Relatorio 1 ino jai

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIENCIA FISICAS E MATEMATICAS
DEPARTAMENTO DE QUIMICA
QMC-5316: Química Inorgânica Experimental I
Professor: Bruno Spoganiks
Experimento 1 – Preparação do Trisacetilacetonato de Alumínio (lll)
 Alunos: Antonio Carlos D’Avilla Vaz
 Jainara Albuquerque de Menezes
 Thayse Alves
Florianópolis
21 de Agosto de 2015
RESUMO
A síntese baseia-se praticamente na reação do alumínio 3+ com três ligantes quelantesacetilacetonato que forma o trisacetilacetonato de alumínio (III), por isso o nome do composto recebe esse prefixo tris, pois o alumínio é rodeado por três grupos acetilacetonatos que são bidentados e bastantes estáveis num arranjo octaédrico devido à hibridização do átomo central (sp³d²). Para preparar o composto, colocamos os reagentes em um béquer, titulamos com a amônia, esta capturou um próton da acetilacetona (C5H8O2) formando o acetilacetonato (C5H7O2-) que por sua vez reage com Al3+(aq) para formar o complexo Al[C5H7O2]3 .Na titulação foi utilizadas técnicas como gota a gota e sob agitação magnética para homogeneizar a solução, e evitar que ocorra a formação de Al(OH3), o peagâmetro para verificar o caráter de acidez da solução(pH), banho de gelo para facilitar a precipitação do complexo, que depois de filtrado e lavado com água gelada, secado na estufa, e por fim certificou-se a sua pureza pela dissolução deste em clorofórmio. Foi com todos esses procedimentos que chegamos à formação de um composto sólido de cor laranjada.
 
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO TEÓRICA................................................................................4
2 PARTE EXPERIMENTAL.................................................................................8
3 RESULTADOS E CÁLCULOS........................................................................10
4 DISCUSSÃO...................................................................................................12
5 REFERÊNCIAS..............................................................................................14
1 INTRODUÇÃO TEÓRICA
O trisacetilacetona de alumínio (III) (Al [C5H7O2]3) forma-se a partir de uma reação ácido- base de Lewis, onde o Al3+ age como ácido de Lewis, espécie que recebe os pares de elétrons, e o acetilacetonato (acac) age como base de Lewis, espécie que doa os pares de elétrons, a reação ocorre na proporção de um Al3+ para três C5H7O2- , ocorrendo uma neutralização entre as cargas e resultando em um complexo de carga igual a zero. Na reação de formação de catalisadores para reações, os Acetilacetonatos metálicos são muito utilizados. A estrutura do complexo é octaédrica, com cada acetilacetonato coordenado por ligações bidentadas ao Al3++.
Figura 1 – trisacetilacetona de alumínio (III) (Al [C5H7O2]3)
 
 
Fonte:http://en.wikipedia.org/wiki/File:Al(acac)3.png
Utilizou-se na prática da síntese do complexo o nitrato de alumínio monohidratado (Al (NO3)3.9H2O), (Figura 2) um sal branco, de massa molecular 375,19 g.mol-1 e ponto de fusão 73ºC, esta é a forma mais comum de se encontrar o nitrato de alumínio. Na figura os nitratos estão complexados ao Al3+ por ligações bidentadas e as moléculas de água rodeando a estrutura. Uma outra forma de apresentar a estrutura desse sal é no lugar de utilizar nove moléculas de águas,coloca-se 6 moléculas as águas se complexando ao Al3+, e os nitratos fazendo o papel de contra íons para neutralizar as cargas do Al3+, esta é uma possibilidade apenas, sendo que não se tem certeza do que de fato ocorre. O nitrato de alumínio é um sal higroscópico, ou seja, tem tendência a absorver a umidade do ar, portanto deve-se mantê-lo estocado em frasco bem lacrado, não se deve deixar o mesmo aberto por muito tempo. Esse sal é perigoso, por ser um forte oxidante que em contato com outras matérias pode provocar fogo, sendo tóxico se inalado ou ingerido; causa irritação na pele, olhos e trato respiratório. É utilizado como antiácido para o tratamento de indigestão.
Figura 2 – Proposta da estrutura do nitrato de alumínio nonahidratado (Al (NO3)3.9H2O).
Fonte: http://www.cfmot.de/en/aluminium-nitrat-nonahydrat.html
O numero atômico do alumínio é 13, os elementos desse grupo apresentam três elétrons no nível mais externo, por isso são trivalentes. Alguns elementos formam compostos com estado de oxidação inferiores, e descendo pelo grupo, há uma tendência crescente a se formarem compostos monovalentes. Esses carbonos tendem a atrair a densidade eletrônica do carbono central, deixando este muito deficiente de elétrons e enfraquecendo sua ligação com os hidrogênios, já que o carbono é um pouco mais eletronegativo que o hidrogênio, isso deixa a acetilacetona favorável a perder um hidrogênio para formar o acetilacetonato (C5H7O2-) (figura 3), o que em presença de base, nesse caso o hidróxido de amônio (NH4OH), é facilitado. O acetilacetonato devido a sua carga negativa possui ressonância das duas ligações, por isso não terá como representar a molécula a partir de uma única estrutura que defina a localização das duas duplas, mas a sua estrutura primária e um híbrido de ressonância. A amônia é um gás incolor, bastante tóxico e que se dissolve bem na água. É obtida pela reação do gás nitrogênio com o hidrogênio em altas pressões e temperaturas (N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)), utilizando o ferro como catalisador. A amônia em meio aquoso forma o hidróxido de amônio (NH4OH).
Figura 3 – Acetilacetonato (C5H7O2-)
Fonte: http://www.chemspider.com/Chemical-Structure. 4573998. html
O trisacetilacetonato de alumínio (III), é obtido da reação entre o Al3+ e o acetilacetonato (C5H7O2-), é um solido de cor laranja – salmão, tem peso molecular 324,34 g.mol-1, densidade 1,27 g. cm-3, formula molecular C15H21AlO6 e o ponto de fusão 190- 193ºC. Estes são ligantes quelantes que se ligam dando um arranjo octaédrico ao complexo para acomodar as seis ligações, isso é possível porque o alumínio esta no terceiro período e, portanto tem presença de orbitais d disponíveis para receber a densidade eletrônica. Os quelatos são mais estáveis que os ligantes monodentados, pois a dissociação deste tipo de complexo implica na ruptura de duas ligações em vez de uma. Quelatos são ligantes que ocupam mais de uma posição de coordenação. Assim, mais de um átomo do ligante esta coordenado ao metal central. Forma-se dessa maneira uma estrutura cíclica. Quanto maior o número de anéis formados, mais estável será o complexo (Lee, J.D. 1996).
2 PARTE EXPERIMENTAL
Pesou-se em um béquer de 100 ml 3,0 g de nitrato de alumínio nonohidratado (Al (NO3)3.9H2O). Com uma proveta de 100 ml adicionamos ao béquer 30 ml de água destilada, o que levou a dissociação do Al (NO3)3.9H2O em Al3+ e NO3-, segundo a equação: 
Al (NO3)3(s) + H2O → Al3+ (aq) + 3 NO3- (aq) . 
 E a essa solução adicionamos 2,5 mL de acetila cetona com auxilio de uma bureta. Montamos o sistema para a titulação, utilizando um suporte universal e uma garra para prender a bureta. Em seguida zeramos a bureta e adicionamos 25ml de hidróxido de amônio (NH4OH) 2,0 mol. L-1, cujo frasco estava na capela devido a sua volatilidade e toxidade. Com a bureta cheia até o menisco começou-se a titulação, gota a gota, mantendo-se agitação constante para que não houvesse a formação de Al (OH)3, que seria uma impureza na reação. O pH da solução foi conferido utilizando o peagametro. Utilizamos 13,5ml da solução de amônia, a qual reagiu com o acetilacetona formando o acetilacetonato e o íon amônio, segundo a reação:
C5H8O2 +NH4OH → C5H7O2-(aq) + NH4+(aq) + H2O
Resfriamos toda a solução em banho de gelo, para ajudar a precipitação do acetilacetonato de alumínio (III), segundo a reação:
Al3+(aq) + 3C5H7O2-(aq) → Al[C5H7O2]3(s)
O sólido foi filtrado em um funil de placa porosa após a precipitação, então o sólido foi transferido para o béquer que foi previamente pesado, e levado a estufa a 70ºC para secar, até a evaporação do solvente e a recristalização do tris (acetilacetonato) de alumínio. Por último, então, pesamos o béquer que apresentava massa de 30,80g e subtraímos de sua massa inicial que era de 31,64g. Assim obtemos massa de produto final de 1,10g.
Finalmente, afim de conferir a pureza do complexo, dissolveu-se em um tubo de ensaio uma alíquota do trisacetilacetonato de alumínio (III) em uma pequena quantidade se clorofórmio, uma vez que a impureza (Al (OH)3 ) seria insolúvel nesse meio.
3 - RESULTADOS E CÁLCULOS
Foi-se adicionado 3,0g de nitrato de alumínio nonahidratado ao béquer, e em seguida colocamos 30 ml de água destilada e os 2,5ml de acetilacetona.
Cálculo1 – Estimativa do volume de NH4OH que deveria ser adicionado
C5H8O2 + NH4OH → C5H7O2-(aq) + NH4+(aq) + H2O
1mol 1mol 1mol 1mol
Uma estimativa no volume NH4OH nos ajudou durante a titulação, já que não se foi necessário medir o pH da solução no inicio da adição; começou a ser medido a partir de 7-8 ml de NH4OH.verificando-se com o auxilio de um peagametro a basicidade da solução,o que ocorreu depois de 13,5 ml de NH4OH haviam sido adicionados
O trisacetilacetonato de alumínio (III) começou a precipitar antes que o béquer fosse colocado em banho de gelo e que o pH atingisse 7 – 8, pois o hidróxido de amônio estava desprotonando a acetilacetona, e já haviam íons Al3+ disponíveis em solução; o pH 7 – 8 indica que a acetilacetona presente em solução está como acetilacetonato, e portanto todos os reagentes necessários para a formação do complexo estão disponíveis. 
Depois que o pH atinge 7, não se deve continuar adicionando NH4OH, pois isso significa que há íons hidróxidos em solução, que podem reagir com o Al3+ precipitando hidróxido de alumínio (Al(OH)3), que, para a síntese em questão, é considerada uma impureza, e também acabaria por reduzir o rendimento, uma vez que diminuiria a quantidade de íons Al3+ disponíveis para reagir com o C5H7O2-.
Depois de filtrado o complexo foi transferido para um béquer, de massa 30,80 g, e levado à estufa, para que sua pureza fosse verificada dissolveu-se uma alíquota do mesmo em um tubo de ensaio contendo clorofórmio (CHCl3), o complexo dissolveu-se totalmente, o que indica sua pureza, pois se houvesse hidróxido de alumínio (Al(OH)3) este iria precipitar, por ser insolúvel em clorofórmio. 
O peso do béquer mais o trisacetilacetonato de alumínio (III) seco foram de 31,64 g, e como a massa do vidro era 30,80g, a massa do complexo obtida foi de1,1g.
Cálculo 2 – Rendimento do trisacetilacetonato de alumínio (III)
Massa Molar Al (NO3)3.9H2O: 375,19 g
Massa Molar Al (C2H6O2)3: 324,34 g
Al (NO3)3.9H2O + 3 C5H8O2- + 3 NH4OH ↔ Al (C5H7O2)3 + 3 NH4 +3 NO3- + 12H2O.
Al3+ + 3 C5H8O2- → Al (C5H7O2)3
Rendimento limitante da reação:
Al (NO3)3.9H2O
1,0 mol ------- 375,19g
 X -------- 3,0 g
 X = 0, 008 mol (Rendimento limitante)
Rendimento teórico:
1,0 mol ------- 324,34g
0,008mol ----- x
X = 2, 59 g
Rendimento real:
2,59 g -------- 100%
 1,1g -------- x
X = 42,47%
4 DISCUSSÃO
O trisacetilacetonato de alumínio (III) é um complexo de um metal que não é de transição, o alumínio com carga 3+, que somada à carga dos tres acetilacetonato resulta em carga final zero no complexo. O acetilacetonato é uma ligante quelante, isto é, um ligante bidentado que forma uma estrutura cíclica, fazendo com que esses ligantes quelantes sejam mais estáveis que ligantes monodentados, pois a dissociação deste tipo de complexo implica na ruptura de duas ligações. Quanto maior for o número de anéis formados mais estável será a molécula.
Existem apenas três ligantes, mas por serem bidentados, o complexo assume uma estrutura octaédrica para acomodar as seis ligações ao seu redor. O alumínio pode acomodar os elétrons provenientes dessas ligações por estar no terceiro período da tabela periódica, e possui orbitais d disponíveis. Concluem que o complexo sintetizado é muito estável. 
Dentre os reagentes utilizados, o nitrato de alumínio aparentemente não estava puro, pois parecia molhado, isso interfere na quantidade de mols de Al3+ que participam da solução, mas não da reação em si, já que reação ocorreu em meio aquoso. Os outros reagentes utilizados foram o acetilacetona (C5H8O2), o hidróxido de amônio (NH4OH) e o clorofórmio (CHCl3), sendo que este último não foi usado diretamente na reação, mas para verificar a pureza do sólido obtido.
Quando dissolvido em clorofórmio a solução ficou translúcida, nos indicando a pureza do produto com relação à presença de hidróxido de alumínio, que caso estivesse misturado ao trisacetilacetonato de alumínio (III) precipitaria por não ser solúvel em clorofórmio.
Obtivemos um rendimento de 42,47%,um dos fatores que podem explicar o valor do rendimento é o tempo que ele ficou em banho de gelo para que ocorresse a precipitação do complexo, o qual ficou em torno de 30 minutos, é provável que o complexo não tivesse precipitado totalmente quando o filtramos. Outra explicação plausível para rendimento é o fato de o nitrato de alumínio estar com excesso de água, uma vez que não temos certeza de quantos mols exatos de Al3+ havia na reação. Outro motivo é algum erro durante o procedimento.
REFERÊNCIAS
Lee, J.D. Química inorgânica não tão concisa, 1996.
Shriver, D. F. & Atkins, P.W. Química Inorgânica 2006.
Fonte:http://en.wikipedia.org/wiki/File:Al(acac)3.png
Fonte: http://www.cfmot.de/en/aluminium-nitrat-nonahydrat.html
Fonte: http://www.chemspider.com/Chemical-Structure. 4573998. html