Síntese do Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III)

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Universidade Federal de Uberlândia
Instituto de Ciências Exatas e Naturais do Pontal
Curso de Química
Experimento 1: Síntese do Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III)
Química de Coordenação Experimental
Discentes: Giovanne Delgado 21911QMI231
Leonardo Corsi 21811QMI211
Docente: Prof. Dr. André Luiz Bogado
Ituiutaba
2022
1. Introdução
Os compostos de coordenação indicam um íon metálico ligado a moléculas
neutras ou íons, identificados como ligantes, onde possuem uma característica de doar
elétrons ao átomo central. Normalmente esses compostos, denominados de complexos,
são coloridos e, indicam propriedades magnéticas características e são capazes de serem
encontradas em diversos processos, como na respiração e na fotossíntese
(CHIOQUETTA, 2016).
Esses complexos com metais de transição frequentemente indicam uma
multiplicidade de cores em função de suas estruturas eletrônicas e geométricas e, para
um mesmo íon metálico central, pode haver mudança da coloração em função dos seus
ligantes. E os compostos de cobalto (III) possui um interesse específico, visto que, seus
complexos trocam de ligante com velocidades baixas quando comparados à complexos
de outros íons de metais de transição, todavia, o princípio dos campos ligantes e do
orbital molecular descrevem esse comportamento (MIESSLER, 2014).
O desenvolvimento da ligação química nos ligantes pode ser efetuada por meio
de diversos átomos integrados a eles, isto é, em função da quantia dos átomos, os
ligantes podem ser divididos em monodentados e polidentados e, um exemplo disto é o
NH3 sendo monodentado, que para formação do complexo se liga apenas no nitrogênio.
Então, se o ligante tem vários átomos aptos de se ligar ao complexo, ele é polidentado,
como é o caso do (CO32-). E quando se observa alteração na coloração ao submeter um
complexo em uma solução aquosa, revela que houve troca de algum ligante do
complexo original (LEE, 1999).
Figura 1: Estrutura molecular do do Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III)
Fonte: Própria.
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Então como os complexos só se formam porque mostram certo equilíbrio e, são
bastante dependentes das estruturas e ligantes, a primeira formação ao utilizar o Co2+, é
retratado uma estabilidade relativa, mas os complexos resultados de complexação com o
Co3+ possuem maior energia de estabilização, portanto, na presença dos ligantes
adequados, além disso, é possível substituir os ligantes do complexo já formado de
Co2+, dado que essa troca ocorre devagar, pois os complexos são muito estáveis, logo,
sendo possível sintetizar complexos de cobalto com diferentes estados oxidativos
utilizando reagentes que permitem essa troca (ATKINS, 2008).
2. Objetivo
Ilustrar a preparação de um composto de coordenação a partir de seus
constituintes e verificar experimentalmente algumas de suas propriedades.
3. Parte Experimental
3.1 Materiais e Reagentes
Balança
Banho-maria
Béquer de 250 mL
Béquer de 300 mL
Bico de Bunsen + Tripé + Tela
Bomba de vácuo
Cápsula de porcelana
Frasco com tampa
Água destilada
Água destilada (~ 4°C)
Água oxigenada 30%
Carbonato de sódio
Éter etílico (~ 4°C)
Hidróxido de amônio conc.
Funil de Buchner
Gelo (para banho de gelo)
Papel de Filtro
Papel de tornassol
Proveta de 10 mL
Proveta de 50 mL
Termômetro
Tubos de ensaio + Suporte
Nitrato de cobalto (II) hexa-hidratado
Sç de Co(NO3)2 ou Ba(NO3)2
Sç de H2SO4
Sç de H2SO4
Sç de NaOH
Sç de Na2s sat
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3.2. Métodos
3.2.1. Síntese do Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III)
Em um béquer de 300 mL foram dissolvidos 10 g de carbonato de amônia em 30
mL de água destilada e posteriormente adicionado 30 mL de hidróxido de amônio
concentrado. Em outro béquer de 300 mL foi preparado uma solução contendo 7,5 g de
nitrato de cobalto (II) hexahidratado em 15 mL de água destilada, a solução então foi
posta em agitação e em seguinte foi adicionada a solução de carbonato de amônio e
lentamente 4mL de água oxigenada 30%.
A solução resultante foi levada para um banho-maria e durante sua evaporação
foram adicionadas 2,5 g de carbonato de amônio sólido em pequenas porções e em
intervalos de tempo. Logo que a solução se reduziu pela metade filtrou-a a quente, sob
vácuo, utilizando um funil de Büchner e papel de filtro.
