SÍNTESE DO SULFATO DE TETRAMINCOBRE (II) MONOHIDRATADO [Cu(NH3)4]SO4.H2O

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Moisés Machado de Oliveira
Márcio José Travain 
André Muniz
SÍNTESE DO SULFATO DE TETRAMINCOBRE (II) MONOHIDRATADO [Cu(NH3)4]SO4.H2O
Relatório de Química Inorgânica apresentado ao IFPR – Instituto Federal do Paraná - como requisito parcial para obtenção de conceito bimestral 
 Prof. Dr. Agrinaldo Jacinto do N. Junior
PARANAVAÍ
2016
1 Introdução 
Em análise qualitativa inorgânica, utilizam-se amplamente as reações que levam a formação de complexos: um íon ou molécula complexa é composto de um átomo central (íon metálico) e vários, ligantes acoplados a ele. O átomo central pode ser caracterizado pelo número de coordenação, um número inteiro, que indica o número de ligantes monodentados, que podem formar um complexo estável com um átomo central. Para o cobre Cu2+ e Cu+ este numero é 4. O número de coordenação representa o número de espaços disponíveis em volta do átomo ou íon central, cada um dos quais pode ser ocupado por um ligante monodentado.
Os sais complexos são caracterizados pelas suas cores fortes, essas mesmas cores, dependem de alguns fatores, tais como: do número de elétrons presentes nos orbitais d do íon metálico central, do arranjo dos ligantes em volta do íon central (geometria do complexo), pois isso afeta a separação dos orbitais, da natureza do ligante, já que diferentes ligantes têm diferentes efeitos nas energias relativas dos orbitais e das transições entre orbitais. 
No seu estado de oxidação +1 o cobre forma complexos diamagnéticos e incolores, por que tem íons com configuração d10. Porém com número de oxidação +2 ele é mais estável tendo configuração d9 e um elétron desemparelhado. Seus compostos são geralmente coloridos, por causa das transições d-d, formando sais cúpricos azuis, como os formados por reação com amônia e aminas resultando em complexos como o tetramincobre (II) hidratado.
O sulfato de tetramincobre (II) monohidratado, de fórmula [Cu(NH3)4]SO4.H2O, é um sal formado pelo íon complexo [Cu(NH3)4]2+ e pelo ânion SO42-. Este composto é usado em estamparia têxtil e como fungicida. O sulfato de tetraminocobre (II) monohidratado é um sal complexo, também designado por composto de coordenação. Este tipo de compostos consiste numa ligação iónica na qual participa um íon complexo. Este último é formado a partir de uma ligação coordenada entre um íon metálico, neste caso cobre (II), e um ou mais átomos dadores, neste caso os átomos de nitrogênio das moléculas da amônia. 
A reação ocorrida traduz-se pela equação: 
CuSO4.5H2O(aq) + 4NH3(aq) → [Cu(NH3)4]SO4.H2O(aq) + 4H2O(l)
O composto formado é separado da solução aquosa adicionando-lhe álcool, uma vez que este diminui a solubilidade de sais em soluções aquosas. Embora o álcool e a água sejam miscíveis, os dois líquidos não se misturam imediatamente se for colocada lentamente uma camada de álcool sobre a água. Neste caso, o álcool difunde-se lentamente para baixo, formando-se cristais de [Cu(NH3)4]SO4.H2O .
 Quando uma substância cristaliza rapidamente, os cristais obtidos têm pequena dimensão, mas ficam maiores se a cristalização for lenta. Durante a difusão do álcool, a formação lenta de [Cu(NH3)4]SO4.H2O permite obter cristais maiores, em forma de agulha e de cor azul violeta. 
Na cristalização, os cristais devem ser filtrados a vácuo, de modo a secar os cristais, aproveitando-os ao máximo. No final da sucção, deve espalhar-se, por duas vezes consecutivas, algum solvente puro e previamente arrefecido sobre os cristais, para eliminar o líquido que contém impurezas solúveis. 
 
