ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СТАБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ИОНОВ МЕДИ (II) И ГЕРМАНИЯ (IV) Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 542.06 Шинкарева Т.И., Строганова Е.А.

Шинкарева Т.И.

студент 5 курса, напр. «Фундаментальная и прикладная химия» Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)

Строганова Е.А.

канд. хим. наук, доцент кафедры химии Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)

ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СТАБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ИОНОВ МЕДИ (II) И ГЕРМАНИЯ (IV)

Аннотация: тема образования устойчивых комплексов на основе меди (II) и германия (IV) является актуальной и важной в современной науке и промышленности. Образование таких комплексов позволяет создавать новые материалы с улучшенными свойствами, что находит применение в различных областях, таких как катализ, электроника, магнитные материалы и другие.

Ключевые слова: стабилизация ионов, медь, германий, квантовохимия.

Из литературных источников стало известно, что катионы меди (II) и германия (IV) дают стабильные комплексы. Основываясь на данных фактах, была проведена исследовательская работа. Исследование посвящено оптимизации стабилизации ионов меди (II) и германия (IV) с использованием квантовохимических расчетов. Использовали метод теории функционала плотности (ОБТ) ОРВЕ и базисный набор TZVP.

Результаты:

1793

Минимум энергии системы достигается при координации катиона меди (II) гидроксо- и аминогруппами, образуя плоскоквадратный комплекс Си (2К, 20).

В присутствии ионов германия происходит совместная стабилизация ионов металлов, формируя пентакоординированное состояние меди в составе квадратно пирамидального комплекса Си (2К, 50) [3].

■Л- с

а)

•у>

с

(гФ

-4»

б)

Рисунок 1. Способы стабилизации ионов меди Си2+ в составе гидроксоаминокомплексов в матрице анионита.

1794

Из литературных источников мы знаем, что в водных растворах двуокиси германия, германий может находиться в различных формах, включая анионные, нейтральные и катионные гидроксокомплексы. Эти формы зависят от концентрации ионов водорода и общей концентрации германия.

В кислых средах присутствуют ионы Ое4+, ОеО2+ (германил ион) и Ое(ОИ)22+. Эти ионы образуются из-за взаимодействия германия с водой и водородом в кислой среде.

В слабокислых и нейтральных средах в растворах двуокиси германия присутствуют недиссоциированные и диссоциированные по первой ступени моно- и полиядерные гидроксокомплексы германия. Эти комплексы образуются из-за взаимодействия германия с водой и водородом в менее кислой среде.

При низких концентрациях (до 0,01 М раствора ОеО2) в растворе находятся только мономерные формы, независимо от рН среды. Это означает, что при низких концентрациях германия, он обычно находится в форме мономерных гидроксокомплексов [4].

В более концентрированных растворах двуокиси германия, кроме ионов метагерманиевой кислоты Н2ОеО3, присутствуют ионы полиядерных кислот. В области рН ~ 6,9-9,4 и при концентрации двуокиси германия> 0,01 М в растворе существуют лишь ионы пентагерманиевой кислоты.

В солянокислых растворах устанавливается равновесие между германиевой кислотой или двуокисью германия и анионами ОеС15- и ОеС16 2-. В равновесии, вероятно, участвуют один или два промежуточных ацидокомплекса [Ое(ОИ)хС15-х]- или [Ое(ОИ)хС1б-х] 2-, где х = 3 или 4.

В чистых растворах, которые не содержат хлорид-ионы и где концентрация германия составляет менее 3 • 10-4 моль/л, германий находится в мономерной форме [5].

1795

а нона

20

Н.ОеО,

ОеО,2'

Рисунок 2. Распределение продуктов диссоциации метагерманиевой кислоты в

растворе в зависимости от Рн.

Большинство комплексов меди (II) имеет октаэдрическую структуру, в которой четыре координационных места заняты лигандами, расположенными к металлу ближе, чем два других лиганда, находящихся выше и ниже металла. Устойчивые комплексы меди (II) характеризуются, как правило, октаэдрической конфигурацией.

Гидролиз ионов Си2+ начинается в области рН 5,5, рН до полного осаждения Си(ОН)2 равно от 8 до 10 [6].

Рисунок 3. Распределение ионов меди по шкале рН, образующихся в процессе

гидролиза Си2+ в водных растворах.

