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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CENTRO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DISCIPLINA: QUÍMICA DOS METAIS DE TRANSIÇÃO MINISTRANTE: DR. EDMILSON MIRANDA DE MOURA PRÁTICA 01 – OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO [Ni(NH3)6](NO3)2 ANDRESSA LOWRHANA SILVA RESENDE FRANCISCO KASSIO TEIXEIRA DE MOURA RUTE ARAUJO SILVA DO NASCIMENTO TOMAS MAGNO COSTA SILVA TERESINA, JUNHO DE 2016 2 RESUMO O presente experimento consistiu na obtenção do complexo [Ni(NH3)6](NO3)2, no qual utilizou-se de uma reação entre um ácido e uma base de Lewis. Em seguida, realizou-se a caracterização dos produtos obtidos, Ni2+ e NH3, e medidas de condutividade, no qual observou-se valores acima do esperado decorrente de erros cometidos durante a síntese, obtendo-se um rendimento de 32 %, baixo, porém aceitável. 3 1. INTRODUÇÃO Os elementos químicos, situados na tabela periódica podem ser agrupados em seus blocos de acordo com o preenchimento dos seus orbitais atômicos mais externos, ou na sua camada de valência. (JONES, 2002). Três series de elementos são formados pelo preenchimento dos níveis eletrônicos 3d, 4d e 5d, esses elementos em conjunto compõe os elementos do bloco d, que são chamados de metais de transição. (LEE, 1999). Para Jones (2002), a expressão metais de transição aplica-se aos elementos que contém uma subcamada f ou d parcialmente preenchida, assim, excluindo elementos da tabela periódica que contém configurações de elétrons d0, d10, f0 ou f14. No entanto, inclui-se o cobre, a prata e o ouro nesta classificação, pois, normalmente esses elementos são formam íons cuja, as subcamadas d se encontra- se parcialmente preenchidas. Os elementos de transição possuem várias propriedades características: todos são metais, bons condutores de calor e eletricidade, formam ligas uns com os outros e com os elementos representativos metálicos. Com exceção do mercúrio que é liquido á temperatura ambiente, todos são sólidos lustrosos com elevados pontos de fusão e ebulição. (JONES, 2002). O níquel é um metal duro, branco, prateado, dúctil, maleável e muito tenaz. Funde a 1455 ºC. É ligeiramente magnético.(VOGEL, 1981). O níquel é usado em ligas, principalmente na produção de aço inoxidável e em liga com o cobre para produzir os cuproníqueis, as ligas usadas em moedas (cuja composição é cerca de 25% de níquel e 75% de cobre), também é usado nas baterias de níquel-cádmio e como catalisador. (ATKINS, 2007). Em análises inorgânicas, utilizam-se amplamente as reações que levam á formação de complexos. Um íon complexo (ou molécula) consta de um átomo central (íon) e vários ligantes intimamente acoplados a ele. (VOGEL, 1981). Os complexos dos elementos de transição formam-se normalmente, em solução, em reações entre seus sais e bases de Lewis. Sendo o ácido um receptor de pares eletrônicos, e a base de Lewis, um doador de pares eletrônicos. Entretanto, as estruturas dos compostos formados geralmente são determinadas no estado sólido, usando-se amostras cristalizadas a partir da solução, alguns complexos podem adotar estruturas diferentes em solução e no estado sólido. (JONES, 2002). Particularmente, obtém-se quimicamente o níquel a partir de seus minérios com certa facilidade de redução, ele é um metal duro de cor característica prata- 4 esbranquiçada, bastante utilizado na indústria para produção de aço inoxidável em ligas metálicas misturadas com o cobre, produzindo os cuproníqueis. O elemento níquel é também utilizado como catalisador e em baterias de níquel-cádmio. O níquel apresenta estado de oxidação mais comum igual a +2, cuja coloração verde presente nas soluções de níquel em água deve-se à presença de íons [Ni(H2O)62+]. (ATKINS, 2007). O níquel pode ser encontrado na forma de Ni (+II) e seu estado de oxidação pode ser encontrado de formas