме SnF4, получают взаимодействием олова с избытком галогена Sn 2Х2 SnX4. Тетрафторид синтезируют действием безводного фтороводорода на

SnCl4. Известны также смешанные тетрагалогениды олова, например, SnClBr3, SnCl3Br, SnBr2I2, которые по свойствам сходны с однородными галогенидами. Таблица 1.Свойства тетрагалогенидов олова SnX4Tпл, оCТкип, оСЦветЭнергия связи Sn X, кДжмольfHо298 кДжмольSnF4-705возгБесцветный414-SnCl4-6114Бесцветный323-529SnBr433203Бесцветны й273-406SnI4146346Жлтый205-215 Для олова получены и все четыре дигалогенида.

Дигалогениды. Дихлорид SnCl2 бесцветное кристаллическое вещество легко растворяется в воде, спирте, эфире, ацетоне. Из водных растворов кристаллизуется в виде SnCl2 2Н2О оловянная соль. В водном растворе SnCl2 подвергается гидролизу, который протекает в существенно меньшей степени, чем в случае SnCl4, так как основные свойства у оловаП выражены сильнее, чем у оловаIV SnCl2 H2O SnOHCl HCl. В растворе содержатся не только

SnOH, но и более сложные полимерные ионы, например Sn3OH42 и SnOH2Cl22 которые могут взаимодействовать между собой. Твердый SnCl2 также имеет полимерное строение. Его слоистая структура составлена из тригонально-пирамидальных групп SnCl3, связанных друг с другом через атомы хлора Рис. 2. Строение SnCl2. В парах SnCl2 представляет собой угловую молекулу угол

ClSnCI составляет 95o. Несвязывающая электронная пара олова направлена к вершине треугольника. Характер связи наложение ковалентной и ионной составляющих Sn Cl в SnCl2 и SnCl4 одинаков, но из-за цепочечного характера связей в твердом состоянии SnCl2 менее устойчив и легко диспропорционирует 2SnCl2 SnCl4 Sn. Дихлорид SnCl2 сильный восстановитель. Он восстанавливает из растворов солей до металлов золото,

серебро, ртуть, висмут, Fe3 до Fe2, хроматы до Сг3 , перманганаты до Мn2 , нитрогруппу до аминогруппы, бром до бромид-иона, сульфит-ион до серы, например 2SnCl2 H2SO3 2x lH2O 2SnO2xH2O S 4HCI или 2SnCl2 H2SO3 8НС1 S 2H2SnCl6 3H2O, SnCl2 Br2 2 xH2O 2HC1 2HBr SnO2 xH2O или 3SnCl2 3Br2 2 xH2O H2SnCI6 H2SnBr6 SnO2 xН2О. В водном растворе SnCI2 медленно окисляется кислородом воздуха.

Чтобы препятствовать этому, в раствор добавляют металлическое олово. Остальные дигалогениды олова весьма сходны по свойствам с SnCl2. Дигалогениды олова синтезируют нагреванием олова в токе галогеноводорода или осторожным обезвоживанием кристаллогидратов SnX2 nН2О, полученных растворением олова в соответствующих галогеноводородных кислотах. Безводные SnX2 можно получить также непосредственным взаимодействием галогенов с избытком олова.

Все дигалогениды олова образуют комплексы ЩЭSnХз и ЩЭ2lSnX4, но они менее устойчивы, чем производные оловаIV. Получают их в растворах соответствующих галогеноводородных кислот или их солей по реакции SnX2 2NaX Na2SnX4. 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 SnCI4, SnCI2, а также продукты их гидролиза, например, Na2SnOH6, используют в качестве протрав при крашении тканей. Тетрахлорид SnCl4 применяют для приготовления дымовых завес и в качестве катализатора при хлорировании, а в органической химии как стимулятор процесса конденсации. 3 Таблица 2. Свойства дигалогенидов олова SnX2Tпл, оCТкип, оСЦветОтношение к водеfHо298 кДжмольSnF2210

БесцветныйРастворим-648SnCl2247623Бесцве тныйРастворим-352SnBr2232620Бледно-желты йРастворим-254Snl2320720Оранжево-красный Нерастворим-152 II. Галогениды элементов подгруппы германия. Молекулы тетраголагенидов ЭНаl4 имеют форму тетраэдра с атомом Э в центре. По мере увеличения размеров орбиталей в ряду GeHal4 - SnHal4 - PbHal4 устойчивость молекул заметно падает.

Тетрабромид и тетраиодид свинца не известны. В твердом состоянии тетрагалогениды, за исключением SnF4 и PbF4, имеют молекулярную решетку. Поэтому они легкоплавки и летучи. В обычных условиях GeF4 - газ, а ЭСl4 - жидкости, а ЭI4 - кристаллические вещества. За исключением оранжевого GeI4 и желтых SnI4 и РbСl4, тетрагалогениды германия и его аналогов бесцветны.

