Relatório complexo de cobalto

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FACULDADE DE FILOSOFIA CIÊNCIAS E LETRAS DE RIBEIRÃO
PRETO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Relatório: Síntese do Nitrato de tetraminocarbonatocobalto (III)
Fernanda Barbosa Sardinha, N° USP 11515982
Isabela de Oliveira Bertone, N° USP 10731512
Ribeirão Preto
2021
1. Introdução
O cobalto foi descoberto em 1735 por Brandt. Esse metal não é muito difundido na
natureza, e geralmente encontra-se associado ao níquel e, às vezes, a minerais de cobre e
ferro. Os minerais de cobalto mais importantes são: Esmaltina: CoAs2; Cobaltina: CoAsS . O
cobalto comporta-se como um metal bivalente ou trivalente. Os mais importantes compostos
de cobalto +2 são o cloreto, o sulfato, o nitrato e o cianeto. Dentre os mais importantes
compostos de cobalto +3 estão o hidróxido, o fluoreto, o nitrato e vários tipos de sulfatos
mistos de cobalto e outros elementos. O cobalto possui um único isótopo estável (Co59), mas
quando bombardeado por nêutrons lentos, esse elemento captura um nêutron e emite raios
gama,transformando-se em Co60, usado como fonte radioativa para fins medicinais (bomba
de cobalto), especialmente na terapia do câncer. O cloreto cobaltoso (CoCl2), anidro, é um sal
de coloração azul. Se, porém, for hidratado, torna-se praticamente incolor, e se for aquecido,
o sal perde água novamente e volta à sua coloração azul. Tal propriedade é utilizada para
compor as chamadas "tintas invisíveis"; o escrito aparece por aquecimento da superfície onde
ela foi aplicada.
O cobalto é utilizado principalmente na preparação de ligas especiais e seus
compostos como pigmentos de corantes. Os compostos de cobalto (III) são de particular
interesse, pois seus complexos "trocam" de ligantes muito lentamente se comparados com os
complexos de muitos outros íons de metais de transição. Um exemplo é o Ni(NH3)62+ que
reage muito rápido com a água e forma o Ni(OH2)62+. Já no Co(NH3)63+ a reação com a
água ocorre muito lentamente. A teoria dos campos ligantes e a teoria do orbital molecular
explicam essa diferença de comportamento.
Cobalto é um elemento químico metálico, de símbolo Co, de coloração
branco-prateada com matizes azulados. São conhecidas duas formas alotrópicas, uma com
estrutura cristalina hexagonal compacta, estável até 417º C, e a outra, cúbica de face centrada,
estável a temperaturas superiores.
O carbonato não pode estar em meio ácido (em grandes concentrações de íon H+),
porque pode ocorre a seguinte reação:
CO3 -2(aq) + 2H + → H2CO3(aq)
Forma o ácido carbônico que se dissocia em:
H2CO3(aq) → H2O + CO2↑(g)
Alguns compostos também têm a função de fazer a troca de ligantes de alguns
complexos. Em geral, esses complexos que trocam os ligantes preferem um campo mais
forte, isso porque é mais difícil de se romper depois. Complexos onde a água (aquo), por
exemplo, estão na esfera de coordenação são facilmente trocados por outros. No complexo de
cobalto, por exemplo, a água pode ser trocada tanto por moléculas de amônia que são neutras,
quanto por moléculas hidroxilas que são negativas. Essa troca é responsável por mudança de
cores ou clareamento e escurecimento das mesmas.
Tabela 1: Propriedades Físicas e Químicas do Cobalto
1.1. Compostos de Coordenação
Compostos de coordenação são moléculas formadas por um ou vários ácidos de
Lewis, que fazem ligação com uma ou várias bases de Lewis. Esses compostos são muitas
vezes também denominados de complexos. Ácidos de Lewis são espécies químicas que ao
formarem ligação funcionam como receptoras de par de elétrons. Já as bases de Lewis, atuam
como doadoras de elétrons durante a ligação.
