สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน

        สารเคมีที่ได้ศึกษามาแล้ว เช่นKMnO_4   และ CuSO_4   เป็นสารประกอบของธาตุแทรนซิชัน สารประกอบของธาตุในกลุ่มนี้แตกต่างจากสารประกอบของโลหะในกลุ่ม A  อย่างไร นักเรียนจะได้ศึกษาสมบัติของสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีส เพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาสมบัติของธาตุแทรนซิชันอื่นๆ ต่อไป

การทดลอง 3.3  การศึกษาสมบัติของสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีสตอนที่ 1  สารประกอบของโครเมียม
1.  ใส่สารละลาย K_2 Cr_2 CO_7   0.1 mol/dm^3จำนวน0.5 dm^3ลงในหลอดทดลองขนาดเล็ก
2.  เติมสารละลายH_2 SO_4  1 mol/dm^3 จำนวน0.5 dm^3เขย่า สังเกตสีของสารละลาย
3.  เติมสารละลายH_2 O_2   เข้มข้นร้อยละ  6  โดยปริมาตร จำนวน  0.5 mol/cm^3เขย่า สังเกตการเปลี่ยนแปลง

ตอนที่ 2  สารประกอบของแมงกานีส
1.  ใส่ NaOH  0.5 g ลงในหลอดทดลองขนาดกลางและใส่  MnO_2   ลงไปจำนวน 0.33 g โดยให้อยู่บน NaOH แล้วเผาจน NaOH หลอมรวมเป็นเนื้อเดียวกับMnO_2    ตั้งไว้ให้เย็นแล้วเติมน้ำกลั่นลงไป  5 cm^3เขย่า และตั้งไว้จนส่วนที่ไม่ละลายตกตะกอน สังเกตสีของสารละลาย
2.  รินสารละลายจากข้อ  1  ประมาณ 2 cm^3ใส่ในหลอดทดลองขนาดกลาง  เติมสารละลายH_2 SO_4   1 mol/dm^3ลงไป 1 cm^3เขย่าและสังเกตการเปลี่ยนแปลง
3.  หยดสารละลายNa_2 S   0.1 mol/dm^3ลงในสารละลายข้อ 2 ทีละหยดและเขย่าจนตะกอนไม่เกิดเพิ่มขึ้น สังเกตสีของตะกอนและสารละลาย กรองแล้วเก็บสารละลายที่กรองได้ไว้ทำการทดลองต่อไป
4.  รินสารละลายจากข้อ 3  ประมาณ  2 cm^3เติมสารละลายNaOH  2mol/dm^3ลงไปทีละหยดพร้อมกับเขย่า สังเกตสีของตะกอนที่เกิดขึ้นครั้งแรก แล้วเขย่าต่อไปอีกประมาณ  2  นาทีสังเกตสีของตะกอนและสารละลาย


ตาราง 1.3 สีของสารประกอบและไอออนของโครเมียมและแมงกานีสในน้ำ

*  ไม่ละลายน้ำ

                  -  สารที่เกิดขึ้นจากการทดลองในแต่ละตอนคือสารใดบ้าง ให้พิจารณาโดยเทียบกับสีของสารและไอออนในตาราง 3.7
                  -  เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในการทดลอง
                  -  เลขออกซิเดชันของแมงกานิสและโครเมียมในแต่ละปฏิกิริยามีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร
                  -  สีของสารมีความสัมพันธ์กับเลขออกซิเดชันหรือไม่ อย่างไร

                   เมื่อเปรียบเทียบสีของสารละลายจากผลการทดลองกับข้อมูลในตาราง 3.7  รวมทั้งใช้ความรู้เกี่ยวกับเลขออกซิเดชันของธาตุ สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจากผลการทดลองในตอนที่  1  ได้ว่า  เมื่อเติมกรดซัลฟิวริกลงในสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมต สารละลายยังคงมีสีส้มแสดงว่า {\rmCr}_{\rm 2} O_7^{2 - }ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง เมื่อเติมสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลงไปอีกสารหนึ่ง สารละลายเปลี่ยนเป็นสีเขียว แสดงว่าโครเมียมอะตอมใน{\rm Cr}_{\rm 2} O_7^{2 - }ซึ่งมีเลขออกซิเดชัน  +6  เปลี่ยนเป็น Cr^3+ซึ่งมีเลขออกซิเดชัน  +3  เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในตอนที่ 1 ได้ดังนี้


ในทำนองเดียวกันจากการทดลองตอนที่  2  เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นได้ดังนี้

        จากผลการทดลองทั้งสองตอนทำให้ทราบว่าโครเมียมและแมงกานีสมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่านอกจากนี้สารประกอบของทั้งโครเมียมและแมงกานีสที่มีเลขออกซิเดชันแตกต่างกันจะมีสีแตกต่างกันด้วย เช่นโครเมียมที่มีเลขออกซิเดชัน  +2  และ  +3  จะมีสีฟ้าและเขียว ตามลำดับ ส่วนแมงกานีสที่มีเลขออกซิเดชัน  +3   +6  และ  +7 จะมีสีน้ำตาล สีเขียว และสีม่วงแดงตามลำดับ
                  นักเรียนคิดว่าเพราะเหตุใดโครเมียมและแมงกานีสจึงมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เพื่อเป็นแนวทางในการอธิบายธาตุเทรนซิชันอื่นๆ ให้พิจารณาตัวอย่างการจัดเรียงอิเล็กตรอนของโครเมียมและโครเมียมไอออนในตาราง 1.3

        จากตาราง 1.3  จะพบว่าโครเมียมเกิดเป็นไอออนที่มีประจุได้ตั้งแต่  +1  ถึง  +6  โดยที่การเกิดเป็น [tex]Cr^ +[/tex]อะตอมจะเสีย  1 อิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดก่อนคือ 4s เมื่อเกิดเป็นไอออนที่มีประจุสูงขึ้น อะตอมจะเสียอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงาน 3d การที่โครเมียมสามารถให้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ถัดเข้าไปจากระดับพลังงานนอกสุดและเกิดเป็นไอออนที่เสถียร ทำให้โครเมียมมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ธาตุแทรนซิซันอื่นๆ ก็สามารถให้อิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกับโครเมียมและมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่าจึงเกิดสารประกอบได้หลายชนิดซึ่งนักเรียนได้ศึกษาเลขออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบของธาตุเหล่านี้มาแล้ว
วีดีโอการศึกษาสมบัติของสารประกอบโครเมียมและแมงกานีส  





5 ความคิดเห็น:

สมัครสมาชิก: บทความ (Atom)