Резкое возрастание температур плавления и кипения при переходе от GeF4 т. пл 15 С к SnF4 т. возг. 700 С и PbF4 т. пл. 600 С является следствием перехода от молекулярной решетки к полимерной. Кристаллы SnF4 и PbF4 имеют слоистую решетку, состоящую из октаэдрических структурных единиц. Таким образом, в PbF4 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 ЭF4 K2ЭF6 Для GeIV, как и для SiIV, характерны фторокомплексы GeF6 2 Но получен и малостойкий Cs2GeCl6. Для SnIV и PbIV известны комплексные галогениды всех типов от

M2ЭF6 до М2ЭI6. 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 приведнных данных можно выделить следующие методы синтеза хлорида олова IV Первый способ. Удобный способ получения безводного

SnCl4 основан на прямом синтезе Sn 2Cl2 SnCl4 Большую пробирку длина 20 25 см, диаметр 3 4 см заполняют на 34 гранулированным оловом. Пробирку закрывают пробкой с двумя отверстиями в одно вставляют газоподводящую трубку, а другое форштосс обратного холодильника рис.3. Рис. 3. Прибор для получения хлорного олова Рис. 4. Сдвоенный прибор для получения хлорного олова 1,2 пробирки 3,4 тубусы 5 хлорподводящая трубка 6 соединительная

трубка 7 шариковый холодильник. В пробирку наливают несколько миллилитров готового SnCl4 и пропускают под тягой сухой хлор с такой скоростью, чтобы газ успевал прореагировать с оловом. Реакция протекает бурно, иногда с появлением пламени. Когда на дне пробирки соберется значительный слой SnCl4, газоподводящую трубку несколько поднимают, но конец ее должен быть погружен в жидкость.

По окончании реакции SnCl4 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 oС приемник для предохранения от влаги воздуха снабжают хлоркальциевой трубкой. Если исходное олово содержало Fe, то перегонку SnCl4 не следует доводить до конца во избежание перехода примеси

FeCl3. Полученный препарат переливают в склянку со стеклянной или корковой но не резиновой пробкой. Для приготовления большого количества SnCl4 до 3 кг в день рекомендуется 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 34 гранулированным оловом и по трубке 5 пропускают ток сухого хлора, сначала медленно, во избежание сильного разогревания, затем,

когда трубка 5 окажется погруженной в SnCl4, быстрее. Когда пробирка 1 почти заполнится SnCl4 пробирка 2 к этому временинаполняется приблизительно до половины ток хлора прекращают, подтрубку 5 подставляют сухую склянку и через верхнее отверстие холодильника 7 с помощью резиновой груши в прибор подают струю воздуха. При этом SnCl4 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 растворнного хлора. Собирают фракцию, кипящую при 112-114 оС. 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 2Cl2 SnCl4 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 SnCl2 SnCl2 Cl2 SnCl4 Рис. 6. Прибор для получения хлорного олова из SnCl2 В коническую колбу рис. 5 помещают 200 г безводного

SnCl2 и пропускают под тягой струю хлора со скоростью 60 70 пузырьков в минуту. Хлор предварительно пропускают через склянку Тищенко с конц. H2SO4. Избыток хлора поглощается в другой склянке Тищенко с раствором NaOH. Реакция протекает с сильным разогреванием реакционной смеси до 70 80 оС и вскоре кристаллическая масса SnCl2 превращается в жидкость

SnCl4. Конец реакции определяется по постепенному снижению температуры. Полученную жидкость переливают в колбу для перегонки, добавляют немного листового олова для связывания растворенного хлора и медленно перегоняют, собирая фракцию, кипящую при 112 114 оС. 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. ВеществоМолярная масса, М гмольМасса m, гКол-во вещества, н мольФизические константыmтеорmпрактнтеорнпрактОлово1193 8,8438,840,3260,326Оксид марганца IV8756,721500,6521,72Соляная кислота36,595,19473,22,61щ 36,5 с 1,183гмлMnO2 4HCl MnCl2 Cl2 2H2O Sn 2Cl2 SnCl4 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 лд. Хлоркальциевую трубку заполнили хлоридом кальция, воронку опустили

в стакан со щлочью 8. Открыв кран на аппарате Киппа, продували прибор углекислым газом около 15 мин CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O Прекратив подачу CO2, открыли капельную воронку, начали нагревать колбу 1 MnO2 4HCl MnCl2 Cl2 2H2O Когда колба 5 заполнится хлором, начали нагревать е. Sn 2Cl2 SnCl4 Олово начало гореть жлто-белым пламенем. Нагрев возобновляли только в случае замедления реакции.

По окончании реакции пробирка 7 заполнилась жлтой жидкостью хлоридом олова IV. Выход mSnCl4практ 18,49 г нSnCl4теор нSn 0,326 моль mSnCl4теор нSnCl4MSnCl4 0,326261 85,09 г щ 2. Идентификация тетрахлорида олова. 1 К полученному веществу прилили несколько капель водного раствора аммиака. Выпал белый осадок б-оловянная кислота SnCl4 4NH4OH H2SnO3v 4NH4Cl H2O Этот осадок легко растворяется как в кислоте, так и в щлочи

H2SnO3 4HCl SnCl4 H2O H2SnO3 2NaOH H2O Na2SnOH6 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 SnCl4 FeCl2 SnCl2 SnCl2 2HgNO32 Hg2Cl2v SnNO34 3 На предметное стекло нанесли 1 каплю раствора полученного вещества, внесли кристаллик

хлорида цезия. Вокруг кристаллика появился белый осадок H2SnCl6 2CsCl Cs2SnCl6v 2HCl Таким образом, на основе проведнных 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 проведн 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. Основы аналитической химии Москва, 2001. 5. Свиридов В.В. и др. Неорганический синтез Учеб. пособие В.В. Свиридов, Г.А. Попкович, Е.И. Василевская. 2-е изд испр. Мн. Унiверсiтэцкае, 2000. 224 с. 6. Карякин Ю.В Ангелов И.И. Чистые химические вещества. Изд. 4-е, пер. и доп.

М Химия, 1974. 408 с 66 рис.