Universidade Estadual de Gois UEG Unidade Universitria de Cincias Exatas e Tecnolgicas UnUCET

Sntese do cloreto de pentaaminclorocobalto(III);sntese e purificao do cloreto de hexamicobalto (III)

D

Acadmicos: Lucas Rodrigues Ferreira Lucas Sousa Renata Silva Moura Geniara Campos Luiz Fernando Pssoa Orientadora: Madalena Disciplina: Qumica inorgnica experimental II J

Anpolis, 2010.

INTRODUOO cobalto (do alemo Kobold, duende, demnio das minas) um elemento qumico, smbolo Co, nmero atmico 27 (27 prtons e 27 eltrons) e massa atmica 59 uma (unidade de massa atmica), encontrado em temperatura ambiente no estado slido [1]. Historicamente, compostos de cobalto tm sido usados como pigmentos de vidros e cermicas. Existem registros de cermicas egpcias datadas em torno de 2600 A.C. e vidros iranianos em torno de 2200 A.C. que continham pigmentos base de cobalto. Porm este elemento foi isolado somente em 1780, por T. O. Bergman. [2] O cobalto um metal duro, ferromagntico, de colorao branca azulada. Sua temperatura de Curie de 1388 K. Normalmente encontrado junto com o nquel, e ambos fazem parte dos meteoritos de ferro. um elemento qumico essencial para os mamferos em pequenas quantidades. O Co-60, um radioistopo, um importante traador e agente no tratamento do cncer. O cobalto metlico normalmente constitudo de duas formas alotrpicas com estruturas cristalinas diferentes: hexagonal e cbica centrada nas faces, sendo a temperatura de transio entre ambas de 722 K. [1] O cobalto pertence ao grupo 9 da tabela peridica e est intimamente ligado ao desenvolvimento da qumica de coordenao. Foi atravs de complexos de cobalto que Alfred Werner desenvolveu parte de sua teoria, que sucumbiu com as hipteses de JorgensenBlomstrand. Quimicamente este elemento apresenta os estados de oxidao I, II, III, IV, V e VI, tendo como mais importantes os estados II e III. Os ons Co2+ so muito estveis e podem ser encontrados em vrios compostos simples, tais como CoCl2, CoSO4, CoCO3, sendo que todos os sais hidratados apresentam colorao rsea devido ao complexo [Co(H2O)6]2+. J os ons Co3+ so bastante oxidantes e relativamente instveis. Complexo um composto qumico formado pela adio de uma substncia simples, normalmente um on metlico que funciona como um receptor de eltrons com uma ou vrias molculas de outra substncia, chamada de ligante bases de Lewis [4]. Praticamente todos os complexos de Co (III) possuem 6 ligantes dispostos em um arranjo octadrico. Muitos deles apresentam formas isomricas, sendo que os ligantes mais comuns so os doadores N (amnia, amina e amida). [3] De acordo com a TLV (Teoria de ligao de valncia) o cloreto de pentaaminclorocobalto (III) (figura 01) e o cloreto de hexaaminclorocobalto (III) (figura 02) so complexos de geometria octadrica cujo metal, Co3+ apresenta N.C. (nmero de coordenao) igual a 6, hibridizao sp3d2, camada de valncia 3d6, sendo caracterizado como complexos de orbitais externos.

Figura 01: Frmula estrutural do cloreto pentaaminclorocobalto (III). Fonte: prpria.

Figura 02: Frmula estrutural do cloreto de hexaamincobalto (III). Fonte: prpria.

Complementando-se com a TCC (Teoria do campo cristalino), os ligantes do cloreto de pentaaminclorocobalto (III) e do cloreto de hexaamincobalto (III) so ligantes de campo fraco o que proporciona um baixo desdobramento de energia e, consequentemente, caracterizado como um o complexo de spin alto apresentando EECC (Energia de Estabilizao do Campo Cristalino) igual a -2/5o ou -4 Dq (Figura 03).

Figura 03: Remoo parcial da degenerao dos orbitais d do Co3+ em um campo octadrico. Fonte: prpria.

