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INFORME PRÁCTICA DE LABORATORIO

Química Inorgánica Industrial Informe No1 23/04/2021

Métodos de Coordinación en compuestos de Cobalto John Bayron Restrepo Restrepo Instituto tecnológico metropolitano [email protected] Abstract. In this work, the coordination compounds [Co (NH3) 5Cl] Cl2 and [Co (NH3) 5 (NO2)] Cl2 will be synthesized through oxidation and ligand substitution processes in aqueous solution, it is observed that there is an accumulation of these complexes coordination thanks to their synthesis. Their quantities were obtained, which were: complex # 1 3. 6959gr and complex # 2 1.1292gr. With these results, the complexes could be analyzed and in turn classified, since, for their determination, it is known that they are directly proportional because the complex [Co (NH3) 5 (NO2)] Cl2 must contain the other complex ([Co (NH3 ) 5Cl] Cl2) in order to achieve its synthesis. There were some factors that made possible some error which were the pressure and temperature.

Palabras clave: Complejos, Compuesto de coordinación, Síntesis, ligandos...

1. Introducción 1.1 Compuestos de Coordinación.

Un complejo o compuesto de coordinación es una especie química (neutra o iónica) constituida por un átomo central (generalmente un metal, M) unido a una serie de ligandos (L). El enlace entre el átomo central y los ligandos es un enlace covalente coordinado dónde el ligando aporta el par de electrones del enlace y el metal aporta orbitales vacíos de baja energía donde pueden alojarse los pares de electrones de los ligandos L: àM La teoría de Werner permitió explicar la “complejidad” de los primeros compuestos de coordinación obtenidos al considerar que los átomos de metales de transición presentan una capacidad de

enlace doble: primaria, basada en su capacidad para ceder o compartir electrones de valencia, y secundaria, responsable de los enlaces con los átomos dadores de los ligandos. Según el número de enlaces que forme el ligando con el centro metálico, se clasifican en: Monodentados, si forman sólo un enlace M-L (H2O, NH3, Cl-, O2-, piridina). Bidentados, si forman dos enlaces M-L (acetilacetonato, etilendiamina, oxalato). Polidentados, si forman tres o más enlaces M-L (etilendiaminotetraacetato, AEDT). Los ligandos bidentados y polidentados se unen al centro metálico formando un anillo por lo que se les denomina “quelatos” ya que se unen al metal como una pinza (del griego Kele que

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significa pinza) lo que les aporta una estabilidad adicional. Número de coordinación, es el número de átomos dadores unidos al centro metálico. Los más comunes son cuatro y seis. El conjunto de ligandos unidos por enlace covalente dativo al centro metálico forma lo que se denomina su esfera de coordinación. Formulación: el metal y los ligandos que forman la esfera de coordinación se escriben dentro de corchetes. La mayoría de los compuestos de coordinación están formados por los denominados metales de transición. La característica más importante es que los elementos o sus iones más comunes tienen incompleta la subcapa d. Esta característica les confiere propiedades especiales como son: Presentar diversos estados de oxidación, que dan lugar a compuestos generalmente coloreados. Capacidad para formar compuestos paramagnéticos (presencia de electrones desapareados). Marcada tendencia a formar compuestos de coordinación. El níquel es un elemento de transición típico que forma un elevado número de compuestos de coordinación, la mayoría en el estado de oxidación II. Además, forma complejos tanto de número de coordinación cuatro como seis. La síntesis que se va a realizar permite preparar dos compuestos de coordinación hexacoordinados con ligandos dadores de nitrógeno a partir de cloruro de níquel disuelto en agua, es decir, del hexaacuocomplejo [Ni (H2O)6]2+, uno derivado del ligando monodentado amoníaco y el otro que contiene el ligando bidentado etilendiamina (en: NH2CH2CH2NH2). El hecho que en ambos ligandos el átomo dador sea el mismo conduce a que presenten colores casi idénticos (violeta oscuro) y, a su vez, muy diferentes del que presenta el acuocomplejo que es verde. Sin embargo,

la presencia de tres ligandos quelatos en el derivado de etilendiamina le aporta una mayor estabilidad que la que presenta el complejo amoniacal (efecto quelato). Ésta se pone de manifiesto en su estabilidad frente a la humedad. Según la Teoría del Campo Cristalino, los orbitales d de un metal de transición no están degenerados en presencia del campo octaédrico de los ligandos en un complejo hexacoordinado, sino que se desdoblan en dos grupos de orbitales, los orbitales t2g (dxz, dyz y dxy) de más baja energía y los orbitales eg (dx2-y2 y dz2) de mayor energía. La diferencia en energía entre los dos grupos de orbitales se denomina o y los electrones se distribuyen entre los orbitales de igual energía siguiendo la regla de Hund. Sin embargo, para iones metálicos con configuraciones electrónicas d4, d5, d6 y d7 existen dos posibilidades de distribuir los electrones.

