W wodnym roztworze siarczanu(VI) miedzi(II) jony Cu2+ występują w postaci akwakompleksu [Cu(H2O)6]2+, w którym liczba koordynacyjna wynosi 6, a ligandami są cząsteczki wody. Jeśli do takiego roztworu wprowadzone zostaną odpowiednie aniony lub cząsteczki, może przebiec reakcja wymiany ligandu na inny. Na przykład jony chlorkowe lub cząsteczki amoniaku tworzą z jonami Cu2+ kompleksy o liczbie koordynacyjnej 4.
W badaniach kinetycznych rozróżnia się dwa możliwe mechanizmy wymiany ligandów. W pierwszym następuje powolne odszczepienie z kompleksu jednej cząsteczki lub jonu stanowiącego ligand, co klasyfikuje się jako reakcję jednocząsteczkową. W trakcie następującego po nim etapu szybkiego następuje przyłączenie w miejsce odchodzącego ligandu nowej cząsteczki lub jonu. Podczas drugiego z mechanizmów wymiany ligandu, w etapie wolnym następuje przyłączenie nowego ligandu, co klasyfikujemy jako reakcję dwucząsteczkową. W etapie szybkim natomiast dochodzi do odszczepienia ligandu jaki pierwotnie znajdował się w jonie kompleksowym. Opisane mechanizmy wymiany ligandu można przedstawić według poniższych schematów, na których literą M umownie oznaczono kation centralny w jonie kompleksowym, A oraz B są ligandami, natomiast k1 oraz k2 to stałe szybkości poszczególnych etapów reakcyjnych:
W temperaturze 25 oC pod ciśnieniem normalnym przeprowadzono doświadczenie chemiczne. Schemat jego przebiegu ilustrują fotografie 1.–3. Nad strzałkami wpisano wzory substancji oraz postacie w jakich zostały one wykorzystane podczas tego eksperymentu:
Reakcję wymiany ligandu klasyfikuje się jako substytucję, w której wymieniana w odpowiednim etapie drobina (cząsteczka lub jon) ma co najmniej jedną wolną parę elektronową. Podczas przeprowadzonego doświadczenia, każdorazowo wymieniane były wszystkie ligandy.
Określ jakim czynnikiem – elektrofilowym, czy nukleofilowym dla kationu miedzi(II) są amoniak, woda oraz jony chlorkowe.
© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone