Relatorio Síntese DO Cloreto DE Pentaminclorocobalto III A Partir DO [Co(NH3)4CO3]NO3 E Preparação E Caracterização DO [Co(NH3)5Cl]Cl 2 A Partir DO Co Cl2 PDF

Preview

Summary

1 INTRODUÇÃO

Compostos de adição são formados quando quantidades estequiométricas de dois ou mais compostos estáveis são colocados em contato, e pertencem a dois grupos: aqueles que perdem sua identidade em solução que são denominados sais duplos, e os que mantêm sua identidade em soluç...

Description

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JATAÍ UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

Química Inorgânica

SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO III A PARTIR DO [Co(NH3)4CO3]NO3 E PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO [Co(NH3)5Cl]Cl2 A PARTIR DO CoCl2

Relatório apresentado à disciplina de Química Inorgânica Experimental, como requisito para avaliação, do curso de Química–Licenciatura da Universidade Federal de Jataí – UFJ. Docente: Elton Faria de Souza Lima Discentes: Daniela Cardoso Honorio Fabiana Fernandes Silva Hannah Gomes De Campos

Jataí Novembro 2021

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO............................................................................................................3 1.2 APLICAÇÃO DOS COMPLEXOS DE COBALTO...............................................5 2 OBJETIVO...................................................................................................................5 3 METODOLOGIA.........................................................................................................5 3.1 MATERIAIS E REAGENTES................................................................................5 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL..................................................................6 3.2.1 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III) A PARTIR DO NITRATO DE TETRAMINCARBONATOCOBALTO III....................................6 3.2.2 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III) A PARTIR DO CoCl2.......................................................................................................................6 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES................................................................................7 4.1 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III).....................7 4.1.1 RENDIMENTO....................................................................................................8 4.1.2 INFRAVERMELHO.............................................................................................8 4.2 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III) A PARTIR DO CoCl2.......................................................................................................................9 4.2.1 RENDIMENTO....................................................................................................9 4.2.2 INFRAVERMELHO...........................................................................................10 5 CONCLUSÃO.............................................................................................................11 6 REFERÊNCIAS.........................................................................................................12

2

1 INTRODUÇÃO

Compostos de adição são formados quando quantidades estequiométricas de dois ou mais compostos estáveis são colocados em contato, e pertencem a dois grupos: aqueles que perdem sua identidade em solução que são denominados sais duplos, e os que mantêm sua identidade em solução, que são os complexos [1]. Historicamente, compostos de cobalto foram usados como pigmentos de vidros e cerâmicas desde a antiguidade. Existem registros de cerâmicas egípcias datadas em torno de 2600 a.C. e vidros iranianos em torno de 2200 a.C. que continham pigmentos à base de cobalto. O elemento cobalto é um constituinte do solo fértil e está presente na Vitamina B12 que é uma coenzima necessária para a produção de células vermelhas do sangue. Alfred Werner desenvolveu parte da química de coordenação por meio de complexos de cobalto [2-3]. Werner em 1693 estudou uma série de complexos e juntamente com isso formulou a primeira explicação para as ligações existentes nos compostos de coordenação, esta teoria foi desenvolvida antes do estabelecimento da teoria eletrônica de valência. Inicialmente, Werner deduziu que no CoCl3.6NH3 os três atuam como tendo valências primárias e as seis moléculas de amônia com valência secundária, os seis ligantes de NH 3 formam ligações coordenadas com íon Co 3+, originando o íon complexo [Co(NH3)6]3+ [4].

Figura 1. Formação do complexo de Co3+ com o NH3 na esfera de coordenação [1].

3

Como o cloro e o NH 3 está presente no composto de origem, CoCl 3.6NH3, há outro caso em que os mesmos também pode entrar na esfera de coordenação resultando na formação de outros complexos como exemplificado na figura 2.

(a)

(b) 3+

Figura 2. Representação da formação dos complexos (a) [Co(NH3)6] e (b) [Co(NH3)Cl]2+ [2].

Esses complexos assumem diferentes cores dependendo da espécie que está em sua esfera de coordenação e de sua isomeria como mostrado na Figura 3.

Figura 3. Amostras e estruturas de (a) [Co(NH 3)5(NO2)] 2+, que contém um ligante de NO 2 ligado a N, e (b) [Co(NH3)5(ONO)] 2+, que contém um ligante de NO2 ligado à O [5].

1.2 APLICAÇÃO DOS COMPLEXOS DE COBALTO Esses complexos podem ser utilizados em ligas metálicas, catálise do petróleo e indústria química, em revestimentos metálicos por eletrodeposição, como secante para pinturas, pigmentos: cobalto azul e cobalto verde, eletrodos de baterias elétricas etc [6].

4

2 OBJETIVO

O objetivo deste experimento foi sintetizar o cloreto de pentaminclorocobalto III a partir do [Co(NH3)4CO3]NO3. Preparação e caracterização do complexo de [CO(NH3)5Cl]Cl2 a partir do cloreto cobaltoso.

