tp 1 : synthese de complexes du cuivre

Sarah Garçon TP de Chimie Inorganique Magistère PCM
Brahim Zardoua
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TP 1 : SYNTHESE DE COMPLEXES DU CUIVRE
Objectif : Dans ce TP, nous allons synthétiser quelques complexes du cuivre (Cu2+, d9)
et étudier leurs spectres d’absorption optique afin de déterminer la valeur du
paramètre du champ cristallin et de proposer un classement de quelques ligands au
sein de la série spectrochimique.
A - Synthèse du Cu(acac)2
Schéma du dispositif
Observations et interprétations
Dans le premier bécher, lors de l’ajout des 12mL d’ammoniac sous la hotte, on
observe d’abord la coloration de la solution en jaune, puis rapidement, des précipités
blancs apparaissent. Nous avons donc ajouté
1mL d’ammoniac pour déprotoner
l’acétylacétone totalement, afin qu’il
devienne soluble en solution aqueuse.
Dans le second bécher contenant le sulfate de cuivre dissous dans l’eau distillée, la
solution est bleue foncée.
Lorsque l’on vide ce bécher dans le premier, on observe la formation d’une pâte bleue
métallisée. Il y a formation du complexe Cu(acac)2 selon l’équation :
Puis on laisse dans la glace pendant 1h.
On filtre ensuite le précipité bleu sur Büchner avec une fiole à vide ; on lave à l’eau
distillée puis à l’acétone, qui a pour rôle de séparer l’eau et le précipité. En effet, ce
dernier ne doit plus contenir aucune trace d’eau pour la suite.
On sèche à l’étuve à 120°C.
On obtient un produit bleu métallique sec, de
masse :
mexpérimental = 13,26g
Théoriquement :
Cu + 2acac Cu(acac)2
t0
4,03.10-2
4,88.10-2
0
tf
1,59.10-2
0
2,44.10-2

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Brahim Zardoua
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niCu=mCuSO4/MCuSO4=6,4/ =4,03.10-2mol
niacac=dacacH.VacacH=0,975.5.10-3= 4,88.10-2mol
mThéorique=nCu(acac)2.MCu(acac)2 mThéorique =6,38g
On obtient plus de produit final que ce prévu, ce qui montre que nous n’avons pas
laissé assez longtemps le complexe dans l’étuve. En effet, il reste de l’eau dedans, ce
qui fait augmenter sa masse.
Rendement : η=208%
Puis on fait l’enregistrement du spectre avec une solution à 10-2mol.L-1 dans du
chloroforme, c'est-à-dire :
mCu(acac)2 =CVM=10-2. 20.10-3. 261.5=0,0523g=52,3mg
A l'aide de la courbe on repère le maximum d'absorption pour ce complexe, ainsi que
la valeur de l'absorbance : λmax1=620nm pour A=0,241
λmax2=526nm pour A=0,182
Pour calculer le coefficient d'extinction molaire, on utilise la loi de Beer-Lambert :
Aλ = ε.l.C où A est l'absorbance au maximum d'absorption (sans unité)
ε est le coefficient d'extinction molaire en cm-1.L.mol-1
l est l'épaisseur de la cuve en cm (ici l=1cm)
C est la concentration de la solution à étudier en mol.L-1
ε1 = A1/C = 0,620 /(0,01)  ε1 =62cm-1.L.mol-1
ε2 = A2/C = 0,620 /(0,01)  ε2 =52,6cm-1.L.mol-1
Maxima d’absorption : 1/λmax1 = 10-7/620 = 16129 cm-1
1/λmax2 = 10-7/526 = 19011 cm-1
D’après la théorie du champ cristallin : Δ0(eV) = h.c/λ = 1240/λ(nm)
Δ0 = 1240/526 = 2,357 eV
Ce complexe étant de type ML4, il y a deux absorptions de photon possible donc deux
transitions.

