Síntese dos complexos Fe3O4 E ZnFe2O4

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FAESA 
INSTITUTO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO 
CURSO DE LICENCIATURA E BACHARELADO EM QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO EXPERIMENTAL DE QUÍMICA INORGÂNICA II 
 
PREPARO DE Fe3O4 e ZnFe2O4 
 
 
 
 
 
 
 
ALAN REINKE PEREIRA 
CAROLINE DOS SANTOS SILVA 
ISABEL PINTO NASCIMENTO 
MARIANA VIEIRA BISI 
YANDIARA LARISSA NEVES DE BARROS 
 
 
 
 
VITÓRIA 
11/2014 
1. INTRODUÇÃO 
 
O ferro é o metal mais utilizado dentre todos os metais, e a fabricação do aço 
é de extrema importância em todo o mundo. O ferro forma diversos complexos de 
estruturas pouco comuns, como o ferroceno. Os principais minérios de ferro são a 
hematita, Fe2O3, a magnetita, Fe3O4, a limonita, FeO(OH), e a siderita, FeCO3 [1]. 
A magnetita é o óxido magnético mais abundante em rochas ígneas, 
metamórficas e sedimentares, sendo rara a sua ocorrência na forma pura. Suas 
propriedades magnéticas e elétricas são funções não apenas de seus raios iônicos e 
de valência, mas também, das propriedades químicas e morfológicas, 
estequiométricas e tamanhos de partículas. A magnetita difere dos outros óxidos por 
possuir em sua estrutura ferro bivalente e trivalente. Apresenta um sistema de 
cristalização cúbico com estrutura do tipo espinélio. Em sua célula unitária, a 
magnetita apresenta oito íons Fe3+ localizados no sítio tetraédrico e no sítio 
octaédrico oito íons Fe3+ e 8 íons Fe2+ [2]. Ferritas são óxidos formados por cátions 
Fe(III) e cátions divalentes organizados em estruturas cúbicas do tipo espinélio. 
Esses materiais são extensivamente estudados devido às suas aplicações na 
indústria eletroeletrônica. Uma grandedificuldade ainda encontrada na preparação 
dasferritas é a falta de parâmetros que possam ser correlacionados com o controle 
do tamanho em um processo em escala piloto. 
 
2. OBJETIVO 
 
Obtenção dos compostos de ferro, Fe3O4 e ZnFe2O4, a partir do composto 
Sulfato de Ferro Heptahidratado (FeSO4.7H2O). 
 
3. MATERIAS E REAGENTES 
 
Materiais: 
• Mufla, 
• Estufa, 
• Agitador magnético com aquecimento, 
• Funil de buchner, 
• Papel de filtro, 
• Sistema de filtração a vácuo, 
• Termômetro, 
• Béquer de 50 mL, 
• Balança analítica 
Reagentes: 
• Sulfato ferroso hepta hidratado, 
• Nitrato de potássio, 
• Hidróxido de potássio, 
• Ácido clorídrico 6M, 
• Solução aquosa de cloreto de bário, 
• Sulfato de zinco hepta hidratado, 
• Ácido sulfúrico a 10% (v/v), 
• Oxalato de amônio. 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
4.1. PREPARO DE Fe3O4 
 
Pesou-se 10 g de Fe2SO4.7H2O e o dissolveu em 100 mL de água destilada. 
Em seguida, pesou-se, também 0,3 g de KNO3 e 5,6 g de KOH e o dissolveu em 50 
mL de água destilada. Foram aquecidas ambas as soluções até 75ºC e foram 
misturadas, agitou-se vagarosamente, observou-se a formação de um precipitado. 
Aqueceu-se a mistura em 95ºC e continuou-se a agitação durante 10 minutos 
mantendo a temperatura constante. 
Resfriou-se a mistura até a temperatura ambiente e acidificou-se a solução 
com gotas de HCℓ 6 M. Fez-se filtração à vácuo e o precipitado foi lavado com água 
destilada até a hora que não desse mais teste positivo para sulfato, feito com 
solução de cloreto de bário. Após ser lavado, o filtrado foi secado em estufa a 
temperatura de aproximadamente 105ºC por 1 hora e meia. O precipitado foi 
pesado. 
 
