SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DO [Co(NH3)4(CO3)]NO3

7/25/2019 SNTESE E CARACTERIZAO DO [Co(NH3)4(CO3)]NO3

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Universidade Federal de Uberlndia

Qumica Industrial- Qumica Inorgnica Experimental 3

Professor Gustavo Von Poelhsitz

Diego Godina PradoIury Oliveira CamposDiego Alves Peixoto

SNTESE E CARACTERIZAO

DO [Co(NH3)4(CO3)](NO3)

Uberlndia-MG08/Maio/2015


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1. Introduo

Os complexos ou compostos de coordenao so caracterizados pelas suas cores vivas.

Essas cores dependem de alguns fatores tais como o nmero de ligantes ligados ao tomocentral, da natureza desses ligantes e da geometria do complexo formado.

Os ons de metais do bloco d formam complexos facilmente, com a formao do

complexo sendo acompanhada por uma mudana de cor e, s vezes, uma mudana na

intensidade da cor. Essas cores so aspectos caractersticos de espcies com configuraes

eletrnicas do estado fundamental diferentes de d0 e d10. Por exemplo, o [Cr(OH2)6]2+

possui uma cor azul-celeste enquanto o [Mn(OH)2]2+possui uma cor rosa muito plida.

O complexo [Co(NH3)4(CO3)]+que o complexo sintetizado que ser descrito neste

relatrio possui cor prpura.

O on metlico central deste complexo o Co3+,compostos simples de Co(+III) so

compostos oxidantes e relativamente instveis, j os complexos formando pelo Co(+III) so

estveis e muito numerosos, sendo estes complexos de fcil obteno.

A maioria dos complexos de Co(+III) so octadricos, o metal possui configurao d 6

e a maioria dos ligantes e forte suficiente para provocar o emparelhamento dos eltrons,

levando a uma configurao eletrnica (t2g)6(eg)0, que uma configurao que leva a uma

energia de estabilizao do campo cristalino muito grande, os complexos desse tipo so

diamagnticos sendo a nica exceo o [CoF6]3+a nica exceo que um complexo de alto

spin. Complexos com ligantes doadores de N (amnia e aminas) so os mais comumente

encontrado para este on.

Esses complexos podem ser preparados pela oxidao de uma soluo de Co 2+, com ar

ou H2O2, na presena dos ligantes apropriados, tambm possvel substituir os ligantes de um

complexo j formado, sendo que essa troca ocorre lentamente, pois os complexos so muito

estveis.

2. Objetivo

Sintetizar o composto nitrato de carbonato tetraamin cobalto(III),

[Co(NH3)4(CO3)](NO3), verificar experimentalmente algumas de suas propriedades e

caracteriz-lo por espectroscopia de UV-vis.


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3. Procedimento Experimental

3.1. Materiais e Reagentes

- Carbonato de amnio, (NH4)2CO3;

- ter etlico;

- gua destilada;

- Soluo diluda de cido sulfrico, H2SO4;

- Hidrxido de amnio, NH4OH;

- Carbonato de sdio, Na2CO3;

- Nitrato de cobalto(II) hexaidratado, Co(NO3)2.6H2O;

- Nitrato de brio, Ba(NO3)2;

- gua oxigenada a 30 %, H2O2;

- Soluo de hidrxido de sdio, NaOH;

-Bqueres de 250 e 300 mL;

- Filtro de placa sintetizada;

- Balo volumtrico de 10 mL;

- Banho-maria

- Banho de gelo;

- Cpsula de porcelana;

- Tubos de ensaio;

- Funil de Bchner;

- Papel indicador ;

- Bico de Bunsen;

- Bomba de vcuo.

3.2. Metodologia

Sntese do [Co(NH3)4(CO3)](NO3)

Em um Bquer de 300 mL dissolveu-se 6,62 g de (NH4)2CO3 em 20 mL de gua

destilada, em seguida adicionou-se 20 mL de NH4OH concentrado. Em outro Bquer de 300

mL preparou-se uma soluo de 5,0194g de Co(NO3)2.6H2O dissolvido em 10 mL de guadestilada. Posteriormente adicionou-se, lentamente e sob constante agitao, a soluo de

carbonato de amnio na soluo de Co(NO3)2, em seguida adicionou-se lentamente 2,6 mL de

H2O230%.

Transferiu-se a soluo para uma cpsula de porcelana e em banho-maria adicionou-se

em pequenas pores 1,65 g de (NH4)2CO3, aps esta adio deixou-se a soluo evaporar

cerca de 1/3 de seu volume, em seguida filtrou-se a soluo em um Bquer de 250 mL e

deixou-se o filtrado resfriar a temperatura ambiente. Aps resfriar a temperatura ambiente

adicionou-se a soluo em um banho de gelo por alguns minutos para a formao do


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precipitado [Co(NH3)4(CO3)](NO3). Por fim filtrou-se a vcuo o composto utilizando um funil

de placa sintetizada, secou-se o filtrado na estufa e aps seco pesou-se o slido para calcular o

rendimento.

Propriedades do [Co(NH3)4(CO)3]

Para verificar as propriedades do composto formado adicionou-se uma poro do

complexo em um tubo de ensaio que continha H2SO4diludo e em outro tubo adicionou-se

Na2CO3 em H2SO4 diludo. Posteriormente diluiu-se uma poro do nitrato de carbonato

tetraamin cobalto(III) com gua destilada em outro tubo de ensaio e adicionou-se Ba(NO3)2,

repetiu-se esta etapa utilizando Na2CO3no lugar do complexo. Em seguida adicionou-se em

um tubo de ensaio uma soluo do composto diludo em gua destilada e acrescentou-seNaOH, loa aps aqueceu-se o tubo de ensaio no bico de Bunsen at ocorrer precipitao e

com um papel indicado molhado verificou-se o pH do vapor liberado da soluo.

Por fim pesou-se em um bquer de 50 mL 0,0125 g de [Co(NH3)4(CO3)](NO3),

adicionou-se um pouco de gua destilada, o suficiente para dissolver o composto, verteu-se

ssa soluo para um balo volumtrico de 10 mL e completou-se o volume do balo com gua

destilada. Em outro bquer pesou-se 0,0293 g de Co(NO3)2.6H2O acrescentou-se gua para

dissolver os slido, transferiu-se a soluo para outro balo volumtrico de 10 mL e

completou-se o volume com gua destilada. Feita essas solues realizou-se analise delas por

espectroscopia de UV-vis.

4. Resultados Discusso

Sntese do [Co(NH3)4(CO3)](NO3)

A sntese do nitrato de carbonatotetraamincobalto (III), [Co(NH3)4(CO3)]NO3 foirealizada a partir nitrato de cobalto (II) hexaidratado, Co(NO3)2.6H2O, diludo em gua

destilada e adicionando em seguida uma soluo de carbonato de amnio, (NH4)2CO3, e

hidrxido de amnio concentrado, NH4OH, juntamente com gua oxigenada 30%. O

composto Co(NO3)2.6H2O um slido vermelho carmin e quando dissolvido em gua forma

o on [Co(OH)6]2+de acordo com a equao nmero1.

Co(NO3)2.6H2O(s) [Co(H2O)6]

2+(aq) + 2NO3

-(aq) (1)


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O on complexo [Co(H2O)6]2+ possui uma geometria octadrica de acordo com a

Figura 1.

Figura 1: Estrutura do on [Co(OH)6]2+

.

Quando se adicionou a mistura de hidrxido de amnio e carbonato de amnio a

soluo de nitrato de cobalto (II) hexaidratado, houve a formao do composto

[Co(NH3)4(CO3)]. Na formao desse composto, o on carbonato e as molculas de amnia se

coordenam ao cobalto (II), substituindo as molculas de gua do on hexaidratado.

Aps a formao do composto [Co(NH3)4(CO3)], foi adicionada gua oxigenada 30%.

