RELATORIO 1 1 E 1 2 (1)

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE ARAGUAÍNA
CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
RELATÓRIO DE QUIMICA EXPERIMENTAL I
PREPARAÇÃO DO CLORETO DE HEXAAMINOCOLBATO (III);
PREPARAÇÃO DO CLORETO DE PENTAAMINOCLOROCOBALTO(III).
Docente: José Expedito
Discente: Dannillo Nunes Rocha
ARAGUAINA/ TO
2018
RELATÓRIO DE QUIMICA EXPERIMENTAL I
PREPARAÇÃO DO CLORETO DE HEXAAMINOCOLBATO (III); PREPARAÇÃO DO CLORETO DE PENTAAMINOCLOROCOBALTO(III). 
Relatório apresentado à disciplina de Química Experimental, como requisito para avaliação, do curso de Química – Licenciatura da Universidade Federal do Tocantins – UFT.
Professor: José Expedito
ARAGUAINA/ TO
2018
SUMÁRIO
Introdução	4
Objetivo	9
Parte Experimental	9
Materiais e Reagentes	9
Métodos	9
Resultados e Discussão	10
Conclusão	14
Referências	15
INTRODUÇÃO 
COBALTO 
O cobalto é encontrado na natureza em diversos minérios, mas foi isolado pela primeira vez em 1735 pelo químico sueco Georg Brandt a partir da esmaltita (COBALTO...2015). 
Na natureza só conseguimos obter o Co59. O mesmo é encontrado em minérios associado a outros elementos. Porém com o bombardeamento de nêutrons conseguimos o isótopo Co60 que é usado na medicina para tratamento de câncer, devido a sua característica de emitir radiação gama (MEDEIROS, 2013). 
Para o ser humano o cobalto tem extrema importância, mesmo em pequenas quantidades. É um dos componentes da vitamina B12 (Cianocobalamina) (COBALTO...2015). 
Não só no estudo dessas aplicações do cobalto são de interesse cientifico, pois os vários estudos cientifico são desenvolvidos para sintetizar novos compostos e aplicar em diversas áreas. Conseguimos obter com este elemento metálico um complexo hexacoordenado de estrutura octaédrica. (MOURA et al., 2006).
O cobalto III tem a característica de formar um complexo octaédrico, isso porque é a forma estável e de menor energia que o metal se complexa. Com seis ligantes ele é um complexo hexacoordenado. Praticamente todos os complexos hexacoordenados são octaédricos (SHRIVER; ATKINS, 2008).
O cobalto pertence ao grupo 9 da tabela periódica e está intimamente ligado ao desenvolvimento da química de coordenação. Foi através de complexos de cobalto que Alfred Werner desenvolveu parte de sua teoria, que sucumbiu com as hipóteses de Jorgensen- Blomstrand. Quimicamente este elemento apresenta os estados de oxidação I, I, II, IV, V e VI, tendo como mais importantes os estados I e II. Os íons Co2+ são muito estáveis e podem ser encontrados em vários compostos simples, tais como CoCl2, CoSO4, CoCO3.
O Cobalto Assemelha-se ao ferro, porém mais duro e mais resistente a tração. Os estados de oxidação mais comuns para o cobalto são +2 e +3, sendo o elemento no estado de oxidação +2 mais estável. O íons Co2+ e o íon hidratado [Co(H2O)6]2+ podem ser encontrados em vários composto, sendo o íon hidratado estável em água. Em contrapartida, os compostos Co (+3) são oxidantes e relativamente instáveis, porém, os complexos de Co (+3) são estáveis e abundantes.
De acordo com a TLV (Teoria de ligação de valência) o cloreto de pentaaminclorocobalto (III) (figura 01) e o cloreto de hexaaminclorocobalto (III) (figura 02) são complexos de geometria octaédrica cujo metal, Co3+ apresenta N.C. (número de coordenação) igual a 6, hibridização sp3d2, camada de valência 3d6, sendo caracterizado como complexos de orbitais externos.
 