variadas de (-I) a (+IV). Os íons [Ni(H2O)6]2+ são verdes e estáveis em soluções e em compostos simples, pois, são originados da dissolução do níquel em ácidos diluídos, por não reagir com soluções alcalinas, o níquel é empregado em equipamentos destinados à fabricação de NaOH (hidróxido de Sódio). Reage com halogênios por aquecimento, absorve H2 gasoso e é resistente a corrosão o que o faz ser usado como revestimento por eletrodeposição. Geralmente apresentam complexos octaédricos e quadrados planares (LEE, 1999). Ao se dissolver níquel em ácido clorídrico ou ácido sulfúrico diluído ocorre formação de hidrogênio: Ni + 2H+ Ni2+ + H2↑ Ni + 2HCl Ni2+ + 2Cl- + H2↑ Os sais de níquel (II) que são estáveis provenientes dos óxidos de níquel (II) NiO, uma substância que apresenta coloração verde. Os oxido de níquel (III), Ni2O3, apresenta coloração preto pardacento, quando dissolvidos em ácidos, formam íons de níquel (II). (VOGEL, 1981). Ni2O3 + 6H+ + 2Cl- 2Ni2+ + Cl2↑ + 3H2O O óxido de níquel (III), Ni2O3, ao reagir com ácido clorídrico diluído, produz cloro gasoso. O níquel ao reagir com amônia em meio aquoso precipita na forma de hidróxido de níquel (II), veja equação. (VOGEL, 1981). Ni2+ + 2NH3 + 2H2O Ni(OH)2↓ +2NH4+ ao ser dissolvido em excesso de reagente forma: Ni(OH)2↓ + 6NH3 [Ni(NH3)6]2+ + 2OH- A Dimetilglioxima– DMG forma complexos apenas com Pd – amarelo, um complexo fraco de Ni – vermelho claro, complexo muito estável uma vez que o Pd não 5 é muito comum, a DMG é considerado específico para o Ni. Através da dimetilglioxima pode-se também precipitar o elemento níquel. Somente o níquel é precipitado e essa precipitação ocorre em meio suavemente alcalino. Veja a equação. (SKOOG et al. 2002). Fiugura1 : precipitação do níquel com dimetilglioxima N N C C C C N N O H O O H O Ni CH3 CH3CH3 CH3CH3 C N OH CH3 C N OH + 2H+2Ni 2+ + O precipitado formado é denominado de dimetilglioxima de níquel de coloração vermelho. Somente pequenas quantidades de níquel podem ser manuseadas devido o complexo ser muito volumoso. Este possui uma grande tendência de se aderir às paredes do frasco à medida que é filtrado e lavado. (SKOOG, 2002). 6 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GERAL Obtenção e caracterização do complexo [Ni(NH3)6](NO3)2, caracterização de seus componentes Ni2+ e NH3, assim como a medida de condutividade elétrica da solução de [Ni(NH3)6](NO3)2. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Obter o complexo Nitrato de hexaminíquel(II), [Ni(NH3)6](NO3)2 Caracterizar o complexo; Calcular o rendimento real da reação de obtenção do complexo; Realizar medidas de condutividade. 7 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1 MATERIAIS Espátulas; Balança analítica Balões volumétricos; Tubos de ensaio e garra; Vidro de relógio; Béqueres; Copo descartável pequeno; Bastão de vidro; Bico de Bunsen; Fósforo; Gelo; Proveta; Cápsula de porcelana grande (para banho de gelo); Cadinho filtrante de vidro sinterizado; Conta-gotas; Papel universal de pH; Condutivimetro de bancada; Água destilada; Álcool etílico; Éter; NH4Cl; NH4OH; Ni(NO3)2.6H2O; Solução de NaCl (0,01 mol L-1); Solução de Ni(NO3)2 (0,01 mol L-1); Solução de dimetilglioxima. 8 3.2 PROCEDIMENTO Preparou-se a solução amoniacal de NH4Cl da seguinte forma: Mediu-se 5 mL de NH4Cl concentrado e colocou-se em um béquer; Dissolveu-se NH4Cl pouco a pouco até a saturação; Transferiu-separa uma proveta e completou-se o volume para 10 mL com NH4OH concentrado. Tampou-se a solução com vidro de relógio e a deixou em repouso até o momento de uso. Pesou-se 2,5 g de Ni(NO3)2.6H2O em um copo béquer pequeno, adicionou-se água destilada gota a gota com agitação até a dissolução por completo do sal. Adicionou-se gradualmente 12,5 mL de solução concentrada de amônia. Esfriou-se a solução em água corrente e adicionou-se 5 mL de solução amoniacal de NH4Cl