Proyecto final de Química Inorgánica II | Saldaña Marjory;Vega Miguel Universidad Autónoma de Chiriquí Facultad de Ciencias Naturales y Exactas Escuela de Química Síntesis del Nitrato de tetraamincarbonatocobalto tetraamincarbonatocobalto (III), [Co(NH3)4(CO3)]NO3 Presentado por: Castillo Larry; Saldaña Marjory; Vega Miguel OBJETIVOS
Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de Química Inorgánica II para sintetizar un compuesto de coordinación. Sintetizar a través de un procedimiento procedimiento sistemático sistemático el [Co(NH [Co(NH 3)4(CO3)]NO3.
INTRODUCCION
Los complejos de Cobalto (III) son de partícula importancia para el desarrollo de la química de la coordinación debido a que sus complejos, cinéticamente inertes, experimentan intercambio de ligandos muy lentamente en comparación con complejos de muchos otros iones metálicos de transición (Angelici, 1997). El complejo de tetraamincarbonatocobalto tetraamincarbonatocobalto (III) posee la siguiente estructura octaédrica
Figura 1. Estructura molecular del complejo [Co(NH3)4(CO3)]NO3 El Co(III) que forma complejos octaédricos con mayor estabilidad muestra una particular afinidad por los donadores que poseen nitrógeno y la mayoría de sus compuestos contienen NH 3, aminas, grupos nitro, grupos SCN, así como iones haluro, y moléculas de agua; presentan siempre número de coordinación 6 y son sintetizados en varios pasos empezando con la oxidación del ión Co(II) en solución usando oxígeno molecular, peróxido de hidrógeno y muchos otros oxidantes (Toledo, 2008).
MATERIALES Y REACTIVOS
Descripción
Tabla 1. Materiales Capacidad
Cantidad
Matraz kitasato Vasos químicos Probeta Plancha calentadora Embudo buchner Papel filtros Bomba de vacío Soporte universal y pinsas
250mL 50, 100, 250 y 500mL 10mL -----------
1 5 1 1 1 1 1 1/1
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Reactivo
Tabla 2. Toxicidad de reactivos Concentración Toxicidad
25%
NH3
Co(NO3)2 6H2O ∙
Etanol
----
95%
H2O2
3%
Co(NH3)4(CO3)]NO3
----
Irrita y quema el tracto respiratorio produciendo laringitis, dificultad para respirar, tos y dolor de pecho. En casos graves, produce edema pulmonar y neumonía, inclusive, puede ser fatal. CONTACTO CON OJOS: Los irrita, tanto en forma gaseosa, como en disolución, provocando dolor, conjuntivitis, lagrimeo e incluso erosión de la córnea, lo que puede generar pérdida de la vista, pues penetra rápidamente en este. INGESTIÓN: Por ser cáustico, tiene un efecto destructivo de los tejidos, produciendo náusea, vómito y quemaduras en la boca, esófago, estómago e intestino delgado. La sustancia se descompone al calentarla intensamente, produciendo gases tóxicos como óxidos de nitrógeno. Reacciona con sustancias combustibles, originando peligro de incendio. El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel. La exposición a inhalación prolongada o repetida puede originar asma. La sustancia puede afectar al corazón. INHALACIÓN: Los efectos no son serios siempre que se use de manera razonable. Una inhalación prolongada de concentraciones altas (mayores de 5000 ppm) produce irritación de ojos y tracto respiratorio superior, náuseas, vómito, dolor de cabeza, excitación o depresión, adormecimiento y otros efectos narcóticos, coma o incluso, la muerte. CONTACTO CON OJOS: Se presenta irritación solo en concentraciones mayores a 5000 a 10000 ppm. CONTACTO CON LA PIEL: El líquido puede afectar la piel, produciendo dermatitis caracterizada por resequedad y agrietamiento. INHALACIÓN: Sustancia corrosiva. Puede provocar tos, vértigo, dolor de cabeza, dificultad respiratoria, náuseas, jadeo y dolor de garganta. (Síntomas no inmediatos) INGESTIÓN Puede causar dolor abdominal, náuseas, dolor de garganta, vómitos y distensión abdominal. CONTACTO CON LA PIEL Sustancia corrosiva. Puede producir enrojecimiento, quemaduras cutáneas y dolor. INHALACION: Irrita y quema el tracto respiratorio produciendo laringitis, dificultad para respirar, tos y dolor de pecho. En casos graves, produce edema pulmonar y neumonía, inclusive, puede ser fatal. CONTACTO CON OJOS: Los irrita, tanto en forma gaseosa, como en disolución, provocando dolor, conjuntivitis, lagrimeo e incluso erosión de la córnea, lo que puede generar pérdida de la vista, pues penetra rápidamente en este.
Proyecto final de Química Inorgánica II | Saldaña Marjory;Vega Miguel ESQUEMA EXPERIMENTAL
Se disolvió 2,009g de (NH4)2CO3 en 6ml de H2O destilada y se adicionó 6ml de NH3 25%
Posteriormente se adicionó una disolución de 1,504g de Co(NO3)2∙6H2O en 3ml de H2O
Después se adiionó gota a gota 1ml de H2O2 al 3%.
Concentrar la disolución sin dejar que ebulla, hasta alcanzar un volumen de aproximadamente 910ml
Durante el tiempo de evaporación, se agregó 0,520g de (NH4)2CO3 en pequeñas porciones.
Filtramos al vacío y en caliente. Posteriormente, se enfrío el filtrado en un baño de hielo hasta que se observaó la aparición de cristales rojos.
RESULTADOS Tabla 3. Resultados experimentales y observaciones Procedimiento Observaciones Soln 1: (NH4)2CO3 + NH3 25% Solución transparente Soln 2: Solución 1 + Co(NO3)2 6H2O Precipitado morado voluminoso Soln 3: solución 2 + H2O Cambio de coloración a morado negrusco ∙
La soln de Co(III) + calor Adición de (NH4)2CO3 Fitración y lavado con etanol
Baño de hielo
se disuelve el precipitado Efervecencia, coloración morado-uva oscuro Filtrado color morado-fucsia
Formación de precipitado fucsia rojizo
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Formación de cristales morado rosa
Filtración y lavado agua-etanol
Polvo color rosa viejo-lila
Secado al horno
Balance estequiometrico 2(NH4)2CO3 + 6NH3 + 2Co(NO3)2 6 H2O + H2O2 2[Co(NH3)4(CO3)]NO3 + 2NH4NO3 + 8H2O ∙
1. Reactivo Limitante
mol
2,529g (NH4)2CO3 (96/) = 0,026 mol de (NH4)2CO3 mol
1,5049g Co(NO3)2 6 H2O ( ,/) = 0,00517mol de Co(NO3)2 6 H2O ∙
∙
Moles teóricos
2mol ()∙
0,026 mol (NH4)2CO3 (
()
) = 0,026 mol Co(NO3)2 6 H2O ∙
2mol ()
0,00517mol Co(NO3)2 6 H2O ( ()∙ ) = 0,00517 mol (NH4)2CO3 ∙
Reactivo Limitante: Co(NO3)2 6 H2O Reactivo en Exceso: (NH4)2CO3 ∙
2. Gramos teóricos
0,00517mol Co(NO3)2 6 H2O ∙
[Co(NH3)4(CO3)]NO3
2mol [()()]
(
()∙
24,93g
) ( [()()] ) = 1,28g
Proyecto final de Química Inorgánica II | Saldaña Marjory;Vega Miguel 3. Porcentaje de Rendimiento ,23g
%R=,2g ∗ 100 = 18% Tabla 4. Obtención del [Co(NH3)4(CO3)]NO3 y Rendimiento
Peso papel filtro Peso muestra+ papel % de rendimiento
2,29g 2,52g 18%
DISCUSION
En este proyecto se realizó la síntesis del [Co(NH 3)4(CO3)]NO3 a partir de Co(NO 3)2, el cual tiende a absorber vapor de agua atmosférico, tras su exposición a la humedad atmosférica, el nitrato de cobalto tendrá la fórmula Co(NO 3)2∙6H2O. El Co(II) es más lábil a la sustitución de ligandos que el Co(III), cinéticamente inerte, por lo que para sintetizar el complejo coordinado Co(III) estable se realiza una sustitución de los ligandos acuo del [Co(H2O)6](NO3)2 por los ligando amino. Co+2+ 4 NH 3 + CO 3-2 C o(NH 3)4CO3 (Synthesis and characterization of [Co(NH 3)4CO3]NO3, 2010). Posteriormente, el intermediario tetraamincarbonatocobalto (II) es oxidado “in situ” por adición de H2O2 para formar [Co(NH 3)4CO3]+ lo que se observó como un cambio de coloración de morado a morado-negro. Para poder oxidar el Co(II) con H 2O2, era necesario primeramente basificar el medio a través de la adición de NH 3 para formar el complejo con el ligando amino, ya que el H 2O2 no es capaz de oxidar el complejo acuoso de Co(II) de forma espontánea, para poderlo oxidar se debe disminuir su potencial formando otro complejo de menor potencial. El ligando amino estabiliza en gran parte al Co(III) rebajando su potencial redox (Preparation Of Cobalt Complexes, s.f.). Una vez oxidado el cobalto, realizamos un proceso de recristalización donde se calentó la muestra con el fin de lograr la disolución total de la solución saturada por un exceso de carbonato de amonio, ya que en un sistema con exceso de soluto, un cambio de temperatura puede causar un cambio en el equilibrio global del sistema. En la mayoría de los casos, la solubilidad aumenta con un aumento de la temperatura, por lo que el exceso de soluto se disuelve en la solución. Además, se calentó esta solución para que la reacción se verifique, ya que a pesar de ser una reacción termodinámicamente favorable, es cinéticamente lenta. Lo que quiere decir que la energía de activación es alta, por lo cual se aumenta la temperatura de la solución (Méndez, 2010). El exceso de carbonato de amonio permite la reacción completa con el nitrato de cobalto lo que desplaza el equilibrio favorable a la formación del complejo de tetraamincobalto (III). Una vez disuelta la muestra y concentrada se filtró caliente al vacío. Una vez filtrado el líquido contendrá el compuesto deseado y en el papel filtro quedaran impurezas presente en la mezcla principal. El filtrado obtenido se coloca en un baño de hielo. Debido a que la solución está literalmente sobresaturada se propiciara la formación de los cristales puesto que una disminución de la temperatura puede causar que el soluto precipite, ya que la solubilidad disminuye (Méndez, 2010). Los cristales obtenidos, se filtran nuevamente al vacío y se lavan inicialmente con agua y luego con etanol, esta técnica se denomina “método de cambio de solvente ”, el cual consiste en adicionar lentamente acuosa del complejo, un solvente miscible con el agua, pero en el cual el complejo sea
Proyecto final de Química Inorgánica II | Saldaña Marjory;Vega Miguel insoluble, el cambio de polaridad propicia la formación de más cristales, y la eliminación de las impurezas las cuales quedaran en la matriz (Johnson, 1980). Finalmente, se llevó a secar la muestra al horno a 65ºC obteniendo unos cristales color moradorosa. Posteriormente se calculó su rendimiento, el cual fue de 18%. Es bajo rendimiento lo adjudicamos principalmente a la pérdida de muestra cuando se filtró en caliente al vacío, donde parte de los cristales quedaron adheridos a las paredes del kitasato debido a la disminución de la temperatura. De igual modo, podemos asumir que otra posible causa fue el hecho de que al momento de calentar la muestra ebulló. El complejo obtenido tendrá un estructura octaédrica, donde el Co(III) muestra una particular afinidad por los donadores que poseen nitrógeno, en este caso posee 4 grupos NH 3. Por otra parte, el anión carbonato se coordina al ion metálico como un ligando bidentado.
Figura 2. Estructura del Nitrato de tetraaminocarbonatocobalto (III) CONCLUSION
Podemos concluir que para poder que se dé una oxidación del complejo Co(II) a Co(III) se tuvo
que disminuir su potencial formando otro complejo de menor potencial. Concluimos que el amoniaco tiene una función importante en el proceso de oxidación con peróxido de hidrógeno, ya que al ser añadido, este sustituye el grupo acuo para formar el compuesto tetramin coordinado que estabiliza en Co +3 rebajando el potencial. Corroboramos que es necesario aplicar calor para favorecer la cinética de la reacción, debido a la alta energía de activación del Co(III), pero sin exceder una temperatura de 68ºC para evitar su descomposición. LITERATURA CITADA
Angelici, R. (1997). Técnica y síntesis en química inorgánica. España: editorial Reverté Johnson, R. Química de los compuestos de coordinación . España: Editorial Reverté. 1980. Synthesis and characterization of [Co(NH 3)4CO3]NO3 (2010) Recuperado el 25 de junio de 2014 de: http://www.unf.edu/~michael.lufaso/chem3610L/inorganic_lab_exp_2.pdf Preparation Of Cobalt Complexes (s.f.). Recuperado el Resuperado el 14 de mayo de 2014 de: http://www2.uncp.edu/home/mcclurem/courses/chm226/Cobalt_Complexes.pdf Toledo, N. (2008). Caracterización de nitrato de carbonato aminocobalto (iii) y cloruro de cloropentaminocobalto (iii). Recuperado el 25 de junio de 2014 de: http://es.scribd.com/doc/136588089/Sintesis-1-Pre-Informe
Proyecto final de Química Inorgánica II | Saldaña Marjory;Vega Miguel CUESTIONARIO
1. En el aislamiento final del [Co(NH 3)4(CO3)]NO3, ¿Por qué se lavan los cristales con etanol después de haberlos lavado primero con agua? Esta técnica se denomina “método de cambio de solvente ”, el cual consiste en adicionar lentamente acuosa del complejo, un solvente miscible con el agua, pero en el cual el complejo sea insoluble, el cambio de polaridad propicia la formación de más cristales, y la eliminación de las impurezas las cuales quedaran en la matriz 2. ¿Es posible oxidar el Co(II) acuoso con peróxido de hidrógeno? Para poder oxidar el Co(II) con peróxido de hidrógeno basificamos el medio con amoniaco para formar el complejo hexaamin que estabiliza el Co(III) rebajando el potencial redox. El peróxido de hidrógeno no es capaz de oxidar el complejo acuoso de Co(II) de forma espontánea, para poderlo oxidar hemos de disminuir su potencial formando otro complejo de menor potencial. 3. ¿Para qué se usa el H2O2? Como agente Oxidante del Co (II) a Co (III). Sin embargo, el H 2O2 no es capaz de oxidar el complejo acuoso de Co(II) de forma espontánea, para poderlo oxidar se debe disminuir su potencial formando otro complejo de menor potencial.