A gua oxigenada um forte oxidante. A sua adio tem como funo a oxidao do cobalto

no estado de oxidao (II+) para o cobalto no estado de oxidao (III+), formando o on

[Co(NH3)4(CO3)]+. Esse on responsvel pela colorao roxa adquirida pela soluo.

Logo aps a adio de gua oxigenada, a soluo foi colocada em uma cpsula de

porcelana e aquecida em banho-maria com a finalidade de evaporar a gua e saturar a soluo.

Durante o aquecimento foram adicionadas pequenas pores de carbonato de amnio a

soluo, evitando assim que algum outro ligante presente na soluo substitua um dos ligantes

j coordenados ao metal, formando um complexo diferente.

Aps o aquecimento a soluo contendo o on complexo foi filtrada a quente, sob

vcuo e resfriada em banho de gelo por uma hora, com a finalidade de aumentar a

precipitao do complexo. Durante o resfriamento, o on NO3- se liga ao on [Co(NH3)CO3]

+

formando o complexo [Co(NH3)4(CO3)](NO3). A formao do complexo

[Co(NH3)4(CO3)](NO3) descrita nas equaes 2, 3 e 4.

[Co(H2O)6]2+

(aq)+ 4NH3(aq)+ CO32-

(aq) [Co(NH3)4(CO3)](aq)+ 6H2O(aq) (2)

[Co(NH3)4(CO3)](aq)+ H2O2(aq)[ Co(NH3)(CO3)]+

(aq)+ H2O(l)+ 1/2O2(g) (3)

[ Co(NH3)4(CO3)]+

(aq)+ NO3-(aq)[ Co(NH3)4(CO3)]NO3(s) (4)


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O complexo [Co(NH3)4(CO3)](NO3) possui uma geometria octadrica de acordo com

a Figura 2.

Figura 2: Estrutura do complexo [Co(NH3)4(CO3)](NO3)

Analisando a Figura 2 vemos que o on carbonato um ligante bidentado. Como ele

um ligante bidentado, sua coordenao ao tomo central gera uma maior estabilidade

complexo devido ao Efeito Quelato. Esse fato explica porque no se obtm o on

[Co(NH3)5(CO3)]+ nesta sntese. Por causa do Efeito Quelato, a constante de formao do

complexo com o carbonato maior do que a constante de formao do complexo com a

amnia, o que explica porque uma quinta amnia no coordenada. Se esta fosse coordenada

haveria uma desestabilizao do complexo e para aumentar a estabilidade do mesmo, um dos

trs oxignios do carbonato se coordenaria com o metal, retirando a amnia coordenada.

Aps a secagem, a massa do produto obtido foi pesada, obtendo 1,58 gramas de

[Co(NH3)4(CO3)](NO3), e com isso foi calculado o rendimento obtido neste experimento. O

calculo de rendimento foi feito com base na estequiometria de 1mol de Co(NO3)2.6H2O

(291,04 g.mol-1) para 4 mol de NH3(17,00 g/mol, 28 % e densidade de 0,894 g.mL-1) para 1

mol de (NH4)2CO3 (96,09 g.mol-1). Para calcular o rendimento, inicialmente foi determinado

o reagente em excesso e o reagente limitante.

Clculo da concentrao de NH3: Volume utilizado de NH3: 20 mL.

1mL de NH3 28% --- 0,894 g de NH3

20 mL de NH328% --- x x = 17,88 g de NH3

Em 100 g de soluo de NH4OH --- 28 g de NH3

Em 17,88 g de soluo de NH4OH---y y = 5,00 g de NH3

1 mol de NH3 --- 17,00 g de NH3z --- 5,00 g de NH3 z = 2,9410

-1 mols de NH4OH


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=2,94

,2= 14,7 mol.L-1de NH4OH

Clculo do nmero de mols utilizados de (NH4)2CO3: Massa de (NH4)2CO3 utilizada

8,27 g.

