Synthèse Cu(NH3)4SO4,H2O et dissociation du complexe

[joalma]

Bonjour,
Je suis en IUT et on a comme synthèse à froid Cu(NH3)4SO4,H2O
Pour obtenir Cu(NH3)4SO4,H2O on a fait:
CuSO4,H2O+4NH3---> Cu(NH3)4SO4,H2O +4H2O avec des chauffes et cristallisations… suivant un protocole.
Le complexe qu'on obtient est sensé se dissoudre dans l'eau et les cristaux obtenus sont bleus foncés (limite: 18g dans 100mL d'eau)

Je veux faire des analyses de mon produit obtenu dont l'UV et je bloque sur les équations car pour l'UV je veux me débarrasser de ce complexe.
Cu(NH3)4SO4,H2O + H2O en excès ---> (Cu(NH3)4)^2+ + SO4^2-

(Cu(NH3)4)^2+ + 2H2SO4 -->Cu^2+ + ((NH4)4)SO4^2- + 4NH3 +....


Pour vérifier mes équations j'ai dissous mon complexe dans l'eau mais j'obtiens une pseudo dissolution, ma solution passe au bleu clair et il reste une fine poudre très volatile dans la solution en grande quantité et un dépôt bleu foncé(je soupçonne pour le bleu foncé qu'il restait du Cu après nos cristallisations...

Apres j'ai rajouté mon H2SO4 et ma solution est devenue presque incolore (léger bleu) et je ne comprend pas ce qu'il se passe.


Merci d'avance bonne soirée.
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[moco]

Bonjour,

Tes équations sont un peu fantaisistes. Il est impossible, par exemple, d'obtenir une base comme NH₃ comme produit formé après une réaction provoquée par l'addition d'un acide comme H₂SO₄. Ensuite, il ne faut pas inventer des ions fantasmagoriques comme (NH4)4)SO4^2- comme tu le fais. Mais surtout, il faut respecter la loi numéro un de la chimie, qui est la conservation de la matière. Il doit y avoir autant d'atomes de chaque sorte à gauche et à droite de la flèche de l'équation. Rien ne se crée, rien ne se perd, avait dit Lavoisier en 1789. C'est toujours valable !

Je vais donc réécrire les équations correctement. Quand tu dissous [Cu(NH₃)₄]SO₄ dans de l'eau, il se forme deux ions, selon l'équation :
[Cu(NH₃)₄]SO₄ --> [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2-.

La substance solide [Cu(NH₃)₄]SO₄ et l'ion qui se forme dans l'eau [Cu(NH₃)₄]²⁺ sont tous deux d'un bleu roi très intense. Quand tu traites cette solution par un acide, donc une solution contenant des ions H⁺ (ou H₃O⁺), les quatre ligands NH₃ se détachent de l'atome central Cu²⁺, et se font protoner donc transformer en ions ammonium NH₄⁺, selon l'équation :

[Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4 H⁺ --> Cu²⁺ + 4 NH₄⁺

Comme l'ion [Cu(NH₃)₄]²⁺ a une couleur bleue très foncée, sa solution se fait décolorer par l'addition d'acide, car l'ion complexe est détruit, et l'ion issu de la réaction Cu²⁺ est d'un bleu très pâle.

[joalma]

Bonsoir,
Tout d'abord merci pour votre réponse elle m'éclaire beaucoup.
Mes réactions n'étaient pas complètes car j'étais dans des suppositions par exemple je n'étais pas sur que l'H2O permet de détacher SO4^2- car de ce que j'ai compris on la possibilité d'obtenir 2 ions ou sinon juste de solubilisé notre produit (j'ai quelques lacunes en complexe).
Sinon je bloque juste sur l'H2O si je rajoute l'H2O je devrais obtenir (Cu(NH3)4)^2+ en solution avec SO4^2- or on conserve une bonne quantité de poudre bleu claire dans une solution bleue. Cela veut dire que notre cation est solide et liquide ?

Pour l'acide c'est tout bon.

Sinon nos hypothèses pour la baisse de rendement semblent juste?
- reste des réactifs
-cristallisations qui emprisonnent des impuretés

Pour être sur on va faire d'autres analyses comme IR, ATG, DRX

[moco]

Bonjour,

Difficile de se fixer au sujet de la poudre bleue insoluble que tu obtiens en essayant de dissoudre ton complexe dans l'eau. Mais bon, il n'est pas exclu que l'ion complexe se dissocie en partie dans l'eau selon l'équation inverse de sa formation, selon l'équilibre

[Cu(NH₃)₄]SO₄ <--> Cu²⁺ + 4 NH₃

et que cette réaction soit suivie par un autre équilibre :

NH₃ + H₂O <--> NH₄⁺ + OH^-

puis par :

Cu²⁺ + 2 OH^- --> Cu(OH)₂

ou encore par la formation d'un sulfate basique insoluble comme :

2 Cu²⁺ + SO₄^2- + 2 OH^- --> Cu₂SO₄(OH)₂

Ce sel basique insoluble existe, et forme des dépôts qu'on trouve dans certains minerais de cuivre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[joalma]

J'ai testé les réactions et j'ai remarqué que cette poudre insoluble est consommée par l'acide immédiatement, du coup cela peut correspondre avec vos équations.