preparada previamente. Deixou-se em repouso em banho de gelo até total precipitação, durante uns 15 minutos. Após a filtração à vácuo e lavá-los usando uma porção de 5 mL de NH4OH concentrado, seguida de pequenas porções de álcool e finalmente éter, os cristais foram secos o máximo possível no próprio funil com o sistema a vácuo funcionando. Depois de secos, os cristais foram pesados e calculou-se o rendimento pratico da obtenção. Caracterização do [Ni(NH3)6](NO3)2 Colocou-se uma pequena quantidade do complexo obtido em um tubo de ensaio e aproximou-se o mesmo na chama do bico de Bunsen e anotou-se o que aconteceu. Pesou-se 0,284 g do complexo e dissolveu-se em água destilada para obter uma solução a 0,01 mol L-1. Desta, foi adicionada 10 mL em um tubo de ensaio e aqueceu-se cuidadosamente em bico de Bunsen. Aproximou-se à boca do tubo uma tira do papel de pH umedecido. Observou-se e anotou-se o resultado. Caracterização de NH3 9 Colocou-se uma pequena quantidade do complexo em um tubo de ensaio e aproximou-se do bico de Bunsen, observou-se o que aconteceu. Adicionou-se 10 gotas da solução de [Ni (NH3)6] (NO3)2 em um tubo de ensaio aqueceu-se diretamente no bico de Bunsen. Colocou-se papel de pH umedecido no tubo de ensaio e observou-se o que aconteceu. 10 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Síntese do complexo Ao adicionar 12,5 mL de solução concentrada de amônia em uma solução aquosa de coloração verde de Ni(NO3)2 observou-se uma mudança na coloração, tornando-se azul. Assim foi possível evidenciar a formação do complexo, cuja fórmula pode ser observado pela reação abaixo. [Ni(H2O)6](NO3)2(aq) + 6NH3(aq) → [Ni(NH3)6](NO3)2 + 6H2O Após o resfriamento da solução, como o complexo é insolúvel em água fria, observou-se a formação de cristais ao fundo do béquer, que em seguida foram filtrados e lavados com álcool e éter, a fim de remover as impurezas e evitar a redissolução do complexo formado. Depois de secos os cristais, obteve-se uma massa de 0, 7840 e realizou-se o cálculo para se determina a massa teórica, seguindo a estequiometria da reação de formação do complexo. 1 (𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑖(𝑁𝑂3)2 . 6 𝐻2𝑂) = (1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 [𝑁𝑖(𝑁𝐻3)6](𝑁𝑂3)2) 2,5 𝑔 290,79 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 8,6 𝑥 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁𝑖(𝑁𝑂3)2 . 6 𝐻2𝑂 = 8,6 𝑥 10−3 𝑚𝑜𝑙 [𝑁𝑖(𝑁𝐻3)6](𝑁𝑂3)2 𝑚𝑡 284,89 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 8,6 𝑥 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑡 = 2,45 𝑔 Assim observou-se um rendimento de: 𝑚 𝑚𝑡 𝑥100% 0,784 2,45 𝑥100% = 32% Esse baixo rendimento pode ter relação com algum erro ocorrido durante o processo de filtração ou durante algum procedimento de síntese do complexo. Porém o baixo rendimento não afetou na caracterização do mesmo. 11 4.2 Caracterização do Complexo 4.2.1 Caracterização do Ni2+(aq) Após o aquecimento de 10 gotas de uma solução aquosa contendo o complexo formado, observou-se, utilizando uma fita de pH, a liberação de um gás em meio básico (pH=10), causada pela liberação de NH3. Após a adição de algumas gotas de uma solução alcoólica de dimetilglioxima, observou-se uma mudança de coloração seguida pela formação de um precipitado rosa, que corresponde a um quelato formado entre o níquel(II) e base conjugada da dimetilglioxima, como pode-se observar na reação abaixo. 