QUI 0321 - Compostos de Coordenação na Quimica Analitica

QUI 0321 - Compostos de Coordenação na Quimica Analitica

(Parte 1 de 2)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUIMICA INORGANICA

Edilberto Geraldo de Medeiros

Aplicação dos Compostos de Coordenação na Química Analítica Quantitativa e Qualitativa

Natal/RN

Maio - 2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUIMICA INORGANICA

Aplicação dos Compostos de Coordenação na Química Analítica Quantitativa e Qualitativa

Edilberto Geraldo de Medeiros

Relatório apresentado ao curo de Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito da disciplina de Química Inorgânica.

Orientador(a): Dr. Robson Fernandes

Natal/RN

Maio – 2010

1 – INTRODUÇÃO

Compostos de coordenação são substâncias que contêm um átomo ou íon central (que freqüentemente é um metal) rodeado por um grupo de íons, moléculas ou radicais ligados ao elemento central por forças que variam de acordo com as características e estequiometria das espécies envolvidas.

Esses compostos estão presentes na maioria dos processos que envolvem espécies inorgânicas em temperaturas não muito elevadas. Para que se tenha uma idéia da importância desse tipo de composto, basta citar os fatos seguintes, que são conduzidos por espécies coordenadas:

a) A respiração, ou mais precisamente, a troca de gás carbônico pelo oxigênio no organismo, cujo responsável maior é a hemoglobina, que é um complexo que tem o ferro (II) como elemento central;

b) A fotossíntese, que é um dos processos vitais para os vegetais, e é realizada pela clorofila, que é um complexo cujo elemento central é o magnésio;

c) A produção de polietileno seria inviável em larga escala se não fosse o desenvolvimento dos catalisadores de Ziegler-Natta (que são compostos de coordenação), que promovem polimerização de etileno, à pressão e temperatura moderadas.

Fatos como estes fazem com que cerca de 70% dos trabalhos realizados sobre química inorgânica se relacionem aos compostos de coordenação. Estes compostos, atualmente, recebem as denominações de adutos ou complexos, dependendo das espécies coordenadas serem neutras ou iônicas. Suas propriedades físicas e químicas variam bastante. Por exemplo:

a) Quando em solução alguns se dissociam em suas espécies constituintes, outras permanecem com seus ligantes coordenados aos metais;

b) Na forma pura, alguns são estáveis apenas a baixas temperaturas, outros mantêm suas

identidades mesmo a altas temperaturas, podendo, até, serem volatilizados;

c) Os que têm elementos de transição como átomo central, algumas vezes são paramagnéticos, enquanto aqueles que têm elementos representativos como átomo central sempre são diamagnéticos.

d) Da mesma forma, os compostos de metais de transição em geral são coloridos, enquanto os elementos representativos são brancos.

e) Apesar dessas diferenças, existe suficiente convergência nos métodos de preparação, nas estruturas e no comportamento químico, que permite estudar esses compostos como

constituintes de uma classe de substâncias.

Os compostos de coordenação são utilizados na química analítica com fins diversos. Este relatório tem a finalidade de apresentar algumas aplicações dos mesmos na química analítica quantitativa e qualitativa.

2 – DESENVOLVIMENTO

2.1 – Aplicação dos Compostos de Coordenação na Química Analítica Qualitativa:

2.1.1 – Formação e Estabilidade de Complexos na Analise Química Qualitativa:

Em analise qualitativa inorgânica, utilizam-se amplamente as reações que levam a formação de complexos: Um íon complexo (ou molécula) consta de um átomo central (íon) e vários ligantes intimamente acoplados a ele. As quantidades relativas desses componentes num complexo estável parecem seguir uma estequiometria bem definida, embora isso não possa ser interpretado dentro do conceito clássico de valência. O átomo central pode ser caracterizado pelo numero de coordenação, um numero inteiro, que indica o numero de ligantes monodentados, que podem formar um complexo estável com um átomo central. Na maioria dos casos o numero de coordenação é 6, podendo ainda ocorrer os números 2 e 8.

O numero do coordenação representa o numero de espaços disponíveis em torno do átomo ou íon central na denominada esfera de coordenação, cada um dos quais pode ser ocupado por um ligante (monodentado). A disposição dos ligantes em torno do átomo central é simétrica. Assim, um complexo, cujo átomo central tenha um numero de coordenação igual a 6, compreende um íon central no centro de um octaedro, enquanto os seis ligantes ocupam os espaços determinados pelos vértices do octaedro. Ao numero de coordenação 4, normalmente, corresponde uma simetria tetraédrica, se bem que uma disposição plana (ou quase plana), onde o átomo central ocupe o centro de um quadrado e os quatro íons situem-se nos cantos, também seja comum.

