Síntese do bis(acetilacetonato) de vanadila

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS TOLEDO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE QUÍMICA BACHARELADO
 
	
	
	
	
Síntese do bis(acetilacetonato) de vanadila
Relatório entregue como parte da avaliação da disciplina Química Inorgânica Experimental II, do curso de Química Bacharelado, ministrada pela Professora Doutora Luciana Gaffo Freitas. 
 
Alunos: Gabriel das Neves Pfeifer RA: 90674
 Vinicius Coppetti Klein RA: 76264
Toledo - PR
12 de Novembro de 2021
1. Introdução
 A teoria de Werner diz que as ligações coordenadas são formadas entre os ligantes e o íon metálico central do complexo, isto é, o ligante doa um par de elétrons ao íon metálico. Compostos de coordenação podem ser formados facilmente com os metais de transição, pois estes possuem orbitais (d) disponíveis que podem acomodar os pares de elétrons doados pelos ligantes. O número de ligações coordenadas formadas depende, sobretudo, do número de orbitais vazios de energia adequada.[1]
 O vanádio é um metal de transição, possuindo coloração branca acinzentada e brilho característico dos elementos desse grupo. Pode ser encontrado em vários minerais, como carvão e petróleo. Ele é o 22° mais abundante elemento na crosta terrestre. Entre os seus principais minérios estão a carnotita, a vanadita e a roscoelita. [2]
 Alguns compostos de vanádio são usados como importantes catalisadores, em processos de contato para fabricação de ácido sulfúrico, como catalisador de oxidação na síntese de anidridos maléico e ftálico, na produção de poliamidas como o nylon, e na oxidação de substâncias orgânicas como o etanol.[2] 
 Em comum com outros metais, o vanádio apresenta vários estados de oxidação, de (-3) a (+5), sendo (+4) e (+5) os mais estáveis, com configuração eletrônica d1 e d0, respectivamente. Estes íons são classificados como ácidos duros, segundo a notação de Pearson, logo têm grande afinidade por ligantes O-doadores. Várias rotas sintéticas têm sido utilizadas para preparar os complexos de vanádio, devido principalmente ao seu comportamento versátil e à influência de diversos fatores como: a natureza dos ligantes, o solvente usado e o pH do meio reacional.[3]
 Muitos complexos são conhecidos por conter o grupo vanadila, VO2+, com o vanádio em seu penúltimo estado de oxidação (+4). A maioria dos complexos de vanadila contém quatro ligantes adicionais e são piramidal-quadrado. Como também a maior parte desses complexos possuem coloração azul (como resultado de uma transição d-d), o que pode permitir um sexto ligante ligado fracamente na posição trans ao ligante oxo.[4]
2. Objetivos
O objetivo central do experimento é a realização da síntese do complexo bis (acetilacetonato) de vanadila.
3. Materiais e Métodos
3.1. Materiais
· Béqueres (100 mL)
· Provetas (10 mL)
· Funil de vidro
· Placa de aquecimento
· Dessecador
· Funil de Buchner
· Papel de filtro
· Pipetas (10 mL)
· Bastão de vidro
· Espátula metálica
· Suporte universal
 3.2 Reagentes
· Pentóxido de vanádio (V2O5)
· Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4)
· Etanol (CH3CH2OH)
· Acetilacetona (C5H8O2)
· Carbonato de sódio (Na2CO3)
· Água destilada
 3.3. Métodos 
Em um béquer de 100 mL foram pesados 2,0360 g de pentóxido de de vanádio, e adicionado 10,0 mL de água destilada, 3,5 mL de ácido sulfúrico concentrado e 10,0 mL de etanol para assim ser submetido a um aquecimento e uma agitação constante, até observar uma alteração de cor para verde.
Após a alteração de cor na solução, foi realizada a filtração utilizando algodão. Ao filtrado foram adicionadas 5,0 mL de acetilacetona, para neutralizar a solução foi adicionada 8,0 g de carbonato de sódio em 50,0 mL de água destilada. O precipitado foi filtrado e secado para ser calculado o rendimento da reação. 
4. Resultados e Discussão
Para realizar a síntese do bis(acetilacetonato), inicialmente pesaram-se 2,0360 g do pentóxido de vanádio, juntamente com a água, ácido sulfúrico e etanol. Originando assim uma solução alaranjada intensa, confirmando assim o que descreve Lee (1999), sobre o V2O5 ser alaranjado.
Com a agitação constante e o aquecimento realizado, foi possível observar uma mudança na coloração da solução, passando de laranja para verde escuro, representando assim a formação do VOSO4, conforme mostra a Equação 1.
V2O5 + H2SO4 + CH3CH2OH CH3COH + 2 VOSO4 + 3 H2O Eq (1)
Com o processo de filtração, é possível obter o VOSO4 como o filtrado, com a adição de acetilacetona e a neutralização com o carbonato de sódio diluído, observou-se alguns fenômenos, que podem ser explicados com a Equação 2, como a formação de um precipitado azulado, a liberação de gás e aquecimento da solução.
VOSO4 + 2 C5H8O2 + Na2CO3 [VO(C5H7O2)2] + Na2SO4 + H2O + CO2 Eq(2)
A formação do precipitado azul, representa a formação do complexo bis(acetilacetonato) de vanadila, estrutura apresentada na Figura 1, o desprendimento de gás se dá pela formação de CO2 e o se tem o aquecimento por se tratar de uma reação exotérmica.
A formação do íon V4+, se dá pelo fato do V2O5 sofrer redução, sendo o ácido sulfúrico o agente redutor. O íon ainda é responsável pela coloração azul do precipitado. (LEE,1999)
Para se determinar o rendimento teórico dessa reação, é necessário conhecer a quantidade, em número de mols, do material de partida, no caso o pentóxido de vanádio, utilizando a massa que foi pesado do reagente e a sua massa molar (MMV2O5=181,88 g.mol-1) é possível chegar ao seu número de mols como sendo nV2O5=0,011. Utilizando a estequiometria 1:2 apresenta pela Equação 1 e considerando o consumo total de pentóxido para se formar sulfato de vanadil, chegasse ao número de mols de 0,022 mols de VOSO4.
Na Equação 2, onde se apresentam outros reagentes, é preciso conhecer as quantidades molares de cada um deles, para assim determinar o reagente limitante, a Tabela 1 apresenta os dados para estimar o número de mols de cada reagente. 
Tabela 1: Dados para determinação do reagente limitante
	
