Preparação do Cloreto de hexamincobalto (III) e Cloreto de pentaminclorocobalto (III)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS
INSTITUTO DE QUÍMICA
QUÍMICA INORGÂNICA II EXPERIMENTAL
Preparação do Cloreto de hexamincobalto (III) e Cloreto de pentaminclorocobalto (III)
Alyne Antunes Moraes
Layla Estefania Sales de Oliveira
Luana da Silva Marques
Docente Prof° Dr° Antônio Carlos Doriguetto
Alfenas – MG 
2017
Resumo
Complexo é um átomo metálico ou íon central rodeado por um conjunto de ligantes, onde ligante é um íon ou uma molécula que pode ter existência independente. Os complexos sintetizados no presente trabalho são cloreto de hexamincobalto(III) ([Co(NH3)6]Cl3) e cloreto de pentaminclorocobalto(III) ([CoCl(NH3)5]Cl2), no qual no primeiro complexo o íon Co³+ está rodeado por seis ligantes NH3 e no segundo complexo está rodeado por cinco ligantes NH3 e um ligante Cl. Sintetizou-se [CoCl(NH3)5]Cl2 que é um composto cristalino, de cor violeta-avermelhado, com estrutura octaédrica, pouco solúvel em água fria, etanol e éter, e também sintetizou-se ([Co(NH3)6]Cl3) que também é um composto de coordenação, de cor amarelo alaranjado. Na síntese dos complexos cloreto de hexaamincobalto (III) e cloreto de pentaamincloridocobalto(III), pode-se utilizar os métodos de síntese de complexação por meio de reações de oxirredução com substituição de ligantes no átomo central, ou seja, oxidação de Co2+ a Co3+ e substituição de H2O por NH3. O complexo cloreto de pentaminclorocobalto (III) é menos estável que o cloreto de hexamincobalto(III), pois na esfera de coordenação interna ele possui o cloro, que é um ligante de campo fraco, o que desestabiliza a molécula. De acordo com Lee (1980), o Co(III) forma mais complexos que qualquer outro elemento. O metal apresenta uma configuração d6, e a maioria dos ligantes é suficientemente forte para provocar o emparelhamento de spins, ocasionando uma grande energia de estabilização de campo cristalino. Portanto, a prática baseia-se em trocar os ligantes da rede cristalina do complexo, o que causa mudança de cores, já que a troca de ligante provoca o deslocamento na banda do espectro da solução antiga, mudando o comprimento de onda e a energia de absorção. Logo, é possível obter cloreto de hexamincobalto(III) e cloreto de pentaminclorocobalto(III) a partir de outros complexos e compreender como ocorre o mecanismo das respectivas sínteses com esta prática. 
(Palavras-chave: compostos de coordenação; reações de complexação)
1. Introdução 
	O cobalto (Co) é um metal de transição, número atômico 27, encontrado no estado sólido em temperatura ambiente. Comumente os íons de Co3+ são presentes em complexos, e dificilmente em compostos simples. De acordo com Lee (1980), o Co(III) forma mais complexos que qualquer outro elemento e possui configuração d6, sendo os ligantes em sua maioria consideravelmente fortes para provocar emparelhamento de spins, resultando a uma grande energia de estabilização de campo cristalino. 
O cobalto III tem a característica de formar um complexo octaédrico, por ser 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).
Os complexos de cobalto com aminas, como cloreto de hexamincobalto(III) e cloreto de pentaminclorocobalto(III), que correspondem o presente relatório, foram amplamente estudados por Werner e foram muito importantes para o desenvolvimento das primeiras teorias sobre complexos.
As reações de formação de complexos ocorrem pela substituição de moléculas de água por outros ligantes (por exemplo, como nesta prática, NH3 (molécula neutra) e Cl- (ânion)) presentes na solução, seguida geralmente pela oxidação do íon Co2+. Inicialmente, ocorre a substituição das moléculas de água e em seguida o complexo formado é oxidado pelo oxigênio do ar ou então pela ação da água oxigenada. 