 
 2 OBJETIVOS 
2.1 OBJETIVO GERAL
Sintetizar o complexo sulfato de tetraminocobre (II) monohidratado [Cu(NH3)4]SO4.H2O.
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Ilustrar a preparação de um composto de coordenação no laboratório e
interpretar as alterações que ocorrem durante a sua preparação e avaliar a
decomposição térmica do complexo obtido.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 EQUIPAMENTOS, UTENSÍLIOS E MATERIAIS
TABELA I: Materiais utilizados no experimento 
	
MATERIAL
	
QUANTIDADE (unid.)
	Béquer de 50 mL
	1
	Pipeta de 10 mL
	1
	Pipeta de 2 mL
	1
	Espátula
	1
	Kitassato para filtração a vácuo
	1
	Funil de placa sinterizada
	1
	Trompa de água
	1
	Tubo de ensaio
	1
	Suporte para tubo de ensaio
	1
	Pinça de madeira
	1
	Bico de Bunsen
	1
	Frasco porta amostra
	1
3.2 REAGENTES
 TABELA II: Reagentes utilizados no experimento 
	
REAGENTE
	
QUANTIDADE
	Sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O)
	1,0158 g
	Solução de amônia concentrada (NH4OH)
	2 mL
	Álcool etílico (C2H5OH)
	13 mL
3.3 METODOLOGIA 
3.3.1 Sintetizar e calcular o rendimento do complexo sulfato de tetraminocobre (II) monohidratado [Cu(NH3)4]SO4.H2O
Em um béquer de 50 mL, dissolveu-se sob agitação 1,0158 g de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O) em 6 mL de água destilada. 
Acrescentou-se a seguir, 2 mL de solução de amônia concentrada (NH4OH), (esta operação foi realizada na capela). 
Observou-se que após a adição inicial de NH4OH forma-se um precipitado de cor azul pálido que a seguir se dissolve com adição de um excesso de amônia, então a solução ficou com cor azul turquesa forte. 
Sob agitação acrescentou-se 7 mL de etanol (C2H5OH) e observou-se a
formação de um precipitado. 
O precipitado foi deixado em repouso durante 5 minutos, a seguir foi filtrado a
vácuo com o auxílio de uma trompa d’água. 
Para assegurar um rendimento adequado removeu-se criteriosamente todo o produto das paredes do béquer. 
A seguir lavou-se o produto 3 vezes com porções de 2 mL de etanol (C2H5OH), e foi colocado em uma placa de petri limpa e seca que foi pesada previamente.
Na segunda parte do experimento anotou-se a massa de um tubo de ensaio limpo e seco e adicionou-se este, cerca de 0,5 g do composto sintetizado e anotou-se a massa do tubo de ensaio com o composto.
Calculou-se a diferença entre a massa do tubo de ensaio vazio e a do tubo de ensaio com a amostra, esta será a massa inicial do composto (mi).
O tubo foi aquecido diretamente na chama redutora do bico de Bunsen (janela de entrada de ar fechada, produzindo uma chama amarela, temperatura
550 ºC) por cerca de 3 a 4 minutos, tomando cuidado para não
projetar sólidos. 
Deixou-se o tubo de ensaio esfriar até a temperatura ambiente e calculou-se a variação da massa em gramas (mi – mf) e em %.
Guardou-se o resíduo em frasco apropriado. Não jogar na pia ou no lixo.
4 Resultados e Discussão
A solução de sulfato de cobre e água destilada (1,0158 g para 6 mL) apresenta coloração azul clara conforme a figura 1. Nesta etapa podem ser percebidos os cristais de sulfato de cobre que ainda não se dissolveram, porém com agitação se solubilizaram.
Figura1: Solução de Sulfato de Cobre e Água destilada
	O sulfato de cobre é solúvel em água na proporção de 203 g/L se a temperatura for de 20 °C. 
	203 g de CuSO4. 5H2O % -----------------1000 mL X = 1,218 gramas 
 X ------------------ 6 mL
Portanto a massa 1,0158 g de CuSO4.5H2O adicionada se solubiliza completamente em 6 mL de água destilada a 20 °C
	Ao se adicionar lentamente o hidróxido de amônio percebeu-se primeiramente o aparecimento de um precipitado azul claro, isso devido a formação de hidróxido de cobre (Cu(OH2) que é insolúvel em água e também pode ocorrer devido a diminuição da solubilidade do CuSO4. 5H2O, porque a reação do NH4OH com a solução é endotérmica e em decorrência da diminuição da temperatura da solução ( principio de Le Chatelier). 
Com a adição de excesso de NH4OH. A coloração final da solução foi azul escura, (figura 2).
	
Figura 2: Soluçãode Sulfato de Cobre com Excesso de Amônio. 
         
 Após a adição de etanol, observou-se a formação de um precipitado azul escuro. A figura 3 mostra o produto Sulfato de Tetramincobre (II) hidratado, após a filtragem. 
	Figura 3: Sulfato de Tetramincobre (II) monohidratado.
	Verifica-se, que a reação de síntese do Sulfato de Tetraminocobre (II) é uma reação de síntese parcial, como segue na reação a seguir:
CuSO4(aq) + 2 H2O(l) + 2 NH3(aq)  CuSO4(aq) . Cu(OH)2(s) + NH4+(aq)
	O sulfato de cobre (II), cuja fórmula química é CuSO4, é um sólido azul nocivo e irritante. Com a adição de excesso de amônia forma-se um precipitado azul escuro, o complexo sulfato de tetramincobre(II):
CuSO4(aq) . Cu(OH)2(s) + 8 NH3(aq)  2 [Cu(NH3)4]SO4(s) + OH-(aq)
	A reação química é quase completa, uma vez que há a formação de precipitado à medida que a reação se dá e a solução aquosa vai ficando saturada, dando-se um equilíbrio heterogêneo. O fato de se formar o precipitado contribui para que a reação seja o mais completa possível, pois acontece como se num sistema aberto se retirassem os produtos da reação não promovendo a reação no sentido inverso. No entanto, o equilíbrio não permite que todo o produto se precipite o que será um dos motivos, neste caso, para o rendimento não ser 100%. 
	O Sulfato de Tetraminocobre (II), [Cu(NH3)4]SO4, é um complexo de coordenação, cujas ligações às moléculas de NH3 são quatro ligações covalentes, logo o seu número de coordenação é 4. A geometria dos complexos está relacionada com o número de coordenação do íon central, neste caso, verifica-se que o Sulfato de Tetraminocobre (II) apresenta geometria tetraédrica. 
	 
 Figura 4: Disposição geométrica tetraédrica. 
		Como já se sabe, este sal possui um cátion metálico, o Cu2+ rodeado de quatro moléculas de amônia (NH3), que são neutras, portanto, este complexo tem carga 2+ ([Cu(NH3)4]2+). Este complexo liga-se ao ânion sulfato, que tem carga 2- (SO42-). Esta ligação fica então neutralizada as suas cargas [Cu(NH3)4]SO4. A esta molécula liga-se também uma molécula de água, ficando hidratado, e dizemos, portanto, que se trata de um sal monohidratado.
	Quando uma substância cristaliza rapidamente, os cristais obtidos têm pequena dimensão, mas ficam maiores se a cristalização for lenta. Durante a difusão do álcool, a formação lenta de [Cu(NH3)4]SO4.H2O permite obter cristais maiores, em forma de agulha e de cor azul violeta.
	O sulfato de cobre encontra-se na forma de cristais, assim, se os triturássemos até ficar em pó, aumentaríamos a superfície de contato e como consequência a reação seria mais rápida e com melhor rendimento.
	
	
	
	
	
	
	Massa do sulfato de cobre (II) pentahidratado (g) 
	
	1,0158
	
	
	
	Massa do filtro de papel (g) 
	
	0,216
	
	
	
	Massa do conjunto filtro de papel e cristais sintetizados (g) 
	
	1,476
	
	
	
	
Cristais sintetizados do complexo [Cu(NH3)4]SO4.H2O (g)
	
	
1,26 g
	
	
	
 
4.1 Cálculo do Rendimento da síntese do complexo [Cu(NH3)4]SO4.H2O
Massa de hidróxido de amônio (NH4OH) presente:
A densidade do NH4OH é 0,903 g/cm3 
	D = = 0,903 g/cm3 = → = 1,806 gramas de NH4OH
Como a percentagem de amônia na solução aquosa é de 25% (m/m), então temos que:
	100 % -----------------1,806 g NH4OH X = 0,45 gramas de NH3
25 % de -------- X
Portanto 0,45 g de NH3 foram adicionados como reagente
4.2 Reagente limitante
A quantidade de amônia presente é de 0,45 g
A quantidade de sulfato de cobre (II) pentahidratado presente é de 1,0158 g
M (NH3) = 17,03 g/mol
M (CuSO4) 5H2O = 249,71 g/mol
De acordo com a estequiometria da reação 1 mol de CuSO4.5H2O está para 4 mols NH3
	1 CuSO4.5H2O(aq) + 4NH3(aq) → [Cu(NH3)4]SO4.H2O(aq) + 4H2O(l)
249,71 g CuSO4.5H2O(aq) = 4 x 17,03 g NH3 
 X 0,45 g de NH3 X = 1,65 gramas de CuSO4.5H2O
	249,71 g CuSO4.5H2O(aq) = 4 x 17,03 g NH3 
 1,0158 X X = 0,2771 gramas de NH3
 O reagente limitante é o CuSO4.5H2O porque à quantidade presente deste reagente é menor do que a definida pela proporção estequiométrica da reação química, para a quantidade presente de NH3. Para reagir com 0,45 g de NH3 seriam necessárias 1,65 gramas de CuSO4.5H2O mas efetivamente só estão presentes 1,0158 g de CuSO4.5H2O. Portanto o NH3 é o reagente em excesso, logo como mostra os cálculos acima apenas 0,2771 gramas de NH3 vão reagir com a quantidade de CuSO4.5H2O presente no experimento.
4.3 Rendimento da síntese
A massa de [Cu(NH3)4]SO4.H2O obtida experimentalmente foi de 1,26 gramas:
M ([Cu(NH3)4]SO4.H2O) = 245,75 g/mol
De acordo com a estequiometria da reação química:
	249,71 g CuSO4.5H2O ----------- (1,0158 g CuSO4.5H2O + 0,2771 g de NH3)
245,75 g [Cu(NH3)4]SO4.H2O ------- X 
X = 1,272 gramas de [Cu(NH3)4]SO4.H2O
Portanto o rendimento teórico para esta reação é de 1,275 g de [Cu(NH3)4]SO4.H2O
	1,272 ---------- 100 %
 1,26 ------------- X X = 99,05 %
A sintese do [Cu(NH3)4]SO4.H2O teve um rendimento prático de 1,26 gramas que equivale a um rendimento de 99,05 %. 
4.4 Aquecimento do complexo formado no bico de bunsen
A massa do tubo de ensaio mais 0,5 g do complexo [Cu(NH3)4]SO4.H2O deu um total de 15,6836 g (mi) após o aquecimento durante 3 minutos na chama redutora a massa do tubo foi de 15,4012 (mf). (15,6836 g – 15,4012 g ) = 0,2824 g 
 
