Síntese de compostos de coordenação

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Universidade Estadual do Ceará
Centro de Ciências e Tecnologia
Curso – Química
Disciplina – Inorgânica 2
 
Prática 01
 Síntese de compostos de coordenação
	Aluna:
	Tayná Mendes 
	
	
	
	
	Professor:
	Anderson
	Data
	16/05/16
Fortaleza – Ceará
2015
Sumário 
Introdução teórica......................................................................03
Objetivos....................................................................................04
Pré- laboratório.........................................................................04-06
Materiais e reagentes utilizados.................................................07
Procedimentos experimentais....................................................08
Resultados................................................................................09-13
Conclusão.................................................................................14
Pós-laboratório..........................................................................15
Referencias................................................................................16
Introdução teórica
As cores associadas à química não são apenas belas, elas também são informativas, fornecendo discernimento da estrutura e da ligação da matéria. Os compostos de metais de transição constituem um importante grupo de substâncias coloridas (Brown, Le May, Bursten et al., 2005). E em decorrência de suas estruturas eletrônicas, os metais de transição formam um grande número de complexos, e a maior parte da pesquisa atual na química vem sendo dedicada ao estudo dos complexos de metais de transição. Mas o que são compostos de coordenação? Compostos de coordenação, também denominados complexos, são aqueles compostos formados a partir de ligações coordenadas e caracteriza-se por fazer ligações coordenadas entre os ligantes (que são bases de Lewis, pois doam pares de elétrons) e o íon metálico central (que é um ácido de Lewis, pois recebe pares de elétrons através de orbitais híbridos e vazios). 
A teoria de Coordenação de Alfred Werner, de 1893 foi a primeira tentativa de explicar a ligação existente em complexos de coordenação, onde os 20 anos de trabalhos de pesquisa associados à essa teoria, conduziram Werner ao Prêmio Nobel de Química de 1913. Ele propôs e testou a teoria da ligação coordenada, através de métodos químicos de análises para os compostos dos metais de transição. Alfred Werner destingiu dois tipos de valências: primária, relacionada ao estado de oxidação e secundária, relacionada ao número de coordenação (número de ligantes no complexo, coordenados ao metal). 
Werner postulou que todos os elementos tendem a satisfazer a ambas as valências e que as valências secundárias seriam dirigidas para posições fixas no espaço.Quanto a sua aplicação eles encontram destaques nas Extrações de metais, Química Bioinorgânica, Quimioterapia e Química Analítica.
Objetivos:
Visualizar através da prática experimental, as reações para a formação de compostos de coordenação como também, observar a mudança de cores e a precipitação de alguns compostos no experimento em comparação com outro.
Pré - laboratório:
3.1) Tipos de reações químicas que envolvem os compostos de coordenação 
3.1.1- Reações de Substituição em Solução Aquosa
Este método consiste na reação entre um sal de um metal em solução aquosa e um agente de coordenação. O complexo [Cu(NH3)4]SO4, por exemplo, é preparado facilmente pela reação entre uma solução aquosa de CuSO4 e excesso de NH3(1).
3.1.2- Reações de Substituição em ausência de solventes 
Pode-se preparar complexos metálicos por reação direta entre um sal anidro e um grupo ligante líquido. Em muitos casos a presença de um grande excesso de grupo ligante líquido serve de solvente para a mistura de reação. Um método aplicável para a síntese de aminas metálicas consiste em adicionar ao sal do metal amônia líquido e evaporar logo em sequência.
3.1.3- Catálises
Nos sistemas que reagem lentamente, é requerido com frequência o uso de temperaturas elevadas e muito tempo de reação para preparar os compostos de coordenação desejados. Como alternativa, podem ser empregados um catalisador para aumentar a velocidade de reação. Os métodos catalíticos têm sido empregados com êxito na preparação de complexos metálicos em alguns casos.
Além dos exemplos descritos, existem ainda Reações de substituição em solventes não aquosos, Dissociação térmica de compostos sólidos, Substituição sem a quebra da ligação metal-grupo ligante, Reações de Oxi-redução dentre outros.
3.2) Aspectos toxicológicos e cuidados de manuseio para:
a) Cloreto de Cobalto
Toxicidade aguda: LD50 (oral, rato): 766 mg/kg. 
Toxicidade sub-aguda a crônica : Em experiências realizadas a substância mostrou-se cancerígena e existem provas suficientes para assumir uma diminuição da capacidade reprodutora no homem. Outras informações toxicológicas: Perigo de sensibilização: Após inalação ou contato com a pele. Após ingestão: Diarréia. O manuseio e a armazenagem da substância devem se dar em condições adequadas, evitando-se a contaminação do produto.É necessário a utilização de luvas, protetores faciais e roupas adequadas durante o manuseio.
b) Ácido Clorídrico
Toxicidade aguda: DL50 (oral,Coelho)= 900 mg /kg 
Inalação CL50 (Ratazana)= 3124 ppm/1hr 
Efeitos para a saúde: Contato com os olhos: Provoca irritação intensa, lacrimejo inflamação do tecido conjuntivo, queimaduras. Risco de lesões graves e permanentes. Risco de perda de visão. Contato com a pele: Provoca irritação dolorosa, queimaduras profundas. Ingestão: Provoca queimaduras dolorosas (boca, garganta, esôfago e estômago), vômitos, diarréia e estado de choque com risco de perfuração do trato gastrointestinal e colapso cardiovascular. Inalação de vapores: Provoca tosse, sufocação, irritação do trato respiratório, edema pulmonar e colapso cardiovascular. No que diz respeito ao manuseamento, deve ser manejado em uma capela com sistema de exaustão/ ventilação do local de trabalho.
Abrir e manipular as embalagens com cuidado. Proteção das mãos: utilizar luvas de nitrila, PVC, ou borracha. Proteção dos olhos: utilizar óculos ou viseira de proteção. Proteção da pele: Avental ou fato de neoprene (nitrila) ou PVC impermeável. 
c)Hidróxido de Amônia 
Toxidade aguda: A inalação pode causar dificuldades respiratórias, broncoespasmos , queimadura na mucosa nasal, faringe e laringe, dor no peito , edema pulmonar , salivação e retenção da urina. Ingestão causa náusea, vômitos e inchação nos lábios, boca e laringe. O Amoníaco concentrado produz em contato com a pele necrose dos tecidos e profundas queimaduras. Contato com os olhos resulta em lacrimejação, conjuntivites, irritação na córnea e cegueira temporária ou permanente. Sensibilização: Dependendo do tempo de exposição e de sua concentração, podem ocorrer efeitos que vão de suaves irritações à severas lesões no corpo, devido a alcalinidade da Amônia.Efeitos toxicologicamente sinérgicos: A exposição em concentração a partir de 2500ppm, por aproximadamente 30 minutos pode ser fatal.Toxidade crônica: Pode ocorrer bronquite crônica com redução respiratória. 
Manuseio: Deve ser assegurada a ventilação sendo diluidora suficiente ou com existência de exaustão no local para controlar a concentração ambiente a níveis baixos. Equipamentos de proteção individual apropriado: Deve ser usada proteção respiratória se for necessário. Em grandes concentrações, é necessária a utilização de máscaras autônomas. Máscaras com filtros mecânicos não protegem trabalhadores expostos a atmosfera deficiente em oxigênio. Proteção das mãos: Utilizar luvas de PVC. Proteção dos olhos: Usar óculos de segurança, contra produtos químicos ou protetores faciais. Proteção da pele e do corpo: Utilizar roupas de PVC com proteção nível “A”.
Materiais e reagentes utilizados:
3.1) Sulfato de Teramincobre (II)- Cadinho de porcelana
- Espátula de plástico
- Bastão de vidro 
- 6ml de água destilada
- 3 tubos de ensaio
- Solução de 1M de NaOH 
- Solução de 6M de NH4OH
-Álcool etílico
-Pipetas de Pasteur
-CuSO4.5H2O (Sulfato de Cobre pentahidratado)
3.2) Cloreto de Hexaaquocobato(II)
- 3 tubos de ensaio
- 1becker 
- Água destilada
- CoCl (Cloreto de Cobalto)
- Solução de HCl concentrada
-Solução de NH4OH
- Pipetas de Pasteur
Procedimentos
5.1.Sulfato de teramincobre(II)
Foi pesado em um cadinho, 1g de CuSO4.5H2O (Sulfato de Cobre pentahidratado). Em seguida, o cadinho foi levado a uma chapa aquecedora, que com a ajuda de um bastão de vidro (mexendo e pisando) foi aquecido cuidadosamente sem calcinar, até que obtivesse uma coloração “branco-gelo”; com uma pipeta de Pasteur, foi acrescentado ao cadinho 6ml de água destilada e misturado até que o CuSO4 se solubilizasse. A solução foi dividida em 3 tubos de ensaio denominados de A, B e C, cada um com 2ml da solução.
»Tubo A:
Com o auxílio de uma pipeta de Pasteur, foi adicionado 1ml de uma solução previamente preparada de NaOH 1M.(Obs.: Houve um erro, visto que deveria ter sido posto 2ml ao invés de 1, de uma só vez) . Agitou-se o sistema com um bastão de vidro a medida que era aquecido no banho Maria.Com a percepção da falha, mais 1 ml de NaOH foi colocado na solução e levado novamente ao banho-maria até o escurecimento do precipitado.
»Tubo B:
Foi adicionado gota a gota, 2ml de solução de 6M de NH4OH.Em seguida, 2ml de álcool etílico foi acrescentado. O tubo ficou em estado de repouso até a decantação do precipitado.
»Tubo C:
Álcool foi adicionado até observar-se a formação do precipitado. (Obs.: A solução não foi, em momento algum, agitado).
3.2.Cloreto de hexaaquacobalto (II)
Em um béquer, foi pesado 1g de CoCl2 (Cloreto de Cobalto), e adicionado 6ml de água destilada. A solução foi dividida em três diferentes tubos de ensaios, rotulados por A, B, e C, onde cada um continha 2ml.
»Tubo A: O tubo A foi mantido como padrão, permanecendo estável.
»Tubo B: Foi adicionado 0,5ml de HCl concentrado ; mais água foi adicionada.
»Tubo C: Gotas da solução de NH4OH 3M foram adicionadas e a solução foi agitada.
Resultados e discussão
 1°Procedimento: Sulfato de teramincobre (II)
A dissociação térmica equivale a uma reação de substituição no estado sólido. A certa temperatura elevada perde-se os grupos ligantes voláteis, que são substituídos na esfera de coordenação pelos ânions do complexo. O que ocorreu no caso, foi a perca de água que o CuSO4.5H2O sofre ao ser aquecido. É produzida a reação (12) que produz sulfato anidro branco a partir do hidratado azul. A troca de cor é produzida ao serem substituídos os grupos ligantes água por íons sulfato.
