UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS UNIFAL – MG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS BACHARELADO EM QUÍMICA
Elementos do Bloco D: Propriedades, reatividades e formação de complexos
Kamilla Teles Pereira Mayra Fagundes Costa Natália Caroline Catani
Alfenas – MG 2011
1.Introdução Os metais de transição são metais típicos, duros, com alto ponto de fusão e bons condutores de calor e eletricidade. Esses elementos formam compostos com propriedades geralmente encontradas nos compostos dos elementos representativos: por exemplo, cores variadas, paramagnetismo e tamanho anômalo dos íons. Esses metais possuem uma forte tendência a formarem compostos de coordenação, o que contrasta com os elementos dos blocos s e p, que formam apenas alguns complexos. O motivo pelo qual os elemento de transição tem essa tendência é o fato de formarem íons pequenos de carga elevada contendo orbitais d vazios de baixa energia capazes de receber pares isolados doados por outros grupos. O composto de coordenação é um composto formado entre um ácido e uma base de Lewis. Grupos capazes de doar pares de elétrons é denominado ligantes e os metais, receptores chamados átomo central. O ligante pode ser uma molécula neutra ou íons tais como CN -, Cl-.. Os grupos ligados ao metal se orientam no espaço com uma estrutura geométrica específica, conforme seu número de coordenação, que é o número de pares de elétrons recebidos dos átomos doadores dos ligantes que o metal se encontra diretamente ligado. As propriedades dos elementos de transição são utilizadas em várias aplicações, como por exemplo, ressonânica magnética; na luminescência, usados nos tubos catódicos dos televisores em cores; catalisadores heterogênios, usados nos escapamentos dos carros; etc. E seus compostos de coordenação são amplamente utilizados na área da saúde, no tratamento de doenças como a cegueira, hipertensão (inibindo os íons Ca2+) e até em tratamento de câncer.
2. Objetivo Determinar propriedades, reatividade e formação de complexos.
3. Materiais e reagentes Tubo de ensaio
Pipeta de Pasteur Pinça de Madeira Banho-Maria Estufa Suporte universal Funil Papel filtro Álcool Fe(NH4)(SO4)2
FeSO4 NH4OH
Cu [Ni(H2O)6]Cl2 NaOH H2O2
ZnCl CdCl2 HgCl (NH4)2S KSCN AgNO3 Zn HCl HNO3
C2H4(NH2)2
Co Água de Bromo Ni Cloreto de hexaaquoferro (III) Hexacianoferrato (III) de potássio
4. Procedimento Preparação de pigmento com propriedades magnéticas
Colocou-se 2mL da solução de Fe(NH4)(SO4)2 e 2mL de solução de FeSO 4 em um tubo de ensaio;
Depois de bem misturado, foi adicionado rapidamente 10mL de uma solução de amônia; Aqueceu-se bem o tubo de ensaio em banho-maria (80-9 0ºC) durante 5 minutos; Aproximou-se um imã pela lateral do tubo de ensaio e foi observado o comport amento das partículas; Decantou-se o precipitado com ajuda do imã e o sobrenadante foi descartado apropriadamente; Adicionou-se cerca de 5mL de água ao precipitado e foi agitado, filtrando-o logo em seguida; Depois de terminada a filtração o resíduo foi lavado com cerca de 10mL de álcool e levado para a estufa a 110ºC; Após seco, retirou-se o papel filtro contendo o resíduo e aproximou o imã por baixo do papel, movimentando-o e observando o comportamento das partículas;
Comportamento dos metais Procedimento 1
Misturou-se em um tubo de ensaio (limpo e desengordurado) 1mL de solução de nitrato de prata com 1 mL de solução de hidróxido de sódio; Dissolveu-se o precipitado em 2 mL de solução de hidróxido de amônio; Foi adicionado 2 mL de solução de glicose aos tubos de ensaios e depois foram levados a banhomaria a 60ºC;