2. Parte experimental 2.1. Materiales y equipos ●

Cloruro de cobalto Hexahidratado

● ● ● ● ● ● ● ● ●

Amoniaco concentrado HCl (concentrado) HCl 6M Peróxido de hidrógeno 30% Cloruro de amonio Acetona NaNO2 Agua destilada Balón de fondo redondo (150 o 200 mL) Vidrio de reloj Espátula Balanza analítica Plancha de agitación y calentamiento Magnetos para la plancha Papel indicador Equipo para filtración al vacío Estufa Tubos de ensayo Hielo Bureta

● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

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●

3.

Desecador con silica- gel

Procedimiento

Elaboración de [Co (NH3)5Cl]Cl2: En un balón volumétrico de fondo redondo de 125 mL se diluyen 2.50g de NH4Cl en 15 mL de amoníaco concentrado. A continuación, siempre con movimiento magnético vigorosa, se agregan 5.00g de CoCl2.6H2O previamente triturado (macerar), en pequeñas partes. Debe alcanzar una suspensión de color marrón a la cual se hace gotear, utilizando una bureta, 4 mL de H2O2 30%. Con 2 gotas por segundo a una velocidad recomendada para la solución de peróxido, teniendo cuidado, ya que la reacción es exotérmica, por lo que se sugiere controlar el goteo constantemente. Esta solución se torna de color morado. Una vez que ha cesado la efervescencia, se agregan cuidadosamente 15 mL de HCl concentrado con movimiento continuo, en fracciones pequeñas de 2-4mL. Coloque el balón volumétrico de fondo redondo en un baño de agua a 85°C aproximadamente, durante 20 minutos, agitando regularmente. Durante el tiempo de espera, coloque 10 mL de agua destilada y 10 mL de HCl 6 M (mol/L) a enfriar en un baño de hielo. Una vez transcurridos los 20 min en el baño de calentamiento, espere que su mezcla alcance de nuevo la temperatura ambiente, retirándose del mismo. Filtre su precipitado morado al vacío, y lávelo con el agua y HCl 6 M (mol/L) que anteriormente enfrió, y, finalmente, con acetona (10 a 20 mL). Al fin, colóquelo en la estufa a 60°C por 1h. Determine la masa de su producto para que reporte el rendimiento de este. Elaboración de [Co (NH3)5(NO2)]Cl2:

En un balón volumétrico de fondo redondo, agregue 1.00g de [Co (NH3)5Cl]Cl2 a una mezcla de 20 mL de agua y 2.00mL de NH3 concentrado, con agitación magnética y un baño de agua caliente (80°C). Cuando el compuesto se haya disuelto completamente, se filtra y se enfría a 10°C; a continuación, se acidifica la solución resultante con HCl (1:1) hasta un pH = 1.0. Se agrega 1.00g de NaNO2 y se calienta hasta que el precipitado marrón formado se haya diluido. Se adicionan 5 mL de HCl concentrado y la mezcla se enfría en un baño de hielo, hasta la completa precipitación del sólido. Se almacenan, por filtración, los cristales de color amarillo y se secan al aire o en un desecador de sílica-gel. 1. Datos Tabla 1. Muestra de cobalto y amonio Cobalto

5.0651 g

Amonio

2.5011g

Papel filtro

1.0790 g

Papel filtro 2

1.0667 g

Tabla 2. Masa del complejo obtenido Complejo #1

4.0681g

Complejo #2

1.0107g

Tabla 3. pH de las soluciones preparadas Solución

Concentración molar

pH

Complej o #2

1.

1.00

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¿ 21,25 g [ Co ( NH 3 )5 Cl ] Cl2

2. Resultados 4.1 Reacciones

 Formación del complejo N° 1 3+ ¿ ¿ 1 +¿+ H 2 O 2 → [ Co ( NH 3 )5 H 2 O ] 2 2+¿+ NH 4¿ ¿ Co −¿ → [ Co ( NH 3) 5 Cl ] Cl2 ¿ 3+¿+3 Cl ¿ [ Co ( NH 3)5 H 2 O ] +H2O

%R=

4,0681 g [ Co ( NH 3)5 Cl ] Cl 2 21,25 g [ Co ( NH 3)5 Cl ] Cl 2

∗100=19,14 %

 Calculo para el complejo N° 2 2 +¿

250,44 g [ Co( NH 3 )5 Cl ]

2+¿

[ Co ( NH 3 )5 Cl ] 1 mol

¿ 2+¿ g∗¿ ¿ 1,0109 [ Co( NH 3 )5 Cl ] 2 +¿

 Formación del complejo N° 2 3+¿ ¿ 2+¿+H 2 O→ [Co (NH 3 )5 H 2 O ]

[ Co ( NH 3)5 Cl ]

1mol [ Co( NH 3)5 ( NO2) ]

