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Universidade Estadual de Goiás – UEG
Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas – UnUCET
Síntese do cloreto de pentaaminclorocobal-
to(III);síntese e purificação do cloreto de he-
xamicobalto (III)
Acadêmicos: Lucas Rodrigues Ferreira Lucas Sousa Renata Silva Moura Geniara Campos Luiz Fernando Pêssoa Orientadora : Madalena D Disciplina : Química inorgânica experimental II J
Anápolis, 2010.
INTRODUÇÃO
O cobalto (do alemão Kobold , duende, demônio das minas) é um elemento quí- mico, símbolo Co , número atômico 27 (27 prótons e 27 elétrons) e massa atômica 59 uma (unidade de massa atômica), encontrado em temperatura ambiente no estado sólido [1]. Histo- ricamente, compostos de cobalto têm sido usados como pigmentos de vidros e cerâmicas. E- xistem 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. Porém este elemento foi iso- lado somente em 1780, por T. O. Bergman. [2]
O cobalto é um metal duro, ferromagnético, de coloração branca azulada. Sua temperatura de Curie é de 1388 K. Normalmente é encontrado junto com o níquel, e ambos fazem parte dos meteoritos de ferro. É um elemento químico essencial para os mamíferos em pequenas quantidades. O Co-60, um radioisótopo, é um importante traçador e agente no tra- tamento do câncer. O cobalto metálico é normalmente constituído de duas for- mas alotrópicas com estruturas cristalinas diferentes: hexagonal e cúbica centrada nas faces, sendo a temperatura de transição entre ambas de 722 K. [1]
O cobalto pertence ao grupo 9 da tabela periódica e está intimamente ligado ao desenvolvimento da química de coordenação. Foi através de complexos de cobalto que Alfred Werner desenvolveu parte de sua teoria, que sucumbiu com as hipóteses de Jorgensen- Blomstrand. Quimicamente este elemento apresenta os estados de oxidação I, II, III, IV, V e VI, tendo como mais importantes os estados II e III. Os íons Co2+^ são muito estáveis e podem ser encontrados em vários compostos simples, tais como CoCl 2 , CoSO 4 , CoCO 3 , sendo que todos os sais hidratados apresentam coloração rósea devido ao complexo [Co(H 2 O) 6 ]2+. Já os íons Co3+^ são bastante oxidantes e relativamente instáveis.
Complexo é um composto químico formado pela adição de uma substância sim- ples, normalmente um íon metálico que funciona como um receptor de elétrons π com uma ou várias moléculas de outra substância, chamada de ligante bases de Lewis [4]. Praticamente todos os complexos de Co (III) possuem 6 ligantes dispostos em um arranjo octaédrico. Mui- tos deles apresentam formas isoméricas, sendo que os ligantes mais comuns são os doadores N (amônia, amina e amida). [3]
De acordo com a TLV (Teoria de ligação de valência) o cloreto de pentaaminclo- rocobalto (III) (figura 01) e o cloreto de hexaaminclorocobalto (III) (figura 02) são complexos de geometria octaédrica cujo metal, Co3+^ apresenta N.C. (número de coordenação) igual a 6, hibridização sp^3 d^2 , camada de valência 3d^6 , sendo caracterizado como complexos de orbitais externos.
Figura 01: Fórmula estrutural do cloreto Figura 02: Fórmula estrutural do cloreto de pentaaminclorocobalto (III). hexaamincobalto (III). Fonte: própria. Fonte: própria.
PARTE EXPERIMENTAL
SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAAMINCLOROCOBALTO (III)
1. Materiais e equipamentos - 2 béquers de 50 mL - Béquer de 250 mL - Papel indicador ácido-base - Balança analítica - Espátula - Piceta - 2 pipetas - Pró-pipeta - Chapa elétrica - Bastão de vidro - Funil de placa porosa - Argola metálica - Suporte universal - Bomba a vácuo - Banho de gelo - Frasco Kitassato 2. Reagentes - Nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) - Água destilada - Hidróxido de amônio concentrado - Ácido clorídrico concentrado - Etanol 3. Procedimento experimental
Em um béquer dissolveu-se 1,0 g de nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) em 10 mL de água destilada. Em seguida, foi adicionado 1,6 mL de ácido clorídrico concentrado, lentamente e sob agitação. Quando cessou a efervescência, neutralizou-se a solução com hi- dróxido de amônio concentrado verificando a neutralização com papel indicador universal. O pH ficou em torno de 7. Foi adicionado 1,2 mL de hidróxido de amônio concentrado em excesso. Aque- ceu-se a solução por 20 minutos, mas não deixou-se entrar em ebulição. Resfriou-a ligeira- mente e adicionou mais 16 mL de ácido clorídrico concentrado.
Reaqueceu-se a solução por mais 25 minutos. Resfriou-se a solução a temperatura ambiente. Filtrou-se a solução a vácuo. Lavaram-se esses cristais com alguns mL de água destilada gelada e depois com 10 mL de álcool etílico. Em seguida, completou-se a secagem sob sucção (figura 01).
Figura 01: Cloreto de pentaaminclorocobalto (III). Fonte: própria.
SÍNTESE E PURIFICAÇÃO DO CLORETO DE HEXAAMINCOBALTO (III)
1. Materiais e equipamentos - Balança analítica - 5 béqueres de 50 mL - Chapa elétrica - 3 espátulas - Erlenmeyer de 125 mL - Banho de gelo - Pipeta - Pró-pipeta - Pipeta Pasteur - Banho-maria - Termômetro - Funil de Büchner - Frasco Kitassato - 2 argolas metálicas - Bomba a vácuo - 2 suportes universais - Bastão de vidro - Funil simples - 2 papéis de filtro 2. Reagentes - Cloreto de hexaaquocobalto (III) - Cloreto de amônio - Carvão ativado - Hidróxido de amônio concentrado - Peróxido de hidrogênio - Água destilada - Ácido clorídrico concentrado - Álcool etílico a 60 % e 96 %
A mistura contida no erlenmeyer foi aquecida em banho-maria até cessar o des- prendimento de gases. Transferiu-se o erlenmeyer para um banho de gelo com sal até que o erlenmeyer atingisse 0°C. Após a formação dos cristais, filtrou-se o precipitado a vácuo (figu- ra 04).
Figura 04: Filtração a vácuo dos cristais de cloreto de hexaamincobalto (III). Fonte: própria. Para a purificação do complexo, transferiu-se a mistura sólida para um béquer contendo 60 mL de água e 3 mL de HCl concentrado e a solução foi aquecida até a ebulição. Filtrou-se a solução a quente em papel de filtro (pré-aquecido com água quente) para remoção do carvão (figura 05). Adicionou-se 10 mL de HCl concentrado ao filtrado e resfriou-se a solução em banho de gelo, com agitação continua.
Figura 05: Produto da filtração a quente para remoção do carvão. Fonte: própria.
Filtrou-se o precipitado a vácuo. Os cristais contidos no funil foram lavados inici- almente com 10 mL de solução de álcool etílico a 60 % e depois com 10 mL de álcool etílico a 96 %. Colocaram-se os cristais em um ambiente seco e arejado para secarem.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAAMINCLOROCOBALTO (III)
1° Reação: [Co(NH 3 ) 4 CO 3 ]NO3(aq) + 2 HCl(aq) → [Co(NH 3 ) 4 Cl 2 ]NO3(aq) + CO 2 ↑
Ao adicionar ácido clorídrico à solução aquosa de nitrato de tetraamincarbonato- cobalto (III) observou-se o desprendimento de gás carbônico. Assim, conclui-se que o carbo- nato estava saindo da esfera de coordenação e reagindo com o hidrogênio do ácido clorídrico, formando ácido carbônico que se dissocia em água e gás carbônico.
2° reação: [Co(NH 3 ) 4 Cl 2 ]NO3(aq) + NH 4 OH → [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl-(aq) + NO 3 +(aq)
Observação:
Quando cessou a efervescência, neutralizou-se a solução com hidróxido de amô-
nio concentrado verificando a neutralização com papel indicador universal. O pH ficou em
torno de 7. Foi adicionado 1,2 mL de hidróxido de amônio concentrado em excesso. Aqueceu-
se a solução por 20 minutos, mas não deixou-se entrar em ebulição. Com o aquecimento ocor- reu a substituição de um ligante cloro da esfera de coordenação por uma amina formando um
complexo catiônico com cinco ligantes Amin e um cloro.
3° reação : [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl-(aq) + NO 3 +(aq) + HCl(aq) → [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2 + HNO 3
Após o resfriamento, adicionou-se mais 16 mL de ácido clorídrico concentrado. Notou-se que a solução passou de transparente para azul escuro. Reaqueceu-se a solução por mais 25 minutos. Notou-se que a solução ficava cada vez mais escura indicando a formação do cloreto de pentaaminclocobalto (III) através da substituição do radical nitrato ligado ao complexo catiônico por dois íons cloreto. Resfriou-se a solução a temperatura ambiente. Fil- trou-se a solução a vácuo. Notaram-se no funil de placa porosa alguns cristais roxos (figura 01). Lavaram-se esses cristais com alguns mL de água destilada gelada e depois com 10 mL de álcool etílico. Após os cristais secos sobre o papel de filtro, mediu-se a massa de produto obtida para o caçulo do rendimento.