Procedimento 2 Em três tubos de ensaios foi adicionado uma pequena quantidade de zinco metálico;
Adicionou-se sobre o zinco metálico, água, ácido clorídrico e hidróxido de sódio; Observou-se as mudanças;
Procedimento 3
Em quatro tubos de ensaio foi adicionado cerca de 1 mL de soluções concentradas e diluídas de ácido nítrico e ácido clorídrico; Adicionou-se pequenos pedaços de cobre a cada tubo de ensaio; Observou-se as mudanças;
Formação de compostos de coordenação
Foi colocado em três tubos de ensaio cerca de 5 mL de solução aquosa de cloreto de hexaaquoníquel(II) (0,2 mol/L); Adicionou-se 5 mL, 10 mL e 15 mL de solução de etilenodiamina (0,2 mol/L) ao primeiro, segundo e terceiro tubo respectivamente; Observou-se as diferenças; Foi dividido em duas partes cada uma das soluções formadas, sendo uma dessas partes descartadas, e a outra foi adicionado gota a gota ácido clorídrico concentrado até que a coloração original fosse restabelecida. Os resultados foram comparados;
Estabilidade de estados de oxidação
Procedimento 1 Foi colocado em um tubo de ensaio cerca de 2 mL de solução aquosa de um sal de cobalto(II);
Adicionou-se lentamente hidróxido de sódio (2 mL) até a formação de um precipitado; Em seguida, foi adicionado um excesso de base e aquecido sob agitação; Decantou-se o precipitado e dividiu-o em duas amostras em tubos de ensaio limpos; Adicionou-se a um água oxigenada 3% e a outro água de b romo;
Procedimento 2
Foi colocado em um tubo de ensaio cerca de 2 mL de solução aquosa de um sal de níquel(II); Adicionou-se lentamente hidróxido de sódio (2 mL) até a formação de um precipitado; Em seguida, foi adicionado um excesso de base e aquecido sob agitação; Decantou-se o precipitado e dividiu-o em duas amostras em tubos de ensaio limpos; Adicionou-se a um água oxigenada 3% e a outro água de bromo; Comparou-se as observações do procedimento 1 e 2;
Propriedades do grupo Procedimento 1
Adicionou-se separadamente em três tubos de ensaio limpos 2 mL de soluções aquosas de cloreto de zinco, cloreto de cádmio e cloreto de mercúrio (0,1 mol/L); Adicionou-se lentamente hidróxido de sódio (2 mol/L); Observou-se o ocorrido; Adicionou-se excesso de álcali e observou-se o ocorrido;
Procedimento 2
Adicionou-se separadamente em três tubos de ensaio limpos 2 mL de soluções aquosas de cloreto de zinco, cloreto de cádmio e cloreto de mercúrio (0,1 mol/L); Adicionou-se lentamente hidróxido de amônio (2 mol/L); Observou-se o ocorrid o; Adicionou-se excesso de álcali e observou-se o ocorrido; Comparou-se os procedimentos 1 e 2;
Estabilidade cinética em reações de substituição
Adicionou-se a dois tubos de ensaios limpo 2 mL de solução de cloreto de hexaaquoferro(III) (0,1 mol/L); Adicionou-se separadamente a 2 mL de solução de sulfeto de amônio (0,1 mol/L) e 2 mL da solução de tiocianato de potássio (0,1 mol/L)/ Em dois tubos de ensaios limpos adicionou-se 2 mL de solução de hexacianoferrato(III) de potássio (0,1 mol/L); Foi repetida a etapa 2;
4. Resultados e discussões Procedimento 1: Preparação de pigmento com propriedades magnéticas. Ao misturar a solução de Fe(NH4)(SO4)2 com a solução FeSO4 e NH3 , formou-se uma mistura heterogênea com um sólido preto. Ao complexo formado, aproximou-se um imã, onde foi observado que as partículas eram atraídas, devido a propriedade paramagnética dos metais de transição. Essa propriedade paramagnética se dá devido os níveis eletrônicos dos metais do bloco d serem parcialmente preenchidos, e portanto desemparelhados.
