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.
Napisz w formie jonowej skróconej sumaryczne równanie reakcji wymiany ligandu, której przebieg doprowadził do powstania roztworu widocznego na fotografii 2. oraz sumaryczne równanie reakcji wymiany ligandu, której przebieg doprowadził do powstania roztworu widocznego na fotografii 3. z roztworu, który przedstawia fotografia 2.
Równanie pierwszej reakcji:
Równanie drugiej reakcji:
© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone