Relatório 3 Obtençaõ e Caracterizaçao de Complexos de Cobalto (III)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM
Instituto de Ciências Exatas - ICE
Departamento de Química - DQ
QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL II
MANAUS - AM
 2017
	
	UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM
Instituto de Ciências Exatas - ICE
Departamento de Química - DQ
OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPLEXOS DE COBALTO (III)
Prof. Dr. Marlon Silva
Nathalia Karina Penalber Bravos - 21455428
Ana Tayná Chaves Aguiar - 21350971
MANAUS - AM
2017
SUMÁRIO 
Introdução teórica........................................................................................04
Objetivos.....................................................................................................05
Objetivo geral........................................................................................05
Objetivo específico................................................................................05
Materiais e métodos....................................................................................06
Materiais................................................................................................06
Reagentes.............................................................................................06
Equipamentos.......................................................................................06
Procedimento experimental........................................................................07
4.1 Síntese do Cloreto de Pentaminoclorocobalto (III) - [Co(NH3)5Cl]Cl2 
4.2 Síntese do Cloreto de Pentaminonitrocobalto (III) - [CO(NH3)5NO2]Cl2
4.3 Síntese do Cloreto de Petaminonitritoocobalto (III) - [Co(NH3)5ONO]Cl2
Resultados e discussão...............................................................................08
Conclusão....................................................................................................15
Bibliografia...................................................................................................16
INTRODUÇÃO TEÓRICA
A formação de complexos é indispensável para aumentar a seletividade de um grande número de reações usadas em análises e para identificações e caracterizações, a grosso modo. Do ponto de vista analítico é importante porque as propriedades de um íon metálico, incluso em um complexo, alteram total ou parcialmente, segundo a maior ou menor estabilidade do mesmo. Ao formar-se um complexo, os estados de oxidação anômalos são estabilizados, como ocorre com o cobalto(I), aumenta-se a força de certos ácidos, como ocorre com o ácido bórico ao formar o manitobórico e aumenta-se o poder oxidante de certos íons, como ocorre com o cobre(I) em presença de cianeto, etc. (ROCHA, 2008).
Complexos geralmente podem ser obtidos por reações de síntese, onde mais de um reagente originam um único produto, ou por reação de troca de ligantes. Na troca de ligante a natureza do ligante e do metal central é importante, pois, bases duras reagem melhor com ácidos duros, ou seja, um metal classificado como ácido duro complexa-se melhor com um ligante classificado como base dura. Para realizar a síntese de um sal complexo é preciso estar ciente de todas as condições necessárias para a sua formação, pois, pequenas mudanças nas condições podem alterar o rendimento do sal, que quando realizada em laboratório é consideravelmente baixa. Na reação de síntese de sais complexos é aplicada também a Lei de LeChatelier (LEE).
Um aspecto importante a ser considerado na preparação dos compostos de coordenação é a possibilidade de formação de isômeros. Como exemplos de isômeros de ligação podem ser relacionados os complexos [Co(NH3)5NO2]2+ e [Co(NH3)5ONO]2+, onde o íon NO2- coordena-se, no primeiro caso, através do átomo de nitrogênio e no segundo, através do átomo de oxigênio (AYALA).
OBJETIVOS
Objetivos gerais
 Estudas métodos de preparação de compostos inorgânicos e sua caracterização através de reações químicas especificas.
Objetivos específicos 
Sintetizar o Cloreto de Pentaminonitrocobalto (III) – [ Co(NH3)5ONO]Cl2;
Calcular rendimento do produto obtido e caracterizar o complexo por espectrometria no UV-VIS.
	
 MATERIAL E MÉTODOS
Materiais 
Béquer de 50 ml;
Béquer de 100 ml;
Proveta de 10 ml;
Proveta de 50 ml;
Erlenmeyer;
Bureta de 50 ml;
Bastão de vidro;
Tubos de ensaio;
Suporte para tubos de ensaio;
Conjunto para filtração à vácuo;
Recipiente de plástico;
Espátulas 
Vidro de relógio;
Gelo;
Frasco para guardar os produtos obtidos;
Conta-gotas.
Reagentes
NH3 concentrado;
HCl concentrado;
H2SO4;
NH4Cl;
CoCl26H2O;
NaNO2;
H2O2 30%;
Éter etílico;
Álcool etílico;
Água destilada.
Equipamentos 
Balança semi-analítica;
Chapa de aquecimento;
Termômetro.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1 Síntese do Cloreto de Pentaminoclorocobalto (III) - [Co(NH3)5Cl]Cl2
Dissolveu-se 1,25 g de NH4Cl em 7,5 mL de NH4OH conc. em um béquer e o transferiu para uma cápsula de porcelana.
A esta solução adicionou-se 2,5 g de CoCl2.6H2O em pequenas porções, com agitação contínua.
Foi mantida a agitação, adicionou-se 3,0 mL de água oxigenada 30 %, lentamente, pelas paredes do recipiente, em pequenas porções. Pois a água oxigenada nesta concentração produz queimaduras graves.
Quando cessou a efervescência, adicionou-se , lentamente, na capela, 7,5 mL de HCl concentrado.
Aqueceu-se a mistura em banho-maria até reduzir o volume à metade, agitando-o com bastão de vidro para evitar que a sal cristalizasse nas bordas da cápsula.
Resfriou-se à temperatura ambiente e em seguida, em banho de gelo.
Separou-se os cristais por filtração o à vácuo, lavando-os em seguida com pequenas porções de água gelada e depois com álcool etílico e éter.
Secou-se os cristais o máximo possível, no próprio funil, deixando o sistema de vácuo funcionando.
Depois de secos, os cristais obtidos foram pesados, anotou-se os resultados e calculou-se o rendimento. 
 4.2 Síntese do Cloreto de Pentaminonitrocobalto (III) - [CO(NH3)5NO2]Cl2
Preparou-se uma solução contendo 18 ml de água destilada e 1,5 ml de amônia concentrada e saturou-se com 1,5 do complexo - [CO(NH3)5Cl]Cl2.
Aqueceu-se ligeiramente e filtrou-se a solução a quente.
Resfriou-se a temperatura ambiente e em seguida, neutralizou-se com solução de ácido clorídrico diluído.
Adicionou-se 2,25g de nitrito de sódio e aqueceu-se ligeiramente a solução até que todo o precipitado, formado inicialmente se dissolvesse.
 Resfriou-se a temperatura ambiente e em seguida adicionou-se, muito lentamente no início e depois mais rapidamente 26,25 ml de ácido clorídrico concentrado.
Separou-se os cristais por filtração a vácuo, lavou-se em seguida com pequenas proporções de água gelada, álcool etílico e éter.
Secou-se os cristais o máximo possível, no próprio funil.
Depois de secos, pesou-se os cristais obtidos, anotou-se os resultados e calculou-se os rendimentos.
 4.3 Síntese do Cloreto de Petaminonitritoocobalto (III) - [Co(NH3)5ONO]Cl2
Preparou-se uma solução contendo 7,2 ml de água destilada e 1,8 ml de amônia concentrada e saturou-se com 0,3g do complexo [Co(NH3)5Cl]Cl2.
Aqueceu-se ligeiramente e filtrou-se a solução a quente.
Resfriou-se a temperatura ambiente e em seguida, neutralizou-se com uma solução e ácido clorídrico diluído.
Adicionou-se 0,5g de nitrito de sódio e 0,5ml de ácido clorídrico 6,0 mol/L 
Resfriou-se a solução em banho de gelo.
Não ocorreu a formação de cristais, pois não obtivemos o complexo, logo o procedimento não pode ser continuado.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Síntese do Cloreto de Hexamincobalto(III) – [Co(NH3)6]Cl2
 Depois de misturarmos o cloreto de amônio (NH4Cl), hidróxido de amônio (NH4OH) e Cloreto de cobalto hexaidratado (CoCl2.6H2O) observamos a formação de cristais, de cor azul escuro (Figura 1). Observamos que ao adicionar o cloreto de amônio ocorreu uma desidratação e a solução obteveessa coloração azul escura devido a formação de[Co(H2O)4]2+.
 Após um tempo observamos a formação de [Co(NH3)6]2+ por conta do hidróxido de amônio concentrado. Ao adicionarmos o peróxido de hidrogênio ocorreu a liberação de gás oxigênio (O2), por conta da oxidação promovida pelo peróxido, pois os complexos de Co3+ são mais estáveis que os complexos de Co2+. 
 Para que ocorresse a redução da agua oxigenada adicionamos HCl, o que também facilitou a precipitação dos cristais do cloreto de hexamincobalto (III) e a adição de cloreto de amônia facilitou a formação de amônia.