A primeira teoria sobre esses compostos foi publicada em 1893, por Alfred Werner,
que a partir de então forneceu as bases para toda a química de coordenação moderna. Nos
compostos de coordenação temos um átomo central de metal ou íon metálico atuando como
ácido de Lewis, rodeado por íons ou moléculas, chamados de ligantes, que são bases de
Lewis. Os compostos de coordenação podem ser eletricamente neutros, como é o caso do
Ni(CO)4, ou apresentar carga como por exemplo, [Co(NH3)6)]3+. Os ligantes podem ser
neutros (moléculas) ou íons e a ligação que se estabelece entre eles e o átomo central é
chamada de coordenada ou ligação covalente. Alguns exemplos de complexos formados por
ligante neutro, são os com amônia (NH3) como o [Co(NH3)6]3+ ou com monóxido de carbono
(CO), como o Ni(CO)4. Outros tipos de ligantes neutros são monóxido de nitrogênio (NO),
nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2). Entre os compostos formados por ligantes iônicos temos
uma divisão entre aniônicos, entre eles o F-, Cl-, Br -, I- e CN-, e o oxiânions, SO42-, H3CCOO-,
C2O42- e CO32- . Os ligantes têm pelo menos 1 par de elétrons livres que permite a ele se
https://www.infoescola.com/quimica/acidos-e-bases-de-lewis/
https://www.infoescola.com/quimica/acidos-e-bases-de-lewis/
https://www.infoescola.com/quimica/eletron/
https://www.infoescola.com/quimica/atomo/
https://www.infoescola.com/quimica/ligacao-covalente/
https://www.infoescola.com/compostos-quimicos/amonia/
https://www.infoescola.com/quimica/monoxido-de-carbono/
https://www.infoescola.com/elementos-quimicos/nitrogenio/
https://www.infoescola.com/elementos-quimicos/hidrogenio/
coordenar ao metal para formar os complexos. Com base nisso eles podem ser divididos em
monodentados, bidentados, tri, e assim por diante.
O número de pontos aos quais o ligante se liga ao metal é chamado de número de
coordenação. É preciso ter atenção ao olhar a fórmula do complexo e não julgar o número de
coordenação de acordo com o número de ligantes, porém é sempre importante ter em mente
através de quantos pontos o ligante se coordena ao metal. Vejamos por exemplo o caso do
complexo formado entre Ca e o íon oxalato (C2O4)2-, cuja fórmula do complexo fica é
CaC2O4, embora tenha apenas um ligante, o número de coordenação é 2, já que este íon se
liga através de 2 pontos ao metal.
1.2. FTIR
A espectroscopia no infravermelho começou a ser utilizada pelos russos. A partir da
década de 1950 foram comercializados os primeiros espectrômetros dispersivos. É um
método de caracterização físico para análise qualitativas e determinações quantitativas de
traços de elementos. Isto é possível porque os átomos que formam as moléculas possuem
frequências específicas de vibração, que variam de acordo com a estrutura, composição e o
modo de vibração da amostra. Para varrer essa gama de frequência utiliza-se o infravermelho.
Os instrumentos usados são chamados espectrômetros de infravermelho, e a
propriedade física medida é a capacidade da substância para absorver, transmitir, ou refletir
radiação infravermelho.
A espectroscopia FTIR tem amplo uso e aplicabilidade na análise de moléculas
importantes nas indústrias farmacêutica, química e de polímeros. A análise FTIR é utilizada
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https://afinkopolimeros.com.br/servicos/ensaios-laboratoriais/ensaios-quimicos/#ftir
na indústria e em laboratórios acadêmicos para melhor compreender a cinética, o mecanismo
e o caminho das reações, bem como os ciclos catalíticos. A Espectroscopia FTIR é usada para
garantir que os materiais brutos, os compostos intermediários e os produtos finais estejam
dentro das especificações. No P&D químico e farmacêutico, a espectroscopia FTIR in-situ é
utilizada para ajudar a ampliar as reações químicas, otimizar o rendimento da reação e
minimizar as impurezas do subproduto. Na produção química e farmacêutica, a
espectroscopia FTIR funciona como uma Tecnologia Analítica de Processo (TAP), garantindo
que os processos sejam estáveis e estejam sob controle e que atinjam as especificações do
produto final.
1.3. Espectroscopia UV-VIS
Esta técnica estuda as interações da radiação eletromagnética com o material, com o
objetivo de obter informações sobre sua composição química. Isso é possível porque uma
ligação química pode interagir de várias formas com os diferentes comprimentos de onda de
radiação. Essasinterações podem se manifestar através de fenômenos como a absorção,
reflexão, transmissão, difração, refração e espalhamento das ondas.
