■ 교사용 실험 자료 ■

실험 제목	철 이온의 변신			실험 원리	착이온과 배위결합
실험 시간	40분	실험 분야	화학	실험 방법	4인 1조, 조별실험
세트구성물	FeCl3용액, KSCN, K4Fe(CN)6, 탄닌산, 비커, 스틱, 라벨, 스프레이용기, 붓, 도화지, 액자틀
교사준비물	물, 신문지			학생준비물	필기도구, 풀(셀로판테이프), 네임펜, 색연필등
실험 결과	철용액의 색깔변화를 이용하여 그린 그림을 종이액자에 끼워 가져갑니다.
실험팁	** 각 시약이 모두 흡습, 조해성을 가지므로 장기간 보관하실 경우 냉동보관하시고, 키트를 구입 후 빠른 시간 내에 실험하세요. TIP1. 각 용액은 충분히 저어 완전히 녹입니다. TIP2. 되도록 만들어진 용액이 피부와 옷에 닿지 않도록 조심합니다. 가능하면 실험복을 입거나 앞치마를 입고 실시하세요. TIP3. 용액 만들기에서 전체 분량의 용액을 미리 만들어 두시면 실험 시간이 단축됩니다. 단, K4Fe(CN)6 용액은 햇빛에 의해 분해될 수 있으므로 장시간 보관시 알루미늄호일 등으로 빛을 차단하여 주세요. TIP4. 각 용액을 이용하여 도화지에 그림을 그린 다음 거의 말랐을 때 스프레이용액을 뿌립니다. 도화지의 용액이 마르지 않으면, 서로 번져 보기가 흉합니다. 뿌리지 않고 또 다른 붓으로 칠해도 됩니다. TIP5. 스프레이로 염화제2철용액을 뿌릴 때, 한번에 많은 양을 뿌리지 않도록 주의하고, 멀리서 조금씩 뿌리면서 색의 변화를 관찰하고 조절합니다.(신문지 넓게 깔고 실시) 스프레이에서 물방울(큰)이 나와 번지기도 하고, 다 뿌린 후 칠한 선 보다 번져 나가기도 합니다. 이점 양지하시기 바랍니다. TIP6. 실험의 조작은 초 저학년도 가능할 만큼 간단하나, 원리학습은 고교 수준입니다. 초 중 학생들은 실험 결과 위주로 간단히 설명하시는 것이 좋을 듯 합니다. ( 는 생략하거나, 다른 간단한 질문으로 대체) TIP7. 액자크기 18cm× 25cm, 그림크기 13cm× 20cm 에 맞추어 완성그림을 그리도록 지도하여주세요.

**용액만들기(비커와 스프레이 용기, 붓에 라벨을 먼저 붙이고 실시합니다. 라벨에는 네임펜이나 연필로 쓰기)

A. FeCl3(염화제2철)용액 : 조해성이 심하여 용액상태로 제공됩니다. 병뚜껑을 스프레이용 뚜껑으로 교체하여 잘 잠가 사용하시면 됩니다. 염화제2철은 흡습성을 가지며, 물에 잘 녹음, 수용액은 강산성을 띤다.

B. KSCN(티오시안화칼륨)용액 : (비커사용)물 20ml에 KSCN 20g을 넣은 다음 잘 녹입니다.

티오시안화칼륨은 조해성을 가지며 물에 매우 잘 녹음

C. K4Fe(CN)6(페로시안화칼륨)용액 : (비커사용)물 20ml에 K4Fe(CN)6 5g을 넣은 다음 잘 녹입니다.

페리시안화칼륨은 그 수용액이 햇빛에 분해될 수 있음

D. 탄닌산 용액 : (비커사용)물 20ml에 탄닌산 5g을 넣은 다음 잘 녹입니다.

★배위결합(=공여결합,配位結合, coordinate covalent bond)이란 무엇인가요?

결합에 관여하는 2개의 원자 중 한쪽 원자만을 중심으로 생각할 때, 결합에 관여하는 전자가 형식적으로 한쪽 원자로부터만 제공되어 있는 경우의 결합을 말한다. 자세한 설명은 아래 착이온과 배위결합 내용확인

★각 용액이 철이온(FeCl3용액)과 결합하여 어떤 색을 나타내게 되었나요?