[Co ( NH 3 )5 ( NO 2 ) ] 260,9973 g ¿ 2+¿ 1 mol [ Co ( NH 3 )5 Cl ] ∗¿

¿

2 +¿

[ Co( NH 3)5 ( NO2) ] 1 mol

−¿ ¿ +Cl 2+¿ ¿ −¿ → [ Co ( NH 3) 5 ONO ] ¿

3+¿+ NO 2 ¿ [ Co ( NH 3 )5 H 2 O ]

2+¿

¿¿

¿

2+ ¿ ¿ ¿ 1,053 g [ Co ( NH 3 )5 ( NO 2 ) ]

+ H 2O

2+¿ ¿ 2+¿ → [ Co ( NH 3) 5 ( NO 2 )]

[ Co (NH 3 ) 5 ONO]

¿

%R=

0,7657 g [ Co (NH 3 )5 Cl] Cl 2 ¿

¿ 75,75 %

4.2 Cálculos

 Cálculo para el complejo N° 1 1 mol

2 +¿

1,0107 g [ Co( NH 3 )5 ( NO2 ) ] ∗100

Co2+ ¿∗250,44 g [ Co ( NH 3 ) 5 Cl] Cl2 1 mol [Co ( NH 3 )5 Cl ] Cl 2

Co2+¿∗1 mol [ Co ( NH 3 ) 5 Cl] Cl 2 58,933 g ¿ Co2 +¿ 1 mol ¿ 2+ ¿∗¿ ¿ 5 g Co

3. Ecuaciones -

C 1 V 1=C 2 V 2

Ecuación 1.

Diluciones simples -

Estequiometria %R=

m Experimental ∗100 m teorica

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4. Análisis de Resultados 

La principal parte el objetivo de la adición de peróxido de hidrogeno es el de oxidar el ion Co2+ a Co3+, después se acidifica la solución y se calienta para ayudar a la formación del complejo. La función de agregar rNH4Cl y NH3 es de un buffer o amortiguador, juntos formarán un equilibrio transportado hacia la derecha, así acreditando un gran exceso de ligandos amín (NH3)

complejo Co(NH3)5(NO2)]Cl2 (nitropentaaminacobalto(iii)) se alcanzó un rendimiento del 75,75 %, con este rendimiento no se puede ultimar nada dado que el valor de la masa no se tenía desde el principio del vídeo. 

El uso del peróxido de hidrógeno es con el fin de oxidar el colbalto (II) y el cobalto (III) para poder llevar la síntesis de dicho complejo. Debido a que el cobalto (III)

6. Profundización 



Cuando se añade HCl a la mezcla esta precipitó. Aquí el ion cloruro trató de ingresar a la esfera de coordinación y transportar a la molécula de agua, pero debido a que el agua es un ligando más fuerte que el cloro no podrá moverse, por eso se requiere de T° y alta [Cl-] para que este desplazamiento ocurra. Se alcanza un rendimiento del 19,14% porque se tomó el peso del complejo N°1; porque la masa del complejo N°2 no se entrega el peso. Por lo tanto, no hay una masa para dicho rendimiento.

5. Conclusiones 

Se compilaron los compuestos de los procesos de oxidación y sustitución de ligandos en la solución acuosa, comprobando en las muestras obtenidas los colores que los caracterizan: morado y naranja respectivamente.



En la elaboración del complejo [Co(NH3)5Cl]Cl2 se consiguió un rendimiento del 19,14 %, de acuerdo con Vogel el rendimiento químico alrededor del 50% se considera regular; y para el

● Consulte industriales sintetizados.

las de

aplicaciones los productos

Dichos complejos son utilizados en la utilización de pinturas como estabilizantes, asimismo los compuestos de cobalto se manejan para dar color al vidrio, a la cerámica y al esmalte y para la producción de aleaciones con estabilidad térmica, resistentes a la abrasión y a la corrosión (estelita). El isótopo radiactivo sintético cobalto 60 se emplea en la ingeniería nuclear y en medicina nuclear (tratamiento de tumores) y en algunos países para la conservación de alimentos. En la industria química, el cobalto se manipula en la catálisis homogénea y heterogénea para sintetizar combustibles (método FischerTropsch), alcoholes y aldehídos (hidroformilación). Otra aplicación encuentra en los carburos cementados. [4] ● Indique cual es la geometría según la TCC (teoría de campo cristalino), para el Co de acuerdo con cada coordinación (los dos compuestos sintetizados).

Tabla 4. Geometría según TCC:

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Complejo #1

octaédric o

Complejo #2

octaédric o

● Indique cual es el grupo puntual de simetría para los dos compuestos. Tabla 5. Grupos funcionales de simetría: Complejo #1

C2v

Complejo #2

C2v

7. Referencias [1]

[2]

C. Escribir, L. a Formula, and D. E. U. N. Compuesto, “Quimica de los compuestos de coordinacion,” pp. 1–17. C. Galloso, “Síntesis y caracterización de compuestos de coordinación con bencenosulfinato,” pp. 1–55, 1991....