무기화학실험 | 주석(朱錫)의 산화 반응 - The Oxidation states of Tin

 

 

 

TIP

 

 

1. 주석의 특성을 이해하고 산화 상태를 비교해 봄으로써 요오드화 주석 (Ⅳ), (Ⅱ) 을 제조해본다 
2. 주석의 산화상태와 같은 14족 원소의 산화상태를 비교한다. 
3. 4A족 원소의 산화 상태의 경향성을 이해하고, 주석의 두 가지 산화 상태의 화합물을 합성한다

 

 

 

주 석

 

 

주 석(Tin)	Value
원소기호(Symbol)	Sn
원자번호(Atomic Number)	50
원자량(Atomic weight)	118.71
산화수(Oxidation States)	+2, +4
전기음성도(Electronegativity)	1.8
상태(State at RT)	고체, 금속
녹는점(K)	505.1
끓는점(K)	2543

 

 

14족 원소의 산화상태   

14족 원소의 최외각 전자배치 및 궤도함수

 

ns²np²

 

1. 2가 산화상태

1) Inert-pair effect : 비활성 전자쌍의 효과

14족 원소는 위와 같은 궤도함수를 가지며 이러한 전자상태에서 원소는 Px 와Py 의 궤도함수에 2개의 홀전자를 이용하여 공유결합을 형성한다. 여기서 S 궤도함수에 있는 두개의 전자는 결합에 사용되지 않는 “Inert-pair” 라 부른다. 이 결합은 Sn(Ⅱ)와Pb(Ⅱ) 에서 볼 수 있다. 즉 2가 산화상태의 14족 원소는  Px 와Py의 홀전자들의  공유결합으로 이루어진 것이다.(산화수 = +2)

 

2. 4가 산화상태

주기율표상의 13족과 14족의 무거운 원소들이 그 족의 예상 원자가 보다 두 단계나 낮은 원자가의 화합물을 만드는 효과이다. 이 두 족의 원소들은 원자가 껍질 속에 채워진 S준위를 가지고 있으며, 이들이 화합물을 만들 때에는 이 S전자 하나가 빈 P껍질로 승진 되면서 여러 개의 결합을 형성 한다. 이러한 화합물이 형성될 수 있는 것은 결합을 형성할 때 나오는 에너지가 일반적으로 승진에 필요한 에너지를 보상하고 남을 정도로 크기 때문이다.

 

 

14족 원소는 세 개의 공유 sp³ 혼성 결합물을 형성할 수 있다. 결합형성은 에너지를 내 놓으며 일어난다. 그것에 의하여 S 전자의 승진은 결합에너지를 얻음으로써 어느 정도 보상 되어진다.

 

3. 4가 산화상태 형성 가능성

1) 전자 승진의 용이 : 핵으로부터 전자의 거리가 매우 먼 무거운 원소가 쉽게  승진

2) 결합강도 : 작은 전자궤도 크기, 결합길이가 좋은 전자궤도 겹침으로  인해 가벼운 원소가 강하다.

 

C, Si, Ge : Ⅳ 산화상태.

전자 승진의 “손실”은 추가되는 2개의 결합으로부터 에너지의 “이득”에 의해 보상되어지는 것보다 많다.

Sn : 다중 산화 상태.

승진함에 있어 방출되는 에너지와 흡수되는 양이 비슷하여 (Ⅱ),(Ⅳ)의 두 가지 상태로 나온다.

Pb : Ⅱ 산화상태.

전자승진의 “손실”이 2개의 추가되는 결합으로부터 돌려받는 작은 에너지에 의해 보상되지 못하므로 Pb (Ⅳ)화합물에서 쉽게 환원되어 일반적으로 (Ⅱ)산화상태에서 발견된다.

 

 

SnI₂와 SnI₄의 생성원리

1. SnI₄ (tin (Ⅳ) iodide)

 

Sn + 2I₂  →  SnI₄   : 직접산화반응

그러므로 안정한 상태의 Ⅳ 산화상태로 만들어진다.

 

2. SnI₂ ( tin (Ⅱ) iodide)

SnI₂ 는 요오드화 아연 수용액 (zinc iodine solution) 과 염화주석(Ⅱ)의 수용액의 반응을 통하여 쉽게 얻어진다.

 

Zn (S) + I (S)  →  Zn²⁺(aq) + 2I^- (aq)     

Sn (S) + 2HCl (aq)  →  Sn²⁺ (aq) + 2Cl^- (aq) + H₂(g)

Sn²⁺ (aq) + 2I^- (aq)  →  SnI₂ (S) (오렌지-빨강침전물)

 

 

복분해(double decomposition)

2종의 염류가 서로 성분이온을 교환하여 새로운 염류를 만드는 반응. 즉, 산과 염기가 반응하는 중화반응이나 두 가지 화합물이 성분의 일부를  서로 바꾸어 두 가지의 새로운 화합물로 되는 변화를 “복분해” 라고 한다.

 

AB + CD  →  AD + BC

HCl + NaOH  →  NaCl + H₂O

NaCl +AgNO₃  →  NaNO₃  + AgCl

 

 

실험 방법

PART A : 요오드화 주석 (Ⅳ)의 조제

1) 주석 119mg,요오드475mg을 10ml 둥근바닥플라스에넣음 (환류냉각장치준비/6.0ml 메틸렌클로라이드첨가)

 

2) 약간의 환류가 유지될때까지 물중탕 가열함(비등석넣기) 그리고 냉각기 목부분에 보라색이 보이지 않을때 까지, 환류 온도 유지 (30~40분 정도)

 

3) 깔때기에 남아있는 주석을 세척

 

4) Ice-water bath에 넣어 차게 만듬

 

5) 여과액을 삼각플라스크로 옮김

 

6) 비등석을 넣고 2ml용액을 모래

 

7) 중탕에 가열한 후 수집

 

8) 감압여과후 SnI₄ 결정을 수집

 

9) 0.5ml의 차가운 methylene chloride로 2번씩 세척후 건조

 

10) 녹는점 측정, 수득률 계산

 

 

PART B : 요오드화 주석 (Ⅱ)의 조제

1) 주석 80mg (0.68 mmol) + 진한 HCl 1.0ml 첨가

 

2) 0.1M 황산구리 2~3방울 떨어트림. 주의 : watch glass를 덮고 H₂가스발생

 

3) 천천히 교반 후 감압여과

 

4) 여과액 거름 : 아연분말 100ml+1ml 증류수+교반석

 

5) 100mg (0.40mmol)  요오드결정 넣음 그리고 냉각

 

6) 서서히 교반

 

7) I₂ 갈색에서 밝은 노랑으로 변화

 

8) ZnI₂  10ml를 비이커로 옮김 

 

9) 노란색 침전(SnI₂)/ 냉각 / 여과

 

10) 재결정 : HCl 2~3방울을 넣음

 

11) 생성물의 무게 측정및 수득률 측정

 

 

 

[무기화학실험]주석(朱錫)의 산화 반응 레포트