Aplicaes dos complexos de cobalto: Ligas metlicas: superligas usadas em turbinas de gs de avies, ligas resistentes a corroso, aos rpidos, carbetos e ferramentas de diamante. Ims do tipo (Alnico) e em cintas magnticas Catlise do petrleo e indstria qumica. Revestimentos metlicos por eletrodeposio devido ao seu aspecto, dureza e resistncia a corroso. Secante para pinturas: tintas e vernizes. Revestimento base de esmaltes vitrificados. Pigmentos: cobalto azul e cobalto verde. Eletrodos de baterias eltricas. Cabos de ao de pneumticos. O Co-60, radioistopo usado como fonte de radiao gama em radioterapia, esterilizao de alimentos (pasteurizao fria) e radiografia industrial para o controle de qualidade de metais (deteco de fendas). [1]

OBJETIVOSintetizar o cloreto de pentaaminclorocobalto (III) a partir do nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III), cido clordrico e hidrxido de amnio. Sintetizar o cloreto de hexamincobalto (III) a partir do cloreto de hexaaquocobalto (III), perxido de hidrognio, cloreto de amnio e hidrxido de amnio; e purificar o cloreto de hexamincobalto (III).

PARTE EXPERIMENTAL

SNTESE DO CLORETO DE PENTAAMINCLOROCOBALTO (III) 1. Materiais e equipamentos 2 bquers de 50 mL Bquer de 250 mL Papel indicador cido-base Balana analtica Esptula Piceta 2 pipetas Pr-pipeta Chapa eltrica Basto de vidro Funil de placa porosa Argola metlica Suporte universal Bomba a vcuo Banho de gelo Frasco Kitassato

2. Reagentes Nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) gua destilada Hidrxido de amnio concentrado cido clordrico concentrado Etanol

3. Procedimento experimental Em um bquer dissolveu-se 1,0 g de nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) em 10 mL de gua destilada. Em seguida, foi adicionado 1,6 mL de cido clordrico concentrado, lentamente e sob agitao. Quando cessou a efervescncia, neutralizou-se a soluo com hidrxido de amnio concentrado verificando a neutralizao com papel indicador universal. O pH ficou em torno de 7. Foi adicionado 1,2 mL de hidrxido de amnio concentrado em excesso. Aqueceu-se a soluo por 20 minutos, mas no deixou-se entrar em ebulio. Resfriou-a ligeiramente e adicionou mais 16 mL de cido clordrico concentrado. Reaqueceu-se a soluo por mais 25 minutos. Resfriou-se a soluo a temperatura ambiente. Filtrou-se a soluo a vcuo. Lavaram-se esses cristais com alguns mL de gua destilada gelada e depois com 10 mL de lcool etlico. Em seguida, completou-se a secagem sob suco (figura 01).

Figura 01: Cloreto de pentaaminclorocobalto (III). Fonte: prpria.

SNTESE E PURIFICAO DO CLORETO DE HEXAAMINCOBALTO (III) 1. Materiais e equipamentos Balana analtica 5 bqueres de 50 mL Chapa eltrica 3 esptulas Erlenmeyer de 125 mL Banho de gelo Pipeta Pr-pipeta Pipeta Pasteur Banho-maria Termmetro Funil de Bchner Frasco Kitassato 2 argolas metlicas Bomba a vcuo 2 suportes universais Basto de vidro Funil simples 2 papis de filtro

2. Reagentes Cloreto de hexaaquocobalto (III) Cloreto de amnio Carvo ativado Hidrxido de amnio concentrado Perxido de hidrognio gua destilada cido clordrico concentrado lcool etlico a 60 % e 96 %

3. Procedimento experimental Pesou-se 5 g de NH4Cl e dissolveu-se em 10 mL de gua contida em um bquer de 50 mL. Aqueceu-se lentamente a soluo at a ebulio e adicionou-se 7,5 g de cloreto de hexaaquocobalto (III) (figura 02). Transferiu-se a soluo ainda quente para um erlenmeyer de 125 mL. Colocou-se 0,5 g de carvo ativado no erlenmeyer e resfriou-se a soluo com gua corrente at a temperatura ambiente.

Figura 02: Mistura reacional com a adio de [Co(H2O)6]Cl2. Fonte: prpria.