Fe(NH4)2(SO4)2(sol) + FeSO4 (sol) → [Fe(NH4)2(SO4)3(s) ]
Procedimento 2: Comportamento dos metais Parte 1: Ao adicionar a solução de nitrato de prata ao hidróxido de sódio e houve a formação de um precipitado em um tom esverdeado, próximo de marrom, devido a formação do óxido de prata. 2 AgNO3(aq) + 2NaOH(aq) → Ag2O(s)+ H2O(l) + 2 NaNO3(aq) Após a dissolução do óxido de prata em NH4OH há a formação do íon complexo [Ag(NH 3)2]+ que após misturado com glicose e aquecido formou um espelho de prata. O espelho de prata é formado pela redução do íon Ag+, que se deposita nas paredes do tubo. Isso ocorre, pois ao adicionar NH 4OH há uma diminuição no potencial de redução de eletrodo padrão do íon(*) (*) Ag +(aq) + e- → Ag(s) E0 = + 0,799 V Ag(NH3)2+(aq) + e- → Ag(s) + 2NH3(aq) E0 = + 0,373 a Abaixo seguem as reações ocorridas: Ag2O + 4NH4OH+ H2O 2[Ag(NH3)2]+ + 2NH4OH 2[Ag(NH3)2]+ + CH2OH(CHOH)4CHO + 2NH4OH 2 Ag(s) + CH2OH(CHOH)4COO- + 4NH3 + 2H2O2
Parte 2. Adicionou-se em três tubos de ensaio pequenas quantidades de zinco e a cada tubo foi adicionado respectivamente HCl, NaOH e H2O. Ao colocar o zinco metálico no ácido clorídrico, observou-se que o metal foi oxidado, liberando um gás. Isso ocorreu porque o potencial de redução do íon Cl - presente no ácido clorídrico é maior que o potencial de redução do Zn. Portanto o Cl - tende a reduzir, enquanto que o metal é oxidado liberando H2, como é representado na reação a seguir: Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
No segundo tubo de ensaio, adicionou-se uma solução de hidróxido de sódio. Foi observada a formação de um precipitado gelatinoso branco que sumiu rapidamente, deixando a solução incolor. A reação ocorrida foi a formação do Zn(OH)2, que é insolúvel, mas a adição da base em excesso dissolveu o precipitado formando o íon zincato, Zn(OH)42-, que é incolor. 2 Zn + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2Na+ Zn(OH)2 + 2 OH- → Zn(OH)42-
Ao adicionar água, não se observou nenhuma reação, o que demonstra a baixa reatividade do
zinco, isso se deve ao fato energia de ionização (E.I) ser muito elevada ( 906 Kj/mol). Esse aumento da E.I. mediante os elementos dos grupos I e II acontece devido ao menor tamanho dos átomos desse grupo e da fraca blindagem propiciada pelos 10e- que preenchem os orbitais d.
Parte 3. Após colocar o cobre nas soluções concentradas de ácido nítrico concentrado e ácido nítrico diluído observou-se diferentes situações. O ácido nítrico concentrado reagiu e oxidou o metal liberando um gás amarelo e tornando a solução verde. 3Cu(s) + 8HNO3(concentrado) 3Cu(NO3)2(aq)+ 2NO(g) + H2O(l) Ao colocar no ácido clorídrico concentrado, o metal também foi oxidado e houve a liberação do gás hidrogênio. Cu(s) + 2HCl(concentrado) CuCl2 (aq) + 2H2(g) Porém ao colocar no ácido nítrico e clorídrico diluído não se observou reação nenhuma, mesmo após aquecimento. Isso ocorre porque o Cu é um metal que possui um alto potencial de redução e tende a permanecer no estado metálico, com isso sua oxidação só é possível em ácidos concentrados.
Procedimento 3: Formação de compostos de coordenação. Ao adicionar o cloreto de hexaaquaníquel ao etilenodiamino a solução passou de verde para azul e depois ficou roxa, devido a formação do complexo trietilenoniquelato (II). [Ni(H2O)6]+ +3 C2H8N2(aq) [Ni(en)3]2+ Ao adicionar o ácido clorídrico a solução voltou a se azul até retornar o cor original. Isso ocorreu, pois o
Procedimento 4: Estabilidade de estados de oxidação Parte 1 Ao misturar o cloreto de cobalto (II) ao hidróxido de sódio, observou-se a formação de um precipitado azul que ao excesso de base seguido por aquecimento mudou sua coloração para rosa. CoCl2 + 2NaOH Co(OH)2(s) + 2NaCl Parte do precipitado passa para a solução, então o hidróxido de cobalto(II) é lentamente oxidado a hidróxido de cobalto(III) devido a exposição ao ar, esse último álcali possui coloração marrom escuro. Ao adicionar o agente oxidante, peróxido de hidrogênio, a reação ocorreu mais rapidamente. Houve liberação de calor durante a reação, indicando uma reação exotérmica. 2Co(OH)2(s) + H2O2(aq)