 
4.2. PREPARO DE ZnFe2O4 
 
Pesou-se 2,6 g de ZnSO4.7H2O, 5,0 g de FeSO4.7H2O e foram dissolvidas 
ambas as massas em 1 mL de solução a 10% de H2SO4 e 50 mL de água destilada. 
Pesou-se também 4,0 g de oxalato de amônio e mesmo foi dissolvido em 75 mL de 
água destilada morna. Aqueceram-se ambas as soluções a 75ºC. 
As soluções foram misturadas com agitação vigorosa. Aqueceu-se a mistura a 
95ºC. A mesma temperatura foi mantida por aproximadamente 5 minutos. Deixou-se 
a temperatura da mistura retornar a temperatura ambiente e a mistura foi filtrada à 
vácuo. Lavou-se o precipitado com água destilada até que não houvesse mais 
presença de sulfato na água de lavagem. O precipitado foi secado por 1 hora e 30 
minutos aproximadamente a 105ºC em estufa. Transferiu-se o precipitado para um 
cadinho de porcelana com tampa e levou-o à mufla. Aqueceu-o em 700ºC durante 3 
horas. Resfriou-se o precipitado a temperatura ambiente e o pesou. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
5.1. PREPARO DE Fe3O4 
 
Quando a mistura de KNO3 com KOH é feita, produz-se os ânions NO3- e OH-, 
conforme a reação a seguir sugere: 
 
KNO3 + KOH → OH- + NO3- 
 
Quando é misturado a FeSO4.7H2O, os íons de Fe2+ e Fe3+ reagem 
diretamente com as hidroxilas, formando hidróxidos. 
 
Fe2+ + OH- → Fe(OH)2 
Fe3+ + OH- → Fe(OH)3 
 
O hidróxido de ferro (II) tem coloração esbranquiçada, porém, a simples 
presença de oxigênio no sistema já o deixa com uma coloração verde. Enquanto 
isso os ânions NO3- reagem com a água, resultando em amônia. 
 
NO3- + e- + H2O → NH3 + OH- 
 
Quando em temperatura elevada, os hidróxidos reagem, formando Fe3O4. 
 
Fe(OH)2(s) + Fe(OH)3(s) → Fe3O4 + H2O 
 
O sal duplo é a chamada magnetita, que difere dos outros óxidos por possuir 
em sua estrutura ferro bivalente e trivalente. Apresenta um sistema de cristalização 
cúbico com estrutura do tipo espinélio invertido (Figura 1)[2]. Nessa estrutura, metade 
dos íons Fe3+ se coordena ao oxigênio em uma simetria tetraédrica (sítios A) e, a 
outra metade, juntamente com íons Fe2+, coordena-se ao oxigênio em uma simetria 
octaédrica (sítios B) [3]. 
 
 
Figura 1: Estrutura cristalina de Fe3O4: Espinélio inverso [3]. 
 
Pela presença dos íons Fe2+ e Fe3+, o Fe3O4 apresenta propriedades 
particulares. Uma delas é o ferrimagnetismo. Sólidos que contem íons 
paramagnéticos, os momentos dos vários íons tendem a alinhar-se paralelamente. 
Contudo, o efeito é pequeno a temperatura de Curie do sólido, porque as vibrações 
térmicas são suficientemente grandes para destruírem o alinhamento [4]. Se 
analisarmos a configuração eletrônica do Ferro, no estado fundamental, teremos: 
 
26Fe → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 
 

 
Como todo desdobramento de complexos, o desdobramento do ferro 
complexado dependerá do seu ligante, se ele é forte ou fraco. Simulando o 
desdobramento do campo do elemento Ferro com número de oxidação 2+, com 
ligantes fortes e fracos, teremos: 
 
 
 
 
 
 
 
O Fe2+ pode apresentar ligantes variados, de forma que eles podem ser 
fortes, como CN-, por exemplo, ou fracos, como NO2-. A determinação do seu ligante 
também irá influenciar na coloração do complexo. Cada ligante irá promover um 
desdobramento do orbital d do metal, podendo ser um desdobramento maior ou 
menor. Se o desdobramento for grande, o comprimento de onda será menor, 
ocasionando em uma tonalidade de complexo fraca. Inversamente, se o 
desdobramento do orbital for pequeno, o comprimento de onda será maior, 
acentuando mais a coloração do sal complexo. Além disso, apresentar elétrons 
desemparelhados no seu desdobramento fornece ao complexo características 
magnéticas. No desdobramento de Fe2+ com ligante de campo fraco observam-se 
quatro elétrons desemparelhados, dois em t2g e dois em eg, em outras palavras, o 
complexo de Fe2+ com ligante de campo fraco ganha características magnéticas, 
chamando-o de paramagnético. Já com ligante de campo forte não existe elétron 
desemparelhado, tanto em t2g quanto em eg. Chamamos esse complexo de 
diamagnético, sem propriedades magnéticas. 
Para o Fe3+, observa-se algo similar. Em sua distribuição eletrônica, temos: 
 
