UNIVERSIDADE FEDERAL RIOGRANDEDONORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DA TERRA
INSTITUTO DE QUÍMICA QUÍMICA
INORGÂNICA EXPERIMENTAL
RELATÓRIO EXPERIMENTO III
ELLEN VITORIA DE SOUSA RIBEIRO
THIAGO DE SOUSA
YASMIN CÂMARA PEGADO
NATAL - RN
2024
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Pesquisar documentos Store
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Pergunte à comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Ranking universidades
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Os eBooks que salvam estudantes!
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Observação da complexação de um mesmo metal de transição com diferentes ligantes, Resumos de Química Inorgânica
Observar a complexação de um mesmo metal de transição com diferentes ligantes, avaliando como essas interações influenciam nas propriedades físico-químicas dos complexos formados, além de estudar reações típicas envolvendo compostos de coordenação.
Tipologia: Resumos
2025
1 / 32
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Observação da complexação de um mesmo metal de transição com diferentes ligantes e outras Resumos em PDF para Química Inorgânica, somente na Docsity!
UNIVERSIDADE FEDERAL RIOGRANDEDONORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DA TERRA
INSTITUTO DE QUÍMICA QUÍMICA
INORGÂNICA EXPERIMENTAL
RELATÓRIO EXPERIMENTO III
ELLEN VITORIA DE SOUSA RIBEIRO
THIAGO DE SOUSA
YASMIN CÂMARA PEGADO
NATAL - RN
1. INTRODUÇÃO
Os compostos de cobalto, com suas vibrantes cores e propriedades químicas versáteis, têm desempenhado um papel significativo em diversas áreas, desde a produção de pigmentos vibrantes até aplicações catalíticas em processos industriais. A química de coordenação dos compostos de cobalto oferece um fascinante estudo de caso sobre a influência dos ligantes na estabilidade e propriedades de complexos metálicos. O cobalto, um metal de transição com estados de oxidação comuns +2 e +3 , forma uma variedade de complexos com diferentes geometrias e propriedades espectrais, dependendo da natureza dos ligantes coordenados. Assim, a coloração intensa, frequentemente observada em compostos de cobalto, resulta da absorção e emissão de luz em diferentes comprimentos de onda, dependendo do estado de oxidação e da geometria do complexo. O azul cobalto, um pigmento clássico e altamente apreciado por sua estabilidade e cor rica, ilustra perfeitamente essa característica. Ademais, a estabilidade relativa desses estados de oxidação é crucial e é fortemente afetada pela escolha dos ligantes. Por exemplo, enquanto o íon hexaaquacobalto(II), [Co(H ₂ O) ₆ ]² ⁺, é estável em solução aquosa, a presença de ligantes como amônia ( NH ₃) ou etilenodiamina ( en ) facilita a oxidação para o estado de oxidação +3 , resultando em complexos mais estáveis. Isso se deve às diferentes forças de campo ligante e à capacidade dos ligantes influenciarem a densidade eletrônica no íon metálico. Dentro desse contexto, a síntese desses complexos é um processo delicado que necessita de bastante atenção ao preparar, pois está frequentemente envolvendo reações de substituição de ligantes, seguidas de oxidação. Dessa forma, a substituição de moléculas de água, ligantes fracos, por ligantes mais fortes, como a amônia, é uma etapa crucial, influenciada por fatores como temperatura, pH e concentração dos reagentes. A oxidação subsequente do íon Co²⁺ para Co³⁺ geralmente requer um agente oxidante, como oxigênio atmosférico (com um catalisador como carvão ativado) ou peróxido de hidrogênio (H ₂ O ₂ ) , o mais recomendado para o uso seria o H ₂ O ₂ que geralmente proporciona rendimentos mais controlados e produtos mais puros. A escolha do agente oxidante e as condições de reação influenciam a composição e o rendimento do produto final, podendo gerar diferentes complexos com quantidades variadas de amônia e outros ligantes. Detalhes como a concentração de amônia, tempo de reação e temperatura afetam a substituição da água e, consequentemente, a formação do complexo desejado. A possibilidade de isomeria,
1ª Etapa: Síntese do complexo cloreto de pentaminclorocobalto (III);
Para iniciar a 1° etapa do experimento foi dissolvido 0,7 g de cloreto de amônio em 5,0 mL de hidróxido de amônio concentrado ( NH ₄ OH ) em um erlenmayer de 50 mL, e a solução foi mexida vigorosamente com um agitador magnético. Após isso, foi adicionado 1,5 g de cloreto de cobalto (II) hexa – hidratado em pequenas porções e deixado, sob agitação magnética, por 5 minutos cronometrados. Quando os minutos cessaram, adicionou-se 1,0 mL de peróxido de hidrogênio 30%, lentamente, pelas paredes do recipiente, em pequenas porções e após 5 minutos de reação, adicionou-se lentamente 5,0 mL de ácido clorídrico concentrado ( HCl ). Para finalizar a 1° etapa, pesou-se o papel de filtro e resfriou-se a mistura em banho de gelo. Posteriormente o precipitado [Co(NH ₃ ) ₅ Cl]Cl ₂ foi filtrado, lavado com 20 mL de etanol e deixado em dessecador. Passada uma semana da primeira etapa, pesou-se novamente o papel de filtro mais o composto sintetizado para a obtenção da massa total e massa do [Co(NH ₃ ) ₅ Cl]Cl ₂ para determinar o rendimento teórico, real e percentual da reação.