 Figura (1): Formula estrutural do cloreto Pentaaminocobalto (III).
Fonte: www.google.com.br/search?q=Pentaaminocobalto+(III). 
 Figura (2): Formula estrutural do cloreto Hexaaminoclorocobalto (III).
Fonte: www.google.com.br/search?q=hexaaminoclorocobalto+(III) 
OBJETIVO
Sintetizar o composto cloreto de hexamincobalto (III). Determinar algumas características do composto sintetizado e do processo de síntese. Calcular o rendimento da reação.
Obtenção e Caracterização de Complexos de Co(III). Em questão, realizar a Síntese do Cloreto de Pentaminclorocobalto(III) - [Co(NH3)5Cl]Cl.
Esperimento (I)
Cloreto de hexaaminocobalto (III) [Co(NH3)6]3+.
MATERIAIS DE USO GERAL 
- Béquer de 50 ml (4);
- Bastão de vidro; 
- Balança semianalitica; 
- Chapa de aquecimento com agitação; 
- Bacia Plástica (ou béquer grande) para banho de gelo;
- Espátula (3);
- Erlenmayer de 125 ml; 
- Funil de Büchner de 50 ml para filtração a pressão reduzida; 
- Kitassato de 125 ml e conexões adequadas para a filtração a pressão reduzida; 
- Proveta de 10 ml; 
- Termômetro; 
- Vidro de relógio;
REAGENTES 
- Ácido clorídrico concentrado; 
- Água oxigenada a 30% m/m;
- Amônia concentrada;
- Carvão ativo
- Cloreto de Amônia;
-Cloreto de cobalto (II) hexa-hidratado;
REAGENTE E SOLVENTES 
- Água Destilada;
- Etanol absoluto;
- Éter etílico;
	
PROCEDIMENTO
Pesou-se 2,0016 g de NH4Cl e dissolveu-se em 10 ml de água destilada contida em um erlenmayer de 125 ml. A aqueceu-se lentamente a solução até ebulição e adicionou-se 2,9999 g de CoCl2.6H2O, após isso a mesma foi deixada em ebulição por 2 minutos. Colocou-se 0,2095g de carvão ativo (em pó) no erlenmayer ainda quente. Após, resfriou-se com água corrente até a temperatura ambiente. Na capela adicionou se 8 ml de solução concentrada de NH3, e resfriou-se a mistura em banho de gelo até aproximadamente 10°C. Acrescentou-se 6 ml de solução de H2O2 a 30% m/m, lentamente, em frações de 1 ml. Agitou -se até que a efervescência foi cessada. Aqueceu-se a mistura contida no béquer, mantendo-a em ebulição por cinco minutos. Agitou-se periodicamente a mistura comum bastão de vidro. Esfriou-se o erlenmayer em agua corrente e transferi-o o mesmo para o banho de gelo, aguardou-se até a temperatura próxima de 0º C. 
Notou se a formação de um solido alaranjada misturado ao carvão. Em seguida 
Filtrou-se o precipitado em um funil de Bünchner sob pressão reduzida, após 
Feito isso lavou-se o mesmo utilizando 5 ml de água destilada gelada. Substitui -se o kitassato por um outro limpo, e foram adicionados, lentamente e no próprio funil, a mistura de 100 ml de água destilada quente, filtrando a solução sob pressão reduzida. Recolheu -se o filtrado em um erlenmeyer e adicione -se 4 ml de HCl concentrado. Resfriou-se a solução em banho de gelo com agitação contínua e o precipitado obtido foi filtrado em funil de vidro com placa sintetizada sob pressão reduzida. Lavou-se o sólido obtido com duas porções de 5 ml de álcool etílico absoluto, e em seguida, com duas porções de 5 ml de éter etílico. O sólido foi deixado para secar ao ar e em seguida pesado.
 