Outro princípio importante para que se compreenda o funcionamento deste ensaio é
que cada tipo de ligação química absorve um comprimento de onda específico, como por
exemplo, as ligações duplas, que absorvem fortemente na região ultravioleta. Este fenômeno
é que permite a criação de uma correlação entre os comprimentos de ondas absorvidos pela
amostra e a identificação das ligações que compõem o material.
O ensaio de espectroscopia UV-Vis pode ser compreendido pelo seguinte fluxograma:
O ensaio consiste em submeter a amostra a radiações emitidas por uma lâmpada que
emite comprimentos de ondas que pertençam ao espectro visível e ao espectro ultravioleta,
com comprimentos de onda na faixa 200nm à 800nm.
https://www.mt.com/int/pt/home/applications/L1_AutoChem_Applications/L2_PAT.html
Após ser emitida, a radiação passa por um monocromador, e posteriormente incide na
amostra, que é posicionada no caminho óptico do equipamento, entre o monocromador e o
detector. Os detectores são responsáveis por identificar quais comprimentos de ondas foram
absorvidos durante o ensaio, colhendo as informações necessárias para que os resultados da
análise sejam gerados.
Figura: Imagem ilustrativa do Ensaio UV-Vis
O resultado do ensaio consiste em um espectro que indica os comprimentos de ondas
absorvidos e a intensidade da absorção em cada comprimento de onda. Através de um banco
de dados, é possível correlacionar os comprimentos de ondas absorvidas, com as ligações
presentes na amostra, e a intensidade da absorção com a concentração destas ligações,
informações cruciais para que a identificação e caracterização de diversos materiais e
substâncias seja realizada e o objetivo do ensaio alcançado.
Figura: Exemplo de Espectro gerado como resultado de um ensaio UV-Vis
O ensaio de Espectroscopia UV-Vis pode fornecer informações que permitem a
identificação de grupos funcionais orgânicos e íons metálicos, além de permitir a
quantificação de componentes orgânicos e inorgânicos, permitindo identificar e caracterizar,
qualitativamente e quantitativamente, materiais e substâncias químicas. Além disso, é
possível realizar ensaios de turbidez através desta técnica.
1.4. Condutivímetro
A condutividade é a corrente elétrica em uma solução e depende da força iônica de
um produto, é a medida da concentração total de sais dissolvidos presentes em água.
A condutividade elétrica é a unidade que especifica o potencial elétrico de um
determinado material. Por meio da medição desta unidade, é possível identificar a capacidade
que o material tem de conduzir corrente elétrica. Para obter a medida dessa capacidade, o
aparelho para laboratório utilizado é o condutivímetro ou medidor de condutividade.
2. Procedimento Experimental
2.1. Parte 1
Em um béquer de 300 mL, dissolveu-se 20 g de carbonato de amônio em 60 mL de
água destilada e juntou-se 60 mL de hidróxido de amônio concentrado. Preparou-se, num
béquer de 300 mL, uma solução contendo 15 g de nitrato de cobalto (II) hexaidratado em 30
mL de água destilada. A essa solução, adicionou-se sob agitação a solução de carbonato de
amônio e depois, lentamente, 8 mL de água oxigenada a 30%. Transferiu-se a solução para
uma cápsula de porcelana e evaporou-se em banho-maria. Durante a evaporação,
adicionou-se em pequenas porções e de tempos em tempos, cerca de 5,0 g de carbonato de
amônio sólido. Quando o volume da solução se reduziu à metade, filtrou-se a solução quente,
utilizou-se filtração à vácuo e depois transferiu-se o filtrado para um béquer de 250 mL.
Quando a temperatura da solução esteve próxima da temperatura ambiente, resfriou-se em
banho de gelo por uma hora. Separou-se por filtração sob sucção, utilizou-se funil de placa
porosa, os cristais vermelhos formados. Lavou-os com alguns mL de água destilada gelada e
depois com álcool etílico. Manteve-se a sucção por alguns minutos para completar a secagem
do produto.
Depois de seco, pesou-se o produto, avaliou-se o rendimento da reação de síntese e
comparou-se com o rendimento teórico
2.2. Parte 2
Tubo 1: Adiciona-se uma porção de nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) sólido
em um tubo de ensaio contendo uma solução de ácido sulfúrico diluído e observa-se
Tubo 2: Fez-se a mesma reação com o carbonato de sódio e comparou-se.
Tubo 3: Adicionou-se uma solução de nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) a
uma solução de cloreto de bário e observa-se.
