cloreto de hexamincobalto (III)

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
COORDENAÇÃO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
CURSO QUÍMICA
LUANA MASSAE SATANI, LUCAS HENRIQUE PIMENTEL, FRANCIELI RIBEIRO, JÉSSICA OLIVEIRA, ESTEVÃO RUBLOSKI.
SÍNTESE DO CLORETO DE HEXAMINCOBALTO (III) A PARTIR DE CLORETO DE COBALTO (II) HEXA-HIDRATADO.
RELATÓRIO DE QUÍMICA INORGÂNICA II
APUCARANA
2016
INTRODUÇÃO
As principais características dos complexos metálicos foram identificadas por Alfred Werner em 1893. Werner estudou uma série de complexos, a coloração marcante de muitos compostos de coordenação eram um mistério para ele. O cloreto de hexamin e cloreto de pentamin cobalto(III) são dois dos célebres compostos utilizados por Werner e Jorgensen no estudo sistemático dos compostos de coordenação, que resultou na teoria de coordenação de Werner. (KAUFFMAN, 1978)
O termo complexo significa um átomo metálico ou íon central rodeado por um conjunto de ligantes, ligante por sua vez é um íon ou uma molécula que pode ter existência independente. O complexo sintetizado no presente trabalho é o cloreto de hexamincolbalto(III), no qual o íon Co³+ está rodeado por seis ligantes NH3. (SHRIVER & ATKINS, 2008)
Werner postulou que a maioria dos elementos exibem dois tipos de valência: valência primaria e valência secundária, valência primária corresponde ao número de oxidação e valência secundária ao número de coordenação do elemento. De acordo com Werner, no CoCl3.(NH3)6 o cobalto tem valência primária 3 e secundária 6. A forma utilizada atualmente é [Co(NH3)6]Cl3 para indicar que as moléculas de amônia e cobalto formam um íon complexo, as moléculas de cloreto não fazem parte do complexo, mais estão ligados a ele por forças eletrostáticas. (CHANG, 2009)
O elemento cobalto (Co) é sólido, de cor branca azulada brilhante, os estados de oxidação mais comuns para o cobalto são +2 e +3, sendo o elemento no estado de oxidação +2 mais estável. Em contrapartida os compostos Co³+ são oxidantes e relativamente instáveis, porém, os complexos de Co³+ são estáveis e abundantes. A estabilidade dos complexos de Co³+ é maior porque a energia de estabilização do seu campo cristalino apresenta uma configuração d6, que é maior que a estabilização d7 apresentada pelo Co²+. A maioria dos ligantes provoca o emparelhamento dos elétrons em configurações d6. Esta configuração leva a uma energia de estabilização de campo cristalino muito grande. (LEE, 1996)
Na ausência de agentes oxidantes a oxidação do [Co(NH3)6] é pouco favorável e o Co(III) é reduzido pela água, na presença de complexantes como o NH3 a estabilidade do Co(III) aumenta, uma peculiaridade é o fato de que este íon Co³+ demonstra um afinidade em particular com o NH3. Quase todos os complexos Co³+ são octaédricos e são sintetizados pela oxidação do Co²+ em solução na presença de ligantes mais um catalizador. (SHRIVER & ATKINS, 2008)
OBJETIVOS
Sintetizar o cloreto de hexamincobalto(III) a partir do cloreto de cobalto(II) hexa-hidratado, afim de se obter o melhor rendimento possível.
MATERIAIS E MÉTODOS
- Barra magnética;
- Bastão de vidro;
- Béquer de 50 mL;
- Chapa de aquecimento com agitação;
- Béquer de 500 mL;
- Funil de Büchner de 50 mL para filtração a pressão reduzida;
- Kitassato de 125 mL e conexões adequadas para a filtração a pressão reduzida;
- Proveta de 10 mL;
- Espátula;
- Haste universal e garra;
- Termômetro;
- Vidro de relógio;
- Banho de gelo;
- Balança semianalítica;
- Bomba de vácuo;
- Ácido clorídrico concentrado;
- Água oxigenada a 30% m/m;
- Amônia concentrada;
- Carvão ativo;
- Cloreto de amônio;
- Cloreto de cobalto(II) hexa-hidratado;
- Água destilada;
- Etanol absoluto;
- Éter etílico.
