Síntese de Cloreto de Pentaaminoclorocobalto(III)

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Relatório 02
Síntese de Cloreto de Pentaaminoclorocobalto(III)
Docente: Profa. Dra. Cecília Estima Sacramento dos Reis
Londrina
2019
INTRODUÇÃO
As principais características dos complexos metálicos foram descobertas por Alfred Werner em 1893. Werner estudou uma série de complexos, a coloração pronunciada de muitos compostos de coordenação eram uma incógnita para ele. O cloreto de hexamin e cloreto de pentaaminocobalto (III) foram compostos utilizados por Werner e Jorgensen no estudo minucioso dos compostos de coordenação, que resultou na teoria de coordenação de Werner. 1
Um complexo constitui-se de um átomo metálico ou íon central rodeado por um conjunto de ligantes, ligante por sua vez é um íon ou uma molécula que pode encontrar-se independente. O complexo sintetizado neste trabalho é o cloreto de pentaaminoclorocobalto (III), no qual o íon Co3+ está rodeado por cinco ligantes NH3 e um Cl.2
De acordo com a TLV (Teoria de ligação de valência) o cloreto de pentaaminclorocobalto (III) é um complexo de geometria octaédrica cujo metal, Co3+ apresenta número de coordenação igual a 6, hibridização d2sp3, camada de valência 3d6.2
Assim como outros metais de transição, o cobalto forma complexos, ou compostos de coordenação, de grande variedade, dependendo do seu estado de oxidação. Sendo um ácido de Lewis, ou seja, uma molécula que aceita densidade eletrônica e é pequena, devido ao seu estado de oxidação, no caso, o cobalto forma complexos preferencialmente com bases duras de Lewis, como por exemplo a água, o ânion cloreto e doadores nitrogenados como a amônia.3
Os estados de oxidação mais comuns para o cobalto são 2+ e 3+, sendo no estado de oxidação 2+ mais estável. Entretanto os compostos Co3+ são oxidantes e relativamente instáveis, porém, os complexos de Co3+ são estáveis e abundantes. A estabilidade dos complexos de Co3+ é maior pois a energia de estabilização do seu campo cristalino exibe uma configuração d6, que é maior que a estabilização d7 apresentada pelo Co2+. A maioria dos ligantes provoca o emparelhamento dos elétrons em configurações d6. Esta configuração leva a uma energia de estabilização de campo cristalino muito grande. 4
OBJETIVOS
Sintetizar um complexo de cloreto de pentaaminoclorocobalto(III) a partir de cloreto de cobalto (II) hexaidratado, observando a mudança de coloração durante o processo.
MATERIAIS E REAGENTES
Materiais
Proveta de 10 mL
Erlenmeyer de 125 mL
Pipeta graduada de 10 e 15 mL
Bastão de vidro
Termômetro
Funil de Büchner
Kitassato de 125 mL
Chapa de aquecimento
Reagentes
Cloreto de amônio (NH4Cl)
Cloreto de cobalto hexaidratado (CoCl2.6H2O)
Carvão ativado
Amônia concentrada (NH3)
Peróxido de hidrogênio 30% m/m (H2O2)
Ácido clorídrico concentrado (HCl)
Álcool etílico absoluto
Éter etílico
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Em um béquer foram colocados 50 mL de água destilada e deixado em banho de gelo para uso posterior durante o procedimento. Usando uma balança analítica, mediu-se 2,5007 g de NH4Cl na qual foi dissolvido em 15,0 mL de solução concentrada de NH3 em um erlenmeyer de 125 mL (Figura 1). 
Figura 1. Solução de coloração marrom.
Sob agitação constante, acrescentou-se 5,0067 g de CoCl2.6H2O em pequenas porções (Figura 2). Em seguida, foi adicionado lentamente 8,0 mL de solução de H2O2 a 30% m/m, em frações de 1,0 mL.
Figura 2. Solução de coloração vermelho sangue.
Após a efervescência cessar, foi adicionado lentamente 15,0 mL de HCl concentrado (Figura 3). E então, levado para uma chapa de aquecimento durante 20 minutos, com agitação constante e mantendo-se a temperatura entre 80 e 90ºC, com o auxílio de um termômetro.
Figura 3. Solução de coloração vinho.
Passado os 20 minutos (Figura 4), resfriou-se a mistura em água corrente e seguidamente transferida para um banho de gelo até que a mistura atingisse uma temperatura próxima de 0ºC.
Figura 4. Solução de coloração roxa.
Então, a solução foi filtrada à vácuo e o precipitado (Figura 5) foi lavado com 16,0 mL de água destilada gelada, em quatro porções de 4,0 mL, com 5,0 mL de álcool absoluto, em duas porções de 2,5 mL, e com 2,5 mL de éter etílico.
Figura 5. Sólido roxo.
O papel filtro com o sólido foi colocado em um vidro relógio, coberto com papel alumínio com pequenos orifícios e deixado para secar. Após alguns dias foi feita a pesagem e foi preparado 50 mL de uma solução 2,50 g L-1 deste sólido e deixada exposta à luz (Figura 6).