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Brahim Zardoua
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B – Synthèse du cis [Cu(gly)2(H2O)2]
Schéma du dispositif
Observations et interprétations
Dans le premier bécher, lors de la dissolution de l’acétate dans l’eau, la solution se
colore en bleu turquoise foncé. Lorsqu’on verse l’éthanol, il précipite l’acétate de
cuivre. On utilise l’éthanol, car le complexe que l’on veut synthétiser est soluble dans
l’éthanol chaud, mais insoluble dans l’éthanol froid. On peut donc récupérer le
complexe en refroidissant la solution puis en filtrant le précipité obtenu.
De plus, on utilise de l’acétate plutôt que du sulfate de cuivre, car ce dernier est une
base trop faible pour déprotoné la glycine.
Réaction : Cu(CH3CO2)2,H2O  Cu2+ + 2CH3COO- + H2O
On dissout ensuite 1,505g de glycine dans 25mL d’eau tiède. Puis on verse la glycine
dissoute dans le premier bécher, et on le met à refroidir pendant 30minutes dans un
bain de glace. La solution est bleue foncée et des précipités apparaissent (texture
purée).
Réaction : NH2CH2COOH + CH3COO-  NH2CH3COO- + CH3COOH
On a ensuite la réaction de complexation suivante :
Cu2+ + 2 NH2CH3COO- + 2 H2O  [Cu(gly)2],(H2O)
On refroidit 30min la solution contenant le complexe dans un bain de glace. Le
complexe insoluble dans l’éthanol précipite sous forme de cristaux bleus.
On filtre ensuite le précipité bleu sur un fritté avec une fiole à vide ; on lave à l’eau
distillée puis à l’éthanol froid (afin d’éviter un resolubilisation).
On sèche à l’étuve à 50°C.
On obtient un produit bleu sec, de masse :
mexpérimental = 2,94g
Théoriquement :
niCu=mCu(CH3COO)2/MCu(CH3COO)2=2,01/181,5
=1,11.10-2mol
nigly=mgly/Mgly= 1,5/74= 2,03.10-2mol
mThéorique=nCu(gly)2.MCu(gly)2=1,01.10-2 211,5
mThéorique = 2,14g
On obtient un peu plus de produit final que ce prévu, ce qui montre que quelques
minutes de plus dans l’étuve aurait été préférable.
Rendement : η=137%
Puis on fait l’enregistrement du spectre avec une solution à 10-2mol.L-1 dans de l’eau
distillée, c'est-à-dire :
mCu(gly)2 =CVM=10-2. 20.10-3. 211.5=0,0523g=42,2mg
A l'aide de la courbe on repère le maximum d'absorption pour ce complexe, ainsi que
la valeur de l'absorbance : λmax=624nm pour A=0,501
ε = A/l.C = 0,501 /(0,01)  ε = 50,1 cm-1.L.mol-1
Cu2+ + 2gly-  Cu(gly)2
t0
1,11.10-2
2,03.10-2
0
tf
1.10-3
0
1,01.10-2

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Maxima d’absorption : 1/λmax = 10-7/624 = 16026 cm-1
Δ0 = 1240/624 = 1,987 eV
Ce complexe étant de type ML6, il y a une seule absorption de photon possible donc
une seule transition.

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C – Synthèse du Cu(H2O)62+
Schéma du dispositif
Observations :
Dans une fiole jaugée de 50mL, on verse 20 mL de nitrate de cuivre Cu(NO3)2 et on
complète avec une solution de nitrate d'ammonium NH4NO3. Le mélange prend alors
une couleur bleu clair.
On prélève quelques mL de cette solution à l'aide d'une pipette, et on les place dans
une cuve. On place la cuve dans le spectrophotomètre et on obtient une courbe
d'absorption (cf. courbes).
Interprétations :
La couleur bleue claire que prend la solution de nitrate de cuivre après ajout de nitrate
d'ammoniac est due à la formation de l'ion hexaaqua cuivre II [Cu(H2O)6]2+, selon
l'équation :
Cu(NO3)2 + 6H2O  [Cu(H2O)6]2+ + 2NO3-
Concentration de la solution en Cu(H2O)62+ :
[Cu(H2O)62+]f= [Cu]i.V i/V f = 0,1 . 20/50 = 0,04
mol.L-1  [Cu(H2O)6]2+ = 0,04 mol/L
A l'aide de la courbe on repère le maximum d'absorption pour ce complexe, ainsi que
la valeur de l'absorbance : λmax = 800 nm et A = 0,298
ε = A/C = 0,298/(0,04)  ε =7,45 cm-1.L.mol-1
Δ0 = 1240/800  Δ0 = 1,55 eV
Maxima d’absorption : 10-7/800 = 12500 cm-1
Ce complexe étant de type ML6, il y a une seule absorption de photon possible donc
une seule transition.
D - Synthèse du [Cu(NH3)4(H2O)2]2+
Schéma du dispositif
Observations :
Lorsqu'on verse 10 mL de la solution d'hexaaquacuivre II [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ dans
une fiole de 20mL, puis on ajoute 8 mL d'une solution d'ammoniaque NH4OH à 0,2
mol/L et on complète avec de l'eau permutée, on constate que la solution prend une
couleur bleue foncée. On prend un échantillon pour mesurer l'absorption de la
solution.
Interprétations :
La coloration bleu foncé est due à la formation d'un complexe de formule :
[Cu(NH3)4(H2O)2]2+ selon l'équation :
NH4+ + OH- = NH3 + H2O (dissociation de l'ammoniaque dans l'eau)
[Cu(H2O)6]2++ 4NH3 + H2O  [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ + 5H2O
Cu + 6H2O  Cu(H2O)62+
t0
0,04
excès
0
tf
0
excès
0,04