	Massa Molar (g.mol-1)
	Massa (g)
	Volume (mL)
	Densidade (g.cm3)
	Número de mols
	VOSO4
	x
	x
	x
	x
	0,022
	C5H8O2
	100,13
	4,85
	5,0
	0,97
	0,0968
	Na2CO3
	105,98
	8,0025
	x
	x
	0,075
Fonte: Os Autores
Ao observar a Tabela 1, é possível determinar o sulfato de vanadil como sendo o reagente limitante da reação, ou seja, quando seus 0,022 mols forem consumidos, a reação estará por terminada. Com isso utilizando a estequiometria apresentada pela Equação 2, 1:1, é possível estimar o rendimento de 100%, utilizando a massa molar do complexo (MMcomplexo=265,15 g.mol-1), como sendo 5,833 g. 
Após a secagem do precipitado foi feita a pesagem de sua massa, descontando o peso do papel de filtro, obtendo assim uma massa de 2,2367 g. Com isso, é possível realizar o cálculo do rendimento, utilizando uma regra de três.
5,833g ----------------- 100%
2,2367 ----------------- x
x = 38,34%
Portanto, o rendimento obtido foi de 38,34%, é um rendimento abaixo do esperado, o que evidencia os erros experimentais do procedimento, como a perda de solução durante o processo de filtração, além de falhas em equipamentos, como no caso da placa de aquecimento, que não manteve uma temperatura ideal e constante, bem como erros no manuseio de vidrarias e equipamentos.
5. Conclusão
Após a realização do experimento foi possível entender mais sobre compostos de coordenação, suas principais características, no caso do complexo bis(acetilacetonato) de vanadila. O rendimento obtido do mesmo ao final do procedimento foi muito abaixo do esperado, somente de 38,34%, o que se deve, principalmente, a erros experimentais, como falhas em equipamentos, a perda de solução durante o procedimento, a má calibração das vidrarias, além do manuseio errado de vidrarias e equipamentos utilizados. 
6. Referências 
[1]Química de Coordenação I - Prof. J. D. Ayala. Disponível em: http://qui.ufmg.br/~ayala/matdidatico/coord.pdf
[2] Vanádio. Disponível em:<http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc24/elemento.pdf>.[3] Síntese e Caracterização de Novos Complexos de Vanádio(IV) e (V) com ligantes contendo grupos carboxilatos e imínicos. Disponível em <http://sec.sbq.org.br/cd29ra/resumos/T1281-1.pdf>
[4] ATKINS, Peter W; SHRIVER, Duward F. Química Inorgânica. 3ª Ed. Editora Bookman, 2003.
Lee, J. D. Química inorgânica não tão concisa. Tradução da 5ª ed. inglesa. Editora Edgard Blücher Ltda. pp. 24, 217, 360-370. 1999.