Номер 27, страница 240 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.27. Свежеприготовленный раствор хлорида хрома(III) часто имеет зелёную окраску, но спустя несколько часов становится фиолетовым. Как это объяснить?

Изменение окраски раствора хлорида хрома(III) с зелёной на фиолетовую объясняется существованием различных гидратных изомеров этого соединения и медленным протеканием процесса акватации (гидратации) в растворе.

В водном растворе ион хрома(III) образует комплексные ионы, в которых он связан с шестью лигандами — молекулами воды или ионами хлора. В зависимости от того, какие частицы входят во внутреннюю координационную сферу, комплекс имеет разную окраску. Это явление называется гидратной изомерией.

Для гексагидрата хлорида хрома(III) $CrCl_3 \cdot 6H_2O$ известны три основных изомера:

• $[Cr(H_2O)_6]Cl_3$ — хлорид гексааквахрома(III). Все шесть лигандов — молекулы воды. Комплексный ион $[Cr(H_2O)_6]^{3+}$ имеет фиолетовую окраску.
• $[Cr(H_2O)_5Cl]Cl_2 \cdot H_2O$ — моногидрат хлорида пентааквахлорохрома(III). Во внутренней сфере пять молекул воды и один ион хлора. Комплексный ион $[Cr(H_2O)_5Cl]^{2+}$ имеет сине-зелёную окраску.
• $[Cr(H_2O)_4Cl_2]Cl \cdot 2H_2O$ — дигидрат хлорида тетрааквадихлорохрома(III). Во внутренней сфере четыре молекулы воды и два иона хлора. Комплексный ион $[Cr(H_2O)_4Cl_2]^{+}$ имеет тёмно-зелёную окраску.

Коммерчески доступный хлорид хрома(III) чаще всего представляет собой тёмно-зелёный изомер $[Cr(H_2O)_4Cl_2]Cl \cdot 2H_2O$. При его растворении в воде раствор сначала приобретает зелёный цвет, так как в нём преобладают ионы $[Cr(H_2O)_4Cl_2]^{+}$.

Затем в растворе начинается медленный процесс акватации, в ходе которого лиганды-хлориды во внутренней сфере постепенно замещаются молекулами воды из растворителя. Этот процесс является равновесным и протекает в несколько стадий:

$ \underbrace{[Cr(H_2O)_4Cl_2]^+}_{\text{зелёный}} + H_2O \rightleftharpoons \underbrace{[Cr(H_2O)_5Cl]^{2+}}_{\text{сине-зелёный}} + Cl^- $

$ \underbrace{[Cr(H_2O)_5Cl]^{2+}}_{\text{сине-зелёный}} + H_2O \rightleftharpoons \underbrace{[Cr(H_2O)_6]^{3+}}_{\text{фиолетовый}} + Cl^- $

Термодинамически наиболее устойчивой формой в водном растворе является фиолетовый акваион $[Cr(H_2O)_6]^{3+}$. Поэтому со временем равновесие смещается в сторону его образования, и окраска раствора постепенно изменяется с зелёной на фиолетовую.

Ответ: Изменение цвета свежеприготовленного раствора хлорида хрома(III) с зелёного на фиолетовый обусловлено медленным процессом акватации, при котором происходит постепенное замещение ионов хлора во внутренней координационной сфере зелёного комплексного иона $[Cr(H_2O)_4Cl_2]^{+}$ на молекулы воды. Это приводит к образованию термодинамически более стабильного фиолетового акваиона $[Cr(H_2O)_6]^{3+}$, который и определяет конечный цвет раствора.