Síntese de Complexos de Cobalto

Prévia do material em texto

SÍNTESE DE [Co(NH3)4CO3]NO3 E [Co(NH3)5Cl]Cl2
Novembro de 2019
RESUMO
Os complexos são estruturas químicas formadas por um metal central rodeado de moléculas ligadas a ele. A
partir dessa concepção, esta prática teve com propósito a síntese desses complexos a partir de reações com
determinados compostos. Dessa forma, algumas reações foram reproduzidas, sendo estas, voltadas a síntese de
[Co(NH3)4CO3]NO3 e [Co(NH3)5Cl]Cl2. Para que isso pudesse ser realizado, algumas vidrarias foram utilizadas
para esse fim. Assim sendo, as observações feitas serão discutidas neste relatório científico.
INTRODUÇÃO
O cobalto é um elemento químico que pode ser encontrado no grupo 9 da tabela
periódica juntamente ao ródio e ao irídio. Eles são pouco abundantes na crosta terrestre sendo
que o cobalto (Co) pode ser encontrado na forma de cobaltita. Esse elemento apresenta a
seguinte configuração eletrônica de [Ar]3d7 4s2 podendo apresentar um estado de oxidação
+V, o qual é apenas especulação pois mesmo o Co4+ é instável. Assim, Os estados de oxidação
+ II e + III são os mais importantes para o cobalto (LEE, 2013).
O Cobalto tem um aspecto branco azul-brilhante e também tem uma alta capacidade
de formar complexos. Entende-se por complexo uma espécie central ligada a íons ou
moléculas, que são chamadas de ligantes. Foi Alfred Werner que propôs que os metais
possuem uma valência primária, hoje chamada de número de oxidação, e uma valência
secundária, número de coordenação. Desse modo, em complexos como, por exemplo,
o cobalto irá apresentar valência primária igual a 3 e secundária igual a 6
(HAROLDO, 1992).
A formação de um complexo pode ser relacionada como uma reação ácido/base
de Lewis. Desse modo pode-se dizer que os ligantes serão os doadores de pares de
elétrons e a espécie central, ou seja, o metal irá receber esses elétrons. A grosso modo
pode-se tratar os ligantes com bases de Lewis e a espécie central como um ácido de
Lewis. Utilizando o complexo [Co(NH3)4CO2]NO3 como exemplo, o cobalto age como o
ácido de Lewis e os ligantes NH3 e CO agem como as bases de Lewis doando os elétrons ao
átomo de cobalto (HAROLDO, 1992).
Os complexos apresentaram vario número de coordenação (NC), porém os mais
numerosos são os de NC = 6. Eles apresentam geometria octaédrica, figura 01, que podem se
apresentar de forma distorcida. Alguns podem apresentar o efeito quelato que ocorre quando
um ligante bidentado ou polidentado se liga ao átomo central em forma de ponte, estrutura 01.
O benefício dessa ligação está na estabilidade, assim complexos quelatos são mais estáveis
do que ligações normais (HAROLDO, 1992).
Figura 01: Estrutura octaédrica de um complexo
Fonte: Google imagens, 2019.
OBJETIVOS
1. Objetivo geral:
● Sintetizar o complexo [Co(NH3)4CO3]NO3 e a partir dele realizar reações a fim de
efetuar a troca dos ligantes CO para Cl produzindo o complexo [Co(NH3)5Cl]Cl2.
2. Objetivos específicos:
● Utilizar métodos laboratoriais para síntese de complexos;
● Analisar reações envolvendo o cobalto;
● Compreender a síntese dos complexos;
METODOLOGIA
Para o desenvolvimento do experimento foram utilizados os seguintes materiais e reagentes:
Materiais:
● Agitador magnético THELGA;
● Aquecedor THELGA;
● Balança analítica;
● Banho ultratérmico SL 152;
● Bastão de vidro;
● Béquer;
● Bomba de vácuo Prismatec;
● Capela de exaustão;
● Condutivímetro mCA150;
● Espátula;
● Filtro de papel;
● Funil de Buchner;
● Kitasato;
● PH METER;
● Proveta.
Reagentes:
● Ácido clorídrico concentrado;
● Água destilada;
● Carbonato de amônio ((NH4)2CO3);
● Nitrato de cobalto (II) hexahidratado (Co(NO3)2.6H2O);
● Etanol;
● Hidróxido de amônio (NH4OH);
● Nitrato de cobalto hexahidratado;
● Peróxido de hidrogênio.
Para a realização do experimento, o procedimento experimental foi executado, da
seguinte forma:
Parte 01: Síntese de [Co(NH3)4CO3]NO3.
Inicialmente foram dissolvidos 20 g de carbonato de amônio em 60 mL de água
destilada sendo que também foram adicionados 60 mL de uma solução aquosa de hidróxido
de amônio. Em seguida, em um outro béquer, dissolveu-se 15 g de carbonato de amônio
hexahidratado em 30 mL de água destilada a qual foi misturada a solução criada
anteriormente.
Na solução resultante foram adicionados 8 mL de peróxido de hidrogênio e em
seguida ela foi mantida sob aquecimento até que seu volume se reduziu a 90 mL sendo que
durante a aquecimento foram acrescidos cerca de 5 g de carbonato de amônio. A solução foi
filtrada ainda quente e o filtrado resfriado em banho de gelo até obter um precipitado de
coloração vermelha. A solução foi filtrada a vácuo sendo lavada levemente com água e em
seguida com etanol. Os cristais tiveram seu rendimento calculado e em seguida foram
colocados na capela de exaustão para secarem.
Parte 02: Síntese de [Co(NH3)5Cl]Cl2.
Primeiramente, foram dissolvidos 5,6 g do complexo sintetizado na parte 01 em 50
mL de água destilada juntamente a 5 mL de HCl concentrado. Após a adição dos 5 mL de
HCl esse mesmo reagente foi gotejado até que cessasse a liberação de CO2 gasoso. O sistema
foi neutralizado com NH4OH sendo que seu pH estava sendo monitorado por um PH METER.
Após a neutralização foram acrescidos mais 5 g de NH4OH. A solução foi aquecida em
aquecedor THELGA por 20 minutos evitando que ocorresse ebulição. A solução foi resfriada
em banho de gelo e adicionados 75 mL de HCl e aquecida novamente por 30 minutos
resfriada em banho de gelo lava com água destilada e em fim filtrada a vácuo lavando-se-a
com etanol. O filtrado foi posto em estufa para secar e em seguida teve seu rendimento
calculado e por fim foi efetuado o teste de condutância para os dois complexos sintetizado.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Síntese do [Co(NH3)4CO3]NO3:
O nitrato de cobalto hexahidratado (Co(NO3)2.6H2O) quando dissolvido em água dá
origem ao íon [Co(OH)6]2+ + 2NO32- que permanecem em solução aquosa com a adição da
solução. Dessa forma, ao adicionar-se a mistura de hidróxido de amônio e carbonato de
amônio ocorre a formação do composto [Co(NH3)4CO3]. O que acontece neste processo é a
coordenação do íon carbonato e as moléculas de amônia se liga ao cobalto (II) que substituem
as os ligantes anteriores, ou seja, as moléculas de água por serem ligantes de campo fraco
provendo pouca estabilidade ao metal (PRADO, D. G et al, 2015).
Para a formação do complexo desejado era necessário a obtenção do cobalto no estado
de oxidação 3+ sendo que o estado de oxidação que se apresentava era o 2+. Assim, explica-se
a adição do H2O2 já que ele é um agente oxidante forte promovendo a oxidação do cobalto
para o estado de oxidação 3+ formado assim o íon desejado. O aquecimento da solução se deu
pela necessidade de evaporar água da solução o que no entanto apresentava um risco, a
substituição dos ligante formando uma novo composto indesejado. Esse problema foi-se
resolvido adicionando se pequenas porções de carbonato de amônio almejando aumentar a
concentração desses íons em solução (PRADO, D. G et al, 2015).
Após filtrada, a solução foi então resfriada pois nesse momento o íon NO3 se liga ao
íon [Co(NH3)4CO3] formado o complexo [Co(NH3)4CO3]NO3 que se precipita. Vale ressaltar
que quanto maior o tempo de resfriamento com uma temperatura em torno de 2 a 3ºC maior a
quantidade do precipitado, condicionado a formação do complexo (PRADO, D. G et al,
2015).
Durante a formação do complexo nota-se que não ocorre a formação do íon
[Co(NH3)5CO3]+ pois o carbonato é um ligante bidentado que ao se ligar ao átomo do metal
promove uma maior estabilidade em decorrer do efeito quelato. Assim, a constante de
formação do complexo com o carbonato é maior em relação a da amônia explicando o motivo
de não haver uma quinta amônia pois esta desestabilizaria o complexo. Para que isso não
ocorra um dos oxigénio do carbonato se liga ao metal impedindo a ligação de uma quinta
amônia o que resulta na estrutura do complexo, estrutura 01 (PRADO, D. G et al, 2015).
Estrutura01: Estrutura do complexo [Co(NH3)4CO3]NO3
Fonte: Google imagens, 2019.
Síntese do [Co(NH3)4Cl]Cl2:
A obtenção deste complexo, o [Co(NH3)4Cl]Cl2 pode ser realizada de varias formas.
Umas dessas formas é através do [Co(NH3)4CO3]NO3, composto esse que foi sintetizado
anteriormente. Assim, quando o [Co(NH3)4CO3]NO3 é dissolvido em água há a formação
[Co(NH3)6]3+ que ao ser tratado com HCl acontece uma troca de ligantes dando origem ao
complexo [Co(NH3)5H2O]3+ liberando CO2 gasoso que ao ter sido neutralizado com NH4OH e
depois adicionado o mesmo recebendo um íon NH3 (Vieira, F. T, 2014).
A segunda adição de HCl concentrado irá promover novamentente a troca de ligantes
acarretando na formação do complexo [Co(NH3)5Cl]Cl2. Esse composto pode ser observado
pela formação de um sólido cristalino de cor violeta-avermelhado, figura 02, sendo este
obtido puro após todo o processo de evaporação da água restante (Vieira, F. T, 2014).
Figura 02: Complexo [Co(NH3)5Cl]Cl2(s).
Fonte: O autor, 2019.
Quanto ao rendimento das sínteses dos compostos obtidos, estes estão descritos no quadro
abaixo:
Quadro 01: Rendimento e condutância.
Complexo Rendimento Condutância
[Co(NH3)5Cl]Cl2 9,6 g 2,80 mS/cma 25ºC
[Co(NH3)4CO3]NO3 5,07 g 5,49 mS/cma 25ºC
Fonte: O autor, 2019.
Note que na tabela acima está descrito o valor da condutância para estes complexos.
este valor diz respeito a resistência de um segmento de solução entre dois eletrodos paralelos.
Sendo a platina metálica, revestida de uma depósito negro de platina que aumentar a área e
reduz a resistência de polarização. Essa medida tem por objetivo desvendar a estrutura de
complexos contendo aminas (PRADO, D. G et al, 2015).
A condutância do primeiro complexo está de acordo com o encontrado por Ayala J. D.
que foi de 260,2 S cm-1 mol-1 encontrado em seu trabalho sobre a química de coordenação.
Contudo não foi possível encontrar o valor da condutância para o [Co(NH3)4CO3]NO3 na
literatura.
CONCLUSÃO
A análise das características do metal cobalto presente no grupo 9 foi feita através da
observação de suas respectivas reações tendo em vista a formação dos complexos. Partindo
disso, é inegável o sucesso da prática com a certeza do ótimo procedimento aplicado para a
realização das reações tendo em visto o excelente rendimento obtido para ambos os
complexos. Em síntese, é inquestionável a necessidade da experimentação prática para a
internalização de conceitos tornando-os mais claros e consequentemente deixando de lado a
mer decoração.
REFERÊNCIAS
HAROLDO, L. C. Barros. Química inorgânica: uma introdução. Segrac, Belo
Horizonte-MG, 1992).
Lee, J. D. Química inorgânica não tão concisa. Tradução da 5a ed. inglesa: Henrique E.
Toma, Koiti Araki, Reginaldo C. Rocha - São Paulo: Edgard Blücher, 1999.
Prado, D. G.; Campos, I. O.; Peixoto, D. A. Síntese e caracterização do
[Co(NH3)4CO3](NO3). Uberlândia-MG, 2015.
Vieira, F. T. Laboratório de química inorgânica 1. Instituto de ciências e tecnologia,
engenharia química. Diamantina-MG, 2014.