1mol de (NH4)2CO3--- 96,09 g de (NH4)2CO3

x--- 8,27 g de (NH4)2CO3 x = 8,6110-2mols de (NH4)2CO3

Clculo do nmero de mols utilizados de Co(NO3)2.6H2O: Massa de Co(NO3)2.6H2O

utilizada 5,0194 g .

291,04 g de Co(NO3)2.6H2O --- 1mol de Co(NO3)2.6H2O

5,0194 g de Co(NO3)2.6H2O ---x x = 1,7210-2mols de Co(NO3)2.6H2O

Calculo do nmero de mols de obtido [Co(NH3)4(CO3)](NO3): Massa obtida de

[Co(NH3)4(CO3)](NO3) 1,58 g, massa molar de [Co(NH3)4(CO3)](NO3) 248,954 g.mol-1.

248,954 g de [Co(NH3)4(CO3)](NO3) --- 1mol de [Co(NH3)4(CO3)](NO3)

1,58 g de [Co(NH3)4(CO3)](NO3) --- x x = 6,3310-3 mols de

[Co(NH3)4(CO3)](NO3)

De acordo com a estequiometria da reao temos que a proporo de Co(NO3)2.6H2O

para NH3 e para o (NH4)2CO3 de 1:4 1:1 respectivamente. A quantidade em mols utilizada

de reagentes mostra que foi utilizado um excesso de NH3, com isso temos que o reagente

limitante o Co(NO3)2.6H2O. Assim pode-se calcular o rendimento da reao visto que 1mol

de Co(NO3)2.6H2O gera 1mol de Co(NH3)4(CO3)](NO3), portanto o rendimento esperado

de 1,7210-2mols de [Co(NH3)4(CO3)](NO3). Contudo esse rendimento no foi obtido devido

a alguns erros tcnicos que levaram a perda de rendimento durante a sntese.

Esses erros so provenientes da filtrao, pois seria adequado utilizar filtro muito fino

para evitar a perda de massa do slido formado. Outros tipos de erros so provenientes da

perda de matria durante a transferncia de substncias de um recipiente para outro e da

calibrao dos instrumentos de medidas utilizados para quantificar a massa e o volume dos

reagentes e utilizados e dos produtos obtidos na sntese. Diante disso, foi calculado o

rendimento real obtido na sntese do complexo.


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Clculo do rendimento real: Foram utilizados 1,7210-2mols de Co(NO3)2.6H2O e foi

obtido 6,3310-3mols de [Co(NH3)4(CO3)](NO3).

(%) =

6,33

,72 100= 36,80 %

O rendimento de 36,80 % satisfatrio visto que o rendimento mximo para essa

reao em torno de 40%. Esse rendimento pode ser melhorado se os erros causados durante

o processo de sntese do complexo forem corrigidos.

Propriedades do [Co(NH3)4(CO)3]

Foi adicionado uma ponta de esptula do complexo em um tubo de ensaio contendo

soluo diluda de cido sulfrico, posteriormente o experimento foi repetido trocando o

complexo por carbonato de sdio, nos dois experimento houve desprendimento de gs que no

caso seria CO2, uma vez que CO32- em meio cido libera esse gs, comprovando assim a

presena desse on no complexo, porm ao adicionar carbonato de sdio no cido observou

se um desprendimento maior de gs, o que pode ser explicado pela forte ligao existente

entre o metal e o ligante no complexo, mostrando assim que o CO32-coordenado diretamente

ao metal tornando mais difcil sua retirada. Segue reao de formao do CO2.

2H+(aq)+ CO32-

(aq)H2CO3(aq)CO2(g)+ H2O(l) (5)

Posteriormente uma soluo do complexo em uma soluo de cloreto de brio, e em

outro tubo de ensaio foi utilizado carbonato de sdio no lugar do complexo, com o carbonato

de sdio foi verificado a formao de um precipitado instantaneamente, isso comprova o que

j havia se verificado no ensaio anterior que o on CO32-est coordenado ao metal por isso na

reao do complexo com o cloreto de brio no ocorre formao de precipitado, que no caso

serio o BaCO3. Segue reao de formao do BaCO3.