 Figura (1) e (2) do complexo de cloreto pentaaminoclorocobalto.
 Fonte: Própria 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O cloreto cobaltoso hexaidratado (CoCl2.6H2O) é solúvel em água, porém sua solubilidade é aumentada quando a água é aquecida. Ao se aquecer a amostra e adicionar o cloreto de amônio ocorre uma desidratação, a solução obteve coloração azul intensa devido a formação de[Co(H2O)4] +.
Os próximos passos do procedimento envolvem reações altamente exotérmicas, portanto é necessário o uso do banho de gelo constante. Ao se adicionar o hidróxido de amônio concentrado, formou-se [Co(NH3)6]++em solução. Ao se adicionar o peróxido de hidrogênio houve a mudança de coloração de azul para marrom, devido à oxidação promovida pelo peróxido, pois os complexos de Co3+ são mais estáveis que os complexos de Co2+. O carvão ativo foi adicionado com a função de catalisador da reação, e a temperatura foi mantida em 60°C devido ao ponto de ebulição da amônia (ligante do processo), ou seja, temperaturas acima de 60° provocariam a evaporação da amônia do meio reacional. A adição de ácido clorídrico concentrado proporciona o aumento da força iônica e favorece a precipitação dos cristais de cloreto de hexamincobalto (III).O precipitado foi filtrado e lavado com álcool e éter etílico, pois o cloreto de hexamincobalto (III) não é solúvel na mesma. De acordo com a regra de que semelhante dissolve semelhante, cloreto de hexamincobalto (III) não é solúvel em água e nem em etanol, pois, a acetona é uma substância com caráter polar, momento de dipolo 2.91 D, a água e o etanol também apresentam caráter polar, com momento de dipolo 1,85 D e 1,69 D respectivamente. Após seco, o procedimento apresentou de rendimento.
CONCLUSÃO 
De acordo com a prática realizada, notou-se que se pode preparar um complexo a partir de outro complexo. A início, é necessário trocar os ligantes da rede cristalina do complexo, neste experimento trocou-se os ligantes aquo por ligantes Amin. Assim, as reações para a síntese e purificação do cloreto de hexamincobalto (III) foram bem sucedidas tornando possível a observação do procedimento em suas diferentes etapas, possibilitando as análises necessárias e aplanando os conhecimentos acerca das técnicas e teorias utilizadas, atingindo o objetivo da aula prática. 
QUESTIONARIOS 
Questionário 1.1
Em que os sais duplos se diferenciam dos sais complexos?
Sais duplos – são sais que contêm cátions provenientes de duas bases diferentes ou ânions provenientes de dois ácidos diferentes. Os sais duplos também podem ser hidratados.
Sais complexos - são espécies químicas neutras que contêm pelo menos um íon complexo. Íon complexo é um íon que contém um cátion metálico central ligado a uma ou mais moléculas ou íons ligados.
Cite algumas das utilização do Complexos.
A teoria de Werner é um importante instrumento para ao estudo dos complexos. Quais os postulados dessa teoria.
A maior parte dos elementos possuem dois tipos de valência: 
a) Valência primária (número de oxidação); 
b) Valência secundária (número de coordenação);
Todo elemento tende a satisfazer tanto suas valências primárias quanto as valências secundárias; A valência secundária apresenta direções fixas no espaço.
Escreva todas as equações químicas que deverão ocorrer na realização do experimento.
 
Questionario 1.2
Qual a função do NH4Cl ? 
A função do cloreto de amônio nesta síntese é evitar a formação de complexos intermediários e fazer com que todas as moléculas de água que estão ligadas ao cobalto sejam substituídas pelas do ligante.
Escreva a equação da reação do cloreto de hexaaquocobalto(II) e amonia.
 [Co(H2O)6] Cl2 + 6NH3 [Co(NH3)6]Cl2+ 6H2O
Veja os potenciais padrões de redução abaixo. A síntese feita nesta prática seria viável utilizando-se O2 em vez de H2O2? Por que foi utilizado peróxido de Hidrogênio? Explique.
Por que o peroxido de hidrogênio quando é adicionada a solução decompõe-se em agua (H2O) e oxigênio (O2) sua utilização nesta reação era justamente para que O2 produzido na sua decomposição agisse como agente oxidante areação a qual foi intensa e exotérmica. Utilizamos o H2O2 para a síntese desses complexos porque este é um reagente de mais fácil acesso.
Por que o composto obtido foi lavado com etanol e eter etilico?
O álcool nesta reação vai retirar as possíveis impurezas contidas no complexo e o éter etílico vai retirar todo o excesso de água presente no composto.
Caucule o rendimento para a obtenção de [Co(NH3)6]Cl3.
Desenhe as estruturas dos ions hexaaminocobalto(III) e hexaaminocobalto(II).
Esperimento (II)
Cloreto de Pentaaminoclorocobalto (III) [Co(NH3)6]CL3.
PREPARAÇÃO DO CLORETO DE PENTAAMINOCLOROCOBALTO (III)
MATERIAIS DE USO GERAL 
- Balança semianalitica; 
- Béquer de 50 ml (3);
- Bacia plástica (ou béquer grande) para banho de gelo;
- Béquer de 250 ml;
- Espátula (2)
- Bastão de vidro;
- Chapa de aquecimento/agitação;
- Erlenamayer de 125 ml;
- Funil de filtração a pressão reduzida;
- Kitasato de 125 ml e conecções adequadas para filtração a pressão reduzida;
- Proveta de 50 ml;
- Papel de filtro;
REAGENTES E SOLVENTES
- Ácido clorídrico concentrado;
- Água oxigenada 30% m/m;
- Amônia concentrada;
- Cloreto de Amônia;
- Cloreto de cobalto (II) hexa-hidratado;
- Água destilada;
- Etanol absoluto;
- Éter etílico;
PROCEDIMENTO
 
Para a síntese do composto, dissolveu -se 1,2498 g de cloreto de amônio (NH4Cl) em 8 ml de hidróxido de amônio concentrado (NH3), adicionou-se 2,5533 g de cloreto de cobalto hexahidratado (CoCl2.6H2O), com agitação contínua. Após a adição do cloreto, adicionou-se 4 mL de água oxigenada 
(Peróxido de hidrogênio – H2O2) a 30% m/m, lentamente, em frações de 1 mL pelas paredes do erlenmayer. Notou -se uma efervescência. Quando a efervescência cessou, adicionaram-se, lentamente, 8 mL de ácido clorídrico concentrado (HCL). Esta etapa do procedimento foi realizada na capela. 
 
 
 A mistura foi então aquecida em A mistura foi então aquecida durante 20 minutos, mantendo 80 a 90 ºC, agitando com um bastão de vidro para evitar a cristalização do sal nas bordas do erlenmayer. Em seguida a mistura foi resfriada em banho de gelo até uma temperatura aproximada a 0 ºC. Com os cristais devidamente formados, realizou-se a filtração deles sob pressão reduzida, lavando o sólido com 16 ml em pequenas porções de água gelada, 4 ml de etanol e 2,5 ml de éter etílico. 
 
 Figura (1) e (2) do complexo de hexaaminocobalto. 
 Fonte: Própria 
RESULTADOS E DISCUSSÃO.
A síntese do cloreto de pentaminclorocobalto (III) a partir do CoCl2.6H2
O pode ser descrita da seguinte maneira:
2CoCl2.6H2O + NH4Cl + 9NH3+ H2O2 + HCl → 2[Co(NH3)5Cl]Cl2+ 14H2O
 A diluição de NH4Cl com NH4OH é feita para obter-se uma solução com alta concentração da espécie NH3 para que possa ocorrer a troca de ligantes do CoCl2.6H2O. O CoCl2.6H2O tem seus ligantes água substituídos por ligantes amônia formando o complexo [Co(NH3)6]Cl2onde o cobalto apresenta estado de oxidação 2+ e o complexo é caracterizado por uma cor marrom clara. 
O agitador térmico é utilizado para aumentar a entropia do sistema e possibilitar a troca rápida dos ligantes.
O cobalto 2+ é facilmente oxidado em presença de ar para o estado 3+, onde não é muito estável por tornar-se um forte agente oxidante o que o possibilita a retornar rapidamente para o estado 2+. O cobalto apenas fica estável no estado 3+, em solução, quando está na presença de ligantes com átomos de nitrogênio como a amônia e o etileno diamina. 
Para acelerar o processo de oxidação do cobalto presente no complexo[Co(NH3)6]Cl2 utilizou-se o H2O2 como catalisador formando [Co(NH3)5(H2O)]Cl3, caracterizado pela cor azul, e liberando gás oxigênio. Nesta etapa o cobalto fica estável no estado 3+ devido à presença do ligante amônia e o gás oxigênio é liberado porque o cobalto (II) oxida-se pela presença do H2O2 cedendo a este um elétron e transformando-o em H2O que se liga ao complexo de cobalto em solução e libera oxigênio.
Tratou-se a solução com HCl concentrado pois este possui uma concentração de íon cloreto de aproximadamente 10 mol dm -3, possibilitando a troca do ligante H2O por um ligante Cl- formando o complexo [Co(NH3)5Cl]Cl2, um sólido de estrutura cristalina octaédrica e cor violeta-avermelhada formado em baixas temperaturas e estável até temperaturas de 150 °C, onde começa a degradar-se perdendo os ligantes NH3.
 	Após o tratamento com HCl a solução começou a ficar cor de vinho cor de vinho. A formação deste complexo é favorecida em baixas temperaturas, por este motivo é utilizado o banho gelo para a cristalização do [Co(NH3)5Cl]Cl2. O banho maria feito com a solução contendo [Co(NH3)5(H2O)]Cl3 e HCl concentrado é utilizado para promover a troca do ligante aquo por um ligante cloreto, pois, o aquecimento faz com que a água seja retirada do complexo para que o Cl- entre na esfera de coordenação.
Para separar os cristais da solução utilizou-se um filtro a vácuo para retirar toda umidade. Para garantir que os cristais estivessem o mais puros possíveis,o [Co(NH3)5Cl]Cl2 foi lavado 3 vezes com cada um dos seguintes solventes nesta ordem: água gelada, álcool etílico e éter. Como os cristais se formam em baixa temperatura utilizar água gelada primeiramente não causaria degradação térmica, aumentando a temperatura bruscamente, ou troca do ligante Cl- por um ligante H2O, essa troca é favorecida apenas em altas temperaturas quando o complexo fica instável. A lavagem é feita com solventes polares, pois, além destes não solubilizarem o complexo eles reagem com os íons presentes na solução mãe que podem estar misturados aos cristais do complexo purificando-o.
CONCLUSÃO.
Durante a síntese observou-se que pequenas alterações nas condições das reações podem alterar tanto o rendimento como a pureza do complexo.
Secar os cristais e mantê-los secos é essencial para a caracterização correta.
A lavagem adequada também afeta os resultados da caracterização por infravermelho e o cálculo do rendimento da síntese, uma vez que, a contaminação dos cristais com os íons da solução mãe formam outros tipos de compostos, cuja a presença pode ser notada pela diferença da cor ao comparar com os cristais lavados corretamente.
Estes aspectos de purificação e secagem são importantes para realização de cálculos estequiométricos precisos e confiáveis.
Foi observada também a Lei de LeChatelier durante a síntese do sal complexo, onde as mudanças de temperaturas afetaram o sentido do equilíbrio da reação, de maneira equivalente a mudanças na concentração de íons de uma determinada espécie, proporcionando a formação do complexo desejado. Possuindo um conhecimento prévio sobre as propriedades do complexo, dos ligantes utilizados e do metal central pode prever-se as alterações que a temperatura causa em cada etapa da síntese. 
QUESTIONÁRIO
Questionário 1.1
Conceitue ácido e base segundo Lewis.
Ácido é toda espécie química que recebe pares eletrônicos isolados, formando ligações coordenadas (antigamente era chamada Dativa). Base é toda espécie química que cede pares de elétrons isolados, formando ligações coordenadas
Utilize a Teoria do Campo Cristalino (TCC), e esquematize uma exploração para a afirmação: - o ligante “amino” (ou “amim”) é mais forte que o ligante “aquo” (ou “aqua”) e este último, mas forte que o ligante “cloro”. 
	