Segundo a Teoria do Campo Cristalino (TCC), o ligante “amino” é mais forte que o ligante “aqua” e este último, mais forte que o ligante “cloro”. Então, considerando-se apenas a força dos ligantes, supõe-se que os complexos de cobalto com amônia são mais estáveis que os complexos de cobalto com ânions cloreto na esfera de coordenação. Isso pode ser verificado experimentalmente para os compostos [Co(NH3)6]Cl3 e [CoCl(NH3)5]Cl2. Enquanto o primeiro é bastante estável em soluções aquosas, o segundo reage com água produzindo [Co(NH3)5H2O]Cl3. 
2. Objetivo
Preparação de cloreto de hexaaminocobalto(III) e de cloreto de pentaaminoclorocobalto(III) a partir do cloreto cobaltoso hexahidratado (CoCl2.6H2O).
3. Procedimento experimental
3.1 Materiais e equipamentos
1. Balança. 
2. Trompa de vácuo
3. Cuba com gelo 
4. Banho-Maria 
5. Suportes e garras
6. Tela de amianto
7. Espátula
8. Termómetro
9. Provetas de 10 e 50 mL
10. Béqueres de 50 e 250 mL
11. Erlenmeyer de 125 mL
12. Pipeta de 5 mL
13. Bastão de vidro
14. Funil de vidro com placa de porcelana sinterizada
15. Kitazato de 500 mL
16. Dessecador 
17. Agitador magnético
18. Barras magnéticas
3.2 Reagentes
1. Cloreto de amônio. 
2. Cloreto de cobalto(II) hexahidratado. 
3. Carvão ativado. 
4. Hidróxido de amônio concentrado. 
5. Água oxigenada a 30%. 
6. Ácido clorídrico concentrado. 
7. Álcool étilico 96 GL.
3.3 Procedimento
A. Preparação do Complexo [Co(NH3)6]Cl3.
Primeiramente, um béquer contendo 50 mL de água destilada foi deixado em banho de gelo para ser utilizado no final do procedimento.
Dissolveu-se 1,022 g de NH4Cl em 10 mL de água destilada em um béquer de 50mL e a solução foi aquecida em chapa de aquecimento até a ebulição. 
Após entrar em ebulição, adicionou-se 1,525 g de CoCl2.6H2O. 
Adicionou-se também 0,205 g de carvão ativo em um erlenmeyer de 125 mL e foi adicionada a solução ainda quente, que foi preparada anteriormente, e resfriou-se a solução em água corrente até a temperatura ambiente.
Em seguida, adicionou-se 4mL de NH4OH concentrado e resfriado em banho de gelo até atingir aproximadamente 10ºC, em seguida foi adicionado 5 mL de solução de água oxigenada (H2O2) a 30% m/m, lentamente em frações de 0,5 mL.
A mistura foi aquecida sob agitação constante utilizando agitadores magnéticos até cessar o desprendimento de gás.
O erlenmeyer foi resfriado em água corrente e colocado novamente em banho de gelo até a temperatura atingir aproximadamente 0°C. Foi observado a formação de um sólido alaranjado junto ao carvão ativo no erlenmeyer. Essa precipitação foi filtrada em um funil sob pressão reduzida. 
B. Purificação do complexo.
Transferiu-se a mistura sólida para um béquer contendo 10mL de água destilada e 0,6mL de HCl concentrado e aqueceu-se até a ebulição
Filtrou-se a solução a quente em funil de placa de porcelana (pré-aquecido com água quente), sob pressão reduzida para a remoção do carvão.
Adicionou-se 2 mL de HCl concentrado ao filtrado e resfriou-se a solução em banho de gelo com agitação contínua. Filtrou-se o precipitado em funil de vidro com placa de porcelana sinterizada sob pressão reduzida. 
Em seguida, lavou-se os cristais contidos no funil inicialmente com 5 mL de solução de álcool etílico a 60%, posteriormente, com 5 mL de álcool etílico a 96%. Fez-se este procedimento sob pressão reduzida.
Secou-se os cristais com o auxílio de um secador de cabelo.
4. Resultados e discussões
A- Preparação do Complexo [Co(NH3)6]Cl3.
