Relatório 10-Relatório de Inorgânica Experimental Síntese dos complexos de Co e Cu

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS-UFAM 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS - ICE 
Departamento de Química-DQ 
 
 
 
 
Relatório de Inorgânica Experimental 
Síntese dos complexos de Co e Cu 
 
 
 
 
Maysa Inácio- 21554034 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manaus/AM 
Novembro/2017 
 
 
 
 
Sumário 
 
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 3 
2. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 4 
3. MATERIAIS E REAGENTES ........................................................................................ 5 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .......................................................................... 5 
4.1 Síntese do cloreto de pentaminclorocobalto(III)- [Co(NH3)5Cl]Cl2 .............................. 5 
4.2 Sintese do sulfato de tetramincobre(II) monohidratado [Cu(NH3)4]So4.H2O ............. 5 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ...................................................................................... 6 
5. CONCLUSÃO ................................................................................................................... 7 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 7 
7. PÓS LABORATÓRIO ...................................................................................................... 8 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O metal cobalto ocorre na natureza associado ao níquel, arsênio e enxofre. Os minerais 
mais importantes são CoAs2 (esmaltita) e CoAsS (cobaltita). É um metal duro, branco-
azulado e dissolve-se em ácidos minerais diluídos. Os estados de oxidação mais 
importantes são +2 e +3. [1] 
O íon [Co(H2O)6] 
2+
 é estável em solução, mas a adição de outros ligantes facilita a 
oxidação a Co
3+
. Por outro lado, o íon [Co(H2O)6]
3+
 é um agente oxidante forte oxidando 
H2O a oxigênio e sendo reduzido a Co
2+
. Contudo, ligantes contendo átomos de nitrogênio 
(como NH3 e etilenodiamina = NH2CH2CH2NH2) estabilizam o estado de oxidação +3 em 
solução aquosa. [2] 
As reações de formação de complexos ocorrem pela substituição de moléculas de água por 
outros ligantes (moléculas neutras: NH3, etilenodiamina, etc. ou ânions: Cl
-
 , OH
-
 , etc.) 
presentes na solução, seguida geralmente pela oxidação do íon Co
2+
. Há uma reação inicial 
de substituição das moléculas de água e a seguir, o complexo formado é oxidado pelo 
oxigênio do ar ou então pela ação da água oxigenada. [2] 
 A reação do íon [Co(H2O)6]
2+
 com NH3 em excesso, na presença de catalisador (carvão 
ativado) leva a formação de [Co(NH3)6]
3+ 
pela oxidação com o oxigênio do ar. Na ausência 
do catalisador e usando-se H2O2, obtém-se [Co(NH3)5(H2O)]
3+
, que por tratamento com 
HCl concentrado dá o complexo [Co(NH3)5Cl]Cl. Portanto, a reação de formação de 
[Co(NH3)6]
3+
 resulta da troca de moléculas de água por moléculas de NH3 no complexo 
octaédrico [Co(H2O)6]
2+
 , com posterior oxidação a Co
3+
 na presença de catalisador, 
conforme a reação: 
4 [Co(H2O)6] 
2+
 + 4 NH4
 +
 + 20 NH3 + O2 → 4 [Co(NH3)6]
3+
 + 26 H2O 
O complexo [Co(NH3)5Cl]Cl2 é um composto cristalino, de cor violeta avermelhado, com 
estrutura octaédrica, pouco solúvel em água fria, etanol e éter. Este composto decompõe-se 
acima de 150oC liberando NH3(g). A obtenção pode ser feita por 17 diversos processos, 
partindo por exemplo, de CoCl2.6H2O, ou então dos complexos de Co
3+
 como 
[Co(NH3)5CO3]NO3. A equação da reação a partir de CoCl2.6H2O pode ser escrita: 
2 CoCl2.6H2O + 2 NH4Cl + 8 NH3 + H2O2 → 2 [Co(NH3)5Cl]Cl2 + 14 H2O [2] 
O cobre forma uma rica variedade de compostos com estados de oxidação de +1 e +2 
apresenta configuraçãoeletronica [Ar]4s
1
3d
10
[3]. Ele não reage com agua, mas reage 
lentamente com o oxigênio atmosférico, formando uma camada marrom escura de oxido 
de cobre. Uma camada verde de carbonato de cobre, chamado azinhavre, muitas vezes 
pode ser visto em construções antigas de cobre, como a Estátua da Liberdade, a maior 
estátua de cobre do mundo. O cobre reage com o sulfeto de hidrogênio formando sulfeto de 
cobre. Isto é observado no cotidiano, quando as superfícies metálicas de cobre são 
manchadas após a exposição ao ar que contêm compostos de enxofre. O cobre dissolve 
lentamente em soluções contendo amônia para formar vários complexos solúveis em água. 
O cobre reage com uma combinação de oxigênio e ácido clorídrico para formar uma série 
de cloretos de cobre. Todos os compostos de cobre deveriam ser tratados como se fossem 
tóxicos, uma quantidade de 30 g de sulfato de cobre é potencialmente letal em humanos. O 
 
 
metal em pó é combustível, inalado pode provocar tosse, dor de cabeça e dor de garganta, 
recomendase evitar a exposição laboral e a utilização de protetores como óculos, luvas e 
máscaras 
Os valores limites ambientais são de 0,2 mg/m³ para vapor de cobre e 1 mg/m³ para o pó e 
névoas. Reage com oxidantes fortes tais como cloratos, bromatos e iodatos, originando o 
perigo de explosões. A água com conteúdo em cobre superiores a 1 mg/L pode contaminar 
as roupas e objetos lavados com ela, e conteúdos acima de 5 mg/L tornam a água colorida 
e com sabor desagradável. A Organização Mundial da Saúde (OMS) no Guia para a 
qualidade da água potável recomenda um nível máximo de 2 mg/L , mesmo valor adotado 
na União Europeia. Nos Estados Unidos a Agência de Proteção Ambiental tem 
estabelecido um limite de 1,3 mg/L[3] 
O sulfato de tetraminocobre (II) mono-hidratado é um sal complexo, também designado 
por composto de coordenação. Estes tipos de compostos consistem numa ligação iônica na 
qual participa um íon complexo. Este último é formado a partir de uma ligação covalente 
dativa entre um ion metálico, neste caso cobre (II), e um ou mais átomos dadores, neste 
caso os átomos de azoto das moléculas de amoníaco. A reação ocorrida traduz-se pela 
equação: 
CuSO4.5H2O (aq) + 4NH3 (aq) → [Cu(NH3)4]SO4.H2O (aq) + 4H2O (l) [4] 
O reagente limitante é o sulfato de cobre (II) penta-hidratado, o que explica o facto de o 
amoníaco ter sido medido com uma proveta (volume aproximado), não interferindo no 
rendimento da reacção (visto tratar-se do reagente em excesso). O sal que se pretende obter 
é um composto inorgânico, o que explica a utilização de etanol no decorrer do 
procedimento e na lavagem dos cristais. Este é um solvente orgânico, pelo que a sua adição 
a um composto inorgânico não resulta numa solubilização, contribuindo assim para a 
precipitação dos cristais. Sucintamente, o 3 álcool diminui a solubilidade do composto e ao 
tratar-se de uma substância volátil, facilita o processo de secagem. [4] 
 
 
2. OBJETIVOS 
 Sintetizar os complexos cloreto de pentaminclorocobalto(III) e sulfato de 
tetraamincobre(II) monohidratado 
 
3. MATERIAIS E REAGENTES 
 
Para a realização deste experimento, serão utilizados os seguintes materiais:
 
1. Espátula 
2. Papel de filtro 
3. Bico de Bunsen 
4. Tripé de ferro 
 
 
5. Tela de amianto 
6. Fósforo 
7. Bastão de vidro 
8. Proveta 
9. Béquer de 50mL,100mL e 2L 
10. Vidro de relógio 
11. Conjunto para filtração a vácuo: 
funil de Buchner ,kitassato e 
mangueira de silicone 
12. Cápsula de porcelana 
13. Gelo 
14. NiCl2.6H2O P.A 
15. NH3 concentrado( 25-28% ou 15 
mol.L
-1
) 
16. NH4Cl P.A 
17. Alcool etílico 
18. Éter etílico 
19. CoCl2.6H2O P.A 
20. CuSO4.5H2O P.A.; 
21. H2O2 30% 
22. HCl concentrado 
23. Papel indicador universal 
24. Balança
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
4.1 Síntese do cloreto de pentaminclorocobalto(III)- [Co(NH3)5Cl]Cl2 
 Pesou-se 1,25 g de NH4Cl em seguida dissolveu-se em 7,5mL de NH4OH concentrado 
em um béquer e transferiu-se para uma capsula de porcelana média. 
 A esta solução adicionou-se 2,5g de CoCl2.6H2O em pequenas porções ,com agitação 
continua 
 Mantendo a agitação ,adicionou-se 3,0 mL de água oxigenada 30% lentamente pelas 
paredes do recipiente, em pequenas porções 
 Quando parou a efervescência ,adicionou-se ,lentamente ,na capela,7,5mL de HCl 
concentrado . 
 Aqueceu-se a mistura em banho maria até o reduzir o volume á metade ,agitando com 
bastão de vidro para evitar que o sal cristalize nas bordas da capsula. 
 Refriou-se a temperatura ambiente e em seguida ,em banho de gelo 
 Filtrou-se os cristais obtidos utilizando filtração á vácuo e lavá-los usando uma porção 
de água gelada ,em seguida de pequenas porções de álcool etílico e finalmente éter. 
 Secou-se os cristais o máximo possível no próprio funil ,deixando o sistema a vácuo 
funcionando 
 Depois de seco ,pesou-se os cristais obtidos 
 
