Escola Secundária Poeta Joaquim Serra
Actividade Laboratorial Nº5 “Síntese do Sulfato de Tetraminocobre(II) Mono-hidratado”
2008/2009
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Os materiais que usamos no nosso dia-a-dia obtêm-se através de diversas transformações. Nestas, que mais não são do que reacções químicas, as propriedades químicas e físicas que não interagir (reagentes) alteram-se, originando novas substâncias (produtos de reacção). Nesta actividade preparar-se-á uma substância, o sulfato de tetraminocobre (II) mono-hidratado, a partir de uma reacção de síntese. Reacções de síntese são aquelas em que duas substâncias reagem entre si, originando uma ou mais novas substâncias. Quando o produto da reacção é obtido artificialmente pelo ser humano, torna o nome de produto sintético ou, simplesmente, sintético. Estas reacções classificam-se em dois tipos: o Síntese total – os reagentes são substâncias elementares. Exemplos: síntese do amoníaco - N2 (g) + 3 H2 (g) --» 2 NH3 (g) o Síntese parcial – pelo menos um dos reagentes é uma substância composta. Exemplos: Síntese do cloreto de amónio – Geralmente, os produtos sintéticos não se obtêm a partir de uma só reacção, mas antes de uma sequência de reacções químicas mais ou menos complexas. A grande maioria dos materiais que utilizamos, tais como têxteis, medicamentos, detergentes, tintas, etc., é sintética. Mas, antes de estes materiais serem produzidos nas fábricas, há todo um trabalho de pesquisa e de análise que passa pelo laboratório e que visa o etsudo do mecanismo que se deve utilizar, de modo a melhorar as condições de produção e a controlar a qualidade dos produtos obtidos. Relativamente a este último ponto e na genralidade, os produtos sintéticos que se obtêm não são puros. Para aumentar a sua pureza há que proceder a diversas operações, onde se incluem dissoluções, secagens e cristalizações. O sal que será sintetizado nesta actividade é um sal complexo (composto de coordenação), uma vez que possui nas sua constituição um ião complexo.
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Este tipo de ião é formado por um elemento central metálico (átomo ou catião, de metais de transição) que encontra-se ligado, por ligação covalente dativa ou coordenada, a outras moléculas ou aniões (ligandos). Estes possuem, pelo menos um para de electrões de valência não partilhados, e portanto, disponíveis, e podem estar ligados ao elemento central por um ou mais dos seus átomos (átomos doadores). O número de coordenação é o número de átomos doadores que rodeiam o elemento central e, consoante o número de átomos doadores, os ligandos podem ser monodentados (possum um átomo doador), bidentados possuem dois átomos doadores) ou polidentados (possuem três ou mias átomos doadores).
Exemplo: [Ag (NH3)2] Cl
cloreto de diaminoprata
Cl-
Ião cloreto Ião diaminoprata
[Ag (NH3)2]+
Elemento central: Ag+ Ligando: NH3 (monodentado) Nº de coordenação: 2 Para além de ser um sal complexo, o sal a sintetizar é hidratado. Esta designação é atribuía aos sais que, durante a fase de cristalização, incorporam moléculas de água na sua estrutura (águas de hidratação ou águas de cristalização). Na fórmula química, as águas de hidratação são indicadas através de um ponto seguido do número de moléculas de água, como por exemplo, CaCl2.2H2O (cloreto de cálcio di-hidratado). Esta fórmula significa qye para uma mole de CaCl2 existem duas moles de água de hidrataçaõ. O cálculo de massa molar deve ter em conta esta constituição particular. A remoção das águas de hidratação, por secagem, transforma os sais hidratados em sais anidros.
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Objectivo da actividade: o Realizar
laboratoriamente
a
síntese
do
sulfato
de
tetraaminacobre(II) mono-hidratado. o Traduzir a reacção química da síntese por uma equação química. o Efectuar os cálculos estequiométricos. o Calcular o rendimento da síntese.
Questões Pré-Laboratoriais: 1- Escreva a equação química da reacção de síntes, devidamente acertada. CuSO4.5H2O (s) + 4NH3 (aq)
[Cu(NH3)4]SO4. H2O (s) + 4H2O (l)
2- Classifique o tipo de síntese que vai efectuar, justificando a sua resposta. R.: A síntese que se vai efectuar é parcial, pois ambos os reagentes são substâncias compostas. 3- Indique, pormenorizadamente, os constituintes estruturais do sal que pretende sintetizar. R.: É um ião complexo constituído por um elemento central metálico (Cu) ligado covalentemente a quatro moléculas de amoníaco. Este sal é constituído também por um ião sulfato. O sal é mono-hidratado. 4- Os cristais de sulfato de cobre (II) penta-hidratado devem ser moídos. Justifique este procedimento. R.: É moído para aumentar a área da superfície de contacto com o amoníaco, de modo a tornar mais fácil a dissolução. 5- Os cristais obtidos por síntese são muito finos. Indique o tipo de filtração mais adequado para os separar da fase líquida. R.: O tipo de filtração mais adequado para os separar da fase líquida é a filtração por sucção.
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Escola Secundária Poeta Joaquim Serra 6- O líquido mais adequado para lavar os cristais obtidos será o álcool etílico ou água? Justifique.