Assim como de muitos outros complexos metálicos, a preparação do complexo cloreto de hexaaminocobalto (III) é feita por uma reação de oxirredução. Ao adicionar NH4Cl em água destilada (processo realizado devido a desidratação que ocorre quando aquecido) ocorreu uma reação endotérmica, que favorece os equilíbrios do meio para a formação de mais moléculas de gás amônia NH3, ou seja, passou-se para o estado gasoso, havendo um grande aumento entrópico, que contribui para a estabilidade do complexo.
O cloreto cobaltoso hexahidratado (CoCl2.6H2O) é solúvel em água, porém, quando acrescentado à solução sua solubilidade aumenta devido ao aquecimento, assim, ocorreram reações de substituição com grande rapidez e ocorreua formação do íon complexo [Co(OH2)6]2+ de coloração azul intensa. Os complexos de Co2+ são bastante lábeis, que resulta na substituição de seus grupos ligantes rapidamente por outros, enquanto os de Co3+ são inertes.
Para catalisar a reação (ocorrer mais rapidamente a troca de ligante) o carvão ativo foi adicionado, controlando-se a temperatura para evitar a evaporação da amônia. 
Logo, ao adicionar-se a amônia concentrada e após o resfriamento em banho de gelo, ocorreu a troca do ligante, formando o íon complexo [Co(NH3)6]2+ de coloração escura.
A reação ocorrida pode ser demonstrada da seguinte forma:
[Co(NH3)5(OH2)]2+(aq) + NH4+(aq) → [Co(NH3)6]2+(aq) + H2O(l) + H+(g)
Visualiza-se que ocorreu uma reação rápida entre o cobalto (II) e o grupo ligante, formando primeiramente o íon [Co(NH3)6]2+ para depois se oxidar à cobalto (III).
O banho de gelo realizado anteriormente serviu para esfriar ao máximo a solução antes de adicionar o H2O2 a 30%, pois quando a água oxigenada é adicionada ocorre à oxidação do Co2+ para o Co3+, que libera muito calor, e com o banho de gelo é possível amenizar o calor. A solução adquiriu-se uma coloração marrom devido à oxidação.
A seguinte reação ocorreu:
2[Co(NH3)6]2+(aq) + H2O2(aq) → 2[Co(NH3)6]3+(aq) + 2OH-(aq)
A solução foi aquecida novamente, com agitação, para que o Co2+ fosse oxidado à Co3+. O cobalto (III) possui uma afinidade com o grupo ligante amônia, preferindo este ao invés da água, pois a amônia é capaz de produzir um campo cristalino mais intenso que a água. Ao resfriar a solução pela segunda vez, ocorreu a formação de um precipitado contendo o íon complexo [Co(NH3)6]3+ com carvão ativo. Filtrou-se pela primeira vez para que as impurezas pudessem ser retiradas, a segunda com água destilada quente (para a remoção do carvão ativo), pois, o complexo se dissolve na água quente. Tornando o filtrado de coloração laranjada, portanto o que restara no papel filtro será apenas o carvão. 
Ao adicionar o HCl concentrado seguido do banho de gelo, obteve-se o complexo cloreto de hexaaminocobalto(III), pois, os Cl- presentes no ácido por atração eletrostática se ligarão ao complexo. Como visualiza-se na equação:
[Co(NH3)6]3+(aq) + 3Cl-(aq) → [Co(NH3)6]Cl3(s)
Primeiro é realizado a lavagem com álcool etílico absoluto e após com o éter para a retirada das últimas impurezas que possam estar presentes, pois são apolares e não irão solubilizar o complexo
Quantitativamente, foi obtido 0,907g do complexo cloreto de hexamincobalto (III), logo, o rendimento apresentado foi 55,96%.
B- Purificação do complexo.
A obtenção do cloreto de pentaaminoclorocobalto (III) também é por uma reação de oxirredução. 
