Synthèse de complexes du nickel
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2008-05-18T21:43:07Z
DumZiBoT
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{{ébauche chimie}} -> {{ébauche réaction chimique}}
{{Ébauche|réaction chimique}}
Nous désirons synthétiser 3 différents [[complexe (chimie)|complexes]] du [[nickel]] dont le nombre d’[[atome]]s coordonnés varient de 4 à 6 ainsi que leurs propriétés optiques et magnétiques.
== Principe ==
Beaucoup de [[composé organique|composés organiques]], qui contiennent 2 atomes ou plus capables de coordonner en [[ion]]s métalliques, agissent comme des [[ligand (chimie)|ligands]]. Avec des ions [[métal]]liques [[valence (chimie)|bivalents]] il est souvent facile de les isoler de la [[solution (chimie)|solution]] complexe aqueuse n’ayant pas de charge globale (les charges négatives des ligands équivalents les charges positives de l’ion métallique). Ainsi, si le composé organique a une charge négative (salicylaldehyde), le complexe qui contient deux ligands organiques et des ions bivalents métalliques a une [[solubilité]] faible dans l’[[eau]]. Les complexes préparés dans cette expérience sont les dérivés nickel (II) des phénols substitués.
Par un choix approprié du composé organique, il est possible de préparer des complexes métalliques dans lesquels le nombre d’atomes coordonnés à l’ion central varie (ici de 4 à 6). Dans cette expérience les complexes que nous allons former sont :
* bis (salicylaldehydato) nickel (II) dihydraté : Complexe I
* bis (salicylideneiminato) nickel (II): Complexe II
* bis (N-s butylsalicylideneiminato) nickel (II): Complexe III
Le complexe I a une structure contenant 6 atomes d’[[oxygène]] coordonnés des trois types différents. Les composés [[imine]]s ou [[base de Schiff|bases de Schiff]], ressortent quand le salicylaldéhyde est traité avec de l’[[ammoniac]] ou certaines [[amine (chimie)|amines]] ([[méthylamine]] ou [[éthylamine]]) peuvent former des complexes similaires bien qu’il n’y ait plus que 4 atomes coordonnés (2 [[azote]]s et 2 [[oxygène]]s). Les 4 atomes coordonnés sont tous en plan comme illustré dans le schéma de synthèse. Bien qu’il ne soit pas immédiatement évident, la distance entre le groupe N-R et l’oxygène voisin est très faible. Si R est grand, il n’est pas forcément possible d’avoir les atomes coordonnés dans le plan. Pour le complexe III, la structure aura donc un arrangement [[tétraèdre|tétraédrique]].
La couleur des complexes formés est différente bien que pour les complexes II et III les atomes coordonnés au métal sont les mêmes. La couleur est due à l’absorption de la lumière favorisant les électrons, et spécialement les électrons [[Orbitale atomique|d]] aux niveaux d’énergie les plus élevées associées au nickel. Les niveaux et par conséquent les couleurs sont affectés par le changement de la [[stéréochimie]] des complexes.
Le complexe I est [[paramagnétique]], les [[électron]]s sont attirés par un [[champ magnétique]]. Le complexe II est [[diamagnétique]], les électrons sont repoussés par un champ magnétique. Le complexe III a des propriétés physiques intermédiaires.
Nous pourrons déterminer la teneur en nickel des complexes formés par [[dosage gravimétrique]]. Nous ne pourrons cependant effectuer cette analyse que sur le complexe I et III car le complexe II reste insoluble. Le dosage gravimétrique consiste à premièrement solubiliser les ions Ni<sup>2+</sup>. Nous les rendrons ensuite insoluble en les faisant complexer avec la [[diméthylglyoxime]] (DMG). Grâce à un excès d’[[ammoniaque]], le complexe va précipiter. Nous n’aurons plus qu’à filtrer la solution et peser le solide obtenu pour pouvoir calculer la concentration en ion Ni<sup>2+</sup>. L’ammoniaque est utilisé car le précipité devient insoluble dans les solutions ammoniacales diluées.
[[Image:Dosage grav.JPG]]
== Schéma de la synthèse ==
Formation du complexe I :
[[Image:Complexe 1 reac.JPG]]
La réaction mise en œuvre ici est une réaction de complexation. Pour cette complexation, les ligands seront :
- le salicylaldehyde qui sera ici un ligand bidentate car il se fixe à l’ion métallique par deux atomes en même temps.
- l’eau qui est un ligand [[monodentate]]
La purification du complexe se fera par une simple filtration puis un lavage du fait de sa faible solubilité. La caractérisation du complexe pourra se faire par [[spectroscopie infra-rouge]] (IR) car nous avons pu trouver un spectre de référence. L’analyse CHNS-O permettra de déterminer le pourcentage d’atomes de [[Carbone]], d'[[Hydrogène]], d'[[azote]] et de [[soufre]] contenu dans la molécule.
Formation du complexe II à partir du complexe I obtenu précédemment :
[[Image:Complexe 2 reac.JPG]]
Pour former ce complexe, nous procèderont à une substitution de l’atome d’oxygène par un atome d’azote qui entraine une [[déshydratation]] du complexe. Le ligand est à nouveau bidentate. La purification du complexe se fera par une simple [[filtration]] puis un lavage du fait de sa faible solubilité. La caractérisation du complexe ne pourra pas se faire par [[spectroscopie infrarouge]] (IR) car nous n’avons pas pu trouver un spectre de référence. L’analyse CHNS-O permettra de déterminer le pourcentage d’atomes de C, H, N, S contenu dans la molécule.