Figura 6. Solução de coloração rosa.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Primeiramente, a mistura do NH4Cl com a NH3, forma uma solução saturada de amônia. Então, com a adição do CoCl2.6H2O forma-se íons Co2+, na qual sendo um ácido de Lewis duro, possui uma afinidade à ligante nitrogenados (como a NH3), e se conecta à NH3 em excesso em solução, de acordo com a reação 1.
[Co(H2O)6]2+ + 6 NH3 [Co(NH3)6]2+ + 6 H2O Reação 1
A adição de H2O2, como forte agente oxidante, oxida o íon Co2+ para Co3+, como mostra a reação 2 de oxirredução em meio básico, e também se observa uma efervescência, que pode ser pertencente à vapores d’água. A H2O2 é um forte agente oxidante, tornando a reação mais rápida.
[Co(NH3)6]2+ + H2O [Co(NH3)6]3+ + 2 OH- Reação 2
Com a adição de H2O2 também há a possibilidade da formação o complexo [Co(NH3)6(OH2)]3+.
A adição do ácido clorídrico concentrado teve como propósito neutralizar o meio básico gerado pela oxidação e também seu íon Cl-, que é uma base de Lewis dura, se coordena com o íon Co3+, substituindo o ligante aqua por um ligante clorido, originando o complexo [CoCl(NH3)5]2-.
A reação global para a síntese desse composto pode ser descrita pela reação 3:
2 NH4Cl + 8 NH3 + 2 CoCl2.6H2O + H2O2 2 [CoCl(NH3)5]Cl2 + 14 H2O Reação 3
De acordo com a Teoria do Campo Cristalino (TCC), o cobalto (III) ao complexar-se com seus ligantes é mais estável que complexos de cobalto (II), pois trata-se da existência de orbitais que sofrem degenerescência, ou seja, quando ligados as estruturas do cobalto complexado fica com 3 pares de orbitais com energia inferior, e 2 espações com muita energia, como mostra a Figura 7.
Figura 7. Diagrama TLV para Co3+ e [Co(NH3)6]3+.
A diferença é que o Co (II) complexado possui um elétron instável, por exemplo o íon [Co(NH3)6]2+ que é facilmente oxidado quando exposto ao ar, então, uma vez que adicionado o peróxido de hidrogênio como oxidante, faz com que o elétron instável fosse retirado, e então reduzido a [Co(NH3)6]3+ que é mais estável.
Em seguida, com excesso de NH3 na solução, levou à formação do complexo [Co(NH3)6(H2O)]3+, que por tratamento com HCl concentrado leva à formação do complexo [CoCl(NH3)5]Cl2. Diferentemente na síntese do complexo [Co(NH3)6]Cl3, na qual é usado um catalisador que além de aumentar a velocidade de reação, controla a temperatura do meio, impedindo que a NH3 evaporasse.
Para a síntese do complexo [CoCl2(NH3)4]Cl, basta submeter o complexo sintetizado nesta prática, ao mesmo procedimento.
A processo de lavagem com etanol, tem como objetivo retirar os intermediários formados, como NH4Cl, H2O2 e CoCl2, e a lavagem com éter etílico a secagem do sólido filtrado. E a água gelada tem como objetivo, diminuir que ocorra a solubilidade do complexo, pois a água gelada é menos solúvel do que sua forma natural ou quente.
Figura 8. Pentaaminoclorocobalto(III).
Figura 9. Tetraaminodiclorocobalto(III).
Figura 10. Triaminotriclorocobalto(III).
Cálculo do Rendimento
Tabela 1. Massas pesadas.
	CoCl6.6H2O (g)
	Papel Filtro (g)
	Complexo + Papel Filtro (g)
	5,0067
	0,6207
	3,5933
A partir da Tabela 1, obtemos que a massa de complexo formada foi de 2,9726 g. Sabendo que a estequiometria é 2:2 e que as massas molares são: 237,92 g mol-1 e 250,4 g mol-1, para CoCl6.6H2O e [CoCl(NH3)5]Cl2 respectivamente, calculamos a massa teórica de [CoCl(NH3)6]Cl2 que deveria ser formada a partir de 5,0067 g de CoCl6.6H2O:
Então,o rendimento é dela divisão da massa obtida na prática pela massa teórica:
Possivelmente, o rendimento obtido pode estar associado a erros cometidos durante a execução da prática, como perda de material ou impurezas.
CONCLUSÃO
Conclui-se que o objetivo da prática de síntese do cloreto de pentaaminoclorocobalto(III) a partir de cloreto de cobalto (II) hexaidratado foi atingido com um rendimento relativamente bom, o que pode estar relacionado com erros cometidos durante a execução, porém os conceitos adquiridos com relação a mesma, serão úteis para futuras práticas laboratoriais.
REFERÊNCIAS
1 KAUFFMAN, G.B. Classics in coordination chemistry: the synthesis, reactions, properties & applications of coordination compounds. Nova Iorque: Dover, 197 8. v. 6.
2 SHRIVER & ATKINS. Química Inorgânica. 4 ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.
3 CHANG, R. Química Geral. 4 ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. 
4 LEE, J. D. Química Inorgânica não Tão Concisa, 5. Ed., Trad. Toma et al., São Paulo: Edgard Blucher Editora Ltda., 1996.