Metallien kompleksinmuodostus liuosfaasissa
Tulonen, Miikka (2011)
Kandidaatintyö
Tulonen, Miikka
2011
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201105171568
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201105171568
Tiivistelmä
Liuoksessa metallit muodostavat erilaisia koordinatioyhdisteitä epäorgaanisten ja
orgaanisten anionien ja neutraalien molekyylien kanssa. Erityisesti
siirtymämetalleilla on voimakas taipumus kompleksiyhdisteiden muodostamiseen
elektroneja sisältävien 3-, 4-, ja 5d orbitaaliensa johdosta. Samassa liuoksessa voi
samanaikaisesti esiintyä useita erilaisia, mutta samoista lähtöaineista
muodostuneita, kompleksiyhdisteitä.
Kompleksinmuodostusreaktiot ovat tasapainoreaktioita. Usein tasapainovakiot on
esitetty termodynaamisina tasapainovakioina eli ne ovat päteviä standarditilassa.
Standarditilan tasapainovakioista voidaan johtaa missä tahansa liuoksessa pätevät
vakiot erilaisten Debye-Hückel-teoriasta johdettujen laskentamenetelmien avulla.
Metalli-ligandiparin jakautuminen erilaisiksi kompleksiyhdisteiksi voidaan
mallintaa kun tunnetaan muodostumisreaktioiden tasapainovakiot.
Muodostumisreaktioiden tasapainovakioiden yhtälöistä voidaan johtaa
epälineaarinen yhtälöryhmä, joka voidaan ratkaista jollakin numeerisella
ratkaisimella. Esimerkiksi Matlab-ohjelmiston sisältämä fsolve-ratkaisin soveltuu
tällaiseen tehtävään. Osana tätä työtä on kirjoitettu Matlab-sovellus, jolla voidaan
mallintaa kationi-ligandiparin jakautumista koordinaatioyhdisteiksi tunnettujen
tasapainovakioiden perusteella. Metals form various coordinate compounds in a solution when inorganic and
organic anions and neutral molecules are present. Transition metals in particular
exhibit this tendency due to having electrons on 3-, 4- and 5d orbitals. Same
solution can simultaneously contain several different complex ions that were
formed from the same starting materials.
Reactions leading to a formation of complex ions are equilibrium reactions.
Formation constants for these reactions are often expressed as thermodynamic
equilibrium constants which are valid in the standard state. Formation constants in
any solution can be derived from the standard state equilibrium constants using
calculation methods derived from Debye-Hückel theory.
It is possible to model the distribution of complex ions in the system if the
equilibrium constants of their formation reactions are known. Expressions of
equilibrium constants can be used in deriving a set of nonlinear equations. This set
of nonlinear equations can be subsequently solved by using a numerical solver.
For example fsolve optimizer included in the Matlab software can be used in
solving this kind of task. Part of this work included writing of a Matlab routine
that can be used for modeling the distribution of coordinate compounds in the
system by using the formation constants.
orgaanisten anionien ja neutraalien molekyylien kanssa. Erityisesti
siirtymämetalleilla on voimakas taipumus kompleksiyhdisteiden muodostamiseen
elektroneja sisältävien 3-, 4-, ja 5d orbitaaliensa johdosta. Samassa liuoksessa voi
samanaikaisesti esiintyä useita erilaisia, mutta samoista lähtöaineista
muodostuneita, kompleksiyhdisteitä.
Kompleksinmuodostusreaktiot ovat tasapainoreaktioita. Usein tasapainovakiot on
esitetty termodynaamisina tasapainovakioina eli ne ovat päteviä standarditilassa.
Standarditilan tasapainovakioista voidaan johtaa missä tahansa liuoksessa pätevät
vakiot erilaisten Debye-Hückel-teoriasta johdettujen laskentamenetelmien avulla.
Metalli-ligandiparin jakautuminen erilaisiksi kompleksiyhdisteiksi voidaan
mallintaa kun tunnetaan muodostumisreaktioiden tasapainovakiot.
Muodostumisreaktioiden tasapainovakioiden yhtälöistä voidaan johtaa
epälineaarinen yhtälöryhmä, joka voidaan ratkaista jollakin numeerisella
ratkaisimella. Esimerkiksi Matlab-ohjelmiston sisältämä fsolve-ratkaisin soveltuu
tällaiseen tehtävään. Osana tätä työtä on kirjoitettu Matlab-sovellus, jolla voidaan
mallintaa kationi-ligandiparin jakautumista koordinaatioyhdisteiksi tunnettujen
tasapainovakioiden perusteella.
organic anions and neutral molecules are present. Transition metals in particular
exhibit this tendency due to having electrons on 3-, 4- and 5d orbitals. Same
solution can simultaneously contain several different complex ions that were
formed from the same starting materials.
Reactions leading to a formation of complex ions are equilibrium reactions.
Formation constants for these reactions are often expressed as thermodynamic
equilibrium constants which are valid in the standard state. Formation constants in
any solution can be derived from the standard state equilibrium constants using
calculation methods derived from Debye-Hückel theory.
It is possible to model the distribution of complex ions in the system if the
equilibrium constants of their formation reactions are known. Expressions of
equilibrium constants can be used in deriving a set of nonlinear equations. This set
of nonlinear equations can be subsequently solved by using a numerical solver.
For example fsolve optimizer included in the Matlab software can be used in
solving this kind of task. Part of this work included writing of a Matlab routine
that can be used for modeling the distribution of coordinate compounds in the
system by using the formation constants.