Ba2+(aq)+ CO32-

(aq)BaCO3(s) (6)

Depois foi adicionado hidrxido de sdio em uma soluo do complexo e a mistura foi

levada a aquecimento e foi medido o pH do vapor liberado pelo aquecimento, ao aquecer

ocorreu a formao de um precipitado que poderia ser Na2CO3e o pH verificado foi entre 9 e

10, o que indica que foi liberado amnia no vapor, comprovando que possui molculas de

amnia coordenadas ao metal no complexo sintetizado.


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As solues de Co(NO3)2.6H2O 1,01*10-2 mol.L-1 e [Co(NH3)4CO3]NO3 5,02*10

-3

mol.L-1 foram analisadas por espectroscopia de UV-vis para verificar suas absorbncias no

intervalo de comprimento de onda entre 300 e 800 nm. Os espectros obtidos so apresentados

nas figuras a seguir.

Figura 3: Espectro de absoro molecular do Co(NO3)2.6H2O 1,01*10-2mol.L-1.

Figura 4: Espectro de absoro molecular do [Co(NH3)4CO3]NO35,02*10-3mol.L-1.

Analisando-se os espectro da Figura 3 observa-se que o Co(NO3)2.6H2O apresenta

uma absorbncia no UV/visvel entre 440 e 540 nm, ou seja, o nitrato de cobalto(II)

hexaidratado absorve esse intervalo de do espectro visvel e a soma dos comprimentos de

ondas, do espectro visvel, que o composto no absorve resultam na cor levemente alaranjada

0

0,02

0,040,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

300 400 500 600 700 800

A

bsorbncia

Comprimento de Onda (nm)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

300 400 500 600 700 800

Absorbncia

Comprimeto de Onda (nm)


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da soluo. A absorbncia mxima do Co(NO3)2.6H2O de acordo com o espectro de 0,057, a

partir desse valor possvel calcular o coeficiente de absortividade molar do composto, visto

que este uma constante caracterstica de cada soluo, logo, aplicando-se a Lei de Beer, A=

.C.l (onde A a absorbncia, C a concentrao da soluo, l o caminho tico cubeta,

1cm, e o coeficiente de absortividade molar), temos que o do Co(NO3)2.6H2O 5,66.

A partir do espectro de absoro do [Co(NH3)4CO3]NO35,02*10-3, Figura 4, nota-se

que o composto absorve dois intervalos de comprimento de onda, de 330 a 390 nm e de 460 a

570 nm, sendo que apenas o segundo intervalo de ,que a soluo do composto absorve, se

encontra no espectro visvel. Como citado anteriormente a cor, avermelhada, da soluo de

[Co(NH3)4CO3]NO3 5,02*10

-3

se da pela soma dos comprimentos de ondas, do espectrovisvel, que o composto no absorve. A absorbncia mxima do no espectro visvel de 0,44,

novamente aplicando a lei de Beer, sendo que o caminh tico 1 cm, temos que o do

[Co(NH3)4CO3]NO35,02*10-3 87,65. Comparando-se os espectros dos compostos observa-

se que os intervalos de no UV/visvel que as solues absorver so muito prximos, essa

proximidade pelo fato de que as duas solues so compostos de Co.

5. Concluso

A sntese do complexo [Co(NH3)4CO3]NO3foi bem executada visto que o rendimento

obtido se aproxima do rendimento esperado e pelos mtodos utilizados para verificar as

propriedades do composto foi possvel observar as caractersticas do [Co(NH3)4CO3]NO3.

6. Bibliografia

HOUSECROFT, C.E.; SHARPE, A.G. Inorganic Chemistry, 3a ed., Prentice Hall, 2008.

SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Qumica inorgnica, 4a Ed., Bookman, 2008.

SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DO [Co(NH3)4(CO3)]NO3

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