본문내용
1. 에틸렌디아민과 니켈 착물의 화학식 결정
1.1. 실험 목적
Job's Method를 이용하여 니켈 이온과 결합하는 에틸렌디아민의 수(n)을 결정하는 것이 이 실험의 목적이다. 니켈 이온과 결합하는 에틸렌디아민의 비율을 알아내기 위해 Job's method를 사용하여 착물의 화학식을 결정하고자 한다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 에틸렌디아민
에틸렌디아민은 분자식 를 갖는 유기 화합물로, 상온에서 염기성을 띄는 무색 투명한 액체 상태로 존재한다. 이 화합물은 중심 금속 원자에 리간드로서 결합하여 착물을 형성할 수 있다. 에틸렌디아민은 양쪽 끝의 질소 원자와 중심 금속 원자가 결합할 수 있는 두 자리 리간드이다. 때문에 에틸렌디아민은 착물을 이루는 리간드의 역할일 때 간단하게 en으로 표현되기도 한다. 에틸렌디아민은 EDTA 합성, 접착제의 원료 등으로도 사용되는 유용한 화합물이다.
1.2.2. 니켈
니켈(Nickel)은 원자 번호 28번의 전이 금속이다. 자연 상태에서 은백색의 광택을 가지며 강자성을 띄는 금속 결정 형태로 얻어진다. 동전을 만드는 원료나 도금 물질로 쓰이고, 영구 자석을 만드는 등에 사용된다. 순수한 결정 상태에서는 은백색이지만, 수화물에서는 녹색을 띄는 특징이 있다.
1.2.3. 전이 금속
전이 금속은 주기율표상에서 한 주기의 왼쪽에서 오른쪽으로 가며 d 오비탈에 전자가 채워지는 금속을 의미한다. 전이 원소라고도 하며, 이 원소들은 모두 금속 원소이기 때문에 보통 전이 금속이라고 한다.
전이 금속은 리간드와 결합하며 착물을 형성하는 중심 금속 원자의 역할을 하기도 한다. 이 때 리간드로부터 전자쌍을 받는 Lewis 산으로 작용한다. 또한 한 원소가 여러 개의 산화수를 가질 수 있는 특징을 갖는다.
전이 금속의 이러한 특성으로 인해 배위 화학, 결정장 이론, 리간드장 이론 등의 다양한 화학 이론이 발전할 수 있었다. 특히 전이 금속은 d 오비탈에 전자가 채워질 수 있어 ribler한 화학적 성질을 나타내며, 이를 활용하여 착물을 형성하고 산화수의 변화로 전자의 배치를 조절할 수 있다. 이를 통해 전이 금속은 다양한 촉매, 염료, 약품 등에 활용되고 있다.
1.2.4. 배위 화학
1.2.4.1. 배위 결합
배위 결합은 중심 금속 원자가 리간드와의 공유 결합을 통해 형성되는 결합이다. 중심 금속 원자는 리간드로부터 비공유 전자쌍을 받아 Lewis 산의 역할을 하며, 리간드는 중심 금속 원자에 전자쌍을 제공하며 Lewis 염기의 역할을 한다. 이러한 배위 결합을 통해 중심 금속 원자와 리간드 사이에 착물이 형성된다. 금속 이온은 리간드로부터 전자쌍을 받으면서 안정화되며, 리간드는 전자쌍을 제공함으로써 자신도 안정화된다. 따라서 배위 결합은 금속 이온과 리간드 모두에게 유리한 상호작용이라 할 수 있다. 이러한 배위 결합을 통해 다양한 착물이 형성되며, 리간드의 종류와 개수에 따라 착물의 구조와 성질이 달라지게 된다.
1.2.4.2. 착물
중심 금속 원자와 리간드가 배위 결합을 이루며 생성하는 물질을 착물이라고 한다. 이 때, 착물이 알짜 전하를 갖는 경우에는 착이온(complex ion)이라고 한다. 착물은 중심 금속 원자에 직접 결합하여 있는 리간드의 개수에 따라 그 배위수와 입체 구조가 달라진다. 예를 들어 배위수 6인 경우 팔면체 구조를, 배위수 4인 경우 정사면체 구조나 사각평면 구조를 갖는다.
물질을 구성하는 성분 중 하나 이상의 착물이 포함되어 있는 물질을 착화합물(complex compound) 또는 배위 화합물(coordination compound)이라고 한다. 착화합물에서 중심 금속 원자는 리간드로부터 전자쌍을 제공받는 Lewis 산으로 작용하며, 리간드는 중심 금속 원자에 전자쌍을 제공하는 Lewis 염기로 작용한다. 이러한 배위 결합에 의해 형성된 착물은 알짜 전하를 갖게 되며, 이러한 착이온은 화학반응에서 중요한 역할을 한다.
1.2.4.3. 리간드
리간드는 중심 금속 원자와의 배위 결합을 통해 착물을 이루는 물질이다. 리간드는 전자쌍을 제공하여 배위 결합을 이루며, 이때 중심 금속 원자에 비공유 전자쌍을 제공하면서 Lewis 염기로 작용한다.
리간드는 중심 금속 이온에 직접 결합하는 원자의 수에 따라 그 자리수가 구분된다. 하나의 주개 원자를 가진 리간드를 한 자리 리간드라 하고, 두 개의 주개 원자를 가진 리간드를 두 자리 리간드라 한다. 세 개 이상의 주개 원자를 가진 리간드는 여러 자리 리간드로 분류된다. 두 자리 이상의 리간드는 킬레이트 화합물을 형성할 수 있어 킬레이트 리간드라고도 불린다.
이처럼 리간드는 중심 금속 원자에 전자쌍을 제공하여 배위 결합을 형성하며, 그 주개 원자의 수에 따라 자리수가 결정되는 특징을 가지고 있다."
1.2.4.4. 킬레이트
킬레이트는 두 자리 이상의 리간드가 중심 금속 원자를 포함하는 고리를 형성하며 이루는 화합물이다. 이 때 리간드의 주개 원자들이 중심 금속 이온과 결합하여 안정한 고리 구조를 형성한다. 리간드가 두 자리 이상인 경우 킬레이트 화합물을 형성할 수 있으며, 이러한 킬레이트 리간드는 중심 금속에 대한 결합력이 강해 더 안정한 착물을 만들 수 있다.
킬레이트 효과는 이러한 안정성을 설명하는 개념이다. 리간드가 중심 금속 원자...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11