O íon cobre (I) hidratado absorve luz correspondente as proximidades do extremo infravermelho do espectro visível e a isto se deve a sua cor azul. Como a separação por campo cristalino devido aos íons sulfato é menor que a produzida por água, os íons cobre (I) rodeados por íons sulfato absorvem luz de comprimento de onda maior. A absorção de sulfato de cobre anidro é no infravermelho e o sal resultante é incolor. Os complexos aquaaminmetálicos podem perder frequentemente a água coordenada em temperaturas elevadas. Este método resulta a vezes conveniente para preparar compostos halogenoaminmetálicos 
Imagem 01: Resíduo seco de CuSO4, logo após ser aquecido 
»Tubo A:
A cor inicial do primeiro reagente era azul e do segundo reagente era transparente (incolor). Ao inserir a solução de NaOH ao tubo, observou-se a formação imediata de precipitado com uma coloração azul mais clara que a solução e um sobrenadante transparente. O que indica ter ocorrido uma reação de dupla troca e uma reação de formação de precipitado. A reação que ocorreu foi de sal de metal + base, como mostra a equação a seguir:
Imagem 02: CuSO4+NaOH Imagem 03: CuSO4+NaOH após ser aquecido
»Tubo B:
A mistura entre as substâncias CuSO4(de coloração azul) com o NH4OH (coloração incolor) resulta em mistura de cor azul Royal sobrenadante, e uma solução a fundo de coloração azul turquesa. A reação ocorre formando o complexo Tetramino de Cobre II e há formação de precipitado de coloração azul Royal. 
CuSO4 (aq) + NH4OH (aq) ---------> (NH4)2SO4(aq) + Cu [(NH3)4]2(s)
Adicionou-se a solução gotas de álcool etílico e deixou-se a solução em repouso, diminuindo a solubilidade do composto. 
 
Imagem 
 Imagem 04: CuSO4 +NH4OH Imagem 05: após a adição de álcool
»Tubo C:
O sulfato de cobre (II) penta-hidratado é reduzido a pó para facilitar a sua dissolução aumentando a superfície de contacto soluto/solvente. O álcool etílico diminui a solubilidade do sulfato de tetraminocobre em solução aquosa e permite a sua precipitação(sedimentação). 
Imagem 06: formação do precipitado após a adição de álcool 
2° Procedimento:
O Cloreto de Cobalto pesado é de coloração violeta, mas quando é adicionado água, formando o cloreto de cobalto hexahidratado, torna –se um vermelho.
»Tubo A:
Mantido como padrão.
 Imagem 07: cloreto de cobalto hexahidratado
»Tubo B:
A solução de cloreto de cobalto hexahidratado preparada, é de cor vermelha. Quando é adicionado o ácido clorídrico concentrado, a solução rapidamente adquire tons que variam de rosa e azul ( rosa mais intenso na superfície que vai clareando no meio da solução e ao fundo violeta com azul escuro). Mudança essa que ocorreu segundo uma substituição de ligantes do átomo de cobalto presentes na solução. Na solução cor de vermelha havia um excesso de moléculas de água e isto favorecia a formação do íon hexaaquacobalto (II), de fórmula [Co(H2O)6]2+, em que o cobalto está ligado a 6 moléculas de água. Esta é a espécie responsável pela cor da solução. 
Ao ser adicionado o HCl concentrado, entra o íon cloreto em excesso à solução. Ele substitui as moléculas de água como ligantes do átomo de cobalto, formando o íon tetraclorocobaltato (II), de fórmula [CoCl4]2-, em que o cobalto está ligado a 4 íons cloreto. Este íon é azul e, portanto, é o responsável pela cor da solução. Adicionando mais água, pudemos perceber que parte da solução voltou a se tornar rosa, pois havia localmente um excesso de moléculas de água.
Em todos os casos, os dois íons estão em equilíbrio, ou seja, os dois coexistem na solução e estão constantemente reagindo e se transformando um no outro. As condições, porém, podem favorecer a formação de uma das espécies, que se mantém em maior concentração. A solução violeta obtida após a agitação é uma mistura das duas espécies formadas em concentrações aproximadas.
 [Co(H2O)6]2+ + 4Cl- ⇌ [CoCl4]2- + 6 H2O cor de rosa                    azul
Imagem 08: apoós adição de HCl concentrado.
Tubo C:
A medida em que é adicionado solução de hidróxido de amônio, o sistema precipita em uma coloração verde , que seria o complexo:
Co 3+  + 6NH 3  →[Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ; Na terceira imagem , a interação de cores após a agitação do sistema.
