Complexes des métaux de transition – couleur, indice de coordination et géométrie
ChimieChimie minérale17–18 ansLaboratoire virtuel
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À suivre dans Chimie minérale
Un bécher contient le complexe aqua d’un ion de métal de transition (Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺) avec sa couleur réelle. Faites glisser le curseur de concentration du ligand (NH₃, Cl⁻ concentré, SCN⁻ ou OH⁻) pour que le ligand remplace peu à peu les molécules d’eau de la sphère de coordination : la couleur de la solution évolue vers celle du nouveau complexe, et un modèle 3D orientable montre la bonne géométrie octaédrique, tétraédrique ou plan carré, avec la formule du complexe et l’indice de coordination. L’écran d’éclatement des orbitales d : choisissez un ion (Ti³⁺, Cr²⁺/Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺/Fe³⁺, Co³⁺, Cu²⁺) et un ligand de la série spectrochimique I⁻ < Cl⁻ < H₂O < NH₃ < en < CN⁻ < CO pour voir Δo = hν, la longueur d’onde absorbée et la couleur complémentaire, le spin fort ou faible en comparant Δo à l’énergie d’appariement, les électrons célibataires et le moment μ = √(n(n+2)) μB mesuré avec une balance de Gouy. L'écran Tubes à essai : ajoutez NaOH, NH₃ ou Na₂CO₃ goutte à goutte puis en excès à Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cr³⁺, Al³⁺ ou à une solution inconnue, lisez le pH et notez les précipités, le caractère amphotère et le CO₂.
Leçon : Complexes de coordination : atome central, ligands, indice de coordination, géométrie et couleur
Ce qu’elle montre
Un complexe d’un métal de transition comporte un ion métallique central lié à des ligands, molécules ou ions qui cèdent des doublets d’électrons. Dans l’eau, l’ion existe sous forme d’aquacomplexe ; un ligand ajouté remplace des molécules d’eau et peut modifier l’indice de coordination, la géométrie et la couleur. Six ligands donnent en général un complexe octaédrique, quatre un complexe tétraédrique ou plan carré. La couleur vient de ce que les ligands séparent les niveaux d’énergie des orbitales d et que le complexe absorbe une partie de la lumière visible, comme le bleu intense de Cu²⁺ avec un excès de NH₃. L’écran d’éclatement d montre les niveaux t₂g et e_g séparés de Δo, qui augmente le long de la série spectrochimique et avec la charge de l’ion ; la lumière d’énergie hν ≈ Δo est absorbée, et Δo comparé à l’énergie d’appariement décide si le complexe est à haut ou à bas spin. Sur l'écran Tubes à essai, la quantité de réactif décide de ce qui se forme : les hydroxydes précipitent, certains se redissolvent en excès, et les ions 3+, plus acides à cause de leur densité de charge plus élevée, libèrent du CO₂ du carbonate.
Mode d’emploi
Choisissez un Ion métallique central et un Ligand ajouté, puis faites glisser le curseur Concentration de ligand ajoutée à partir de 0 M. Observez la couleur de la solution changer à mesure que les ligands remplacent l’eau, et lisez dans la ligne d’équation la formule, l’indice de coordination et la géométrie. Avec Afficher le modèle 3D du complexe activé, faites tourner le modèle boules et bâtonnets. Certaines combinaisons donnent un précipité ou aucun changement net, ce qui nourrit aussi la discussion. Dans l’onglet Éclatement d, choisissez un Ion métallique et un Ligand (ou touchez la série), comparez Δo à P, lisez la couleur et activez l’aimant de la balance de Gouy pour mesurer le moment. Dans Tubes à essai, choisissez une Solution et un Réactif, ajoutez des gouttes, puis un excès, et appuyez sur Noter ; essayez Inconnue pour identifier un ion.
Paramètres modifiables
- Ion métallique central Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺
- Ligand ajouté NH₃ en excès, Cl⁻ concentré (HCl), SCN⁻, OH⁻
- Concentration de ligand ajoutée 0–6 M
- Afficher le modèle 3D du complexe
- Écran Couleur et géométrie, Éclatement des orbitales d (Δo), Tubes à essai
- Ion métallique (écran d’éclatement) Ti³⁺, Cr²⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Cu²⁺
- Ligand dans la série spectrochimique I⁻, Cl⁻, H₂O, NH₃, en (éthylènediamine), CN⁻, CO
- Aimant de la balance de Gouy activé
- Solution (écran des tubes) Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Inconnue
- Réactif (écran des tubes) NaOH, NH₃, Na₂CO₃
Questions à explorer
- Dans le complexe formé par Cu²⁺ avec un excès de NH₃, quel est l’ion central et quels sont les ligands ?
- Pourquoi la couleur de la solution change-t-elle quand un nouveau ligand remplace les molécules d’eau ?
- Quelles géométries sont possibles pour un complexe d’indice de coordination 4 ?
- Pourquoi les solutions de Fe³⁺, Cr³⁺ et Al³⁺ libèrent-elles du CO₂ avec Na₂CO₃ alors que Cu²⁺, Fe²⁺ et Co²⁺ forment des carbonates ?