4.2 Sintese do sulfato de tetramincobre(II) monohidratado [Cu(NH3)4]So4.H2O 
 Pesou-se 5,0 g de sulfato de cobre(II) e colocou-se em um Erlenmeyer em banho de 
gelo 
 Adicionou-se 8mL de amônia 37% e 4mL de água com Erlenmeyer em banho de gelo 
 Adicionou-se lentamente 8 mL de etanol , deixou-se em repouso por alguns minutos. 
 Preparou-se uma solução 10mL de uma solução amônia/etanol 1:1 
 Filtrou-se os cristais obtidos utilizando filtração á vácuo e lavá-los usando a solução 
de amônia/etanol e em seguida lavar com éter. 
 
 
 Secou-se os cristais o máximo possível no próprio funil ,deixando o sistema a vácuo 
funcionando 
 Depois de seco ,pesou-se os cristais obtidos. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
5.1 Síntese do cloreto de pentaminclorocobalto(III)- [Co(NH3)5Cl]Cl2 
Pesou-se 1,251 g de NH4Cl e adicionou-se 7,5 ml de NH4OH dentro de um béquer grande 
e adicionou-se dentro da solução descrita acima 2,542g de CoCl2.6H2O em seguida 
agitou-se ,mantendo a agitação adicionou-se 3 mL de H2O2 lentamente pelas paredes do 
recipiente em pequena quantidade . Como O H2O2 na forma ultizada é corrosivo , 
esperou-se que a efervescência parasse ,em seguida adicionamos HCl concentrado. 
Aqueceu-se a mistura em banho maria até reduzir o volume e agitou-se com o bastão d 
vidro durante o processo para evitar que o sal cristaliza-se nas bordas do béquer. 
Depois se esfriou no banho de gelo,Filtou-se os cristais, em um sistema de filtração a 
vácuo,lavando-se em seguida com pequenas porções de água gelada e depois com álcool 
etílico e éter. Essa ordem em questão é devido a polaridade e volatilidade dos compostos. 
Continuou a filtração ate que os cristais estivessem secos. Para finalizar pesamos os 
cristais obtidos que foi 0,559g e calculamos o rendimento. 
Calculou-se a massa de cada um desses compostos 2CoCl2.6H2O e 2[Co(NH3)5Cl]Cl2 
respectivamente foi ; 475,86 g em dois mols e 500,890 g em dois mols. Fazendo uma 
regra de 3 simples tendo em vista que a quantidade utilizada foi 2,534g de 2CoSO4.6H2O 
descobrimos a quantidade de gramas que deveria ser obtida ,valor teórico que é 2,667g de 
2[Co(NH3)5Cl]Cl2. 
Agora se aplica a formula de rendimento: 
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 
𝑥100% =
0,559𝑔 
2,667𝑔
𝑥100% = 20,96% 
O rendimento obtido como podemos observar foi bem baixo. A geometria desse complexo 
é octaédrica e coloração rosa. 
 
 
 
 
5.2 Sintese do sulfato de tetramincobre(II) monohidratado [Cu(NH3)4]SO4.H2O 
Pesou-se 5,0 g de sulfato de cobre(II) e colocou-se em um Erlenmeyer em seguida levou-se 
ao banho de gelo .Adicionou-se 8mL de amônia 37% e 4mL de água com Erlenmeyer em 
banho de gelo 
Adicionou-se lentamente 8 mL de etanol , deixou-se em repouso por alguns minutos. 
Preparou-se uma solução 10mL de uma solução amônia/etanol 1:1 Filtrou-se os cristais 
obtidos utilizando filtração á vácuo e lavá-los usando a solução de amônia/etanol 
anteriormente preparada e em seguida lavou-se com éter.Secou-se os cristais o máximo 
possível no próprio funil ,deixando o sistema a vácuo funcionando Depois de seco ,pesou-se 
os cristais que foi :4,807g de complexo [Cu(NH3)4]SO4.H2O e calculou-se o rendimento. 
a massa de cada um desses compostos CuSO4.5H2O e [Cu(NH3)4]SO4 respectivamente foi ; 
249,682g/mol e 245,746 g/mol. Fazendo uma regra de 3 simples tendo em vista que a 
quantidade utilizada foi 5 g de CuSO4.6H2O descobrimos a quantidade de gramas que deveria 
ser obtida ,valor teórico que é 4,921g de [Cu(NH3)4]SO4. 
Agora se aplica a formula de rendimento: 
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 
𝑥100% =
4,807𝑔 
4,921𝑔
𝑥100% = 97,68% 
O rendimento obtido como podemos observar foi bem alto 97,68%. A geometria desse 
complexo é tetraédrica e coloração azul escuro. 
 
