Czerń eriochromowa T – jak naprawdę kompleksuje atom berylowca?

Dzisiaj porozmawiamy o wiarygodności źródeł. 📚

Każdy student drugiego roku chemii musi wykonać miareczkowanie kompleksometryczne. Często robią to także zainteresowani chemią licealiści ćwiczący analizę ilościową lub przygotowujący się do olimpiady chemicznej.

Jedno z najpopularniejszych ćwiczeń polega na oznaczaniu twardości wody (czyli oznaczaniu ilościowym jonów Ca²⁺ i Mg²⁺) za pomocą miareczkowania mianowanym roztworem EDTA wobec wskaźnika. Wskaźnikiem tym najczęściej jest czerń eriochromowa T. Tworzy ona z jonami berylowców kompleksy mniej trwałe niż EDTA. W efekcie, w punkcie równoważnikowym jest ona wypierana do roztworu, który zmienia barwę (1).

Kompleksy berylowców z EDTA są rozrysowane w wielu skryptach i publikacjach, a ich struktura jest powszechnie znana (2). Każdy uczeń lub student może ją łatwo ułożyć z „Atomków” dysponując zestawem do organicznych związków kompleksowych.

Jednak dużo mniej popularna jest struktura wyjściowa – czyli kompleks atomu berylowca i czerni eriochromowej T.

Wpisując odpowiednie hasło w wyszukiwarkę znajdziemy w polskim internecie tylko jeden wynik ilustrujący wygląd tej cząsteczki. Jest ona rozrysowana na popularnym portalu z rozwiązaniami prac domowych (3). Według autorów tamtego pracowania czerń eriochromowa T chelatuje kation berylowca czterema wiązaniami koordynacyjnymi. Jednak już pierwsza próba ułożenia proponowanej struktury z „Atomków” pokazuje, że jest to niewykonalne. Dwa wiązania koordynacyjne od atomów azotu z grupy azowej musiałyby zmienić swój kąt aż o 75°. Zaś co najmniej jedno z wiązań koordynacyjnych od atomu tlenu musiałoby podłączyć się do atomu metalu od góry lub od dołu, co całkowicie zmieniłoby geometrię płaskiej cząsteczki tego wskaźnika. Drobina z takimi naprężeniami na pewno nie mogłaby być trwała.

Z tego powodu narysowaną tam strukturę należy odrzucić. W dalszych poszukiwaniach warto sięgnąć do anglojęzycznych publikacji naukowych. Tam bez problemu znajdziemy liczne źródła, które w sposób rzetelny pokazują rzeczywistą budowę tego kompleksu (4). Okazuje się, że czerń eriochromowa T chelatuje jon berylowca za pomocą trzech wiązań koordynacyjnych. Pozostałe trzy wiązania tworzą cząsteczki wody. Poprawnie ułożoną drobinę widać na zdjęciu.

Sytuacja ta pokazuje jak ważna jest weryfikacja źródeł – szczególnie tych niezbyt dbających o rzetelność. Papier i ekran zniosą wszystko, dlatego każdą taką cząsteczkę warto samodzielnie zbudować korzystając z dobrych modeli atomów. To dzięki „Atomkom” udało się zdemaskować nieprawidłowy wzór i kontynuować poszukiwania, które zaowocowały znalezieniem właściwej struktury.

Kompleks ten możesz ułożyć posiadając zestaw do organicznych związków kompleksowych. Dodatkowe cząsteczki wody dołączysz do kompleksu dysponując zwykłym nieorganicznym zestawem Lewisa.

Łukasz Aranowski
2 października 2023

__________
Przypisy:
(1) Opis kompleksometrycznego wyznaczania twardości wody
(2) Struktura kompleksów z EDTA na Wikipedii
(3) Artykuł z nieprawidłową strukturą kompleksu z czernią eriochromową T
(4) Przykładowa publikacja zawierająca strukturę omawianego kompleksu