O filtrado foi transferido para um béquer de 250 mL e quando a solução chegou
à temperatura ambiente foi colocada em banho de gelo por uma hora. Decorrente o
tempo, os cristais vermelhos formados foram filtrados no funil de Büchner e papel de
filtro e lavados com o mínimo de água destilada gelada possível e éter etílico. Seguido
de sua secagem a massa do precipitado foi devidamente pesada.
3.2.2. Propriedades do Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III)
Em um tubo de ensaio foi adicionado uma solução diluída de ácido sulfúrico e
uma pequena porção de Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III), posterior
observação seguiu-se o mesmo processo, porém, utilizando carbonato de sódio no lugar
do complexo.
Já com o objetivo verificar o que ocorre se aumentarmos a concentração do
ácido, adicionamos novamente uma pequena porção do complexo em um tubo de ensaio
e algumas gotas de uma solução de cloreto de bário 0,25M e seguiu o mesmo
procedimento para o carbonato de sódio no lugar do complexo.
Em um outro tubo de ensaio contendo uma ponta de espátula do complexo foram
adicionadas algumas gotas de hidróxido de sódio, levada rapidamente para aquecimento
até obtenção de um precipitado e por fim foi inserido um papel indicador umedecido em
água destilada sobre a boca do tubo de ensaio.
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4. Resultados e Discussão
4.1 Síntese do Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III)
A partir da mistura inicial entre o carbonato de amônio e o hidróxido de amônio
concentrado temos os íons carbonatos (CO32-) e excesso de íons amônio (NH4+) no meio
reacional, como pode ser observado pela Reação 1. Temos também a dissolução do sal
que foi concluída devido a adição da base, podendo ser observado um resfriamento da
solução durante sua dissolução, onde a queda de temperatura se dá pela dissolução
parcial do carbonato na água.
(NH4)2CO3(aq)+ NH4OH(aq) → 3NH4+(aq) + CO32-(aq) + OH-(aq) (1)
Já a solução contendo nitrato de cobalto hexahidratado irá fornecer os íons Co2+,
além de apresentar coloração roxa, porém, ao se misturar essa solução com carbonato de
amônio e peróxido de hidrogênio 3 0% os íons Co2+ iram sofrer oxidação devido o
peróxido de hidrogênio ser um forte agente oxidante, assim, teremos Co3+ e uma
coloração avermelhada pela oxidação do cátion.
Além da oxidação do Co2+ temos a substituição das moléculas de H2O e Co3+ em
torno do centro metálico. Isso se dá porque as ligações presentes entre as moléculas de
água com cátion são menos estável do que a formada entre o ligante amino e o ligante
carbonato com o Co3+. Dessa forma, quando aumentamos a concentração de amônia no
meio reacional, temos a substituição das moléculas de água pelo ligante, por outro lado,
em concentrações baixas, menos NH3 pode ser coordenado ao cátion, podendo ser
representadas pelas Reações 2 e 3:
[Co(H2O)6]2+(aq) + 6 NH3(aq) → [Co(NH3)6]2+(aq) (2)
2[Co(NH3)6]2+(aq)+ 2NO3(aq)+ H2O2(aq)+ 2CO32-(aq) → 2[Co(CO3)(NH3)4]NO3(s) + 4NH3(g)+
2OH-(aq) (3)
Adquiriu-se uma massa final de 4,936 g do sal de coloração avermelhada. Para
tratar do rendimento da reação seguiu-se conforme Equação 1, onde é possível
encontrar o número de mols de cobalto, uma vez que foram pesados 7,534 g de cobalto
hexahidratado e sua massa molar equivale a 291,035 g mol-1.
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(1)𝑛  =   𝑚𝑀
𝑛  = 7,534𝑔
291,035  𝑔𝑚𝑜𝑙
𝑛  = 0, 0259 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑏𝑎𝑙𝑡𝑜 
Pelas Reações 2 e 3 é possível concluir que a relação estequiométrica é de 1:1
entre o sal precursor e o complexo sintetizado, assim como todo o cobalto
hexahidratado é transformado em complexo. Sabendo que o número de mols do
complexo vai vir a ser igual ao número de mols relacionado ao sal, como mostra o
cálculo:
0, 0259 𝑚𝑜𝑙𝑠  =𝑚
236,968  𝑔𝑚𝑜𝑙
𝑚 = 6, 14 𝑔 
Dessa forma, se encontra o rendimento da reação pela relação entre a massa
teórica e a obtida experimentalmente:
6,14 g ------- 100 %
4,936 g ------- x
x = 80,39 %
Por fim, apenas 80,39 % do sal precursor foi convertido em complexo, esse valor
baixo obtido experimentalmente pode estar relacionado com o processo de cristalização.