5. CONCLUSÃO 
Diante das sínteses dos complexo apresentados, é possível verificar duas informações a 
primeira é que o rendimento teórico está muito distante do rendimento obtido 
experimentalmente o que pode ser justificado pela temperatura que não foi controlada durante 
a prática de síntese , a segunda é que dependendo da quantidade de ligantes o composto 
apresenta uma geometria espacial diferente, um íon metálico central com número de oxidação 
diferente. Muito mais sobre o comportamento desses complexos como, por exemplo, a cor é 
explicado pela teoria do campo cristalino. 
 
 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1. ATKINS, Peter;SHRIVER,Duward .Química Inorgância . Bookman Editora, 2008, 
p. 527-529. 
2. PERES, G. L. Síntese e caracterização de ligantes oximas e tiossemicarbazonas e 
seus complexos. 2009. 131 f. Dissertação (Mestrado em química) - Programa de Pós-
Graduação em Química Tecnológica Ambiental, Universidade Federal de Rio Grande, 
Rio Grande. 2009. 
3. JONES, C.J. A química dos elementos dos blocos d e f. Tradução de Maria 
Domingues Vargas. 1ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2002. 184p. 
4. AMORES, Luís; MATOS, Melanie; SOUSA,Miguel; CALDEIRA, Paulo: Síntese de 
sulfato de tetraminocobre (II) mono-hidratado,2012. 
 
7. PÓS LABORATÓRIO 
A. Em 2 mols de 2CoCl2.6H2O há 475,862 g que corresponde a 100% de pureza do 
composto , utilizando uma regra de 3 simples é possível descobrir a quantidade de 
gramas presentes em 90% de pureza já que há 10% de impurezas nesse. O valor 
encontrado é : 428,276g de 2 CoCl2.6H2O. 
Utilizando outra regra de 3 simples descobriremos a quantidade máxima que pode ser 
obtida do complexo . 2 CoCl2.6H2O e [Co(NH3)5Cl]Cl2 possuem respectivamente as 
massas : 475,862g e 500,890 g. fazendo a relação para 428,276g de 2 CoCl2.6H2O. 
obtemos ; 450,801 g de [Co(NH3)5Cl]Cl2. 
B. As quantidades mininas que podem ser obtidas podem ser encontradas através de uma 
regra de 3 simples : Em 2 mols de 2CoCl2.6H2O há 475,862 g que corresponde a 
500,890 g de [Co(NH3)5Cl]Cl2 , utilizando uma regra de 3 simples é possível descobrir 
a quantidade de gramas presentes em 2CoCl2.6H2O se utilizarmos 20,000g de 
[Co(NH3)5Cl]Cl2 . O valor encontrado é : 19,001 g de CoCl2.6H2O. 
Em 8 mols de NH4OH há 280,368g , no complexo de cobalto logo acima possui 
500,890 g, fazendo uma relação para 20,00 g desse complexo obteremos 11,195 g de 
NH4OH . 
C. Oxidação do cobalto +2 para +3. 
D. A reação terá um o hidróxido de cobre (Cu(OH)2) como precipitado que possui uma 
coloração azul clara e quando adicionado mais amônia a solução muda para uma 
coloração azul escura. Com o excesso de amônia foram-se o dihidróxido de 
tetraamincobre (II) ([Cu(NH3)4](OH)) que possui uma coloração azul escura devido a 
troca do ligante. 
 
 
E. Os estados de oxidação que o níquel são (-1,+1, +2, +3, +4), o cobre são (+1, +2, +3) e 
o cobalto (+1, +2, +3, +4) e o estado de oxidação do complexo de níquel 
([Ni(NH3)6]Cl2) é +2, do cobre +2 e do cobalto +3. 
F. O complexo de [Co(NH3)5Cl]Cl2 apresenta geometria Octaédrica e o complexo de 
[Cu(NH3)4]SO4 apresenta geométrica tetraédrica.