Cálculo do rendimento:
Foi obtida uma massa de 0,81 g de cloreto de pentaaminclorocobalto (III). Para saber o rendimento percentual que foi obtido na prática, precisam-se analisar os dados que as fórmulas e a equação proporcionam e compará-los com o resultado experimental. Dados:
Assim, tem-se que para a reação de NH 4 Cl com [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 ocorre a propor- ção de 0.03:0.09, ou seja, 1:3. Obtendo-se a seguinte reação de acordo com o procedimento:
[Co(H 2 O) 6 ]Cl2(aq) + 3 NH 4 Cl(aq) → [Co(NH 3 ) 3 (H 2 O) 3 ]Cl2(aq) + 3 HCl(aq)
Transferiu-se a solução ainda quente para um erlenmeyer de 125 mL. Colocou-se 0,5 g de carvão ativado no erlenmeyer e resfriou-se a solução com água corrente até a tempe- ratura ambiente. Adicionou-se 20 mL de NH 4 OH concentrado, pois para potencializar a for- mação do complexo com ligantes Amin é necessário que haja excesso amoníaco pelo fato da amônia ser muito volátil. Em seguida, resfriou-se a solução em banho de gelo. Efetuando os cálculos necessários, tem-se que:
A densidade do NH 4 OH é de 0,9101 g/mL, assim:
0,9101 g de NH 4 OH 1 mL x 20 mL x = 18,202 g
O peso molecular do NH 4 OH é 35.0455 g/mol, logo:
35.0455 g de NH 4 OH 1 mol 18,202 g de NH 4 OH x x = 0,52 mol
Assim, tem-se que para a reação de NH 4 OH com [Co(NH 3 ) 3 (H 2 O) 3 ]Cl 2 ocorre a proporção de 0.03:0.52, ou seja, 1:18. Obtendo-se a seguinte reação de acordo com o proce- dimento:
[Co(NH 3 ) 3 (H 2 O) 3 ]Cl2(aq) + 3 HCl(aq) + 18 NH 4 OH(aq) → [Co(NH 3 ) 6 ]Cl2(aq) + 3 NH 4 Cl(aq) + 12 NH3(aq)
Acrescentou-se 15 mL de solução de peróxido de hidrogênio a 20 %, lentamente, em frações de 1 mL para oxidar o cobalto de 2+ para 3+. Notou-se a liberação de gás hidro- gênio. A mistura contida no erlenmeyer foi aquecida em banho-maria até cessar o desprendi- mento de gases. Transferiu-se o erlenmeyer para um banho de gelo com sal até que o erlen- meyer atingisse 0°C. Após a formação dos cristais, filtrou-se o precipitado a vácuo.
A densidade do H 2 O 2 é 1,476 g/mL, logo a densidade de H 2 O 2 a 20% é de 0,3 g/mL, as- sim:
0,3 g de H 2 O 2 1 mL x 15 mL x = 4,5 g
O peso molecular do H 2 O 2 é 34,0138 g/mol, logo:
34.0138 g de H 2 O 2 1 mol 4,5 g de H 2 O 2 x x = 0,15 mol
Assim, tem-se que para a reação de H 2 O 2 com [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 2 ocorre a proporção de 0.03:0.15, ou seja, 1:0.5. Obtendo-se a seguinte reação de acordo com o procedimento:
[Co(NH 3 ) 6 ]Cl2(aq) + 3 NH 4 Cl(aq) + 0,5 H 2 O2(aq) → [Co(NH 3 ) 6 ]Cl3(aq) + 2 NH 4 Cl(aq) + NH3(aq) + H2(g)
Para a purificação do complexo, transferiu-se a mistura sólida para um béquer contendo 60 mL de água e 3 mL de HCl concentrado e a solução foi aquecida até a ebulição. Ao filtrar a solução a quente em papel de filtro (pré-aquecido com água quente) notou-se que a solução apresentava a cor característica do hexaamincobalto (III), vermelho, indicando a remoção do carvão da solução.
Assim, adicionou-se 10 mL de HCl concentrado ao filtrado e resfriou-se a solução em banho de gelo, com agitação continua. Filtrou-se o precipitado a vácuo. Os cristais conti- dos no funil foram lavados inicialmente com 10 mL de solução de álcool etílico a 60 % e de- pois com 10 mL de álcool etílico a 96 %. Colocaram-se os cristais em um ambiente seco e arejado para secarem por um período de uma semana para que se fizesse a determinação de cloreto no complexo sintetizado.
Cálculo do rendimento teórico:
Dados: Massa Molar [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 : 237,93 g Massa Molar [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 : 267,58 g
A equações descritas acima mostram que ao reagir 1 mol de [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 , for- ma-se 1 mol de [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 , sendo assim, tem-se que:
237,93 g de [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 267,58 g de [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 7,5 g de [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 x x = 8,44 g de [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3
Para um rendimento teórico deve se formar 8,44 g de [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3.
CONCLUSÃO
SÍNTESE DO CLORETO DE PENTAAMINCLOROCOBALTO (III)
De acordo com a pratica realizada, notou-se que pode-se preparar um complexo a partir de outro complexo. A início, é necessário trocar os ligantes da rede cristalina do com- plexo. Assim, as reações para a síntese do cloreto de pentaaminclorocobalto (III) foram bem sucedidas tornando possível a observação do procedimento em suas diferentes etapas, possibi- litando as análises necessárias e aplanando os conhecimentos a cerca das técnicas e teorias utilizadas, atingindo o objetivo da aula prática.