 
Imagem 09: adição inicial de gotas de NH4OH Imagem 10: adição de mais gotas de NH4OH Imagem 11: após agitação.
Conclusão :
A ocorrência de reações químicas podem ser identificadas por diversosmeios, como a mudança de coloração, formação de precipitado, entre outros. De acordo com a pratica realizada, notou-se que se pode preparar um complexo a 
partir de outro complexo. Como está posto no referencial teórico, o processo resume-se a trocar os ligantes da rede cristalina do complexo, o que causa a mudança de cores. Assim, as reações para as sínteses dos complexos do sistema Sulfato de teraminCobre (II) foram bem sucedidas, tornando possível a observação do procedimento em suas diferentes etapas, possibilitando as análises necessárias e endossando os conhecimentos sobre as técnicas e teorias utilizadas, atingindo, por fim, o objetivo da aula prática
Pós-laboratório:
7.1) Comente o porque do CuSO4. 5H2O mudar de cor com a calcinação;
. O que ocorreu no caso, foi a perca de água que o CuSO4.5H2O sofre ao ser aquecido. É produzida a reação (12) que produz sulfato anidro branco a partir do hidratado azul. A troca de cor é produzida ao serem substituídos os grupo ligantes água por íons sulfato.
7.2) Qual precipitado é formado quando se adiciona NaOH na solução de CuSO4?
O precipitado formado é o Hidróxido de cobre Cu(OH)2
.
.7.3) Por que houve mudança de cor ao adicionar HCl na solução de CoCl2 ?
Quando é adicionado o ácido clorídrico concentrado, a solução rapidamente adquire tons que variam de rosa e azul ( rosa mais intenso na superfície que vai clareando no meio da solução e ao fundo violeta com azul escuro). Mudança essa que ocorreu segundo uma substituição de ligantes do átomo de cobalto presentes na solução. Na solução cor de vermelha havia um excesso de moléculas de água e isto favorecia a formação do íon hexaaquacobalto (II), de fórmula [Co(H2O)6]2+, em que o cobalto está ligado a 6 moléculas de água. Esta é a espécie responsável pela cor da solução. Ao ser adicionado o HCl concentrado, entra o íon cloreto em excesso à solução. Ele substitui as moléculas de água como ligantes do átomo de cobalto, formando o íon tetraclorocobaltato (II), de fórmula [CoCl4]2-, em que o cobalto está ligado a 4 íons cloreto. Este íon é azul e, portanto, é o responsável pela cor da solução. Adicionando mais água, pudemos perceber que parte da solução voltou a se tornar rosa, pois havia localmente um excesso de moléculas de água.
Referências bibliográficas
Shriver & Atkins – Química Inorgânica, Bookman, 2008, 4a. Ed. (Tradução da 4a. ed. - Oxford Univ. Press, 2006 - D.F. Shriver, P.W. Atkins , T.L. Overton, J.P. Rourke, M.T. Weller e F.A. Armstrong), cap. 19 – Complexos dos metais do bloco d; cap. 20 – Química de coordenação: reações dos complexos
Brown, T. L., LeMay Jr, H. E., Bursten, B. E., Burdge, J. R., & Química, A. (2005). Ciência central.
Lee, J. D., Toma, H. E., Araki, K., & Rocha, R. C. (1999). Química inorgânica não tão concisa. Edgard Blucher.
Mahan, Bruce H. Myers, Rollie JBM Mahan, and J. Myers. Química: curso universitario. No. 54 MAH. 1990.
http://www.pontociencia.org.br/experimentos/visualizar/le-chatelier-e-o-cloreto-de-cobalto/892
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABUQMAJ/capitulo-4-preparacao-reacoes-doscompostos-coordenacao
http://mariorebola.com/home/wp-content/uploads/2011/09/FDS-PQI-042-ed-02-ACIDO-CLORIDRICO.pdf