2Co(OH)3(s)
Ao adicionar a água de bromo ao hidróxido de cobalto(II) observou-se que a solução mudou sua coloração para preta Co(OH)2 + 2HBr → CoBr2 + 2H20
Parte 2 Ao reagir o sal de níquel(II) com o hidróxido de sódio, houve a formação de um precipitado verde de hidróxido de níquei(II) NiCl2 + NaOH Ni(OH)2 + 2NaCl Quando foi adicionado o peróxido de hidrogênio ao precipitado, não foi observado nenhuma evidencia experimental, diferente do cobalto, pois o precipitado não é oxidado por exposição ao ar ou por adição de peróxido de hidrogênio. A solução de peróxido de hidrogênio não oxida o hidróxido de níquel(II) mas o precipitado catalisa a decomposição do peróxido para oxigênio e água. A evidência disso foi um leve borbulhamento na solução, depois de alguns minutos. 2H2O2(aq) + Ni(OH)2(s)(CATALISADOR) 2H2O(l) + O2(g) Ao reagir o hidróxido de níquel com a água de bromo, obtivemos um precipitado de coloração preta, conforme a reação a seguir Ni(OH)2(aq) + H3O+(aq) + Br2(aq) NiBr2(s) + H2O(l)
Procedimento 5: Propriedades do grupo Parte 1 Após adicionar às soluções de cloreto de zinco a solução de hidróxido de sódio, observou-se a formação de um precipitado branco de hidróxido de zinco. ZnCl2 + 2NaOH 2NaCl + Zn(OH)2(s) E ao excesso de reagente solubilizou, formando o ânion tetrahidroxozincato (II) Zn(OH)2 + 2NaOH(excesso) [Zn(OH)4]2-(aq)
A solução de cloreto de cádmio que foi adicionado NaOH, observou-se precipitado branco e em excesso de reagente permaneceu insolúvel e de mesma cor. CdCl2 + NaOH Cd(OH)2(s) A solução de cloreto de mercúrio formou-se um precipitado amarelo, devido a formação do óxido. O precipitado é insolúvel em excesso de reagente e continua amarelo HgCl2 + NaOH HgO(s) + H2O
Parte 2 Ao misturar cloreto de zinco a solução de cloreto de amônio, houve a formação de um precipitado branco.
ZnCl2 + NH4OH Zn(OH)2(s) + NH4Cl Em excesso de hidróxido de amônio, o precipitado solubilizou formando o íon tetraminzincato (II). Essa não precipitação do hidróxido de zinco na presença de cloreto de amônio acontece porque diminui a concentração do íon hidroxila para um valor tal que o produto de solubilidade do hidróxido de zinco não é alcançado. Zn(OH)2 + 4NH3 [Zn(NH3)4]2+(aq) + 2OH-(aq) Ao cloreto de cádmio, observou-se também a formação de um precipitado branco de hidróxido de cámio (II). CdCl2 + 2NH4OH Cd(OH)2 + 2NH4Cl Em excesso da base, o precipitado foi dissolvido, formando o íon tetraminocadmiato (II)9 Cd(OH)2(aq) + 4NH3(aq) [Cd(NH3)4]2+ + 2OH-(aq) 2HgCl2 + 4NH4OH
Procedimento 6: A solução de cloreto de hexaaquaferro (III) que foi adicionado tiocianato de potássio, observou –se a formação de uma mistura de uma intensa coloração vermelha, devido a formação de um complexo não dissociado de de tiocianato de ferro (III). [Fe(H2O)6] + 3KSCN Fe(SCN)3 + 6H2O A solução que foi adicionado sulfeto de sódio, observou-se a formação de um precipitado preto, de sulfeto de ferro (II) e enxofre. 2Fe3+ + 3S2- 2FeS(s)
Parte 2; Ao adicionar tiocianato de potássio ao hexacianoferrato (III) de potássio não se observou nenhuma evidência experimental.
Conclusão: Os elementos do bloco d formam compostos de características visuais bastante evidentes, como por exemplo sua coloração, e com a ajuda de um imã, suas propriedades paramagnéticas.
Referencias bibliográficas Vogel, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5ª Ed. Editora Mestre Jou. São Paulo 1981 Lee, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. 5ª Ed. Editora Edgard Blucher. São Paulo. 1999 Jones, C. J. A Química dos Elementos dos Blocos d e f. Editora BookMan . Campinas. 2001. Gilreath, E. S. Qualitative Analysis using semimicro methods. 6ª Ed. Editora McGraw-Hill Book Company, INC. New York
