Proef 44   Kameleon.
februari 2013



Benodigde chemicaliën en spullen:
Proef44a.jpg
De kristallen in de petrischaal.
Ged. water (H2O):16 mL
Chroomaluin (KCr(SO4)2·12H2O): 0,15 gram
Ammoniumheptamolybdaat
             ( (NH4)6Mo7O24·4H2O):		  
0,32 gram
Horlogeglas Ø 7,5 cm of petrischaal:1
Bekerglazen of erlenmeyers 250-400 mL:3
Reageerbuizen:2
Vergrootglas; reageerbuisrekje of -klem.


Voorbereiding:

Los in een reageerbuis 0,15 gram chroomaluin op in 8 mL ged. water. Los in een andere reageerbuis 0,32 gram ammoniumheptamolybdaat op in 8 mL water. Laat beide oplossingen afkoelen tot ca. 15°C.
Zorg voor bekerglazen of erlenmeyers waarin een reageerbuis au bain marie verwarmd of gekoeld kan worden. Doe er kraanwater in. Verwarm er één tot ruim 30°C, één tot ruim 70°C, en doe in één ijs voor 0°C.

Uitvoering van de proef:

Schenk de molybdaatoplossing bij de purperpaarse chroomaluinoplossing. In korte tijd verandert de kleur in helder groen. Maar wacht een kwartiertje: geleidelijk wordt de oplossing grauwgrijs.
Zet dan de reageerbuis in het glas met water van ruim 30°C. De kleur verandert nu in donkergrijs. Vervolgens verwarm je verder door de reageerbuis te plaatsen in het water van ruim 70°C. De kleur wordt paarsig. Daarna zet je de reageerbuis in het ijswater. De kleurt verandert weer, nu in roze.
Nadat je deze kameleontische kleurveranderingen hebt waargenomen, giet je de inhoud van de reageerbuis in een bekerglas. Damp de oplossing wat in. Niet te snel: de oplosing mag niet droog­koken. Schenk de geconcentreerde oplossing nu op een horlogeglas of in een petrischaaltje. Laat alles rustig afkoelen. Er zullen zich kristalletjes vormen die met een vergrootglas te bekijken zijn. Ze zijn prachtig roze. Indien ze zich niet vormen, damp je de oplossing wat verder in of laat je de oplossing aan de lucht wat verder indampen op een warme plaats.
Proef44b.jpg
De reageerbuis bij 70°.

Verklaring:

De bruto-ionenvergelijking luidt:
14 Cr3+ + 12 Mo7O246- + 48 H2O  → 14 H6[Cr(MoO4)6]3- + 12 H+

De roze kristallen bestaan uit het heptahydraat van het ammoniumzout van het bovenstaande chroom-molybdeencomplex. De formule daarvan luidt:  
(NH4)3H6[Cr(MoO4)6]·7H2O
Bij verder indampen ontstaan ook witte kristallen van kalium-, ammonium- en waterstofsulfaten.

Na afloop van de proef:

De restanten gaan als chemisch afval van zware metalen naar de milieustraat.


Proef44c.jpg

  1. de beide oplossingen vóór het samenvoegen
  2. meteen na het mengen, 15°C
  3. na 10 minuten
  4. na 15 minuten
  5. bij 30°C
  6. bij 30°C
  7. bij 75°C
  8. bij 0°C
  9. tijdens het indampen

Nadere beschouwingen van de M.S.

Bij de verklaring van deze proef valt het woord chroommolybdeencomplex. De formule van het bedoelde complex luidt: H6[Cr(MoO46]3¯ . Erg ingewikkeld ("complex"!) dus...
Het eenvoudigste en bekendste complex is dat van Fe3+ en SCN¯. Zie Binas, tabel 47. Hoe kan een complex dan toch eenvoudig zijn? Complex heeft in de scheikunde een iets andere betekenis dan in het dagelijks leven. Complex betekent in de scheikunde: samengesteld. Het zijn deeltjes - meestal ionen - die samengesteld zijn uit andere deeltjes (doorgaans ook ionen).

Centraal deeltje

Het centrale deeltje is meestal een metaalion. En wel van een metaal uit de groepen 3 tot en met 12 van het periodiek systeem. Die noem je de overgangsmetalen. Zie Binas, tabel 99. Je ziet het daar als het zogenaamde d-blok met Sc, Zn, Rf, en Cp op de hoekpunten. Bijvoorbeeld Fe. De eerste drie perioden van de groepen 3 tot en met 12 zijn leeg. Dat komt doordat deze atomen te klein zijn om elektronenschillen te hebben met meer dan acht elektronen. Zoiets komt ook voor in de eerste periode: daar zijn de atomen zelfs zo klein dat hun elektronenschil maar twee elektronen kan bevatten. Daarom is de eerste periode zelfs van groep 2 tot en met groep 17 leeg. Hoe verder je in het periodiek systeem komt, hoe groter de elektronenschillen worden. Ze worden zo groot dat er een onderverdeling is: subschillen. De subschillen worden aangeduid met letters. De letters s, p, d, en f.
 s  2
p 6
d 10
f 14
    
Hoeveel elektronen daarin passen, zie je in het tabelletje links.
Wat is er nu aan de hand met het d-blok in het periodiek systeem? Daar worden de d-subschillen gevuld. Er zijn dus d-schillen die nog ruimte over hebben. Die d-schillen kunnen zich vullen met de zogenaamde vrije elektronenparen van de liganden.

Liganden

Liganden zijn letterlijk: "aanliggers". Een van die liganden is SCN¯. De structuurformule van SCN¯ is S=C=N¯. Dat klopt met de covalentie (aantal mogelijke bindingen) van S, (die is 2, hoewel 4 en 6 ook mogelijk zijn), die van C (covalentie 4), maar niet die van N, want daar is de covalentie 3 van, en hier lijkt die 2. Daarom heeft N een vrij elektronenpaar. Dat zijn twee elektronen die wel een binding zouden kunnen verzorgen, maar dat vooralsnog niet doen. Een soort doodlopende atoombinding dus: het ene atoom is er, de binding ligt klaar (een elektronenpaar) maar er is geen tweede atoom: er valt dus niets te binden: het elektronenpaar is vrij. Het heet ook wel een niet-bindend elektronenpaar. Dat wordt aangegeven met een streep: S=C=N| ¯ ; hier vertikaal, maar als er meer van dit soort paren in het spel zijn, kunnen die ook horizontaal boven en onder het atoomsymbool worden geschreven.

Het maken van het complex

Misschien begrijp je het al: het metaal dat in zijn d-subschil ruimte heeft, "wil" graag een vrij elektronenpaar van een ligand hebben. Dus koppelen ze. Het aldus ontstane deeltje heet een complex. Bijvoorbeeld FeSCN2+(aq). Het complex is vaak zelf weer een ion: een complex ion. Voor de kleur zie Binas, tabel 65.
In H6[Cr(MoO4)6]3¯ is MoO42¯ de ligand. Daar zijn er zes van. Eigenlijk MoO4H¯, vandaar die 6 H-atomen vooraan in de formule. De O's van MoO42¯ hebben vrije elektronenparen. Het centrale deeltje is Cr3+. Even controleren: 3+ en 6- is inderdaad 3-. Cr3+ heeft zijn hele d-subschil leeg. Het zou dus nog vier molybdaatliganden van MoO4H¯ erbij kunnen gebruiken, maar daar zijn ze met z'n allen te "dik" voor.