0.:

01

Б 12

1796

Так, согласно данным распределения гидролизных форм Cu2+ в растворах с ионной силой, близкой к нулю, в области рН 5,5 уже при концентрации меди 10-9 моль/л на фоне доминирования изолированных ионов Cu2+ формируются катионы CuOH+ , доля которых растет при подщелачивании системы и достигает максимума в области рН 8. Кроме того, при рН 6,8 начинают формироваться нейтральные формы Cu(OH)2, количество которых увеличивается с переходом в щелочную область среды и достигает максимума при рН 9,5. Начало образования гидроксокомплексных анионов Cu(OH)3 - приходится на рН 8,3, достигая наибольшей доли в области рН 11,5, в наиболее щелочных средах/

(рН> 10) зафиксировано существование анионов Cu (OH)42-. Таким образом, в сильно разбавленных растворах наиболее широкий спектр ионных и незаряженных гидроксокомплексов меди (II) (Cu2+, CuOH+, Cu (OH)2, Cu (OH)3-) наблюдается в области рН от 8 до 9 [7].

Таким образом, оксифенилдиантипирилметановая кислота (ОФДАМ) и оксиметилидендифосфоновая кислота (ОЭДФК) могут образовывать комплексы с металлами, что позволяет использовать их в различных областях. В ходе исследования было установлено, что минимум энергии системы достигается при координации катиона меди (II) гидроксо- и аминогруппами. В водных растворах двуокиси германия, германий может находиться в различных формах, включая анионные, нейтральные и катионные гидроксокомплексы. Большинство комплексов меди (II) имеет октаэдрическую структуру. Гидролиз ионов Cu2+ начинается в области рН 5,5, рН полного осаждения Си(ОН)2 равно от 8 до 10.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Гусев, С.И. Диантипирилметан и его гомологи как аналитические реагенты / С.И. Гусев. - Пермь: Уч. записки Пермск. ун-та. - 1974. - 280 с;

2. Sudo Emiko. Studies of the determination of metals by the extraction method of metal organic compounds. X. Determination of mercury and palladium with

1797

Antipyrine and potassium iodide // Science reports of the Research Institutes, Tohoku University, Ser. A, Physics, chemistry and metallurgy. - 1956. - V. 8. - P. 367-374;

3. Дегтёв, М.И. Физико-химические свойства антипирина и его производных: монография / М.И. Дегтев, Е.Н. Аликина. - Пермь, 2009. - 174 с;

4. Дегтёв, М.И. Экстракционные возможности новых расслаивающихся систем без органического растворителя / М.И. Дегтёв, Е.Н. Аликина, Н.В. Порошина // Вестн. Перм. ун-та. - 2011. - № 1. - С. 51-59;

5. Петров, Б.И. Экстракционная система без органического растворителя вода - антипирин - сульфосалициловая кислота / Б.И. Петров, К.В. Калиткин, К.А. Назмецева // Известия Алт. гос. ун-та. - 2013. - № 79. - С. 198-208;

6. Петров, Б.И. Фазовые и экстракционные равновесия в водных расслаивающихся системах с протолитическим взаимодействием / Б.И. Петров, А.И. Леснов, С.А. Денисова // Журнал аналитической химии. - 2015. - Т. 70, №

6. - С. 563-576;

7. Петров, Б.И. Экстракция циркония диантипирилметаном и диантипирилгептаном в экстракционных системах различного типа / Б.И. Петров, А.И. Леснов, С.А. Денисова // Известия Алт. гос. ун-та. - 2014. - № 83. - С. 177-181

1798

Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» № 6 (75) Том 3. ИЮНЬ 2024 г. Shinkareva T.I., Stroganova E.A.

Shinkareva T.I.

Orenburg State University (Orenburg, Russia)

Stroganova E.A.

Orenburg State University (Orenburg, Russia)

FEATURES OF EDUCATION STABLE COMPLEXES BASED ON COPPER(II) AND GERMANIUM(IV) IONS

Abstract: the topic of the formation of stable complexes based on copper (II) and germanium (IV) is relevant and important in modern science and industry. The formation of such complexes allows the creation of new materials with improved properties, which is used in various fields, such as catalysis, electronics, magnetic materials and others.

Keywords: stabilization, copper, germanium, ions, quantum.

1799