[joalma]

Bonjour,
Du coup à cause de cette poudre on a changé d'option et on est parti sur de l'acide chloridrique comme notre réactif de base est soluble dedans.

on obtient une solubilisation complète avec une solution bleue claire avec un reflet vert ( donc on a bien Cu^2+ et surement du Cu+)
Est ce correct de dire que :
HCl+ [Cu(NH3)4]SO4 -->4NH4 + nCu2SO4 + nCuSO4 + Cl-

L'acide chloridrique attaque en premier SO4 pour le solubiliser puis NH3 pour le transformer en NH4+ avec le H du HCL.

On se retrouve donc avec Cu2+ et SO4^2- qui réagissent et forment notre Cu2SO4 et CuSO4 selon le degré d'oxydation.

Après je ne sais pas si la justification est juste et si elle est correctement formulée.

[moco]

Bonjour,
Aïe. aïe ! Que d'erreurs !
Quand on fait réagir [Cu(NH₃)₄]SO₄ avec un acide, il n'y a aucune raison de penser qu'on obtient un ou des ions Cuivre(I) de formule Cu⁺.
Ensuite, HCl n'est pas l'acide Cloridrique, mais chlorhydrique. Ce mot est fait de CHLOR(E) + HYDR(OGENE) + IQUE.

Ensuite tu dis que l'acide chlorhydrique attaque SO₄ pour le solubiliser. Il n'en est rien. Les ions SO₄^2- sont solubles. Il n'y a pas besoin de les solubiliser. L'acide chlorhydrique HCl n'attaque que les molécules NH₃ fixées autour du cuivre pour les transformer en ion ammonium NH₄⁺.
La réaction de HCl sur [Cu(NH₃)₄]SO₄ doit donc s'écrire :

4 HCl + [Cu(NH₃)₄]SO₄ --> CuSO₄ + 4 NH₄Cl

Mais elle s'écrit plus proprement au niveau ionique sans les ions sulfate, qui sont spectateurs, selon:

[Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4 H⁺ --> Cu²⁺ + 4 NH₄⁺

[joalma]

Je parlais de Cu+ à cause du reflet vert de ma solution.
Ce que je ne comprend pas c'est qu'il est dit que CuSo4 peut se dissoudre dans l'eau mais pas HCl seul le Cu2SO4 s'y dissout.
Et pour attaquer NH3 il faut d'abord ce débarrasser de SO4 normalement bon ?

[moco]

Bonjour,
Voyons, Joalma ! CuSO4 est soluble dans l'eau, et HCl aussi.
Qui t'a dit que HCl n'est pas soluble dans l'eau. Il est même extrêmement soluble.
Cu+ n'a pas de reflet vert, comme tu le dis. Cu+ est incolore. Et il n'y a pas de ions Cu+ dans toutes ces opérations.
Et enfin, quand tu dis que "pour attaquer NH3, il faut d'abord se débarrasser de SO4" on voit que tu n'as pas compris ce qui se passe. Il n'y a jamais besoin de se débarrasser de quoi que ce soit.

Je vais reprendre au début.
Quand on synthétise [Cu(NH₃)₄]SO₄, on prend du sulfate de cuivre CuSO₄ avec ou sans molécules d'eau (cela n'importe pas vraiment). On le dissout dans l'eau. Il n'existe plus de CuSO₄ en solution. Il se forme des ions séparés de formule Cu²⁺, qu'on peut aussi appeler [Cu(H2O)_n]²⁺ si on veut. Ces n molécules d'eau sont attachées assez faiblement autour du ion cuivre central Cu²⁺. Sauf erreur n = 6. Mais si on les ignore, on ne commet pas une grave erreur.
Après quoi on ajoute de l'ammoniaque NH₃ à la solution. Et on observe que 4 molécules de NH₃ se fixent autour de chaque ion Cu²⁺. Donc les ions Cu²⁺, avec ou sans molécules d'eau, sont transformés en ions [Cu(NH₃)₄]²⁺. Cependant cette transformation est un équilibre, et il existe toujours une toute petite partie de cuivre Cu²⁺ et de NH₃ non complexés dans la solution. On peut écrire que l'équilibre suivant existe toujours en solution :

[Cu(NH₃)₄]²⁺ <---> Cu²⁺ + 4 NH₃

En général l'équilibre est très déplacé sur la gauche, et il n'y a que très très peu de ions libres Cu²⁺ et de NH₃ libre en solution, dans une solution de [Cu(NH₃)₄]SO₄ pur. Par très peu, j'entends beaucoup moins de 1%. Cependant cette proportion est une constante que la nature respecte. Si j'ajoute HCl (ou des ions H⁺) à cette solution, je détruis les rares molécules NH₃ qui se trouvent en solution, pour en faire des ions NH₄⁺. J'oblige donc l'ion [Cu(NH₃)₄]²⁺ à se décomposer pour régénérer les NH₃ qui ont été consommés par HCl. Mais comme chaque fois que un ion complexe libère 4 NH₃, ces molécules NH₃ sont aussitôt transformées en NH₄⁺, la concentration en NH₃ tombe à zéro. Et comme la nature impose qu'il y ait toujours le même proportion de NH₃ par rapport à [Cu(NH₃)₄]²⁺, l'ion [Cu(NH₃)₄]²⁺ finit par disparaître complètement.

L'ion sulfate SO₄^2- ne joue aucun rôle dans toutes ces transformations.