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1. 착화합물(배위 화합물)의 합성과 특성
1.1. 수화물의 성질
수화물의 성질은 다음과 같다.
화합물을 가열하면 무겁고 투명한 수증기가 발생하는데, 이는 화합물 내의 결정수가 열에 의해 빠져나와 발생하는 현상이다. 이러한 현상이 발생하는 화합물은 수화물이라고 한다. 수화물은 물 분자를 함유하고 있는 화합물로, 화합물 속 물 분자와 이온 혹은 분자 사이의 수소결합 때문에 안정한 구조를 이루고 있다. 따라서 가열하면 결정수가 증발하여 수증기가 발생하고, 화합물의 색깔이나 성질이 변하게 된다.
예를 들어 황산구리(CuSO4)는 파란색의 오수화물이지만, 가열하면 무색의 무수물로 변화한다. 또한 염화코발트(CoCl2)는 붉은색의 6수화물이지만, 가열하면 푸른색의 무수물이 된다. 이처럼 수화물은 화합물 내 결정수의 존재 여부에 따라 색상과 성질이 크게 달라진다.
한편 수화물에 증류수를 가하면 결정수가 다시 화합물 속으로 들어가 원래의 수화물 상태로 돌아오게 된다. 이를 통해 수화물의 성질이 가역적으로 변한다는 것을 알 수 있다.
따라서 수화물은 가열에 의해 결정수가 빠져나오면서 성질이 변화하는 특징을 가지고 있으며, 이러한 성질은 수화물의 다양한 용도 개발에 활용되고 있다.
1.2. 황산사암민구리(Ⅱ)의 합성과 구조
구리(Ⅱ)염의 용액에 암모니아를 가하면 수산화구리(Ⅱ)의 연한 청색 침전이 생기게 된다. 이때 암모니아를 과량으로 넣게 되면 Cu(NH3)42+의 착이온에 의해 진한 청자색의 용액이 된다. 이와 같이 배위화합물(=착물)을 형성하게 되는데, 이 실험에서는 황산구리와 암모니아수를 섞어 황산사암민구리(Ⅱ)를 합성하였다.
황산사암민구리(Ⅱ)의 화학 반응식은 다음과 같다:
CuSO4·5H2O(s) + 4NH4OH(aq)→ [Cu(NH3)4]SO4(s) + 9H2O(l)
이때 암모니아가 과량으로 들어가면서 구리(Ⅱ) 이온과 배위결합하여 Cu(NH3)42+ 착이온을 형성하게 된다. 이 착이온의 형성으로 인해 용액의 색이 진한 청자색을 띠게 된다.
황산사암민구리(Ⅱ)의 구조는 다음과 같다. 중심 금속 이온인 구리(Ⅱ) 이온 주변에 4개의 암모니아 분자가 배위 결합을 이루어 정사면체 구조를 가지고 있다. 그리고 이 착이온 주변에는 황산 이온이 존재하게 된다.
이와 비교하여 황산암모늄구리(Ⅱ)는 구리(Ⅱ) 이온과 황산 이온이 이온 결합을 이루고 있는 구조이다. 즉, 착이온이 아닌 단순한 이온 화합물 형태이다.
따라서 황산사암민구리(Ⅱ)는 배위 결합에 의한 착화합물의 구조를 가지고 있으며, 황산암모늄구리(Ⅱ)는 이온 결합에 의한 복염의 구조를 가지고 있다고 할 수 있다.
1.3. 착물의 건조 과정
착물의 건조 과정에서는 염화칼슘 대신 산화칼슘을 사용하는데, 이는 생성된 착이온인 Cu(NH3)4^2+가 Cl^-와 반응할 수 있기 때문이다"" 착물을 건조시킬 때는 온도와 압력을 낮추어 수분을 천천히 제거해야 하는데, 이는 착화합물이 쉽게 분해되거나 결정구조가 변형되는 것을 방지하기 위해서이다"" 또한 완전히 건조된 착물을 보관할 때는 공기 중 수분과의 접촉을 최소화하기 위해 밀폐된 용기에 넣어두는데, 이는 착화합물의 성질이 변화되는 것을 막기 위해서이다""
1.4. 복염과 착물의 비교
복염은 2종 이상의 염이 결합한 형식의 염 중에서 착염이 아닌 것으로, 착이온과 이온결정만이 존재할 경우 착염으로 지칭한다. 반응염과 생성염이 물에 녹았을 때 만들어지는 이온이 같은 경우이다.
반면 착물은 1개 또는 그 이상의 원자나 이온을 중심으로 몇 개의 다른 원자·이온·분자 또는 원자단 등이 방향성을 갖고 입체적으로 배위(配位)하여 하나의 원자집단을 이루고 있는 것이다. 착이온에서는...