PROCEDIMENTO
Parte 1:
Pesou-se 2 g de NH4Cl e dissolveu-se em 10 mL de água destilada contida em um béquer de 500 mL. Aqueceu-se lentamente a solução até ebulição e adicionou-se 3 g de CoCl2.6H2O, após isso a mesma foi deixada em ebulição por 2 minutos. Colocou-se uma espátula de carvão ativo (em pó) no béquer ainda quente. Após, resfriou-se com água corrente até a temperatura ambiente. Na capela, resfriou-se a mistura em banho de gelo até aproximadamente 10°C, da solução de NH3 (NH4OH). Acrescentou-se 16 mL de solução de H2O2 a 30% m/m, lentamente, em frações de 1 mL. Agitou-se até que a efervescência foi cessada. Aqueceu-se a mistura contida no béquer, mantendo-a em ebulição por cinco minutos, não ultrapassando 65°C. Agitou-se periodicamente a mistura com um bastão de vidro. Esfriou-se o béquer em água corrente, tampando-o e guardando-o na geladeira. 
Parte 2:
Filtrou-se o precipitado em um funil de Bünchner sob pressão reduzida, após feito isso lavou-se o mesmo utilizando 5 mL de água destilada gelada. Substitui-se o kitassato por um outro limpo, e foram adicionados, lentamente e no próprio funil, a mistura de 100 mL de água destilada quente, filtrando a solução sob pressão reduzida. Recolheu-se o filtrado em um erlenmeyer e adicione-se 10 mL de HCl concentrado. Resfriou-se a solução em banho de gelo com agitação contínua e o precipitado obtido foi filtrado em funil de vidro com placa sintetizada sob pressão reduzida. Lavou-se o sólido obtido com duas porções de 5 mL de álcool etílico absoluto, e em seguida, com duas porções de 5 mL de éter etílico. O sólido foi deixado para secar ao ar e em seguida pesado.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A síntese do cloreto de hexamincobalto(III) ocorreu a partir da oxirredução de Co2+. O dicloreto de amônio, em solução sob agitação magnética constante, atuou como propulsor da reação (como mostra a equação 1), cedendo como ligante o NH3, após o mesmo entrar em ebulição. Foi adicionado o cloreto cobaltoso hexa-hidratado (CoCl2.6H2O). Quando adicionado o carvão ativo fez com que houvesse a catalisação da reação, devido sua alta porosidade, aumentando a probabilidade de choques.
 (1)
Posteriormente foi adicionado o hidróxido de amônio concentrado, sob agitação constante em banho de gelo, por se tratar de uma reação altamente exotérmica, este procedimento foi fundamental para que houvesse uma maior concentração de NH3 (ligante) em solução, como mostra o mecanismo representado pela Figura (1).
Figura 1– Mecanismo de reação Cloreto cobaltoso hexa-hidratado com dicloreto de amônio e hidróxido de amônio.
Ao adicionar-se o peróxido de hidrogênio a coloração azul escuro passou para coloração marrom-barro, formando os íons hexaaminocobalto(III) e hexaaminocobalto(II), Figura 2(a) e 2(b), respectivamente (ATKINS E JONES, 2006, SHRIVER E ATKINS, 2008).
 (b)
Figura 2 - íons hexaaminocobalto (III) (a) e hexaaminocobalto (II) (b)
O cobalto (II) livre são estáveis se comparados com de cobalto (III) livre e hidratados/solução aquosa. No entanto ao complexar-se com seus ligantes, o cobalto(III) com são mais estáveis que complexos de cobalto(II), que é explicado pela TCC (Teoria do Campo Cristalino), que trata da existência de orbitais que acabam por sofrer perda de degenerescência, ou seja quando ligados, as estruturas do cobalto complexado, adquirida da geometria octaédrica, considerando orbital d, fica com 3 pares de orbitais com energia inferior (spin baixo), e dois espaços com muita energia (spin alto), como mostra a Figura (3), a diferenciação está em que o Co (II) complexado um elétron no orbital acima da energia, por exemplo o íon Co(NH3)6]2+ que é facilmente oxidado quando exposto ao ar, uma vez que adicionado o peróxido de hidrogênio como oxidante deste, fazendo com que o elétron que estava instável fosse retirado, e então reduzido ao íon [Co(NH3)6]3+ que são mais estáveis(ATKINS E JONES, 2006, SHRIVER E ATKINS, 2008).