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4.2 Propriedades do Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III)
Para o primeiro tubo de ensaio contendo o complexo Tretaamincarbonatocobalto
(III) e a solução de ácido sulfúrico, foi observado a diluição completa do sólido e a
composição de uma solução de coloração rosa, bem como, no desprendimento de gás e
efervescência na solução, devido a liberação do gás carbônico, como representado pela
Reação 3:
[Co(CO3)(NH3)4]NO3(s) + 2H2SO4(aq)→ [Co(H2O)2)4]3+(aq) + NO3-(aq) + CO2(g) +
2SO42-(aq) (4)
Segundo a Reação (5) é possível observar que ao dissolver o carbonato de sódio
em ácido sulfúrico, temos novamente a liberação de dióxido de carbonato, devido ao íon
carbonato em meio ácido.
Na2CO3(s)+ H2SO4(aq) →CO2(g) + 2Na+(aq)+ SO42-(aq) (5)
Quando aumentou a concentração do ácido no complexo, observou-se
novamente a liberação de gás, porém, a solução apresentou uma mudança de coloração
de roxo para rosa, sendo representado por uma provável mudança na estrutura do
complexo. Pela reação apresentada por (6) é representado o produto formado e
consequentemente a complexação das moléculas de água em torno do íon metálico.
[Co(CO3)(NH3)4]NO3(s)+ H2SO4(aq)→ [Co(H2O)6]3+(aq) + NO3 -(aq) + CO2(g)+ 4NH3(aq)+
SO42-(aq) (6)
Já para o aumento da concentração de ácido em carbonato de sódio, não foi
observado mudança na coloração, sendo essa uma característica específica do
complexo.
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Quando misturado o complexo Tretaamincarbonatocobalto (III) com a solução
de cloreto de bário é possível averiguar a completa diluição do sólido, uma vez que o
íon cloreto (Cl-) não é um ligante que apresente a força necessária para substituir os
ligantes presentes na esfera de coordenação do cobalto. Porém, na reação de carbonato
de sódio com a solução de cloreto de bário verifica-se um precipitado branco e turvo,
devido a formação de carbonato de bário, como representado pela Reação 7:
BaCl2(aq) + Na2CO3(s)→BaCO3(s)+ 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) (7)
Por último, quando colocamos o complexo com uma solução de hidróxido de
sódio encontra-se uma solução de coloração marrom e liberação de gás, quando
aquecido observa-se a formação de precipitado, devido a formação de hidróxido de
cobalto, já o papel indicador indicou uma solução de meio básico graças a formação de
amônio, como apresentado pela Reação 8:
[Co(CO3)(NH3)4]NO3(s) + 3NaOH(aq) → Co(OH)3(s) + CO2(g)+ NO3-(aq) + 3Na+(aq) +
4NH3 (aq)+ ½O2(g) (8)
5. Conclusão
A síntese do complexo Nitrato de Tetraamincarbonatocobalto (III) foi executada
de forma satisfatória, sendo possível observar o procedimento em suas diferentes etapas,
isto é, cada etapa conforme ia se desenvolvendo mudava a cor da solução dependendo
do ligante que coordenava com o átomo central e por fim, obteve um rendimento de
80,39 %.
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6. Referências Bibliográficas
[1] MIESSLER, Gary L.; FISCHER, Paul J.; TARR, Donald A. Química
inorgânica. 5ª Ed. Tradução: Ana Julia Perroti; et al. São Paulo: Pearson Education do
Brasil, 2014.
[2] POSTMA, J. M.; ROBERTS, J.L.; HOLLENBERG, L. Química no
laboratório. São Paulo: Manole, 2009.
[3] HOUSECROFT, C.E.; SHARPE, A.G. Inorganic Chemistry, 3ª ed.,
Prentice Hall, 2008.
[4] SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química inorgânica, 4ª Ed., Bookman,
2008,
[5] LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa, 5ª Ed. Edgard Blücher,
1999.
[6] CHIOQUETTA, M.; Synthesis, Characterization and Study of Kinetic
Aquation of Carbonatetetraminecobalt (III) nitrate hydrate
[Co(CO3)(NH3)4]NO3.H2O. 2016. 34 f. Work Completion of course (Bachelor of
Chemistry), Technological University Federal of Parana. Pato Branco, 2016.
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