Figura 1. Mistura de NH4Cl, NH4OH e CoCl2.6H2O.
 Observamos que quando a mistura foi aquecida em banho maria o volume da solução foi reduzido pela metade e quando foi colocado no banho de gelo, ocorreu alteração na sua coloração para lilás e ficando com aspecto mais denso do que quando estava sob aquecimento o que favoreceu a formação de cristais.
 Utilizamos água gelada para retirar impurezas dos cristais. Lavou-se os cristais na filtração a vácuo com etanol que é menos polar que a água e depois com éter etílico que é menos polar, pois assim é possível retirar todos os contaminantes possíveis contidos no composto.
Figura 2. Cristais de hexaminocobalto(III)
Cálculo do rendimento
ɳ CoCl2.6H2O = 
ɳ [Co(NH3)6]Cl3 = 
0,01 mol =
Com isso:
59,46% de rendimento (considerando 1,59g de produto)
Espectroscopia no UV-vis600
500
400
300
700
-0,002
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
0,016
0,018
349,82
579,37
347,62
344,43
338,38
 
3
Absorbância
Figura 1. Espectros obtidos através da formação do cristal.
Síntese do cloreto de pentaminonitrocobalto(III) – [Co(NH3)5NO2]Cl2
 Depois da dissociação formou-se o íon complexo [Co(NH3)6]3+(aq), na solução de amônia (NH3) em agitação e suave aquecimento , a amônia garante que as outras cinco amônias que estão ligadas ao Co no complexo não irão se desprender ao fazer as adições seguintes de NaNO2 e HCl.
 Ocorre as seguintes reações:
NaNO2(s) → Na+(aq) + NO2-(aq)
[Co(NH3)6]3+(aq) + Na+ + NO2-(aq) → [Co(NH3)5NO2]2+(aq)
 Ao adicionarmos o nitrito de sódio (NaNO2) e o HCl, a solução foi colocada em banho de gelo por alguns minutos e ao retirar, observamos a formação do precipitado dos cristais de pentamimnitrocobalto(lll) [Co(NH3)5NO2]Cl2. , onde foi possível ver a mudança de coloração de lilás para laranja, devido a troca de ligantes.
 Ao adicionarmos a solução de Nitrito de sódio (NaNO2) o ânion NO2- se desprende do cátion Na+ e se liga ao Co do complexo, substituindo o NH3, formando [Co(NH3)5NO2]Cl2. Ocorrendo outra mudança de coloração de laranja para uma coloração marrom devido ao NO2-(aq) que se coordenou ao metal central via nitrogênio.
 Após a adição de HCl observamos que o Cl- que tem carga negativa, se contrapõe a carga positiva 2+ formada no [Co(NH3)5NO2], tendo assim uma melhor precipitação do complexo e proporcionando a formação do complexo desejado com NO2-. Tais reações são representadas abaixo.
Etapa 1: [Co(NH3)6]3+(aq) + NO2-(aq) → [Co(NH3)5NO2]2+(aq) + NH3
Etapa 3: [Co(NH3)5NO2]2+(aq) + 2Cl-(aq) → [Co(NH3)5NO2]Cl2(s).
Reação global: [Co(NH3)6]3+(aq) + NO2-(aq) + 2Cl-(aq) → [Co(NH3)5NO2]Cl2(s) + NH3
Cálculo de rendimento
ɳ [Co(NH3)6]Cl3 = 
ɳ [Co(NH3)5NO2]Cl2] = 
0,005 mol =
27,91% de rendimento (levando em consideração 0,364g de produto)
 Podemos observar um baixo rendimento, uma explicação plausível seria na hora da lavagem dos cristais com água gelada, o que ocasionou a retirada de parte dos cristais do papel filtro.
Síntese do Cloreto de Pentaminonitritocobalto(III) – [Co(NH3)5ONO]Cl2
 Não foi possível a obtenção do complexo desejado, devido ao erro na manipulação dos reagentes ou até mesmo por conta da qualidade dos reagentes utilizados.