𝑁𝑖2+ + 2 𝐻2𝐷𝑀𝐺 ↔ 𝑁𝑖(𝐻𝐷𝑀𝐺)2 + 2𝐻 + Como a reação de formação do quelato está em equilíbrio, ao adicionar ácido à solução, provocou-se o aumento da concentração dos íons H+ e assim deslocou-se o equilíbrio no sentido dos reagentes desfazendo o quelato. Em seguida foi adicionado à solução hidróxido de amônio, pois na presença do OH- diminui a concentração dos íons H+, provocando o deslocamentos da reação para formação dos produtos reconstituindo o precipitado rosa. 4.2.2 Caracterização do NH3 Aquecendo uma pequena quantidade dos cristais do complexo, pode-se observar uma mudança na coloração de azul para verde do completo. Observou-se, com uma fita de pH umedecida, a liberação do gás NH3, visto que este gás é responsável pelo pH básico revelado. Em seguida, realizou-se o aquecimento de algumas gotas do complexo em solução e observou-se novamente a liberação do gás NH3 através da fita de pH, visto que observou-se um pH básico. [𝑁𝑖(𝑁𝐻3)6](𝑁𝑂3)2(𝑎𝑞) → [𝑁𝑖(𝐻2𝑂)6](𝑁𝑂3)2(𝑎𝑞) + 6𝑁𝐻3 4.2.3 Caracterização por medidas de condutividade elétrica A condutividade das soluções podem ser alteradas com a variação da temperatura, porém as medidas em uma temperatura de 25º C. 12 Tabela 1 - Condutividade elétrica de alguns compostos relacionados ao complexo. Soluções Condutividade a 25°C NaCl 538,5 μS/cm Ni(NO3)2 1519 μS/cm [Ni(NH3)6](NO3)2 2383 μS/cm O NaCl apresentou menor condutividade entre as soluções analisados, devido apresentar cargas na proporção de 1:1, ou seja apenas 2 duas cargas. Para o Ni(NO3)2 observou-se um aumento na condutividade, visto que o mesmo possui uma proporção 1:2, apresentando assim três cargas em solução. O Ni(NO3)2 não possui íons coordenados ao centro metálico, não dificultando a locomoção das cargas que acaba favorecendo a diminuição da atração eletrostática. O complexo sintetizado durante a pratica apresentou uma condutividade muito elevada ao esperado, visto que esperava-se um valor próximo a condutividade do Ni(NO)3. Isso pode ser justificados pela presença de erros durante a síntese do complexo ou no processo de lavagem, que levaram a adição de impurezas ao [Ni(NH3)6](NO3)2. 13 5 CONCLUSÃO Ao realizar a síntese do complexo, observou-se um rendimento de 32 %, abaixo do esperado, porém pode-se considerar aceitável, visto que conseguiu-se realizar a caracterização do complexo. Observou-se de forma fácil a formação do complexo através da mudança de coloração, no qual ocorreu de verde para azul escuro. A caracterização do Ni2+ foi evidenciada através da formação de precipitado na cor rosa, enquanto que a caracterização do NH3 foi o realizada tanto em solução quanto em sólido, no qual pode-se observar a liberação em meio básico do gás NH3. Em relação as medidas de condutividade do complexo formado, observou-se uma condutividade muito elevada em relação ao esperado, no qual pode ser frutos de erros cometidos durante o processo de síntese ou de lavagem do complexo. 14 6 REFERÊNCIAS ATKINS, P.; LORETTA, J. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed., SãoPaulo: Bookman, 2007. 965 p. JONES, C. J. A Química dos Elementos dos Blocos d e f. Porto Alegre: Bookman, 2002. 184 p. LEE, J.D. Química inorgânica não tão concisa. São Paulo: Edgard Blucher LTDA, 1999. 527 p. SKOOG, D. A.; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. A., Princípios de Análise Instrumental.5. ed. São Paulo: Bookman, 2002. 1004 p. SHRIVER, D. F. Química Inorgânica. 4. ed., Porto Alegre: Bookman, 2008. 465 p. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5. ed., São Paulo: Mestre Jou, 1981. 665 p. 15 ANEXOS 16 Solução de NiNO3 dissolvida, com adição de solução concentradade amônia. Filtração à vácuo e lavagem com NH4OH, álcool e éter dos cristais obtidos após o banho de gelo. Cristais após a lavagem. Dissolução do lavado 0,1 g em 10 mL de água destilada. A cor rosa, confirma a caracterização do Ni2+. A cor verde lodo, confirma a caracterização do NH3. 17 QUESTIONÁRIO 1) Escreva todas as equações das reações que se passam na prática: (a) Obtenção do [Ni(NH3)6]Cl2; NiCl2.6H2O(s) + 6NH3(aq) [Ni(NH3)6]Cl2(s) + 6H2O (b) Decomposição do [Ni(NH3)6]Cl2 pelo aquecimento; [Ni(NH3)6]Cl2(s) 𝑂2 → NiO(s) + 6NH3(g) + 2Cl-(aq) (c) Caracterização do Ni2+; [Ni(NH3)6]Cl2(s) 𝑂2 → NiO(s) + 6NH3(g) + 2Cl-(aq) Ni2+(aq) [Ni(H2O)6]2+(aq) Ni2+(aq) + H2dmg [Ni(dmg)2] + 2H+ (d) Caracterização do Cl-; [Ni(NH3)6]Cl2(s) + AgNO3 [Ni(NH3)6]2+(aq) + AgCl(s) + NO3-(aq) AgCl2(s) + 2NH4(OH)(aq) [Ag(NH3)2]+(aq) + 2Cl-(aq) + 2H2O 2) Citar outras reações que poderiam ser usadas para caracteriza: (a) Cl-; (b) NH3; (c) Ni2+ R: a) Cl-, reação da solução estoque com solução de acetato de chumbo (Pb(C2H3O2)2) para forma um precipitado branco de cloreto de chumbo (PbCl2) proveniente de soluções concentradas. 