Chemia metali przejściowych 0600-S2-O-CMP

Wykład
Celem wykładu jest zapoznanie studentów z podstawami chemii pierwiastków przejściowych, zarówno w aspekcie teoretycznym, jak i utylitarnym. Obejmuje następujące treści programowe: wprowadzenie do chemii metali przejściowych (konfiguracje elektronowe, zmiany właściwości w obrębie grupy i okresu, porównanie właściwości pierwiastków szeregu 4 i 5d z 3d); teorię pola krystalicznego (rozszczepienie orbitali d w polach o różnych symetriach, czynniki wpływające na wielkość rozszczepienia, ESPK, energia wymiany, ESPO, koordynacja kwadratowa, spinele – budowa i zastosowanie); teorię pola ligandów (diagramy orbitali molekularnych, wiązania pi, porównanie koordynacji kwadratowej z tetraedryczną, szeregi nefeloauksetyczne); spektroskopię elektronową związków metali przejściowych (rodzaje i intensywność przejść elektronowych, reguły wyboru, stany elektronowe, rozszczepienie termów stanu podstawowego, diagramy Orgela i Tanabe-Sugano, wpływ budowy i konfiguracja elektronowa kompleksu na przejścia d-d); związki metali przejściowych w stanie stałym (znaczenie stanu stałego, substancje stałe szeregów 3, 4 i 5d); związki niestechiometryczne (defekty sieciowe, tworzenie, budowa i znaczenie związków niestechiometrycznych); reakcje w fazie stałej (dyfuzja, reakcje rozpadu, reakcje ciało stałe-ciało stałe i ciało stałe-gaz); warstwowe związki koordynacyjne i interkalaty (otrzymywanie, budowa i znaczenie); nadprzewodnictwo w związkach metali przejściowych (otrzymywanie, struktura, nazewnictwo, zastosowanie); nowe materiały magnetyczne na bazie związków koordynacyjnych (magnesy molekularne, pojedyncze molekuły jako magnesy, materiały hybrydowe, zastosowania).

Laboratorium
Praca studenta w laboratorium koncentruje się na syntezie, reakcjach i charakteryzowaniu związków metali przejściowych przy użyciu wielu technik pomiarowych.

Synteza obejmuje m.in. kompleksy chromu(II), chromu(III) z kwasem pikolinowym i dipikolinowym w reakcji anacji akwakompleksu chromu(III), chromu(III) z chromu(VI) w wyniku reakcji redoks, związki metaloorganiczne chromu(III), związki manganu(III) i (VI), żelaziany(VI) metodą chemiczną i elektrochemiczną, związki żelaza(II) i (III), związki miedzi(II) w różnych rozpuszczalnikach, kompleksy niklu(II).

Problematyka eksperymentów uwzględnia: zastosowanie chromatografii jonowymiennej do rozdziału produktów akwatacji kompleksów chromu(III) z kwasem pikolinowym i dipikolinowym, i oczyszczenia izomeru cis-[Cr(C2O4)2(H2O)2]^(-); ustalenie stosunku molowego chromu do liganda w otrzymanych kompleksach za pomocą metody spektrofotometrycznej, sprawdzenie właściwości redoks jonów FeO4^(2-) i wnioskowanie na temat możliwości ich zastosowania; poznanie właściwości żelaza i jego związków koordynacyjnych na różnych stopniach utlenienia; właściwości spektroskopowe jonów typu MO4^(n-) (M = Cr(VI), Mn(VI), Mn(VII), Fe(VI)); zapoznanie z metodami oznaczania składu i wyznaczania stałej trwałości związków kompleksowych metodą serii izomolowych, metodą nasycenia i metodą nachyleń prostych; określenie składu kompleksów żelaza(II) z 2,2’-bipirydylem i niklu(II) z etylenodiaminą; oznaczenie składu i wyznaczenie stałej trwałości kompleksu żelaza(III) z jonem NCS^(-); spektrofotometryczne wyznaczenie stałej kwasowej barwnego jonu kompleksowego; właściwościami miedzi(II) jako centrum koordynacji; poznanie różnorodnych zastosowań związków chromu(II) i techniki pracy w atmosferze gazu obojętnego; utlenianie alkoholi przez Cr(IV); reakcje oscylacyjne wraz z określeniem wpływu warunków doświadczalnych na przebieg reakcji; wyznaczanie podatności magnetycznej metodą Faradaya.

Charakterystyka związków metali przejściowych obejmuje: nomenklaturę i izomerię związków koordynacyjnych; właściwości i sposoby koordynacji ligandów wielokleszczowych, właściwości kwasowo-zasadowe akwakompleksów; teorię pola krystalicznego i teorię pola ligandów; szereg spektrochemiczny ligandów; efekt Jahna-Tellera; interpretację widm elektronowych związków koordynacyjnych metali d-elektronowych; związek między barwą a strukturą elektronową kompleksów metali przejściowych; właściwości magnetyczne związków koordynacyjnych; kompleksy wysoko- i niskospinowe; wykorzystanie danych magnetochemicznych do ustalania konfiguracji elektronowych jonów metali 3dn elektronowych.