Tubo 4: Repete-se a reação com o carbonato de sódio mais cloreto de bário.
Tubo 5: Em outro tubo coloca-se uma porção de nitrato de tetraamincarbonatocobalto
(III) sólido com uma solução de hidróxido de sódio e aquece-se ligeiramente.
2.3. Parte 3
Foi preparada uma solução de 0,1 M de CoCl2, a partir de instruções da professora
responsável. E, a partir da amostra da sintese do complexo de nitrato de
tetraamincarbonatocobalto (III), foram realizadas analises de espectro de UV-Vis e FTIR.
3. Resultados e Discussões
3.1. Parte 1
Quando adiciona-se o hidróxido de amônio na solução de carbonato de amônio
percebe-se o desprendimento de gases amônia.
Quando se tem a solução de nitrato de cobalto hexahidratado é vermelho carmim.
O peróxido de hidrogênio é adicionado para oxidar o cobalto de +2 para +3.
Equação geral temos:
(NH4)2CO3 +H2O2 + NH4OH + Co(NO3)2 + H2 + H2O → [CoCO3(NH3)4]NO3 + 7OH-
ou
(NH4)2CO3 + NH4OH → 3 NH4+ + CO3 2- + OH-
Co(NO3)2.6H2O H2O → [Co(H2O)6]2+ + 2 NO3-
[Co(H2O)6]2+ + -OH → Co(OH)2 + [Co(H2O)4(OH)2]
[Co(H2O)4(OH)2] + NO3- + NH4+ + CO3 2- → [Co(NH3)4CO3]+ + NO3-
A partir do complexo sintetizado, foi obtida a massa final de produto igual a 8,45 g, e
a partir desse resultado, foi possível calcular o rendimento do experimento, demonstrando a
seguir:
Cálculo do número de mols
Massa incial de Co(NH3)2.6H2O = 20,0g
Massa molar de Co(NH3)2.6H2O = 291,03 g/mol
-> -> n=0,0687 mol𝑛 = 𝑚𝑀𝑀 𝑛 =
20,0
291,03
Temos que 1 mol de Co(NH3)2.6H2O = 1 mol de [Co(NH3)4(CO3)]NO3
Cálculo do rendimento
Massa obtida de [Co(NH3)4(CO3)]NO3 = 8,45 g
Massa molar de [Co(NH3)4(CO3)]NO3 = 249,0 g
-> -> n = 0,034 mol𝑛 = 𝑚𝑀𝑀 𝑛 =
8,45
249,0
0, 0687 𝑚𝑜𝑙 − 100%
0, 034 𝑚𝑜𝑙 − 𝑥 
x = 49,49%
O rendimento obtido para a síntese realizada foi de 49,49%, considerado satisfatório,
sendo possível assim, realizar as análises propostas.
3.2. Parte 2
1º tubo: Quando adiciona-se o nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) sólido em
um tubo de ensaio contendo ácido sulfúrico diluído observa-se uma efervescência (gás
carbônico sendo liberado) e a cor violeta quase vermelha permanece porque ainda há
complexo formado. Na presença de ácido a esfera de coordenação rompe-se ficando tudo em
íons. A reação segue abaixo:
[CoCO3(NH3)4]NO3(s) + H2SO4(aq) → [Co(H2O)6] +3 (aq) + NO3 - (aq) + 4 NH3(aq) +
CO2↑(g) + SO4 -2(aq) + H2O(l)
2º tubo: Quando se adiciona ácido sulfúrico em carbonato de sódio observa-se a
mesma efervescência do gás carbônico sendo liberado. Solução incolor. A reação segue
abaixo:
Na2CO3(s) + H2SO4(aq)→ CO2↑(g) + 2Na+ (aq) + SO4 -2(aq)
3º tubo: Quando se adicionou o nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) sólido em
um tubo de ensaio contendo cloreto de bário a fim de ver um precipitado de carbonato de
bário, nada ocorreu visto que o bário não tem força suficiente para romper a esfera de
coordenação e juntamente com o carbonato precipitar. Somente íons em solução, esta solução
ficou lilás. A reação segue abaixo:
[CoCO3(NH3)4]NO3(s) + BaCl2(aq) → [CoCO3(NH3)4] +3(aq) + NO3 - (aq) + 2 Cl- (aq) +
Ba+2(aq)
4º tubo: Quando se adicionou carbonato de sódio e cloreto de bário observou a
formação de um precipitado branco proveniente do carbonato de bário. É uma reação
exotérmica. A reação segue abaixo:
BaCl2(aq) + Na2CO3(s) → BaCO3↓(s) + 2Na+ (aq) + 2 Cl- (aq)