Adicionou-se 20 mL de NH4OH concentrado e resfriou-se a soluo em banho de gelo. Acrescentou-se 15 mL de soluo de perxido de hidrognio a 20%, lentamente, em fraes de 1 mL (figura 03).

Figura 03: Acrscimo de H2O2 a 20 % mistura reacional. Fonte: prpria.

A mistura contida no erlenmeyer foi aquecida em banho-maria at cessar o desprendimento de gases. Transferiu-se o erlenmeyer para um banho de gelo com sal at que o erlenmeyer atingisse 0C. Aps a formao dos cristais, filtrou-se o precipitado a vcuo (figura 04).

Figura 04: Filtrao a vcuo dos cristais de cloreto de hexaamincobalto (III). Fonte: prpria.

Para a purificao do complexo, transferiu-se a mistura slida para um bquer contendo 60 mL de gua e 3 mL de HCl concentrado e a soluo foi aquecida at a ebulio. Filtrou-se a soluo a quente em papel de filtro (pr-aquecido com gua quente) para remoo do carvo (figura 05). Adicionou-se 10 mL de HCl concentrado ao filtrado e resfriou-se a soluo em banho de gelo, com agitao continua.

Figura 05: Produto da filtrao a quente para remoo do carvo. Fonte: prpria.

Filtrou-se o precipitado a vcuo. Os cristais contidos no funil foram lavados inicialmente com 10 mL de soluo de lcool etlico a 60 % e depois com 10 mL de lcool etlico a 96 %. Colocaram-se os cristais em um ambiente seco e arejado para secarem.

RESULTADOS E DISCUSSOSNTESE DO CLORETO DE PENTAAMINCLOROCOBALTO (III) 1 Reao: [Co(NH3)4CO3]NO3(aq) + 2 HCl(aq) [Co(NH3)4Cl2]NO3(aq) + CO2 Ao adicionar cido clordrico soluo aquosa de nitrato de tetraamincarbonatocobalto (III) observou-se o desprendimento de gs carbnico. Assim, conclui-se que o carbonato estava saindo da esfera de coordenao e reagindo com o hidrognio do cido clordrico, formando cido carbnico que se dissocia em gua e gs carbnico. 2 reao: [Co(NH3)4Cl2]NO3(aq) + NH4OH [Co(NH3)5Cl]Cl-(aq) + NO3+(aq) Observao: Quando cessou a efervescncia, neutralizou-se a soluo com hidrxido de amnio concentrado verificando a neutralizao com papel indicador universal. O pH ficou em torno de 7. Foi adicionado 1,2 mL de hidrxido de amnio concentrado em excesso. Aqueceuse a soluo por 20 minutos, mas no deixou-se entrar em ebulio. Com o aquecimento ocorreu a substituio de um ligante cloro da esfera de coordenao por uma amina formando um complexo catinico com cinco ligantes Amin e um cloro.

3 reao: [Co(NH3)5Cl]Cl-(aq) + NO3+(aq) + HCl(aq) [Co(NH3)5Cl]Cl2 + HNO3 Aps o resfriamento, adicionou-se mais 16 mL de cido clordrico concentrado. Notou-se que a soluo passou de transparente para azul escuro. Reaqueceu-se a soluo por mais 25 minutos. Notou-se que a soluo ficava cada vez mais escura indicando a formao do cloreto de pentaaminclocobalto (III) atravs da substituio do radical nitrato ligado ao complexo catinico por dois ons cloreto. Resfriou-se a soluo a temperatura ambiente. Filtrou-se a soluo a vcuo. Notaram-se no funil de placa porosa alguns cristais roxos (figura 01). Lavaram-se esses cristais com alguns mL de gua destilada gelada e depois com 10 mL de lcool etlico. Aps os cristais secos sobre o papel de filtro, mediu-se a massa de produto obtida para o caulo do rendimento. Clculo do rendimento: Foi obtida uma massa de 0,81 g de cloreto de pentaaminclorocobalto (III). Para saber o rendimento percentual que foi obtido na prtica, precisam-se analisar os dados que as frmulas e a equao proporcionam e compar-los com o resultado experimental. Dados:

Massa Molar [Co(NH3)4CO3]NO3: 249,02 g Massa Molar [Co(NH3)5Cl]Cl2: 250,55 g A equao geral mostra que ao reagir 1 mol de [Co(NH3)4CO3]NO3 (249,02 g), forma-se 1 mol de [Co(NH3)5Cl]Cl2 (250,55 g). Assim, tem-se que: 249,02 g de [Co(NH3)4CO3]NO3 1,0 g de [Co(NH3)4CO3]NO3 x = 1,006 g de [Co(NH3)5Cl]Cl2 Para um rendimento terico deveria se formar 1,006 g de [Co(NH3)5Cl]Cl2. Como o rendimento terico de 100%, calcula-se o rendimento experimental obtido em laboratrio. Para isso, dividi-se a massa do rendimento experimental pela massa do rendimento terico e multiplica-se o resultado por 100%: Rend. =, ,

250,55 g de [Co(NH3)5Cl]Cl2 x

. 100%

Rend. = 80,52%

SNTESE E PURIFICAO DO CLORETO DE HEXAAMINCOBALTO (III)

Pesou-se 5 g de NH4Cl e dissolveu-se em 10 mL de gua contida em um bquer de 50 mL. Aqueceu-se lentamente a soluo at a ebulio e adicionou-se 7,5 g de cloreto de hexaaquocobalto (III). Efetuando os clculos necessrios, tem-se que: Dados: Massa Molar [Co(H2O)6]Cl2: 237,93 g Massa Molar NH4Cl: 53,5 g Para o NH4Cl: 53,5 g de NH4Cl 5,0 g de NH4Cl x = 0,09 mol 1 mol x

Para o [Co(H2O)6]Cl2: 237,93g de [Co(H2O)6]Cl2 7,5 g de [Co(H2O)6]Cl2 x = 0,03 mol 1 mol x

Assim, tem-se que para a reao de NH4Cl com [Co(H2O)6]Cl2 ocorre a proporo de 0.03:0.09, ou seja, 1:3. Obtendo-se a seguinte reao de acordo com o procedimento: [Co(H2O)6]Cl2(aq) + 3 NH4Cl(aq) [Co(NH3)3(H2O)3]Cl2(aq) + 3 HCl(aq) Transferiu-se a soluo ainda quente para um erlenmeyer de 125 mL. Colocou-se 0,5 g de carvo ativado no erlenmeyer e resfriou-se a soluo com gua corrente at a temperatura ambiente. Adicionou-se 20 mL de NH4OH concentrado, pois para potencializar a formao do complexo com ligantes Amin necessrio que haja excesso amonaco pelo fato da amnia ser muito voltil. Em seguida, resfriou-se a soluo em banho de gelo. Efetuando os clculos necessrios, tem-se que: A densidade do NH4OH de 0,9101 g/mL, assim: 0,9101 g de NH4OH x x = 18,202 g 1 mL 20 mL

O peso molecular do NH4OH 35.0455 g/mol, logo: 35.0455 g de NH4OH 18,202 g de NH4OH x = 0,52 mol 1 mol x

Assim, tem-se que para a reao de NH4OH com [Co(NH3)3(H2O)3]Cl2 ocorre a proporo de 0.03:0.52, ou seja, 1:18. Obtendo-se a seguinte reao de acordo com o procedimento: [Co(NH3)3(H2O)3]Cl2(aq) + 3 HCl(aq) + 18 NH4OH(aq) [Co(NH3)6]Cl2(aq) + 3 NH4Cl(aq) + 12 NH3(aq) Acrescentou-se 15 mL de soluo de perxido de hidrognio a 20 %, lentamente, em fraes de 1 mL para oxidar o cobalto de 2+ para 3+. Notou-se a liberao de gs hidrognio. A mistura contida no erlenmeyer foi aquecida em banho-maria at cessar o desprendimento de gases. Transferiu-se o erlenmeyer para um banho de gelo com sal at que o erlenmeyer atingisse 0C. Aps a formao dos cristais, filtrou-se o precipitado a vcuo. A densidade do H2O2 1,476 g/mL, logo a densidade de H2O2 a 20% de 0,3 g/mL, assim: 0,3 g de H2O2 x x = 4,5 g 1 mL 15 mL