 
QUESTIONÁRIO
Questão 1: Escrever todas as equações das reações
NH4Cl(s)  NH3(g) + HCl(aq)
[Co(H2O)6]Cl2(aq) + 3NH4Cl(aq) → [Co(NH3)3(H2O)3]Cl2(aq) + 3HCl(aq)
NH4OH-(s)  NH3(g) + H2O(l)
[Co(NH3)3(H2O)3]Cl2(aq) + 3HCl(aq) + 18NH4OH(aq) → [Co(NH3)6]Cl2(aq) + 3NH4Cl(aq) + 12NH3(aq)
2[Co(NH3)6]Cl2(aq) + 6NH4Cl(aq) + H2O2(aq) → 2[Co(NH3)6]Cl3(aq) + 4NH4Cl(aq) + 2NH3(aq) + 2H2(g)
Reação Geral: 
4CoCl2.6H2O + 4NH4Cl + 20NH3 + O2 → 4[Co(NH3)6]Cl3 + 26H2O
Questão 2: Considerando que o CoCl2.6H2O utilizado na reação de obtenção continha 10% de impurezas, qual o peso máximo do [Co(NH3)5Cl]Cl2 que poderá ser obtido?
4CoCl2.6H2O + 4NH4Cl + 20NH3 + O2 → 4[Co(NH3)6]Cl3 + 26H2O
Retirando o 10% de impureza:
Logo:
Questão 3: Qual o rendimento prático do processo quando se obtém apenas 2,0 g do composto?
Calculando o rendimento:
Questão 4: Quais as quantidades mínimas de CoCl2.6H2O 100% puro e NH3 15 mol/L necessárias para se obter exatamente 20,0 g do composto?
237,93 x 15 mol/L = 3568,95g CoCl2.6H2O
267,58 x 15 mol/L = 4013,70g [Co(NH3)6]Cl3
17,031 x 15 mol/L = 255,465g NH3
53,492 x 15 mol/L = 802,38g NH4Cl
4CoCl2.6H2O + 4NH4Cl + 20NH3 + O2 → 4[Co(NH3)6]Cl3 + 26H2O
1 : 1
6 : 1
Questão 5: A separação dos cristais do [Co(NH3)5Cl]Cl2 é feita por meio de filtração à vácuo. Qual ou quais as vantagens desta filtração sobre a filtração comum?
A filtração a vácuo possui vantagens quando comparada com a filtração simples pois ocorre de forma mais rápida porque, ao cair no interior do kitassato, o líquido não encontra a resistência do ar. Utiliza-se esse processo de filtração quando é necessário que a filtração seja acelerada ou quando a mistura heterogênea apresenta partículas sólidas não muito grandes. Além da rapidez a filtração a vácuo também é mais eficiente na remoção da umidade do composto filtrado.
Questão 6: Seria possível determinar o ponto de fusão deste complexo?
	Não seria possível pois este complexo, ao ser aquecido, se decompõe impossibilitando análises que consigam determinar seu ponto de fusão.
Questão 7: Na síntese [Co(NH3)5Cl]Cl2 foram usados 4,0 mL de água oxigenada a 30%. Explicar com que finalidade se adiciona este reagente.
	Geralmente em síntese de complexos de cobalto (III) emprega-se o ar como oxidante, porém pode-se usar outros agentes, como neste caso o peróxido de hidrogênio. Acrescentou-se 3mL de solução de peróxido de hidrogênio a 30%, lentamente, para oxidar o cobalto de 2+ para 3+.
Questão 8: Explicar com que finalidade a mistura final obtida é aquecida em banho-maria até reduzir o volume à metade.
A mistura foi aquecida em banho-maria até cessar o desprendimento de gases. Com o aquecimento ocorreu a substituição de um ligante cloro da esfera de coordenação por uma amina.
CONCLUSÃO
Contudo, parte do experimento foi realizado com sucesso tendo como base a literatura. No primeiro complexo observamos um bom rendimento, já no segundo complexo formado obteve baixo rendimento por conta da produção de pouco produto, já o ultimo complexo não foi sintetizado.
BIBLIOGRAFIA
1. LEE, J.D. Química Inorgânica não tão concisa. 5th Ed., São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 1999. 
2. ATKINS, Peter; Loreta, Jones. Princípio De Química: Questionando A Vida Moderna E O Meio Ambiente. Porto Alegre: Bookmam, 2001.
AYALA, J. D. & DE BELLIS, V. M., Química inorgânica experimental, 2 ed. UFMG Minas Gerais – MG, 2003, p56.
ROCHA, E. C. Química analítica I, roteiro de práticas. UFSC, Florianópolis – SC, 2008.