5º tubo: Quando se adiciona o nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) sólidoem um
tubo de ensaio contendo hidróxido de sódio observa-se pelo desprendimento de gás carbônico
que o ânion hidroxila troca de lugar com o ânion carbonato. A solução fica marrom com
início esverdeado quando aquecida. A reação segue abaixo:
[CoCO3(NH3)4]NO3(s) + NaOH(aq) → [CoOH(NH3)4] +3 + NO3 - (aq) + Na+ (aq)
Imagem 1: tubo de ensaio parte experimental
3.3. Parte 3
Para o preparo da solução de CoCl2, foram realizados os seguintes cálculos:
0, 1𝑚𝑜𝑙/𝐿 = 𝑥(0,01)
𝑥 = 0, 001𝑚𝑜𝑙
 1 𝑚𝑜𝑙 − 237, 93𝑔
0, 001 𝑚𝑜𝑙 − 𝑦
𝑦 = 0, 238 𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝐶𝑙2 𝑒𝑚 10𝑚𝐿 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
A solução de CoCl2, foi analisada por Espectroscopia UV-Vis, porém ao realizar o
tratamento dos dados para a formação do espectro, obtivemos a seguinte imagem,
constatando erros desconhecidos na hora da plotagem do gráfico.
Não foi possível a atribuição das bandas a partir do espectro obtido, bem como os
cálculos de B e ∆o.
A partir de uma amostra da síntese do complexo [Co(NH3)4(CO3)]NO3, foi realizada
uma solução de 0,001 M, afim de realizar uma análise no por Espectroscopia UV-Vis, os
cálculos para a realização da solução estão dispostos abaixo.
0, 001𝑚𝑜𝑙/𝐿 = 𝑥(0,1)
𝑥 = 0, 0001𝑚𝑜𝑙
 1 𝑚𝑜𝑙 − 249𝑔
0, 0001 𝑚𝑜𝑙 − 𝑦
𝑦 = 0, 0249 𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑥𝑜 𝑒𝑚 100𝑚𝐿
Como a quantidade necessária para a solução era muito pequena, primeiro foi
preparada uma solução de 0,01 M, em 100mL, a partir de 0,249 g do complexo de nitrato de
tetraamincarbonatocobalto (III). Dessa primeira solução, foram retirados 10 mL e diluídos em
um balão volumétrico de 100 mL, obtendo então a solução de 0,001 M de nitrato de
tetraamincarbonatocobalto (III). A solução então, foi colocada em análise de espectroscopia
UV-Vis, obtendo o mesmo erro desconhecido da solução anterior de CoCl2.
Com a amostra de nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III), foi realizado também
uma solução sólida com KBr, seguido de um pastilhamento para análise no
Espectrofotômetro de infravermelho, do qual obteve-se o seguinte espectro.
4. Conclusão
Este experimento veio ampliar os nossos conhecimentos sobre os compostos de
coordenação que o cobalto pode fazer, trouxe às nossas memórias também conhecimentos
que aprendemos sobre e balanceamos e a estequiometria das reações.
Notamos também na parte 2 do experimento que para conseguir quebrar a esfera de
coordenação deve-se colocar ácido, que ele mesmo diluído consegue romper a esfera e fazer
com que o metal de transição se coordene com a água que é facilmente trocada por outro
ligante.
Observamos também que na precipitação por exemplo do carbonato de bário só
ocorre se os íons estiverem livres na solução.
5- Referências
Disponível em: http://reocities.com/Vienna/Choir/9201/grupos_B_4.htm, acesso em
16 de dezembro de 2021.
Disponível em: http://kamiotaku.wordpress.com/tag/, acesso em 16 de dezembro de 2021.
Disponível em: http://www.tabela.oxigenio.com/metais_de_transicao/, acesso em 16 de
dezembro de 2021.
Disponível em : https://afinkopolimeros.com.br/o-que-e-analise-de-ftir/, acesso em 16 de
dezembro de 2021.
Disponível em : https://afinkopolimeros.com.br/o-que-eensaio-de-espectroscopia-uv-vis/ ,
acesso em 16 de dezembro de 2021.