2ª Etapa: Síntese do complexo cloreto de tris(etilenodiamino)cobalto (III);
Para o início da segunda etapa do procedimento, foram colocados 3,5 mL de etilenodiamina, em um erlenmeyer, e depois adicionado 1,0 mL de água destilada. Em seguida, adicionou-se 0,9 mL de HCl 6,0 mol/L na solução. Pesou-se 1,27 g de CoCl ₂ ·6H ₂ O , colocou-se em um béquer pequeno e adicionou-se água destilada gota a gota com agitação, em quantidade mínima, até dissolver todo o sal. A mistura foi feita, colocando a solução do etilenodiamino sobre a solução do metal. Ainda em agitação, adicionou-se 1,0 mL de peróxido de hidrogênio 30%, lentamente, pelas paredes do recipiente, em pequenas porções. Logo em seguida, adicionou-se 0,8 mL de HCl concentrado e 6,0 mL de álcool etílico. Pesou-se o papel de filtro, resfriou-se a mistura em banho de gelo e filtrou-se os cristais obtidos utilizando filtração a vácuo, seguida de pequenas porções de álcool. O papel foi deixado em dessecador e, posteriormente, pesado novamente o papel de filtro mais o composto sintetizado para a obtenção da massa total e massa do [Co(en) ₃ ]Cl ₃ para determinar o rendimento teórico, real e percentual da reação.
3ª Etapa: Preparação do complexo de cloreto de hexaminíquel (II); Para dar início à terceira etapa, foi pesado 1,25 g de NiCl ₂ ·6H ₂ O , colocado em um béquer pequeno e adicionada água destilada gota a gota com agitação, em quantidade mínima, até dissolver todo o sal. Após isso, adicionou-se gradualmente 5,0 mL de solução concentrada de amônia. Neste ponto, a cor da solução mudou para azul. Adicionou-se 2,5 mL de solução amoniacal de NH ₄ Cl e deixou em repouso em banho de gelo. O papel de filtro foi pesado e os cristais obtidos foram filtrados utilizando filtração a vácuo, seguida de pequenas porções de álcool. O papel de filtro foi pesado novamente mais o composto sintetizado para a obtenção da massa total e massa do [Ni(NH ₃ ) ₆ ]Cl ₂ para determinar o rendimento teórico, real e percentual da reação.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
1 ª Etapa: Síntese do complexo cloreto de pentaminclorocobalto (III)
A prática realizada consistiu na primeira etapa da síntese do complexo de coordenação [Co(NH ₃ ) ₅ Cl]Cl ₂, seguindo uma rota clássica que remete diretamente aos experimentos pioneiros de Alfred Werner no final do século XIX. Werner foi o primeiro a propor, com base em experimentos semelhantes a este, que os complexos de metais de transição podiam conter ligantes coordenados de forma definida no espaço tridimensional, o que levou à formulação da teoria moderna dos compostos de coordenação (MIESSLER et al., 2014).
4.1 Observações Experimentais e Interpretações Iniciais
Durante a dissolução do cloreto de amônio ( NH ₄ Cl ) em hidróxido de amônio concentrado ( NH ₄ OH ), observou-se a formação de um meio fortemente alcalino. O papel dessa mistura é aumentar a concentração de íons amônio ( NH ₄⁺) e fornecer excesso de amônia ( NH ₃) em solução, que atuará como ligante para o íon cobalto(II). A presença do NH ₄ OH é essencial para manter o pH alto e garantir a coordenação eficiente da amônia, evitando a precipitação de Co(OH) ₂, comum em meios neutros ou ácidos ( ATKINS; JONES, 2012 ).