R.: O líquido mais adequado será o álcool etílico, pois se o objectivo é retirar a àgua da solução não fará sentido utilizar água e também como o sulfato é dissolúvel em água, podiamos solubilizar o sulfato. 7- Sabe-se
que
os
cristais
obtidos
se
decompõem
facilmente
por
aquecimento e exposição prolongada ao ar. Sugira um processo de secar os cristais sem correr o risco da sua decomposição. R.: Um processo que permita secar os cristais sem que corramos o risco da sua decomposição será o excicador. 8- Determine
a
massa
de
sulfato
de
cobre(II)
penta-hidratado
correpondente a 0,02 mol. Dados: o
M(CuSO4.5H2O) = 249,72 gmol-1
o
n= 0,02 mol
Cálculos: ⁄ (CuSO4.5H2O)
⁄
R.: A massa de sulfato de cobre(II) penta-hidratado correpondente a 0,02 mol é igual a 4,99 gramas.
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Diagrama do trabalho laboratorial efectuado: H2O (l)
NH3 (aq) 24 %
5,0 mL
CuSO4.5H2O (s)
8,0 mL
0,02 mol
[Cu(NH3)4]+2 (aq)
C2H5OH (l) 96% 8,0 mL
[Cu(NH3)4]SO4. H2O (s) + Fase Líquida
Filtração Lavagem Secagem
[Cu(NH3)4]SO4. H2O (s)
Material Utilizado: o Almofariz com pilão o Balança semianalítica o Copo de 100 mL o Equipamento para filtração por sucção o Excicador o Papel de filtro o 2 provetas de 10 mL o Vareta de vidro o Vidro de relógio o Bomba de vácuo 6 2008/2009
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o Kitasato o Rolha furada (vedante) o Funil de Büchner
Questões Pós-laboratoriais: 1. Apresente uma tabela com o registo de medições e observações que efectuou.
Medições MASSAS (g)
m(CuSO4.5H2O) m(papel de filtro) m(papel de filtro +[Cu(NH3)4]SO4. H2O)
4,92 g 0,52 g 4,75 g
V(NH3 a 24%)
8,0 mL
V (H2O) VOLUMES V (C2H5OH a 96%) (mL) V (NH3 a 24%) (lavagem) V (H2O) (lavagem) V (C2H5OH a 96%) (lavagem)
5,0 8,0 8,0 5,0 5,0
mL mL mL mL mL
2. Determine o reagente limitante (se existir) da reacção química que efectuou.
o Determinar o número de moles da substância CuSO4.5H2O: Dados: M (CuSO4.5H2O)= 249,72 gmol-1 m= 4,92 g (CuSO4.5H2O) Cálculos: ⁄ ⁄
(CuSO4.5H2O)
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o Determinar o número de moles necessário de amoníaco para consumir totalmente o sulfato de cobre penta-hidratado exitente: 1 mol (CuSO4.5H2O)-------------- 4 mol (NH3) 0,0197 mol-----------------------(NH3)
o Determinar a quantidade de amoníaco utilizado na reacção: Dados: NH3 24% (m/m) (NH3)= 0,91 gcm-3 V(NH3)= 8,0 mL Cálculos:
(NH3 a 24% (m/m)) Em cada 100 gramas da solução aquosa de amoníaco utilizada, 24 gramas correspondem a amoníaco puro. ( ⁄ )
(
)
(
)
(
)
(
)
Esta massa corresponde à massa de amoníaco puro existente no volume de solução aquosa de amoníaco utilizado (8,0mL).
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Escola Secundária Poeta Joaquim Serra Determinação de número de moles de amoníaco puro utilizado:
o Dados:
M(NH3)= 17,04 gmol-1 m(NH3)= 1,7 g Cálculos: ⁄ (NH3)
⁄
De acordo com os cálculos efectuados, para a realização desta reacção necessitavamos apenas de 7,88x10-2 moles de amoníaco para consumir totalmente o sulfato de cobre penta-hidratado existente. No entanto, o número de moles de amoníaco utilizado é de 0,10 mol, bastante superior ao necessário. Logo, este é o reagente em excesso, enquanto que o sulfato de cobre pentahidratado é o reagente limitante. 3. Determine o rendimento da reacção química de síntese. Dados: M([Cu(NH3)4]SO4. H2O) = 245,8 gmol-1 m(papel de filtro)= 0,52 g m(papel de filtro +[Cu(NH3)4]SO4. H2O)= 4,75 g A massa do sulfato de tetraaminacobre(II) mono-hidratado é obtida da seguinte forma: m(papel de filtro +[Cu(NH3)4]SO4. H2O) – m(papel de filtro) = m([Cu(NH3)4]SO4. H2O) 4,75 g – 0,52 g = 4,23 g ([Cu(NH3)4]SO4. H2O) o
Determinação do número de moles de sulfato de tetraaminacobre(II) monohidratado obtido: ⁄
⁄
([Cu(NH3)4]SO4. H2O)
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Determinação do número de moles de sulfato de tetraaminacobre(II) monohidratado previsto:
1 mol (CuSO4.5H2O)-------------- 1 mol ([Cu(NH3)4]SO4. H2O) 0,0197 mol------------------------
([Cu(NH3)4]SO4. H2O)
o
Calcular o rendimento da reacção:
R.: O rendimento da reacção química de síntese é de 87,3 %. 4. Efectue uma crítica ao valor do rendimento que obteve.
R.: Apesar do valor do rendimento ser bastante bom, existiu alguns factores negativos que não o permitiu alcançar o rendimento de 100%. Como por exemplo, os reagentes da reacção química não reagiram completamente; poderá ter existido resíduos de substância que ficarm nas varetas, gobelés,...; quando se efectuou a lavagem pode se ter perdido substãncia, por arrastamento ou por dissolução.
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Biografia:
Jorge Magalhães _____ Elementos (Química A), Lisboa, Santillana.
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