Questionário 1.2
Quais são as diferenças nos procedimentos experimentais nas sínteses de [CoCl(NH3)5]Cl2 e de [Co(NH3)6]Cl3? Justifique. 
As diferenças nos procedimentos experimentais dos dois complexos são as quantidades de reagentes utilizados, para a síntese do [Co(NH3)6]Cl3 foram utilizados3,00 g de ([Co(H2O)6]2 reagiu com 2,0056g de NH4Cl, neste procedimento foi adicionado 0,2 g de carvão ativo, e também foi realizada uma filtragem a quente. Já para a síntese do [Co(NH3)6]Cl3 foram utilizados 2, 5792 g de ([Co(H2O6]2+ que reagiram com 1.2628g de NH4Cl, neste experimento não foi adicionado carvão ativo nem feito a filtragem a quente.
Proponha um procedimento para se obter [CoCl2(NH3)4]Cl. 
Por que se recomenda água gelada para lavar o produto obtido? 
No procedimento para a formação do precipitado submetemos a solução a uma temperatura aproximada a 0°C, para que não haja nenhuma variação de temperatura durante o processo de filtração, a água gelada para a lavagem do produto obtido.
Calcule o rendimento para a obtenção de [CoCl(NH3)5]Cl2.
5- Desenhe as estruturas dos complexos: pentaaminoclorocobalto(III), tetraaminodiclorocobalto(III) e 
triaminotriclorocobalto(III). Inclua as possibilidades de isomeria
 
Pentaaminocobalto(III)
	
Tetraaminodiclorocobalto(III)
Triaminotriclorocobalto(III).
REFERENCIAS 
COBALTO. Disponível em: http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/cobalto.htm Acesso: 08 de março 
2015.
MEDEIROS, Miguel A. de. Cobalto. Química Nova Escola, v, 35, n. 3, p.220-221, 2013.
MOURA, Aline O.; MARTINS, Paolla C.; CUNHA, Lucas B. F. R.; BOLZON, Lucas B.; PERTUSATTI, Jonas; PRADO, Alexandre G. S. Estudos cinéticos da equação do trans.-[Co(en)2Cl2]Cl. Química Nova, v. 29, no. 2, p. 385-387, 2006.
ATKINS, Peter; PAULA, Julio de. Físico-Química. 8 ed., Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, V. 2, 2008.
SHIRIVER, Duward F.; ATKINS, Peter. Química inorgânica. 4. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.
AYALA, D; BELLIS, M. V. Química Inorgânica Experimental. Universidade Federal de Minas Geral, Departamento de Química – ICEX .2003.
SOLOMONS, T.W.G.; FRYHLE, C.B. Química Orgânica. Rio de Janeiro: LTC Editora. Vol. 1, 7.ed., 2001