A formação do complexo ocorre com substituição progressiva das moléculas de água do íon aquo [Co(H ₂ O) ₆ ]² ⁺ por moléculas de amônia, até alcançar o pentaamino complexo. O ligante cloreto também coordena diretamente ao íon central, e os demais dois íons Cl⁻ permanecem como contra-íons no sal.
O complexo [Co(NH ₃ ) ₅ Cl]² ⁺ apresenta uma geometria octaédrica distorcida , na qual o ligante Cl ⁻ ocupa uma posição axial, e os cinco ligantes NH ₃ ocupam as demais posições em torno do íon central Co³ ⁺. Essa assimetria quebra o alto grau de simetria presente no grupo Oh (do octaedro regular), resultando em uma simetria mais baixa, atribuída ao grupo pontual C ₄ v.
A identificação do grupo pontual permite aplicar a Teoria do Campo Cristalino e a Teoria dos Orbitais Moleculares para prever a hibridização , distribuição eletrônica , e as propriedades espectroscópicas e magnéticas do complexo, esses aspectos serão abordados posteriormente.
Utilizando a tabela de personagens do grupo C ₄ v , é possível decompor os orbitais atômicos do cátion Co³⁺ de acordo com as representações irredutíveis do grupo. Os orbitais do metal que participam da ligação — 3d, 4s e 4p — se combinam com os
orbitais doadores dos ligantes (orbitais não ligantes dos pares de elétrons da amônia e do cloreto) para formar orbitais moleculares ligantes e antiligantes.
A partir disso, nota-se que os orbitais d do Co³⁺ se organizam segundo os seguintes modos de simetria em C ₄ v :
Esse padrão de simetria permite inferir a hibridização d²sp³ , típica de complexos de metais de transição com ligantes fortes, como NH ₃, em um arranjo aproximadamente octaédrico.
A inserção dos orbitais do ligante e suas simetrias compatíveis permite a formação de orbitais moleculares ligantes, que explicam a estabilidade e o comportamento eletrônico do complexo. Em especial, como o Co³⁺ é um íon d⁶ e os ligantes são do tipo forte campo segundo a série espectroquímica ( NH ₃), espera-se um emparelhamento dos elétrons nos orbitais de menor energia (nível t₂g nos termos de campo octaédrico),
excesso de NH ₃ em meio básico poderia manter o complexo solúvel ou formar espécies diferentes.
4.4 Dados Parciais do Produto
Na etapa inicial do procedimento, foram pesados 1,512 g de cloreto de cobalto(II) hexahidratado ( CoCl ₂ ·6H ₂ O ) e 0,704 g de cloreto de amônio ( NH ₄ Cl ), que foram dissolvidos em água destilada para compor a solução de partida da síntese. A amônia foi adicionada em seguida, dando início ao processo de formação do complexo, acompanhado da adição controlada de peróxido de hidrogênio, agente responsável pela oxidação do cobalto.
Durante essa etapa, foi possível observar mudanças graduais de coloração na mistura reacional, indicando o avanço da reação. Ao final da síntese, realizou-se a filtração a vácuo do sólido formado, utilizando papel de filtro previamente seco, com massa de 0,4906 g. O material foi então armazenado em dessecador, com o objetivo de promover a secagem completa antes da pesagem final.
Embora a literatura aponte a obtenção de um sólido com coloração violeta-avermelhado como indicativo da formação do [Co(NH ₃ ) ₅ Cl]Cl ₂, no experimento realizado observou-se uma pequena quantidade formada no final da síntese, indicativo de que ocorreram perdas ao longo do processo de síntese do composto. Esse indicativo ficou mais claro quando pêsames da quantidade real de sólido da amostra do complexo de cobalto(III), que nos deu um valor por volta de ()g e esse fato será discutido em maiores detalhes logo a frente. A determinação da massa do produto seco e o cálculo do rendimento serão conduzidos na próxima etapa, com vistas à avaliação da eficiência da síntese.
