四氯铜(II)铵二水合物:性质与用途
四氯铜(II)铵二水合物:性质与用途
Ammonium tetrachlorocuprate(II) dihydrate是一种化学式为(NH₄)₂[CuCl₄]·2H₂O的明确铜(II)配位盐,可作为四氯铜(II)阴离子的便利来源,广泛用于无机合成、催化研究及物理化学研究。
- 化学式
- (NH₄)₂[CuCl₄]·2H₂O
- CAS号
- 13931-92-5
- 铜的氧化态
- Cu(II),d⁹构型
- 配位几何构型
- 畸变四面体/平面四方[CuCl₄]²⁻阴离子(Jahn–Teller畸变)
- 外观
- 黄色至黄棕色结晶固体
- 溶解性
- 溶于水和极性溶剂;长时间接触过量水时发生水解
- 产品编号
- A302045
化学特征与结构
四氯铜(II)酸铵二水合物的分子式为(NH₄)₂[CuCl₄]·2H₂O,是一种无机配位盐,其中铜中心处于+2氧化态(d⁹电子构型)。[CuCl₄]²⁻阴离子是其核心结构单元;由于Cu(II)特有的Jahn–Teller效应,其几何构型偏离理想四面体,呈扁平或拉长排列,在某些晶体形式中接近平面四方配位环境。两个铵离子(NH₄⁺)平衡二价阴离子的电荷,两个结晶水分子通过氢键相互作用嵌入晶格,从而稳定结构。该化合物通常呈黄色至黄棕色晶体,其颜色源于Cu(II)在氯化物配体场中的d–d电子跃迁。
物理与化学性质
在固态下,四氯铜(II)酸铵二水合物是一种结晶材料,在干燥的环境条件下具有一定的稳定性。该化合物可溶于水和极性有机溶剂;但用大量水稀释时会促进水解,氯配体被取代,生成铜羟基物种。因此,研究人员应现用现配水溶液,并保持适当浓度,以维持四氯铜阴离子的完整性。
Cu(II)中心的顺磁性(一个未成对电子,S = ½)使该化合物在电子顺磁共振(EPR)光谱和磁化率测量中具有重要应用价值。与d–d跃迁及配体到金属电荷转移带相关的特征UV-Vis吸收可用于溶液中的定性和定量分析。作为一种铵盐,强热条件下会分解,释放氨气和氯化氢。
实验室应用与研究用途
四氯铜(II)酸铵二水合物在多个研究领域均有应用:
- 无机与配位化学合成:作为[CuCl₄]²⁻离子的便利且明确的来源,用于制备混合金属配合物、有机-无机杂化钙钛矿型材料及其他配位化合物,尤其适用于需要预成形铜酸根阴离子的场合。
- 催化研究:Cu(II)氯配合物已知可参与氧化催化循环。该化合物可作为催化剂前体或特定有机转化(包括氧化偶联反应)中的化学计量氧化剂。
- 材料科学:[CuCl₄]²⁻阴离子已被引入具有有趣光学、磁性和电子性质的层状有机-无机杂化结构中,使该化合物可用于功能性薄膜和晶体的制备。
- 光谱参考与EPR研究:由于其Cu(II)中心的顺磁性已充分表征,该化合物可用作EPR光谱中的参考物质,以及固态化学中磁交换耦合研究的研究对象。
操作、储存与安全注意事项
与所有铜(II)盐一样,操作四氯铜(II)酸铵二水合物时应采取适当防护措施。应佩戴标准实验室个人防护装备(PPE),包括手套、护目镜和实验室外套。该化合物具有刺激性,应避免吸入粉尘,避免与皮肤、眼睛和黏膜接触。铜盐对水生生物有毒,不得排入下水道,须按当地法规处理重金属废物。
储存时,应将化合物密封于容器中,远离潮湿及不相容物质(强碱、还原剂)。在阴凉干燥处于室温条件下储存。由于该化合物具有吸湿性,长时间暴露于潮湿空气中可能导致结块或部分水解。Aladdin Scientific的产品(货号A302045)经特殊包装,以在运输和储存过程中最大程度减少水分侵入。
注意:使用前请务必查阅随产品提供的最新安全数据表(SDS),以获取权威的危害、操作和处置信息。
常见问题
四氯铜(II)酸铵二水合物与氯化铜(II)有何区别?
氯化铜(II)(CuCl₂)是一种简单的二元盐,而四氯铜(II)酸铵二水合物(NH₄)₂[CuCl₄]·2H₂O是一种含有离散[CuCl₄]²⁻配合阴离子的配位盐。四氯铜酸根阴离子提供了几何构型明确的四配位Cu(II)中心,在光谱研究和杂化材料构建中具有优势。铵反离子还引入了CuCl₂中所没有的含氮氢键供体。
四氯铜(II)酸铵二水合物在水溶液中稳定吗?
该化合物易溶于水,但[CuCl₄]²⁻阴离子在稀释时易发生水解,因为水分子会与氯配体竞争与铜的配位。为在溶液中保留四氯铜酸根物种,应使用浓溶液,或加入过量氯化物(如氯化铵或低浓度盐酸),并在使用前现配溶液。
通常使用哪些光谱技术来表征该化合物?
电子顺磁共振(EPR)光谱对表征Cu(II)中心特别有价值,可提供反映配位环境的g值和超精细耦合常数。UV-Vis光谱可识别d–d跃迁和电荷转移带,而红外光谱可确认NH₄⁺(N–H伸缩振动)和配位氯化物的存在。X射线衍射(单晶或粉末)可明确确定晶体结构和键的几何构型。
四氯铜(II)酸铵二水合物可用作催化剂吗?
可以,包括四氯铜酸根阴离子在内的Cu(II)氯配合物已被研究用作氧化有机转化中的催化剂或催化剂前体。但具体的催化性能取决于反应条件、底物和溶剂体系。研究人员在使用前应查阅与目标转化相关的一次文献以获取操作方案。
参考文献
- Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements, 2nd ed.; Butterworth-Heinemann: Oxford, 1997; pp 1180–1220. (Cu coordination chemistry)
- Cotton, F. A.; Wilkinson, G.; Murillo, C. A.; Bochmann, M. Advanced Inorganic Chemistry, 6th ed.; Wiley-Interscience: New York, 1999. (Jahn–Teller distortion in Cu(II) complexes)
- Hathaway, B. J. Comprehensive Coordination Chemistry; Pergamon Press: Oxford, 1987; Vol. 5, Chapter 53. (Copper coordination compounds and spectroscopy)
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