5

3 METODOLOGIA

3.1 MATERIAIS E REAGENTES 

Béquer de 50 e de 100 mL;



Proveta de 10 e de 50 mL;



Erlenmeyer;



Bureta de 50 mL;



Bastão de vidro;



Tubos de ensaio (6) e suporte;



Centrífuga;



Conjunto para filtração a vácuo (funil de Büchner; quitassato; papel de filtro; bomba de vácuo ou trompa d'água);



Banho-maria;



Balança;



Espátula;



Vidro de relógio;



NH3 conc. (d = 0,91 g/mL; conc. = 25-28 % em massa ou 15 mol/L);



HCl conc. (d = 1,18 g/mL; conc. = 36 % em massa ou 12 mol/L);



H2SO4 conc. (d = 1,84 g/mL; conc. = 98 % em massa ou 36 mol/L);



NH4Cl;



CoCl2.6H2O;



NaNO2 ;



H2O2 30 %;



NH4OH;



Álcool etílico;



Eter etílico.

6

3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.2.1 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III) A PARTIR DO NITRATO DE TETRAMINCARBONATOCOBALTO III Dissolveu 1g do [Co(NH 3)4CO3]NO3 em 10 mL de H2O e adicionou de 1 a 5 mL de HCI concentrado (até que não haja mais liberação de CO 2). Neutralizou o sistema, utilizando uma solução aquosa concentrada de NH 3, adicionando em seguida cerca de 5 mL da mesma solução (excesso). A solução foi aquecida por aproximadamente 20 minutos, e posteriormente, houve a formação do [Co(NH 3)5(OH2)]3+. Resfriou um pouco a solução e acrescentou 15 mL de HCI concentrado. Aqueceu novamente por mais uns 20 ou 30 minutos. (Observando a mudança de coloração.) Resfriou a solução até a temperatura ambiente. Depois filtrou a vácuo, lavando o composto formado algumas vezes com água gelada e depois com etanol. Secou o composto em estufa para remover o solvente.

3.2.2 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III) A PARTIR DO CoCl2 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

(1)

Dissolveram-se 1,25 g de NH 4Cl em 7,5 mL de NH 4OH conc. em um béquer pequeno e transferiu para uma cápsula de porcelana média. A esta solução adicionou-se 2,5 g de CoCl2.6H2O em pequenas porções, com agitação contínua. Mantendo a agitação, adicionaram-se 3,0 mL de água oxigenada 30 %, lentamente, pelas paredes do recipiente, em pequenas porções. Quando cessou a efervescência, adicionou, lentamente, na capela, 7,5 mL de HCl conc. A mistura foi aquecida em banho-maria até reduzir o volume à metade, agitando com bastão de vidro para evitar que a sal cristalizasse nas bordas da cápsula. Resfriou à temperatura ambiente e a seguir, em banho de gelo. Separaram-se os cristais vermelhos por filtração a vácuo, lavando-os em seguida com pequenas porções de água gelada e depois com álcool etílico e éter.

7

Secaram-se os cristais o máximo possível, no próprio funil, deixando o sistema de vácuo funcionando. Depois de secos, o produto foi pesado e calculou o rendimento prático da obtenção e comparou com o rendimento teórico. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III) Com a adição do ácido clorídrico á solução contendo o complexo [Co(NH3)4CO3]NO3 foi observado o desprendimento de gás carbônico, resultado da saída do carbonato da esfera de coordenação como representado na equação abaixo. [Co(NH3)4CO3]NO3(aq) + 2 HCl(aq) → [Co(NH3)4Cl2]NO3(aq) + CO2

(2)

A adição de NH3 neutralizou a solução como representado na reação abaixo. [Co(NH3)4Cl2]NO3(aq) + NH4OH→ [Co(NH3)5Cl]Cl-(aq) + NO3+(aq)

(3)

A solução foi aquecida e isso promoveu a substituição de um ligante Cl- da esfera de coordenação por uma amina formando um complexo com a amina e o cloro. [Co(NH3)5Cl]Cl-(aq) + NO3+(aq) + HCl(aq) → [Co(NH3)5Cl]Cl2 + HNO3

(4)

A solução foi resfriada e a mudança de coloração indicava a formação do cloreto de pentaaminclocobalto (III). Após o resfriamento o produto foi filtrado, lavado e levado a estufa para secagem. 4.1.1 RENDIMENTO Dados: Massa molar do [Co(NH3)4CO3]NO3 = 249,02g/mol Massa pesada [Co(NH3)4CO3]NO3 = 1,0646g Massa molar [Co(NH3)5Cl]Cl2 = 250,55g/mol 8

Massa final = 0,2795g

n [ Co ( NH 3 ) 4 CO 3 ] NO 3=

1,0646 g =0,004275mol 249,02 g/mol

mteórica [ Co ( NH 3) 5 Cl ]Cl 2=0,00427 mol x R=

250,55 g =1,071 g mol

0,2795 g x 100 %=¿ 1,071 g

26,09%

4.1.2 INFRAVERMELHO Observando o espectro abaixo é perceptível a semelhança com o espectro da Figura 1, e com isso, é notável a presença de bandas características de complexos contendo cobalto. Em 3500-3000 cm-1 são características as vibrações da ligação N-H da amônia e da água que aparecem juntas devido a banda da água ser larga e envolver a banda N-H, em 1200-1450 cm-1 pode se atribuir a ligação metal-amônia, além disso, nota-se a presença de bandas de interferência, em 1550-1650 cm-1 tem o aparecimento da banda HNH e em torno de 846-831 a banda de vibração wag da ligação N-H.