Formation du complexe III à partir du complexe I obtenu précédemment :
[[Image:Complexe 3 reac.JPG]]
Pour former ce complexe, nous procèderont à une substitution de l’atome d’hydrogène par la [[chaine carbonée]] du s-butylamine. Le ligand est à nouveau [[bidentate]]. La purification du complexe se fera par une simple filtration puis un lavage du fait de sa faible solubilité. La caractérisation du complexe ne pourra pas se faire par spectroscopie infrarouge (IR) car nous n’avons pas pu trouver un spectre de référence. L’analyse CHNS-O permettra de déterminer le pourcentage d’atomes de C, H, N, S contenu dans la [[molécule]].
== Mode Opératoire ==
* Synthèse du bis (salicylaldehydato) nickel (II) dihydrate (I)
Dissoudre 15g de fine poudre d’[[acétate de nickel]] tetrahydraté dans 250 ml d’eau, dans un [[ballon (chimie)|ballon]] de 1 L. Ajouter 250ml d’[[éthanol]] et doucement 12.6 ml de [[salicylaldehyde]] en mélangeant vigoureusement. Chauffer la solution au [[bain-marie]] et a reflux pendant 30 min en agitant fréquemment pour homogénéiser la réaction. Laisser refroidir (pendant au moins 1h), filtrer le [[précipité]] [[cristal]]lin et laver à l’eau, à l’éthanol puis avec un minimum d’[[Éther diéthylique|éther]]. Sécher le produit à l’[[étuve]] (70-100°C), on obtient un solide de couleur vert clair.
L’[[acétate de nickel]] tetrahydraté peut être difficile à dissoudre dans l’eau, mais en chauffant légèrement il se dissout en 20 minutes. Il faut faire attention à ne pas chauffer trop rapidement sinon il se forme un précipité insoluble qu’il faut filtrer avant d’ajouter de l’éthanol.
* Synthèse du bis (salicylideineiminato) nickel (II)
!!!!!Manipuler impérativement sous la hotte : présence d’ammoniac!!!!
Chauffer au bain-marie et a reflux dans un ballon de 250mL une suspension de 3.4g de bis (salicylaldehydato)-nickel (II) di hydraté dans 20ml d’éthanol et 20ml d’une solution d’ammoniac à 35%. Chauffer jusqu'à que la solution reflux. Agiter doucement le ballon à intervalle régulier jusqu'à ce que la réaction soit complète (30 min).Refroidir, filtrer le précipité cristallin et laver à l’éthanol puis à l’éther. On obtient une solution de couleur rouge.
* Synthèse du bis (N-s-butylsalicylideneiminato) nickel (II)
Chauffer au bain marie et à reflux dans un ballon de 250mL une suspension de 3.4g de bis (salicylaldehydato) nickel (II) di hydraté, dans 25ml d’éthanol et 2.25ml de s-butilamine. Chauffer jusqu'à ce que la réaction soit complète (30 min).Filtrer la solution chaude et laisser refroidir doucement, on obtient une solution verte et il faut laisser reposer pendant au moins 1h30 pour voir apparaître des cristaux vert au fond du ballon . Filtrer le précipité cristallin (vert) et laver avec un minimum de méthanol froid. Sécher le produit à l’air puis dans l’étuve (40-50 °) puis pas plus de 70°C sinon le produit est détérioré.
* Dosage gravimétrique des ions nickel
Avant toute manipulation, laver et faire sécher a l’étuve pendant au moins 3h, 2 gooch, une fois qu’ils sont bien sec noté bien leur poids a vide. (1 :50.890g 2 : 49.421g)
Réaliser 2 fois cette manipulation en parallèle.
Peser et placer dans un [[bécher]] 0.25 g du complexe à dosé. Ajouter 10ml de [[acide chlorhydrique|HCl]] concentré et diluer avec environ 100ml d’eau. Chauffer a 70°C. Ajouter 25ml d’une solution de [[diméthylglyoxime]] (DMG) dans l’éthanol a 1% massique. Ajouter immédiatement après la DMG de l’ammoniac concentré goutte à goutte jusqu'à obtenir un pH=9 .Laisser reposer 30 à 40 minutes tout en agitant la solution (rouge). Sortir les gooch de l’étuve et placer les dans un dessicateur (pour éviter qu’il prenne l’humidité).
Pendant que les solutions reposent vérifier en prélevant quelques gouttes du liquide surnageant et ajouter de la DMG s’il y a formation d’un précipité rouge alors la réaction n’est pas complète et il faut rajouter un peu de DMG.
Une fois les solutions refroidies ainsi que les gooch, filtrer sous vide les solutions à travers les gouch, puis laver avec de l’eau et faire sécher a l’étuve (110°-120°C). Peser les gooch puis les remettre a l’étuve et re-peser jusqu'à obtenir deux fois la même masse. (On obtient un solide rouge)
<!-- Suggestion de présentation des annexes. Aide : http://fr.wikipedia.org/wiki/Aide:Notes et références -->
== Notes et références de l'article ==
<references/>
== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Nickel]]
* [[complexe (chimie)|Complexe]]
* [[Stéréochimie]]
* [[chimie des solutions]]
=== Liens et documents externes ===
*
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