26Fe → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d5 
 
 
Ligante de campo 
 fraco 
Ligante de campo 
forte 
Figura 2: Desdobramento para o subnível 3d6 para Fe2+. 
 
No desdobramento do seu campo, observa-se que, tanto com ligante de 
campo forte ou de campo fraco, ambos são paramagnéticos (Figura 3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Analisando a Figura 3, podemos concluir que, em ambos os casos, temos 
caracterização de paramagnetismo. O Fe3+ com ligante de campo fraco é o que 
apresenta maior caráter paramagnético entre todos os outros casos de Fe2+ e Fe3+, 
pois têm todos os seus orbitais com elétrons desemparelhados. E, pela presença 
das duas espécies catiônicas em Fe3O4, torna-se paramagnético. Com isso, após 
formação do complexo, testou-se a solução com um ímã, ocorrendo a atração 
magnética entre complexo e ímã, comprovando a teoria de ferrimagnetismo. 
 
5.2. PREPARO DE ZnFe2O4 
 
 Ao adicionar H2SO4 no complexo de Fe2+, oxidou-se o mesmo a fim de atingir 
o estado de oxidação Fe3+. 
Seguindo no procedimento, é adicionado o oxalato hidratado, e na presença 
de oxalato, os metais se complexam com o mesmo. Para a retirada desse composto 
orgânico, e deixar apenas o complexo requerido, faz-se necessário um tratamento 
térmico por algumas horas a elevadas temperaturas. Ao final do processo, o 
complexo é liberto de compostos orgânicos. 
O complexo apresenta propriedades magnéticas devido ao Fe3+ inserido ao 
composto que, de acordo com a Figura 3, o composto de Fe3+ para ligantes fracos 
 
Ligante de campo 
 fraco 
Ligante de campo 
forte 
Figura 3: Desdobramento para o subnível 3d5 para Fe3+. 
 
 
tem todos os seus elétrons desemparelhados, o que o proporciona uma maior 
capacidade de atração magnética. 
 
6. CONCLUSÃO 
 
Ao trabalhar com Ferro, tem que se estar atento com as peculiaridades que o 
mesmo apresenta. Em especial, foi trabalhado nesse experimento o sal duplo Fe3O4, 
um sal complexo que pode ser obtido pela junção de óxidos de Fe2+ e Fe3+, ou pelo 
procedimento descrito neste relatório. Este sal pode ser obtido, também, através do 
aquecimento de Fe2O3 a 1400 ºC[1], uma forma mais simples, em relação a 
procedimentos. 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] LEE, J. D. – Química Inorgânica não tão concisa – Ed. Edgard Blucher Ltda – 
São Paulo; 1980. 
 
[2] Síntese e Caracterização de Óxidos de Ferro e Compósitos para Aplicações 
no Tratamento Redox de Efluentes Aquosos 
<http://www.bibliotecadigital.ufmg.br/dspace/bitstream/handle/1843/SFSA-
85VSWF/tese_fabiano_magalh_es_06_8_08.pdf?sequence=1> Acesso em: 02 de 
novembro de 2014. 
 
[3] Magnetoeletroquímica de Partículas de Magnetita Modificadas com 
Quitosana e Ferroceno para Aplicação em Bioeletrocatálise. Disponível em: 
<http://nano.ufabc.edu.br/Dissertacoes/NMA-2012%20-
%20Antonio%20Francisco%20Arcanjo%20de%20Araujo%20Melo.pdf> Acesso em: 
02 de novembro de 2014. 
 
[4] HESLOP, R. B.; JONES H.; Química Inorgânica: 2ª edição, Ed. Fundação 
Calouste Gulbenkian; Av. de Berna – Lisboa.