9

Figura 1. Espectro de infravermelho do complexo cloreto de pentaaminclorocobalto III. 4.2 SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAMINCLOROCOBALTO(III) A PARTIR DO CoCl2 A equação química que descreve essa reação é: CoCl2.6H2O + NH4Cl + 9 NH3 + H2O2 + HCl → 2 [Co(NH3)5Cl]Cl2 + 14 H2O

(4)

Após a dissolução do cloreto de amônio (NH 4Cl) no hidróxido de amônio (NH4OH) foi adicionado lentamente o peróxido de hidrogênio como catalisador para acelerar o processo de oxidação do cobalto, no entanto, essa adição causa efervescência da solução e a adição rápida pode ocasionar a perda de parte da solução por isso foi necessário a adição lenta e cuidadosa do catalisador, a adição de H 2O2 leva a formação do [Co(NH3)5(H2O)]Cl3 que fornece a cor azul a solução além de ocasionar a liberação de gás oxigênio. A solução foi levada a banho-maria para a redução do volume com a evaporação da água, após isso, a solução foi resfriada para promover a formação do complexo. O produto obtido é um composto cristalino de cor violeta avermelhada com estrutura octaédrica. 4.2.1 RENDIMENTO Dados: Massa molar CoCl2.6H2O = 237,93g/mol Massa CoCl2.6H2O = 2,5043g Massa molar do [Co(NH3)5Cl]Cl2 = 250,55g/mol Massa final [Co(NH3)5Cl]Cl2 = 2,3314g

n CoCl 2.6 H 2O=

2,5043 g =0,0105 mol 237,93 g/mol

mteórica [ Co ( NH 3) 5 Cl ]Cl 2=0,0105mol x

R=

250,55 g =2,6307 g mol

2,3314 g x 100 %=88,62 % 2,6307 g 10

4.2.2 INFRAVERMELHO Observando o espectro abaixo é perceptível a semelhança com o espectro da Figura 1, e com isso, é notável a presença de bandas características de complexos contendo cobalto. Em 3500-3000 cm-1 são características as vibrações da ligação N-H da amônia e da água que aparecem juntas devido a banda da água ser larga e envolver a banda N-H, em 1200-1450 cm-1 pode se atribuir a ligação metal-amônia, além disso, nota-se a presença de bandas de interferência, em 1550-1650 cm-1 tem o aparecimento da banda HNH e em torno de 846-831 a banda de vibração wag da ligação N-H.

Figura 2. Espectro de infravermelho do complexo cloreto de pentaaminclorocobalto III.

11

5 CONCLUSÃO

Neste experimento foram utilizados dois métodos para obter o cloreto de pentaaminclorocobalto III um complexo octaédrico de coloração violeta avermelhado. O rendimento obtido para o complexo sintetizado a partir do cloreto cobaltoso foi de 88,62% um valor muito maior do que aquele obtido da síntese utilizando o tetraaminclorocobalto III que foi de 26,09%, apesar disso, deve se levar em consideração a presença de impureza nos reagentes o que provoca um rendimento menor. Independente dos rendimentos obtidos, o espectro de infravermelho para ambos foi muito semelhante, exceto pela intensidade de algumas bandas de que se diferem de um para o outro, onde forneceram bandas características desse tipo de complexo. Contudo, pequenas alterações nas condições reacionais podem interferir no rendimento e nos resultados obtidos no espectro do infravermelho como é o caso da lavagem e secagem 6 REFERÊNCIAS [1] MATOS, S. Química de coordenação de metais de transição. Disponível em: https://slideplayer.com.br/slide/335381/. Acesso em: 13 ABRIL. 2021.

[2] NAKAGAKI, S. cinética química: Aquação do composto [Co(NH 3)5Cl]2+, p.36-38, 2011. [2] LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa, 5a ed. Edgard Blücher, cap. 18,25-27, 1999. [3] GOLCU, A.; TUMER, M.; DEMIRELLI, H.; WHEATLEY, R. A. Inorganica Chimica Acta, v.358(6), p.1785–1797, 2005. [4] AYALA, J. D. Química de coordenação: sais duplos e compostos de coordenação. Sais

duplos

e

compostos

de

coordenação.

Disponível

em:

http://qui.ufmg.br/~ayala/matdidatico/coord.pdf. Acesso em: Acesso em: 13 ABRIL. 2021.

12

[5] TRANSITION Elements and Coordination Chemistry. 2004. Disponível em: https://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Chapter_20.html. Acesso em: 13 ABRIL. 2021. [6] FERREIRA, L. R.; SOUSA, L.; MOURA, R. S.; CAMPOS, G.; PÊSSOA, L. F. Síntese do cloreto de pentaaminclorocobalto (III); Síntese e purificação do cloreto de hexamicobalto (III), p. 1-12, 2010.

13...