2Cl- + Pb2+ → PbCl2↓ b) NH3, aquecimento da solução estoque e contato do vapor desprendido com um bastão de vidro umedecido com ácido clorídrico concentrado, para a formação de uma fumaça branca de cloreto de amônio. HCl(g) + HN3(g) ↔ NH4Cl(s) c) Ni2+, reação da solução estoque com solução de hidróxido de sódio para forma um precipitado verde de hidróxido de níquel (II) Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)↓ 18 3) Considerando que o NiCl2.6H2O utilizado na reação de obtenção continha 15% de impurezas, qual o peso máximo do [Ni(NH3)6]Cl2 que poderá ser obtido? R: NiCl2.6H2O(s) + 6NH3(aq) [Ni(NH3)6]Cl2(s) + 6H2O Sabendo-se que foi pesado 2,4368g de NiCl2.6H2O que possui 15% de impureza, logo ter-se-á 2,07128g de NiCl2.6H2O puro, então pela estequiometria da reação pode-se dizer que o peso máximo do [Ni(NH3)6]Cl2 será de 2,07128g. 4) Qual o rendimento prático do processo quando se obtém apenas 1,0 g do composto? R: mteór.: 2,4368g mreal: 1,0g r = mteór. / mreal r = 1,0g / 2,4368g r = 0,4103 r = 41,03% 5) Quais as quantidades mínimas de NiCl2.6H2O 100% puro e de NH3 15 N necessárias para se obter exatamente 20,0 g do composto? R: NiCl2.6H2O(s) + 6NH3(aq) [Ni(NH3)6]Cl2(s) + 6H2O MM(NiCl2.6H2O) = 237,7g/mol MM(NH3) = 17g/mol MM([Ni(NH3)6]Cl2) = 231,7g/mol Calculando a massa do NiCl2.6H2O: 237,7g/mol _______ 231,7g/mol Xg ______________ 20g 19 Logo: X = 20,51g Calculando a massa da NH3: 102g/mol _______ 231,7g/mol Xg ____________ 20g Logo: X = 8,80g 6) A separação dos cristais de [Ni(NH3)6]Cl2 é feita por meio de filtração à vácuo. Qual ou quais as vantagens desta filtração sobre a filtração comum? R: Na filtração comum ocorre a passagem do liquido pelo o papel devido a força da gravidade, já a filtração a vácuo ocorre em um meio no qual conecta-se uma bomba de vácuo, no sentido de aumentar a velocidade da passagem do liquido pelo o papel, ou seja a passagem do liquido pelo o papel na filtração a vácuo ocorre mais rapidamente que a filtração comum. 7) Após a separação dos cristais do [Ni(NH3)6]Cl2 estes são lavados com álcool etílico e finalmente com éter. Pode-se substituir álcool etílico ou éter por água destilada? Por quê? R: Não, porque o álcool etílico é utilizado para retirar traços de água e o éter é utilizado para a secagem dos cristais do [Ni(NH3)6]Cl2. 8) Na obtenção do [Ni(NH3)6]Cl2 o procedimento manda usar cloreto de níquel(II) e NH3 concentrado. Os frascos disponíveis estavam rotulados: cloreto de níquel hexahidratado e hidróxido de amônio concentrado. Os conteúdos destes frascos servem para esta reação? Em caso afirmativo, escreva a equação correspondente. R: Sim, NiCl2.6H2O(s) + 6NH3(aq) [Ni(NH3)6]Cl2(s) + 6H2O 9) Seria possível determinar o ponto de fusão deste complexo? Justifique sua resposta. R: Os testes realizados, no qual se envolveu aquecimento do complexo, mostrou que a certas temperaturas à liberação dos ligantes composto no complexo, isso mostra que é possível a determinação do ponto de fusão do complexo. 20 10) As técnicas usadas para caracterizar os íons são suficientes para afirmarmos que o complexo foi realmente obtido? Justifique sua resposta. R: Com as técnicas utilizadas pode-se determina a presença de cada composto no meio reacional, mais não se pode afirma que eles estão ligados na formação de um complexo. Mais com base na literatura pode-se comparar os resultados e concluir que houve a formação do complexo.
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