實驗
20鈷錯鹽的製備與光譜鑑定
一、目的 : 學習簡單錯鹽的製備方法，並以可見光譜來鑑定所合成之順
式與反式錯鹽異構物，進而學習以晶場論解釋之。
二、原理
錯鹽化合物包含了一個中心金屬離子和與之配位鍵結的數個配
位基，後者可能是中性分子或陰離子。中心金屬離子的配位數可有
二到十以上的變化，但最常見的是四配位與六配位的錯鹽化合物。
錯鹽化合物常見帶有不同的顏色，有順磁 (paramagnetic) 或逆磁
(diamagnetic) 的磁性。針對這些特性，數種理論被發展出來解釋它
們。其中，晶場論 (crystal field theory) 走假設配位基走帶負電的點
電荷中心，當其與中心金屬離子形成錯鹽化合物時，金屬離子上原
本等能量的五個d軌域會因配位基幾何位置的不同，而感受到不同程
度的斥力，因而能于含相對的提昇或下降。對八面體結構的六配位
錯鹽，中心金屬的五個d軌域之能量含分裂成兩個能階。其中，正對
著配位基的dMyz與dzz軌域因斥力大，而位於高能階。其他三個軌域
(dxy、dp、dzx) 則位於低能階。此兩個能階問的能量差，八。，會隨
配位基的化學組成而異。造成能童差大的為強場配位基，反之則為
弱場配位基。由光譜的測定，可把常見的配位基按晶場強弱關係排
出 ， 此關係稱為 '光譜化學系列」 (spectrochemical sehes) 。其順
序為
I" 二 Br" 二 Cl" 二 F" 二 OH" 二 C2042， 二 Hd0
二 pyhdine 斗 NH3 二 en 二 CN" 二 C。
其中en走二胺基乙烷 (ethylene diamine) 的簡稱，其結構上的兩個氮
原子都可配位鍵結到中心金石離子上，故為雙配位基 (bidentate
ligand ) 。
本實驗中，以合成順式及反式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷(川I)錯合
物 (cis,trans-[Co(en)zCIz]Cl) 為主題。 此錯合物包含一個三價中心鈷
離子，並有兩個氯離子與兩個二胺基乙烷與之配位鍵結形成八面體
結構。由於兩個氯離子所佔位置可在入面體的六個頂點的相鄰兩點
或不相鄰的相對兩頂點，而形成順式與反式兩種幾何異構物的錯
鹽。此兩種異構物中的鈷離子感受到的晶場不同，因此顏色也有
異。順式為紫色，反式為綠色，兩者的性質亦有差異。因此在製備
過程中先合成反式異構物。將綠色的反式異構物在水浴中加熱，則
可產生異構化反應，得到紫色的順式異構物。製備得兩種異構物
後，將利用分光光譜儀，量測兩個異構物的水溶液光譜。從所得光
譜可比較兩異構物中心鈷離子感受到的晶場強弱之差異。
三、儀器
量筒 ( 1OO mL)
蒸發m (2個)
燒杯 (400 mL)
分光光譜儀
水流抽氣機
抽氣過濾裝置
玻棒
容槽
四、藥品
六水合氯化亞鈷 (COClz．6Hz0)
10% 二胺基乙烷 (HzNCHzCHzNHz)
乙醇 (CH3CHzOH)
，水
l2M 濃鹽酸 (HCl)
l5 M 濃氨水 (NH3(、巾 )
10% 雙氧水 (HzOz)
濾紙
五、實驗步驟
( 一 ) 、反式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷(WI) ( [Co(en)zClz]C1)
使用乾淨的蒸發皿，稱量約2 g CoClz．6HzO固體，記錄精確重
量。#pA8 mL之l0%二胺基乙烷溶液，攪拌使固體全溶
2． 在排煙櫃中，將2 mL lO% HzOz叫)，慢慢滴加入蒸發皿中
在煮沸水的燒杯上，利用蒸氣浴加熱並攪拌40分鐘。
註 : 在此步驟中 ，鈷(II)氧化為鈷(III)。 注意 : 勿將Hz0;
膚。
3． 慢慢加入l2 mL之l2 M濃鹽酸，然後繼續加熱攪拌，直
現一薄層片狀固體時停止加熱，讓溶液冷卻到室溫。
4． 改用冰水浴使結晶完全析出。
5． 使用抽氣過濾法收集綠色的固體產物，並用*65 mL6g乙
體 ; 持續抽氣*65&10分鐘待產物表面略乾後，將其移
蒸發皿中，放入溫度保持在110&12O"C的烘箱內烘2&3
走HCI。
6． 稱量綠色產物的精確重量並計算其產率。
( 二 ) 、 順式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷(mI) (cis[[Co(en)zClz]Cl)
7． 使用乾淨的蒸發皿，稱量約0．3 g反式氯化二氯雙二胺基乙烷鈷
(III)， 記錄精確重量。
註 :將此反式錯鹽儘量集中放在蒸發皿中央。
8． 逐滴加入蒸餾水，以最少量的水將固體溶解，並在蒸氣浴上加熱
數分鐘後，再加入2-3滴濃氨水。
註 : 水過量，會使反式錯鹽無法轉變成順式錯鹽。
9． 將蒸發皿放在沸騰水蒸汽浴上加熱，直到出現深紫色固體。
10、若仍有綠色反式錯鹽殘存，則重覆步驟8、9，再進行溶解、蒸發
一次。
11．將此紫色順式錯鹽刮下，放在乾淨稱量紙上，實驗後與順式錯鹽
一起交給老師回收。
(三) 、可見光吸收光譜鑑定
12．開啟分光光譜儀的電源預先熱機，分光光譜儀的使用法請參考附
錄 (10) 。
13．選取兩支透過率相近的容槽，一支裝蒸餾水作為參考溶液，另一
支裝試樣溶液，以進行下面的光譜測定。
註 :取玫支容棺內裝蒸餾水，先將光譜儀歸零後，再調整參考溶
液的透過率為100%，選擇透過率相近的兩支容槽。
14、稱取*60．l g反式錯鹽產物，#p2O mL65蒸餾水混合均勻後，加適
量於容槽中。
註 : 容槽應先用少量試樣溶液潤洗。
15．將光譜儀之測定波長設定於400 nm，放入裝參考溶液之容槽，依
序先調整儀器歸零、再調整參考溶液之透過率為100%，改放入
裝待測試樣的容槽，量測並記錄其吸收度。
16．以每次增加25 nm的間隔改變分析波長，量測試樣溶液在400勺
700nm不同波長下之吸收度。
註 : 每改變一次波長，均應重新以參考溶液再校正儀器一次。
17．以波長為橫軸，吸收度為縱軸作固。
18．重覆步驟13&17，測定順式鈷錯鹽之吸收光譜固。
19．廢液舍重金屬，守驗後回Ht。
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