O peso molecular do H2O2 34,0138 g/mol, logo: 34.0138 g de H2O2 4,5 g de H2O2 x = 0,15 mol 1 mol x

Assim, tem-se que para a reao de H2O2 com [Co(NH3)6]Cl2 ocorre a proporo de 0.03:0.15, ou seja, 1:0.5. Obtendo-se a seguinte reao de acordo com o procedimento: [Co(NH3)6]Cl2(aq) + 3 NH4Cl(aq) + 0,5 H2O2(aq) [Co(NH3)6]Cl3(aq) + 2 NH4Cl(aq) + NH3(aq) + H2(g) Para a purificao do complexo, transferiu-se a mistura slida para um bquer contendo 60 mL de gua e 3 mL de HCl concentrado e a soluo foi aquecida at a ebulio. Ao filtrar a soluo a quente em papel de filtro (pr-aquecido com gua quente) notou-se que a soluo apresentava a cor caracterstica do hexaamincobalto (III), vermelho, indicando a remoo do carvo da soluo. Assim, adicionou-se 10 mL de HCl concentrado ao filtrado e resfriou-se a soluo em banho de gelo, com agitao continua. Filtrou-se o precipitado a vcuo. Os cristais contidos no funil foram lavados inicialmente com 10 mL de soluo de lcool etlico a 60 % e depois com 10 mL de lcool etlico a 96 %. Colocaram-se os cristais em um ambiente seco e arejado para secarem por um perodo de uma semana para que se fizesse a determinao de cloreto no complexo sintetizado. Clculo do rendimento terico: Dados: Massa Molar [Co(H2O)6]Cl2: 237,93 g Massa Molar [Co(NH3)6]Cl3: 267,58 g A equaes descritas acima mostram que ao reagir 1 mol de [Co(H2O)6]Cl2, forma-se 1 mol de [Co(NH3)6]Cl3, sendo assim, tem-se que: 237,93 g de [Co(H2O)6]Cl2 7,5 g de [Co(H2O)6]Cl2 x = 8,44 g de [Co(NH3)6]Cl3 Para um rendimento terico deve se formar 8,44 g de [Co(NH3)6]Cl3. 267,58 g de [Co(NH3)6]Cl3 x

CONCLUSOSNTESE 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 incio, necessrio trocar os ligantes da rede cristalina do complexo. Assim, as reaes para a sntese do cloreto de pentaaminclorocobalto (III) foram bem sucedidas tornando possvel a observao do procedimento em suas diferentes etapas, possibilitando as anlises necessrias e aplanando os conhecimentos a cerca das tcnicas e teorias utilizadas, atingindo o objetivo da aula prtica.

Obteve-se no experimento 0,81g das 1,006 g do rendimento terico. Assim, de acordo com o desenvolvimento dos raciocnios, o rendimento da reao foi de 80,52%, resultado que pode ter sido provocado pela perda parcial do produto ao ser filtrado na filtrao a vcuo, pois parte do produto passou pelo papel de filtro e ficou retido no frasco Kitasato. SNTESE E PURIFICAO DO CLORETO DE HEXAAMINCOBALTO (III) De acordo com a prtica realizada, notou-se que se pode preparar um complexo a partir de outro complexo. A incio, necessrio trocar os ligantes da rede cristalina do complexo, neste experimento trocou-se os ligantes aquo por ligantes amin. Assim, as reaes para a sntese e purificao do cloreto de hexamincobalto (III) foram bem sucedidas tornando possvel a observao do procedimento em suas diferentes etapas, possibilitando as anlises necessrias e aplanando os conhecimentos a cerca das tcnicas e teorias utilizadas, atingindo o objetivo da aula prtica.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS[1] Disponvel em: . ACESSO: 27/04/10 s 20:30 hs. [2] Lee, J. D.; Qumica Inorgnica no to Concisa, 5 ed., Edgard Blcher: So Paulo, 1999. [3] Cotton, F. A.; Wilkinson, G.; Advanced Inorganic Chemistry, 5th ed., John Wiley & Sons: New York, 1988. [4] Disponvel em: . ACESSO: 26/04/10 s 20:30 hs.