A seguir está o cálculo passo-a-passo do rendimento da Etapa 1, usando como reagente limitante o CoCl₂·6H₂O e os dados fornecidos:
1. Dados iniciais
Massa do papel de filtro (tara): 𝑚(𝑝𝑎𝑝𝑒𝑙) = 0,434 g Massa de CoCl ₂ ·6H ₂ O usada:
𝑚(𝐶𝑜𝐶𝑙₂·6𝐻₂𝑂) = 1,50 g
Massa real de [Co(NH ₃ ) ₅ Cl]Cl ₂ isolado (seca): 𝑚𝑟𝑒𝑎𝑙 = 0,220 g
Cálculo do número de mols de reagente limitante A massa molar do hexahidratado de cloreto de cobalto(II) é:
𝑀(𝐶𝑜𝐶𝑙₂·6𝐻₂𝑂) = 58, 93𝐶𝑜 + 2 × 35, 45 (^) 𝐶𝑙 + 6 × (2 × 1, 008 + 16, 00)𝐻₂𝑂 ≈ 237, 93 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑛 = 𝑚𝑀
𝑛(𝐶𝑜𝐶𝑙₂·6𝐻₂𝑂) = 237,93 𝑔/𝑚𝑜𝑙^ 1,50 𝑔 ≈ 6, 30 × 10⁻³ 𝑚𝑜𝑙
Cálculo da massa molar do produto O complexo [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ tem massa molar aproximada: 𝑀 = 58, 93𝐶𝑜 + 5 × (14, 01 + 3 × 1, 008)𝑁𝐻₃ + 3 × 35, 45𝐶𝑙 ≈ 250, 45 𝑔/𝑚𝑜𝑙
Rendimento teórico Pela estequiometria da reação: 1 mol CoCl₂·6H₂O → 1 mol [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂
papel. Isso representa perda direta de produto que não pôde ser contabilizado na
massa final.
Outro ponto crítico foi a adição dos reagentes. A adição de H ₂ O ₂, que deveria ter
sido feita de maneira lenta e fracionada, acabou sendo realizada com menor
controle do que o ideal, o que pode ter provocado decomposição parcial do
oxidante antes que ele reagisse completamente com o Co²⁺. Esse comportamento
compromete a oxidação ao estado +3, fundamental para a formação do complexo
desejado. Também pode ter havido imprecisão nas quantidades de amônia e ácido
clorídrico adicionados , o que altera o pH e a eficiência da coordenação dos
ligantes.
Somando-se a isso, há as perdas naturais do processo, como material que adere às
paredes do béquer, vidrarias e funil durante a manipulação e transferência,
especialmente quando se trabalha com pequenas massas de produto.
b) Considerações teóricas sobre a formação do complexo
O complexo [Co(NH ₃ ) ₅ Cl]² ⁺ apresenta estrutura octaédrica e é formado a partir
da oxidação do íon Co²⁺ (d⁷) para Co³⁺ (d⁶). O estado de oxidação +3 do cobalto
favorece a formação de complexos de baixo spin, que são cineticamente inertes ,
ou seja, a troca de ligantes ocorre lentamente. Isso significa que mesmo que a
reação ocorra em termos termodinâmicos, a sua formação prática pode ser limitada
por fatores como tempo de reação insuficiente , agitação inadequada e
condições de pH não otimizadas.
importante lição prática sobre como pequenos desvios no protocolo podem afetar
drasticamente os resultados.
d) Conclusão parcial da Etapa 1
A síntese permitiu observar as mudanças esperadas de cor, a formação de um
precipitado e a atuação do peróxido como agente oxidante, confirmando os
aspectos qualitativos da reação. No entanto, o rendimento de apenas 13,9%
evidencia que houve falhas operacionais ao longo do processo. A experiência
trouxe à tona aspectos fundamentais do controle experimental em sínteses
inorgânicas, especialmente quando se trabalha com complexos metálicos sensíveis
às condições de meio, tempo e adição de reagentes. Essa discussão contribui para
o entendimento crítico dos fatores que governam a eficiência de reações de
coordenação e destaca a importância do planejamento rigoroso de cada etapa
prática.
2 ª Etapa: Síntese do complexo cloreto de tris(etilenodiamino)cobalto (III)
Segundo a série espectroquímica:
< Cl ⁻ < H ₂ O < NH ₃ < en < … < CN ⁻
A etilenodiamina (en), por ser ligante bidentado e de campo forte, provoca um desdobramento Δo muito maior que a água ou a amônia. Na prática, isso significa:
● Energia de campo cristalino ( Δ ₀) mais elevada → absorção de fótons de maior energia ( ~450–470 nm ) → cor amarela-palha característica de [Co(en) ₃ ]³ ⁺.