Transferiu-se a mistura sólida do procedimento anterior ([Co(NH3)6]3+), para um béquer contendo água destilada e HCl. Com a adição do ácido clorídrico houve liberação de gás oxigênio e a solução obteve uma coloração azul intensa. Quando a solução foi aquecida sobre agitação intensa, o íon complexo [Co(NH3)6]3+ sofreu troca de uma amônia por um íon Cl-, obtendo assim o íon complexo [Co(NH3)5Cl]3+. Nesta etapa do processo observou-se o surgimento de uma espécie de anel de coloração roxo na solução junto à coloração azul. Com o banho de gelo obteve-se o complexo pentaaminoclorocobalto (III) ([Co(NH3)5Cl]Cl2), pois, os Cl- presentes no ácido ligaram-se ao complexo por atração eletrostática. Essa adição de ácido clorídrico concentrado proporcionou o aumento da força iônica e favoreceu a precipitação dos cristais de cloreto de pentaaminoclorocobalto (III).
Com o intuito de remover as impurezas presentes no precipitado, lavou-se inicialmente com água destilada gelada. Em seguida, lavou-se com álcool etílico absoluto e posteriormente com o éter para a purificação do sólido. A lavagem do complexo deve ser feita com soluções altamente voláteis e de caráter apolar, sendo o álcool e o éter enquadrados nessa categoria.
A quantidade de cloreto de pentaaminoclorocobalto (III) obtida foi de 0,701g , então rendimento de 77,12%.
5. Conclusão
Ao realizar os experimentos, observou-se que podemos obter complexos de cobalto (III), a partir de compostos de cobalto (II). Com a execução de todas as etapas do experimento, foi possível analisar as diferentes reações químicas que estão ligadas à preparação dos complexos Hexamincobalto(III) e Pentaminclorocobalto (III). 
Esses complexos podem ser preparados pela oxidação de uma solução de Co(+II), na presença dos ligantes apropriados e de um catalisador. Foi possível observar a substituição dos ligantes de um complexo já formado. Alguns ligantes através da sua força, passavam a fazer parte da esfera de coordenação do complexo, outros pelo motivo inverso deixavam de fazer parte.
No experimento foi possível observar a influência que o carvão ativado, o peróxido de hidrogênio, as condições de temperatura, e concentração tinham sobre o complexo desejado. Outras coisas a serem observadas com importância é a coloração das soluções durante as etapas, a formação de precipitados, liberação de calor, entre outras. 
Comparando os rendimentos, vemos que ocorreram bastantes perdas de precipitado, principalmente do primeiro procedimento. Essas perdas provavelmente ocorreram no processo de filtração e transferência do sólido para o vidro-relógio. Apesar dos baixos rendimentos, obtivemos sucesso na prática, pois obtemos os sólidos na coloração laranja e violeta como eram previstos.
ANEXO
1) O Peridrol é uma água oxigenada a 40% p/v. Qual é a sua concentração expressa em volume de O2?
R: Por definição, volume de O2 = volume de O2(g), em mL, liberado por 1 mL de solução de H2O2. A equação da reação é: H2O2(aq) → H2O(l) + ½ O2(g) 
Logo, 132 mL de O2.
2) A água oxigenada usada para clarear o cabelo é uma solução a 20 volumes. Calcular a sua concentração em % p/v.
R: 6,1g de H2O2/100ml de H2O2 = 6,1%
3) Qual é a geometria do complexo obtido na dissolução do CoCl2 anidro em água?
R: Geometria octaédrica.
4) Com base na resposta anterior proponha uma ou mais estruturas para o CoCl2.6H20 no estado sólido?
R: 
 
5) Escreva a equação química balanceada para a dissociação do hidróxido de amônio?
R: AgCl(s)↓+ NH4OH + NO3(aq)→ AgNO3(aq) + OH (aq) + NH4Cl(aq) 
6) Por que adiciona-se o hidróxido de amônio na preparação do Cloreto de
hexamincobalto(III)?
R: Foi adicionado NH4OH para que houvesse uma maior concentração de NH3 (ligante) em solução, a partir dele formou-se [Co(NH3)6]2+ em solução.
Referências 
LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. 5ª Ed. Editora Edgard Blucher. São Paulo. 1999
OHLWEILER, Otto Alcides; Química Inorgânica. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda, 1971. Volume 2.
ATKINS, Peter; SHRIVER, Duward; Química Inorgânica. Porto Alegre: Editora Bookman, 2008. 4ºedição.