PRACTICA 2 Síntesis de Cloro-Amín Complejos de Cobalto (III)

Facultad de Química UNAM Laboratorio de Química de Coordinación Profesor: Dr. Baldomero Gómez Reyes Practica: “Síntesis de cloro-amín complejos de cobalto (III)” Alumnos: Ceja García Dayana Lizbeth y Uribe Vega Erik

Fecha: 3 de Marzo de 2016

Introducción Las moléculas o aniones que rodean al ión metálico, se denominan ligandos. Algunos ligandos comunes son agua, amoniaco, los iones oxhidrilo, cianuro y cloruro, entre otros. Cada uno de estos tiene por lo menos un par de electrones no compartidos que utiliza para coordinarse (formar un enlace covalente coordinado) con el ión metálico. El ión metálico central puede actuar como ácido de Lewis, aceptando electrones de los ligandos, los cuales actúan como bases de Lewis. El átomo del ligando que está directamente enlazado con el metal se llama átomo donante y es el que dona el par de electrones libres al ión metálico. El ión metálico y los ligandos covalentemente enlazados a él constituyen laesfera de coordinación del complejo. El número de átomos unidos al ión metálico es el número de coordinación. Los números de coordinación 2, 4 y 6 son comunes. La geometría de un complejo se determina en parte por su número de coordinación el tamaño de los ligandos también afecta la geometría. Se han desarrollado diferentes métodos para preparar compuestos de coordinación, la selección del método depende del sistema, pues no todos son aplicables a la síntesis de un compuesto en particular. La mejor manera para la obtención de un compuestos de coordinación fue partiendo por disolución de NH4Cl enamoniaco y utilizando como reactivo limitante el cloruro cobaltoso hexahidratado añadido en la solución anterior, la cual se oxido con peróxido de hidrogeno y se acidifico con ácido clorhídrico concentrado con calentamiento a temperatura constante logrando una sustitución de ligando, por último se filtró al vacío y se secó el complejo de coordinación obtenido, el cual se caracterizó por el métodode precipitación con nitrato de plata y realizándole medidas de conductividad.

Alfred Werner, recibió el premio Nobel de Química en 1913 por su trabajo pionero que comenzó para resolver el misterio que existía con los compuestos formados entre los iones metálicos del bloque d y especies como H2O, NH3 y los iones haluro. Un problema notable que condujo a la teoría de la coordinación de Werner está relacionado con el hecho de que el CoCl3 forma una serie de complejos con el NH3:    

CoCl3·4 NH3, violeta CoCl3·4 NH3, verde CoCl3· 5 NH3, morado CoCl3· 6 NH3, amarillo

La conclusión crucial que sacó Werner fue que en todos estos compuestos de cobalto (III), el metal estaba íntimamente asociado con seis ligandos (moléculas de NH3 o iones Cl-). Werner se refirió al estado de oxidación del ion metálico como su “valencia primaria” y a lo que ahora llamamos el número de coordinación, como su “valencia secundaria”. De esta manera, los compuestos CoCl3· 6NH3, CoCl3· 5 NH3 y CoCl3·4 NH3, se volvieron a formular como [Co(NH3)6]Cl3, [Co(NH3)5Cl]Cl2 y [Co(NH3)4Cl2]Cl. Este panorama contrastaba mucho con las ideas anteriores como la “teoría de las cadenas” del químico danés Mads Joorgensen. Los estudios de Werner continuaron demostrando que el número de iones de disolución (determinado por medidas de conductividad) era consistente con las formulaciones [Co(NH 3)6]3+[Cl-]3, [Co(NH3)5]2+[Cl-]2 y [Co(NH3)4Cl2]+Cl- . El hecho de que [Co(NH3)4Cl2]Cl existiese como dos isómeros (las formas verde y violeta) fue la clave para el rompecabezas delo forma de complejo [Co(NH3)4Cl2]+. Las disposiciones posibles regulares para seis ligandos son hexagonal plana, octaédrica y prisma trigonal. Hay tres modos de disponer los ligandos de [Co(NH 3)4Cl2]+ en un hexágono:

Dos modos para una disposición octaédrica (lo que ahora denominamos isómeros cis y trans):

Y tres para una disposición prisma trigonal:

El trabajo de Werner se extendió más allá de este sistema y su contribución al trabajo de base para la comprensión de la química de coordinación fue inmensa. [1]

 Resultados Compuesto Agua desionizada KCl2 Cr(NO3)3·9H2O Compuesto II Compuesto I K4[Fe(CN)6]·3H2O C8H5KO4

Conductancia molar (µs) 0 1273 435 271 405 612 138.4

Temperatura (C°) 21.3 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4

Tabla 1. Resultados obtenidos de la conductimetría

No. iones

Conductancia molar (cm-1mol-1Ʊ)

2

118-131

3

235-273

4

408-435

5

~560 Tabla 2. Valores teóricos



Foto 1 : Compuesto II obtenido en el laboratorio [Co(NH3)5Cl]Cl2

 Discusión de Resultados : Uno de los cuestionamientos era el que al realizar la síntesis de los compuestos I y II, es que no sabíamos que formula molecular tendría cada uno, la discusión se encontraba en que probablemente podrían ser alguno de estos: [Co(Cl)4(NH3)2]-1, [Co(Cl)3(NH3)3]0, [Co(Cl)2(NH3)4]1+Cl, [Co(Cl)(NH3)5]2+Cl2. Para resolver el cuestionamiento, se realizó una conductimetría a los compuestos y en base a los resultados obtenidos (tabla 1) y comparándolos con los valores de la tabla 2, podemos saber sus formulas moleculares. Compuesto I (amarillo-anaranjado) está compuesto por cuatro iones pudiendo así, conocer su formula molecular: [Co(NH3)6]Cl3 Compuesto II (purpura-rosa) está compuesto por 3 iones por lo tanto su formula molecular es: [Co(NH3)5Cl]Cl2 Conociendo esto, también podemos decir las reacciones ocurridas:



CLORURO DE CLOROPENTAAMINCOBALTO(III)

El cloruro de pentaamincobalto (III) es posiblemente el complejo de coordinación más viejo que se conoce, ha sido preparado por una gran variedad de métodos, dentro delos que se encuentra el calentamiento de complejos de cobalto (III) previamente formados con ácido clorhídrico concentrado y el tratamiento de estos mismos complejos previos con amoniaco acuoso seguido de uncalentami ento con ácido clorhídrico. En este caso se utilizará una síntesis que se resume en la siguiente reacción



CLORURO DE HEXAAMINCOBALTO(III)

Conclusiones Uno de los complejos no fue sintetizado exitosamente ya que hubo errores presentes durante el proceso, esto puede ser debido a pasos mal realizados o a distintas variables, como temperatura, tiempo (al calentar o enfriar), un reactivo que no debiera haberse adicionado, etc. Por lo que para realizar la prueba de éste compuesto utilizamos uno ya sintetizado con anterioridad. Los nombres indicados hacen alusión al color de la sal y al lado figuran las fórmulas de constitución establecidas por Werner. De esta manera, la

sal luteo es cloruro de heaxamino cobalto (III), la sal púrpura es cloruro de cloro pentamino cobalto (III) y la sal rosa es cloruro de aquopentamino cobalto (III). Por último, es necesario destacar que la mayoría de los agentes formadores de complejos de interés son ligandos que provienen de sales de ácidos débiles, es decir, son bases de Brönsted y por tanto les afecta el valor del pH de la disolución. Este es el caso de los ligandos NH3 (como en nuestro caso. La concentración efectiva de ligando en la disolución, que viene determinada por el pH, afectará a la disolución del complejo. En general, a valores de pH alto la disociación del complejo es menor, pues a esos valores de pH predomina el ligando libre

 Cuestionario: a) ¿Quién se reduce?, ¿tiene qué ver el campo cristalino? Se reduce el Co(II) y el campo cristalino influye en el sentido de que entre mayor sea éste campo cristalino, más fácil será la oxidación. Así como también casi todos los compuestos de Co(II) son de alto espín y los de Co(III) son de bajo espín (carga más alta), es por esto que la oxidación produce más energía de estabilización del campo cristalino mucho mayor. b) ¿Para qué es el carbón activado? Muchas veces, las reacciones deben llevarse a cabo en presencia de catalizadores, y puede suceder que el producto de reacción sea diferente en presencia y en ausencia de catalizador, un ejemplo de lo anterior es la síntesis de [Co(NH3)6]Cl3:

Pero en presencia de carbón activado:

Esto parece deberse a que la oxidación del [Co(NH3)6]2+ ocurre a través de un intermediario, el cual rápidamente reacciona en presencia del catalizador para dar [Co(NH3)6]3+ mientras que en ausencia del carbón la reacción es lenta y el HCl presente interviene en la reacción para dar el primer producto. c) ¿El agua se puede reducir? d) ¿Qué favorece la oxidación de Co?

 Bibliografía: -

Introducción a la química inorgánica. Orgel L. Editorial Reverté. España 1975. Técnica y síntesis en química inorgánica. Angelici, Robert. Editorial Reverté. Barcelona 1988. Capítulo 3. Rayner-Canham, Geoff Química inorgánica descriptiva, 2da. Edición