Figura 3 - Diagrama TLV para Co(III) e [Co(NH3)6](III)
O excesso de NH3 em solução levou à formação do complexo, [Co(NH3)6(H2O)]3+, que por tratamento com HCl concentrado gerou o complexo [Co(NH3)6]Cl2.Em uma última etapa, o complexo foi filtrado e lavado com etanol para retirar os intermediários formados como NH4CL, H2O2, CoCl2, NH4OH e éter para secar. Sendo representado pelo mecanismo de inserção o peróxido de hidrogênio e a formação do cloreto de hexamincobalto(III) (Figura 4).
Figura 4 - Mecanismo de inserção Peróxido de Hidrogênio e formação do cloreto de hexamincobalto(III)
O cálculo do rendimento foi realizado em função dos dados da Quadro 1.
Quadro 1 – Dados para cálculo de rendimento em gramas. 
	Massa do papel filtro
	Massa com resíduo
	Peso residual
	0,5541
	1,7854
	1,2313
O Quadro 2 nos fornece a massa atômica do [Co(NH3)6]Cl2.
Quadro 2 – Massa Atômica [Co(NH3)6]Cl2 em gramas.mol-1
	Átomo
	Massa atômica unitária
	6(NH3)
	102,18
	Co
	58,93
	3Cl
	105,00
	Total da molécula
	266,12
Substituindo os valores dos Quadros 1 e 2, na equação (2) e (3) tem-se:
	 		 (2)
	
 			(3)
		
A partir dos resultados obtidos pelo rendimento proposto pelas equações (2) e (3), obteve-se 0,463 de rendimento, do complexo, como mostra a Figura 5(a) e 5(b).
 (b)
Figura 5- Rendimento obtido a partir da síntese do cloreto de hexamincobalto(III).
Infere-se que, possivelmente, o baixo rendimento pode ser associado a erros que foram cometidos durante a execução da metodologia, como por exemplo, no momento de manipular o cloreto cobaltoso com o bastão de vidro pode-se ter perdido material para o mesmo, e para o béquer em que estava depositado, bem como também, possíveis impurezas nos materiais em que a síntese foi realizada, fazendo assim com que o baixo rendimento fosse justificado por “erro sistemático e determinado”; classificando-se como erro de método, que surge do comportamento químico ou físico não ideal de sistemas analíticos. (SKOOG, 2009)
CONCLUSÃO
Conclui-se que o objetivo da prática de Síntese do cloreto de hexamincobalto (III) a partir de cloreto de cobalto (II) hexa-hidratado foi atingido com um rendimento de relativamente baixo, porém os conceitos adquiridos com relação a mesma, serão úteis para futuras práticas laboratoriais. Bem observa-se a partir da Figura 5(a) e 5(b), que a coloração adquirida era prevista pela literatura, amarelo-laranjado, (ATKINS E JONES, 2006, SHRIVER E ATKINS, 2008) que seria uma característica dos metais de transição do bloco d, que de modo geral são capazes de formar compostos de coordenação, que no caso do cloreto de hexamincobalto (III) adquiriu geometria octaédrica, proveniente do número de ligantes (número de ligantes igual a 6), como foi observado pela Figura 2(a) e 2(b).
REFERÊNCIAS
ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
CHANG, R. Química Geral. 4 ed. Porto Alegre: Bookman, 2009.
KAUFFMAN, G.B. Classics in coordination chemistry: the synthesis, reactions, properties & applications of coordination compounds. Nova Iorque: Dover, 1978. v. 6.
LEE, J. D. Química Inorgânica não Tão Concisa, 5. ed, Trad. Toma et al., São Paulo: Edgard Blucher Editora Ltda., 1996.
SHRIVER & ATKINS. Química Inorgânica. 4 ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.
SKOOG, Douglas A. et al. Fundamentos de química analítica. São Paulo: Thomson Learning, p. 90-91, 2009.