A Cinética do Azul de Metileno

Química Inorgânica Experimental, Danilo Miranda, Experimento 1

 

Ligação Química em Complexos	[pic 1]
Danilo Matheus Miranda Figueiredo Departamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil
Data do vídeo: 10/06/2021; Data de entrega do relatório: 09/07/2021

 

Palavras chaves: complexo, orbitais, ligantes, coordenação, cobre, cobalto

Abstract

In a qualitative analysis, several definitions about the chemical complexes and their ligands will be approached mainly analyzing the color change between the complexes with the ligand changes.

Copper and cobalt complexes are studied and put under different ligands, heating and cooling so that the results presented are analyzed through chemical reactions and theoretical foundations

Introdução  

O termo complexo significa, basicamente, um átomo metálico central ou íon rodeado por uma série de ligantes. Ele é uma combinação de um ácido de Lewis (átomo metálico central) com um número de bases de Lewis (os ligantes). Um ligante, por sua vez, é um íon ou molécula que pode ter uma existência independente. Um composto de coordenação é um complexo neutro ou composto iônico onde pelo menos um dos íons é um complexo. Veremos mais a frente como a série de cores de muitos compostos de coordenação refletem suas estruturas eletrônicas em termos de orbitais.

Os ligantes estão diretamente ligados ao átomo ou íon metálico central em um complexo de esfera interna. O número de ligantes na esfera de coordenação é chamado exatamente de número de coordenação do complexo.

Os complexos também podem ser lábeis ou inertes. Um complexo lábil é uma espécie química transitória onde a molécula pode assumir uma conformação de energia mais alta por certo tempo antes de retornar a um estado de energia mais baixo. Neste caso, as ligações metal-ligante são rapidamente desfeitas e refeitas. Já os complexos inertes tem reações lentas o suficiente para serem estudadas.

Os ligantes podem ser classificados também quanto ao número de átomos doadores que possuem. Basicamente, o ligante ter um átomo doador é ser monodentado, o ligante que tem dois átomos doadores que podem ligar-se ao mesmo tempo à espécie central é denominado bidentado e assim sucessivamente.

Compostos de coordenação com ligantes bidentados ou polidentados (três ou mais doadores) apresentam uma estabilidade maior que compostos do mesmo metal coordenado a um ligante monodentado através de um mesmo átomo doador do ligante bidentado. Isso se deve ao efeito quelato que é a formação de um anel que estabiliza mais o complexo.

Na busca em explicar de uma maneira mais clara o comportamento dos complexos, a Teoria do Campo Cristalino (TCC) considera os ligantes como cargas pontuais negativas que interagem com os orbitais atômicos provocando perturbações na energia dos orbitais d. Basicamente, haverão orbitais que irão interagir mais com certos ligantes do que com outros quebrando a degenerescência dos orbitais d.

No complexo octaédrico, há o desdobramento de orbitais em dois níveis de energia: o nível de maior energia desestabiliza em relação ao íon metálico. Esta diferença de energia entre os orbitais eg e t2g é exatamente o desdobramento de campo cristalino podendo ser representado pelo parâmetro Dq. A geometria do complexo e a natureza do ligante são alguns dos fatores que afetam o desdobramento do campo cristalino.

[pic 2]

Figura 1. Íon metálico coordenado com ligantes orientados em geometria octaédrica

Sabemos que sempre prevalecerá a situação de menor energia e quando a energia de desdobramento do campo cristalino é menor que a energia de emparelhamento do elétron, temos uma situação de campo fraco ou spin alto. Se a energia de emparelhamento é maior, temos uma situação de campo forte ou spin baixo.

[pic 3]

Figura 2. Representação para campo fraco (spin alto) e campo forte (spin baixo) em um sistema d5, respectivamente.

Vamos observar nesta prática alguns parâmetros importantes para o estudo dos complexos onde o estudo será feito de forma qualitativa. Cálculos sobre o desdobramento do campo cristalino e efeitos dos ligantes também serão melhor abordados em breve.

Metodologia

Classificação de ligantes segundo a força do seu campo

Uma grama aproximadamente de Cu(NO3)2 em um tubo de ensaio é aquecido.

[pic 4] 

Figura 3. Aquecimento do Nitrato de Cobre com o auxílio de uma vela.

Uma mudança de cor é observada. Após esfriar, algumas gotas de água destilada são adicionadas.

Em 4 tubos de ensaio, 2 mL de Cu(NO3)2 0,15 mol.L-1. No primeiro tubo de ensaio, 1 mL de etilenodiamina é adicionado. No segundo, 1 mL de amônia concentrada. No terceiro tubo, 0,1 g de Na2H2EDTA e no quarto tubo, adição de HCl.

É possível observar a cor dos quatro tubos de ensaio diferentes e classificar essa coloração com o auxílio do disco de Newton. Pode-se calcular também o 10Dq aproximado utilizando as regiões obtidas.

[pic 5]

Figura 4. Resultados nos complexos de Cu (II) nos 4 tubos de ensaio.

[pic 6]

Figura 5. Aquecimento do Nitrato de Cobre. É possível observar a saída do gás NO2 e um vapor esbranquiçado (O2)

Observação da mudança de coordenação e da geometria de um complexo de Co2+

Na primeira parte que chamaremos de Teste A, 2 mL de uma solução de cloreto de cobalto 0,2 mol.L-1 são adicionados em um tubo de ensaio e HCl é adicionado em seguida gota a gota. A solução torna-se azul. Após isso, adiciona-se água destilada. Em um segundo tubo nas mesmas condições, a coloração é alterada.