● Efeito quelato: cada molécula de en forma dois enlaces Co–N, gerando três anéis de cinco membros no complexo, o que resulta em:
○ Ganho entálpico ( ΔH < 0 ) pelas ligações extras;
○ ΔS > 0 , pois 6 H ₂ O livres substituem-se por 3 en ;
○ ΔG ≪ 0 , tornando a formação termodinamicamente favorecida ( log K ≈ 39 ).
alterações eletrônicas são pequenas, resultando apenas em um leve acastanhamento da cor original.
Essa etapa é compatível com a primeira fase do efeito quelato , em que um ligante mais forte começa a ocupar o lugar de ligantes mais fracos (como a água). Embora a substituição de um ligante não cause uma elevação drástica em Δ ₀, ela já afeta a simetria local e o espectro de absorção da solução.
Passo 2 — Formação de [Co(H ₂ O) ₄ (en) ₂ ]² ⁺
Com a adição contínua de etilenodiamina e a permanência da agitação, observa-se um escurecimento progressivo da solução, tendendo a uma coloração mais arroxeada ou amarelada intensa. Isso corresponde à substituição de mais moléculas de água e à formação de [Co(H ₂ O) ₄ (en) ₂ ]² ⁺, no qual dois ligantes bidentados já ocupam quatro posições da geometria octaédrica.
Esse segundo estágio marca uma transição visível no espectro de absorção , pois o aumento do número de ligações Co–N intensifica o campo cristalino, deslocando a absorção d–d para comprimentos de onda mais curtos. Δ₀ começa a crescer de forma significativa, e, com ele, a cor da solução evolui , acompanhando a modificação do ambiente eletrônico do íon metálico.
Passo 3 — Formação de [Co(en) ₃ ]³ ⁺
Com três moléculas de etilenodiamina coordenadas, forma-se o complexo final [Co(en)₃]³⁺, no qual todas as posições da geometria octaédrica são ocupadas por ligantes bidentados. Esse arranjo confere ao sistema uma elevada simetria (grupo pontual D ₃ ) e uma grande estabilidade, tanto do ponto de vista cinético quanto termodinâmico.
A oxidação do Co²⁺ para Co³⁺ — realizada com peróxido de hidrogênio — intensifica ainda mais o campo ao redor do centro metálico, pois Co³⁺ é menor, mais carregado e mais propenso a formar complexos de baixo spin. Isso resulta em um Δ ₀ elevado , característico de complexos com absorção na região do azul e, portanto, uma coloração oposta: amarelo-palha a violeta, dependendo da pureza do produto isolado.
Essa etapa final representa o clímax da síntese, onde o complexo se torna praticamente inértil à troca de ligantes , como destacado por Miessler et al. (2014). É comum, inclusive, que complexos como esse resistam a ácidos diluídos e permaneçam estáveis em solução por longos períodos.
Equação global;
[Co(H ₂ O) ₆ ]Cl ₂ (aq) + 3en(aq) + H ₂ O ₂ (aq) + HCl(aq) ⟶ [Co(en) ₃ ]Cl ₃ (s) + 7H ₂ O(l) + OH ⁻ (aq)
4.5 Competição Ligante vs. Contra ‑ íon e Formação de Complexos Mistos
Durante a síntese, a presença de Cl⁻ proveniente do HCl concentrado não é meramente um detalhe de acidez do meio, mas um fator competitivo de coordenação. Mesmo com a introdução de etilenodiamina ( en ), um ligante bidentado e de campo forte, o excesso de Cl⁻ pode competir pelos sítios de coordenação no íon Co³⁺, favorecendo a formação de espécies mistas como [Co(en) ₂ Cl ₂ ]Cl.
Essa formação altera diretamente as propriedades espectrais e estruturais do produto final, resultando em colorações mais amareladas ou alaranjadas, como foi observado experimentalmente. A referência de Housecroft & Sharpe (2012) reforça que tais complexos mistos são comuns em sínteses sem controle rigoroso do pH e da sequência de adição dos ligantes.
4.6 Considerações sobre Aquecimento Suave Pós ‑ Oxidação
Estudos sugerem que a realização de um aquecimento moderado (entre 40 e 50 °C) logo após a adição de H ₂ O ₂ favorece o fechamento completo dos anéis de quelato formados pela etilenodiamina, promovendo maior rendimento e pureza do complexo [Co(en) ₃ ]³ ⁺ (MIESSLER et al., 2014).