Vad bildas när man häller i ammoniaklösning?

Först sker det du beskriver, dvs att det fälls koppar(II)hydroxid. Det beror på att man även tillför hydroxidjoner med ammoniaklösningen då ammoniak är en svag bas.

Det som sker om man tillsätter ytterligare ammoniak är att kopparjonerna i denna fällning kan reagera vidare och bilda något som kallas för ett kemisk komplex, i detta fall tetraamminkoppar(II) eller Cu(NH₃)₄²⁺. Det är ammoniakmolekyler som binder kovalent till kopparjonerna.

Varför bildas det inte Cu(NH₃)₄²⁺ när man bara häller i få droppar? Vad händer med OH^--jonerna, och hur kommer det sig att Cu²⁺-jonerna binder just 4 stycken ammoniakmolekyler och inte fler eller färre? 

Svaren till dessa frågor ligger egentligen utanför kemi 1. Att det bildas först när man tillsätter mer ammoniak beror på att det finns en kemisk jämvikt där bildandet av komplexet gynnas ju mer ammoniak man tillsätter. Kopparhydroxid å andra sidan är ett svårlösligt salt, så det kan bildas även när koncentrationen av hydroxidjoner är ganska låg.

Många övergångsmetalljoner kan binda till en eller ett flertal ligander (här: ammoniak och vatten). Denna komplexjon binder till fyra ammoniakmolekyler och två vattenmolekyler. Det är vanligt att metalljoner komplexbinder till vattenmolekyler, men det brukar man inte skriva ut i kemiska formler. Det finns alltså en kopparjonnsom binder till vatten, men sedan binder delvis till ammoniak istället. Den här typen av komplex brukar ge upphov till ganska starka färger hos vattenlösningar som innehåller komplexen. Om koppar bara binder till vatten blir det turkost, binder det till ammoniak blir det blått, binder det till kloridjoner blir det grönaktigt

Jag förstår, tack! Det är intressant att du tar upp just det med färgen, för i nästa steg av labben hällde jag faktiskt i saltsyra i lösningen. Då bildades det en grön, genomskinlig lösning istället. Men i mitt fall bildades det ingen fällning, men någonting med klor måste ju ha skett. Men eftersom ingen fällning bildades kan det väl inte bildats CuCl₂, eller?

Nej, då tränger kloridjonerna undan ammoniakmolekylerna som binder till koppar så att man får tetraklorokuprat(II)joner CuCl₄^2-. Dessa är i sig gula, men blandat med den blåa färgen från andra kopparjoner i lösningen så blir lösningen grönaktig.

Okej, jag förstår. Eftersom det finns 4Cl^- / Cu²⁺ blir nettoladdningen 2-. 

Jag antar att dessa kloridjoner kommer med i spelet eftersom saltsyran avger en vätejon och bildar Cl^-. Men vad är det som gör att det sker? 

Varför skulle det bildas CuCl₄^2- och inte bara CuCl₂?

Och om jag har förstått det rätt: om det bildas CuCl₂ kallas det för salt, medan CuCl₄^2- kallas för jonkomplex?

Saltsyra är namnet på en vattenlösning av väteklorid, den innehåller vätejoner och kloridjoner. Väteklorid är en stark syra, så den delas upp helt i dessa joner vid kontakt med vatten. Att förstå exakt varför är ganska komplicerat, men det hänger ihop med bindningen mellan klor och väte.

Jonföreningen (saltet) CuCl2 är lättlöslig i vatten, så då kan det inte bildas en sådan fällning. 

Så väteklorid är sammansättningen HCl, men saltsyra är en vattenlösning med fria H⁺ och fria Cl^-?

Formellt är det så, men i praktiken kallar man även HCl för saltsyra.

När ett komplex bildas, sker det då genom kovalenta bindningar eller hur fungerar det? Både vatten och ammoniak är dipoler så det kanske bildas en jon-dipol bindning?

Det är kovalenta bindningar, en speciell sorts kovalent bindning som kallas koordinatkovalent eller dativbindning. Bägge bindningselektronerna kommer från liganden (det som binder till centralatomen, dvs metalljonen). Bindningen sker mellan någon orbital hos liganden och en ledig d-orbital hos metalljonen. Det är just det, att bindningen sker med en ”icke-fylld” d-orbital som gör att det är övergångsmetallernas joner som bildar komplex. Det är dessa ämnen som har partiellt fyllda d-orbitaler.

Kommer bindningarna då ske tills centralatomens d-orbital är fylld?

Så behöver det inte vara, tror jag. Ofta är det möjligt att binda in olika antal ligander till centralatomen. Det beror på koncentrationen av liganden i lösningen och man har ofta en jämvikt mellan olika komplex med olika antal ligander.

Men en koppar(II)jon har ju 9 elektroner i sin d-orbital. Om den alltså får 1 till så kommer d-orbitalen vara full. Men ändå kan koppar(II) agera som centralatom för 6 ligander. Hur går det ihop?

Då får den nog ta hjälp av av sina orbitaler på nästa energinivå.

Så att bindningen ska ske mellan liganden och centralatomens d-orbital är inget krav? 

Det måste inte vara så även om det nog är vanligast för övergångsmetallerna. Sen kan liganderna även binda till hybridorbitaler hos centralatomen.

Oftast är det svårt att veta på förhand hur liganderna binder utan man studerar vad som faktiskt sker och försöker sedan avgöra hur orbitalerna ser ut. Men det här är avancerad oorganisk kemi på universitetsnivå, så jag har inte full koll på detta. Det är definitivt inte en del av kemi 1.

Jag googlade lite och i koppar(II)s fall sker det en orbitalhybridisering fast med d-orbitalerna också. Det verkar ju logiskt.

Men det här är avancerad oorganisk kemi på universitetsnivå, så jag har inte full koll på detta. Det är definitivt inte en del av kemi 1.

Okej, jag förstår. Jag ville bara gå till botten med det vi hade labbat på. Att inte förstå varför saker sker är riktigt enerverande.

Ja det verkar rimligt med hybridisering i detta fall!