Portanto houve perda por evaporação de 0,2824 gramas de matéria, parte dessa massa é NH3 e a outra parte é da molécula de água presente no complexo.
	1,272 g CuSO4.5H2O ---------- 0,2771 g NH3
 0,5 g CuSO4.5H2O ------------- X X = 0,109 g de NH3
(0,2824 - 0,109) = 0,173 
Da massa perdida por evaporação (0,2824 g) apenas 0,109 gramas é NH3 os outros 0,173 gramas é etanol usado na para lavar o precitado na filtração a vácuo já que não houve tempo hábil suficiente para deixar a amostra no dessecador para evaporar todo o etanol antes de realizar esta etapa do experimento.
5 CONCLUSÃO 
O presente experimento desenvolvido no laboratório do IFPR - Câmpus Paranavaí propiciou ao grupo não só o exercício da prática experimental, mas também uma fundamentação teórica concisa sobre síntese inorgânica de complexos.
O reagente limitante da reação é o sulfato de cobre (II) pentahidratado -CuSO4.5H2O. 
O sal que se obtém na reação é um composto inorgânico, o que explica a utilização de álcool etílico no decorrer do procedimento e na lavagem dos cristais é o fato de que o mesmo diminui a solubilidade do composto ao absorver energia do sistema para poder evaporar (Princípio de Le Chatelier), com isso há o deslocamento do equilíbrio diminuindo a solubilidade do composto acentuando assim o processo de cristalização e o álcool etílico este sendo uma substância volátil, facilita o processo de secagem.
Os resultados experimentais se aproximaram significativamente dos resultados teóricos esperados, possuindo uma pequena margem de erro causada, dentre outros fatores, pelo grau de pureza dos reagentes e pela precisão das medidas efetuadas. 
Conclui-se, portanto, através dos cálculos que o resultado teórico para a formação do complexo é de 1,272 g e a massa do complexo obtido experimentalmente foi de 1,26 gramas, ou seja, foi obtido um excelente rendimento de aproximadamente 99,05 %. 
6 REFERÊNCIAS bibliográficas
SANTOS, L. M.; SARTO, L. E.; BOZZA, G. F.; DE ALMEIDA, E. T. Química de Coordenação: Um Sonho Audacioso de Alfred Werner, Revista Virtual Química, no 6, vol. 5, 1260-1281, 2014. 
LEE, J. D., Química inorgânica não tão concisa, Editora Edgard Blücher Ltda, 5ª edição, 1999.
 
Vogel, A.I.; "Análise Química Quantitativa"; ed. Guanabara, 5a.ed., Rio de Janeiro, 1992.
ATIKINS, P, W; SHRIVER, D. F. Química Inorgânica. 3ª ed. Editora Bookman, Porto Alegre, 2003.
http://pt.scribd.com/doc/35590569/Sintese-do-Sulfato-de-Tetraminicobre (acesso em 30 de novembro de 2016)
http://pedropinto.com/files/secondary/tlq/tlqII_relatorio4.pdf (acesso em 30 de novembro de 2016)