FeCl3 +KSCN : 빨간색

FeCl3 +K4Fe(CN)6 : 파란색

FeCl3 +탄닌산 : 검은색

착이온과 배위결합

1. 착이온 :  어떤 금속원자나 이온에 따른 분자나 이온이 결합하여 생긴 복잡한 구조의 새로운 이온

예) Cu2+ + 2NH3 + 2H2O → Cu(OH)2↓ + 2NH4+

Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-

※ 표기 및 명명

[Ag(NH3)2]+   착이온의 전하,  배위수,  리간드,  중심 금속이온, 착이온 부분만 []안에 기입한다.

※ 착염/착물

- 착염 : 착이온을 포함하고 있는 염

- 착물, 착화합물 : 착염이나 착이온을 포함하는 물질

2. 착이온의 구성

착이온의 대부분은 전이 금속이온을 중심으로 하여, 여기에 음이온 또는 부낮가 결합되어 있다.

이때 결합한 음이온이나 분자는 고립전자쌍(비공유전자쌍)을 가지고 있으며, 전이원소 사이의 결합은 배위결합으로 되어있다.

※ 중심금속이온 : 착이온에서 리간드로부터 고립전자쌍을 받아들이는 양이온으로써 주로 원소의 금속이 중심

금속이 된다. 예) Ag+, Cu2+, Co3+, Fe3+, Cr3+

※ 리간드 : 중심금속이온에 직접 결합된 분자나 이온을 리간드라고 한다.

리간드는 반드시 고립전자쌍을 1개 이상 가지고 있어야 한다.  예) NH3, CN-, OH-, H2O, S2O32-

예) 주요 리간드 이름

H2O  : 아쿠오           NH3  : 암민

CO    : 카르보닐        Cl-  : 클로로

CN-  : 시아노           OH-  : 히드록소

※ 배위수 : 착이온에서 중심금속이온과 배위결합을 하고 있는 리간드의 수, 대부분 배위수는 2,4,6 등이다.

3. 착이온의 전하량

리간드가 분자일때는 착이온의 전하량은 중심금속이온의 전하량과 동일하다.

예) Cu2+과 NH3로 된 착이온       [Cu(NH3)4]2+ → (2+0*4) = +2

리간드가 이온일때는 착이온의 전하량은 중심금속 이온의 전하량과 배위하는 이온의 전하량의 전하량 총합과 같다.

예) [Fe(CN)6]4- → (2+(-1)*6) = -4

따라서, 착이온의 전하량과 리간드의 전하량의 합으로 부터 중심원자의 산화수도 구할 수 있다.

4. 착이온의 구조

중심 금속이온과 리간드사이의 결합은 배위결합을 이루고 있다.

1) 배위결합 : 원자사이에 공유되는 전자쌍이 한쪽원자에서만 제공하여 이루어진 공유결합을 특히 배위결합

이라 한다. (공여결합)

2) 착이온과 배위결합

- 중심금속이온 : 전자쌍을 받는다.

- 리간드      : 고립전자쌍을 가진다.

- 중심금속이온 + 리간드 : 배위결합

※ 아쿠오 착이온

수용액에서 금속이온들은  Cu2+, Zn2+, Fe3+, Al3+로 표시하나, 실제로 이 이온들은 몇 개의 물분자가 배위

되어 있다. 이와 같이 물분자가 리간드로 존재하는 경우를 아쿠오 착이온이라 한다.

예) [Cu(H2O)4]2+, [Fe(H2O)6]3+   H2O의 수는 금속이온의 크기와 전하의 수에 따라 다르다.

- 아쿠오 착이온의 성질

a) 금속이온에 배위된 물분자는 쉽게 다른 리간드로 치환될수 있으므로 이온의 색깔이 변한다.

b) 수용액에서의 착이온의 형태는 그 수용액속에 존재하는 리간드로 작용할 수 있는 화학종에 따라 결정된다.