Escuela de Química Escuela de Química Síntesis del Nitrato de
Síntesis del Nitrato de tetraamincarbonatetraamincarbonatocobalto (III), [Co(NHtocobalto (III), [Co(NH33))44(CO(CO33)]NO)]NO33
Presentado por: Castillo Larry; Saldaña Marjory; Vega Miguel Presentado por: Castillo Larry; Saldaña Marjory; Vega Miguel OBJETIVOS
OBJETIVOS
Aplicar los conocimientos adquiridos en Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso el curso de Química Inorgánica de Química Inorgánica II para II para sintetizar unsintetizar un compuesto de coordinación.
compuesto de coordinación.
Sintetizar a través Sintetizar a través de un de un procedimienprocedimiento sistemáticto sistemático el [Coo el [Co(NH(NH 33))44(CO(CO33)]NO)]NO3.3.
INTRODUCCION INTRODUCCION
Los complejos de Cobalto (III) son de partícula importancia para el desarrollo de la química de la 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 coordinación debido a que sus complejos, cinéticamente inertes, experimentan intercambio de ligandos muy lentamente en comparación con complejos de muchos otros iones metálicos de ligandos muy lentamente en comparación con complejos de muchos otros iones metálicos de transición (Angelici, 1997).
transición (Angelici, 1997). El complejo de
El complejo de tetraamincarbtetraamincarbonatocobalto (III) posee la onatocobalto (III) posee la siguiente estructura octaédricasiguiente estructura octaédrica
Figura 1. Estructura molecular del complejo
Figura 1. Estructura molecular del complejo [Co(NH[Co(NH33))44(CO(CO33)]NO)]NO33
El Co(III) que forma complejos octaédricos con mayor estabilidad muestra una particular afinidad 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
por los donadores que poseen nitrógeno y la mayoría de sus compuestos contienen NH33, aminas,, aminas,
grupos nitro, grupos SCN, así como iones haluro, y moléculas de agua; presentan siempre número grupos nitro, grupos SCN, así como iones haluro, y moléculas de agua; presentan siempre número de coordinación 6 y son
de coordinación 6 y son sintetizados en varios pasos empezando con la oxidación del ión sintetizados en varios pasos empezando con la oxidación del ión Co(II) enCo(II) en solución usando oxígeno molecular, peróxido de hidrógeno y muchos otros oxidantes (Toledo, solución usando oxígeno molecular, peróxido de hidrógeno y muchos otros oxidantes (Toledo, 2008). 2008). MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES Y REACTIVOS Tabla 1. Materiales Tabla 1. Materiales Descripción
Descripción Capacidad Capacidad CantidadCantidad
Matraz
Matraz kitasato kitasato 250mL 250mL 11
Vasos
Vasos químicos químicos 50, 50, 100, 100, 250 250 y y 500mL 500mL 55 Probeta
Probeta 10mL 10mL 11
Plancha
Plancha calentadora calentadora --- --- 11
Embudo
Embudo buchner buchner --- --- 11
Papel
Papel filtros filtros --- --- 11
Bomba
Bomba de de vacío vacío --- --- 11
Soporte
Tabla 2. Toxicidad de reactivos
Reactivo Concentración Toxicidad
NH3 25% 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.
Co(NO3)2∙6H2O ---- 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.
Etanol 95% 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.
H2O2 3% 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.
Co(NH3)4(CO3)]NO3 ---- 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.
RESULTADOS
Tabla 3. Resultados experimentales y observaciones
Procedimiento Observaciones
Soln 1: (NH4)2CO3 + NH325% 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 se disuelve el precipitado
Adición de (NH4)2CO3 Efervecencia, coloración morado-uva oscuro
Fitración y lavado con etanol Filtrado color morado-fucsia
Baño de hielo Formación de precipitado fucsia rojizo
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 9-10ml 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.
Filtración y lavado agua-etanol Formación de cristales morado rosa
Secado al horno Polvo color rosa viejo-lila
Balance estequiometrico
2(NH4)2CO3 + 6NH3 + 2Co(NO3)2∙6 H2O + H2O2 2[Co(NH3)4(CO3)]NO3 + 2NH4NO3 + 8H2O
1. Reactivo Limitante 2,529g (NH4)2CO3 ( mol 96/) = 0,026 mol de (NH4)2CO3 1,5049gCo(NO3)2∙6 H2O ( mol ,/) = 0,00517mol de Co(NO3)2∙6 H2O Moles teóricos 0,026 mol (NH4)2CO3 ( 2mol ()∙ () ) = 0,026 mol Co(NO3)2∙6 H2O 0,00517mol Co(NO3)2∙6 H2O( 2mol () ()∙ ) = 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 ( 2mol [()()] ()∙ ) ( 24,93g [()()]) = 1,28g
%R=
,2g∗ 100 = 18%
Tabla 4. Obtención del [Co(NH3)4(CO3)]NO3y Rendimiento
Peso papel filtro 2,29g
Peso muestra+ papel 2,52g
% de rendimiento 18%
DISCUSION
En este proyecto se realizó la síntesis del [Co(NH3)4(CO3)]NO3a partir de Co(NO3)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(NO3)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 + CO3-2 Co(NH3)4CO3
(Synthesis and characterization of [Co(NH3)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 H2O2, era necesario primeramente basificar el medio
a través de la adición de NH3 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
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 morado-rosa.
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:
1. En el aislamiento final del [Co(NH3)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 H2O2 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.