Os íons inorgânicos simples e as moléculas formam ligantes monodentados, isto é, um íon ou molécula ocupa um dos espaços disponíveis m torno do íon central na esfera de coordenação, mas também são conhecidos ligantes bidentados (como o íon dipiridlila), tridentados e até tetradentados. Os complexos formados por ligantes dentados são, muitas vezes, denominados quelatos, nome originário do grego que significa a pinça do caranguejo que morde um objeto como o ligante polidentado agarra o íon central. A formação de complexos quelatos é extensamente utilizada em analise química quantitativa (titulações complexométricas).

A formação de complexos na analise qualitativa inorgânica ocorre constantemente e é utilizada na separação ou identificação. Um dos mais freqüentes fenômenos que ocorre na formação de um íons complexo é uma mudança de cor na solução. Exemplo:

Cu2+ + 4NH3 (solução azul)  [Cu(NH3)4]2+ (solução azul-escuro)

Um outro fenômeno importante, muitas vezes observado quando da formação de íons complexos, é um aumento de solubilidade. Muitos precipitados podem dissolver-se em decorrência da formação de complexos:

AgCl(s) + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + Cl-

AgI(s) + 2S2O32- [Ag(S2O3)2]3+ + I-

A formação de complexo é responsável pela dissolução dos precipitados em excesso do reagente:

AgCN(s) + CN- [Ag(CN)2]-

BiI3(s) + I-  [BiI4]-

A estabilidade dos complexos pode ser estudada a partir da aplicação da lei da ação das massas sobre os equilíbrios de dissociação. Principio semelhante aplicado a expressão da força relativa de ácidos e bases.

2.1.2 – Aplicação dos Complexos em Analise Qualitativa Inorgânica:

A formação de complexos apresenta dois campos importantes de aplicação em analise qualitativa inorgânica:

a) Testes específicos para íons:

Algumas reações, conduzindo a formação de complexos, podem ser utilizadas como testes específicos para íons. Temos assim uma reação especifica e muito sensível para identificação do cobre pela amônia, quando se forma tetraminocuprato azul-escuro:

Cu2+ + 4NH3 (azul)  [Cu(NH3)4]2+ (azul-escuro)

Somente o níquel apresentaria uma reação semelhante, formando o íon hexaminoniquelato (II), [Ni(NH3)4]2+. No entanto, com alguma pratica, cobre e níquel podem ser diferenciados entre si.

Outra aplicação importante é o teste para íons ferro (III) com tiocianato (sulfocianeto). Em meio ligeiramente ácido, forma-se uma coloração de um vermelho intenso, devido a formação gradual dos seguinte complexos:

Fe3+ + SCN- [FeSCN]2+

[FeSCN]2+ + SCN-  [Fe(SCN)2]+

[Fe(SCN)2]+ + SCN-  [Fe(SCN)3]

[Fe(SCN)3] + SCN-  [Fe(SCN)4]-

[Fe(SCN)4]- + SCN-  [Fe(SCN)5]2-

[Fe(SCN)5]2-+ SCN-  [Fe(SCN)6]3-

De todos esses, [Fe(SCN)3] é um não eletrólito, e pode ser facilmente extraído por éter ou álcool amílico. Os complexos com cargas positivas são cátions e, numa eletrolise, encaminham-se para o cátodo, enquanto aqueles com cargas negativas são aníons e dirigem-se ao anodo. Esta reação é especifica para íons ferro III; até mesmo os íons ferro II não reagem com o tiocianato. Na realidade, este teste é, muitas vezes, utilizado na identificação de ferro III, mesmo na presença dos íons ferro II.

Alguns complexos são precipitados, como o precipitado vermelho brilhante formado pela reação entre os íons níquel II e dimetilglioxima.

b) Mascaramento:

Ao testarmos um íon especifico com algum reagente, podem ocorrer interferências devido a presença de outros íons na solução, que também reagem com o reagente. Em alguns casos, é possível evitar essa interferência pela adição de reagente denominados agentes de mascaramento, que formam complexos estáveis com os íons interferentes. Não há necessidade de uma separação física dos íons envolvidos e, portanto, o tempo empregado no ensaio pode ser reduzido consideravelmente.

O mascaramento pode ser alcançado pela dissolução de precipitados ou pela dissolução seletiva de um precipitado como parte de uma mistura. Assim, ao analisarmos o chumbo na presença de prata, produzimos uma mistura de precipitados de cloreto de chumbo e prata.

2.1.3 – Os mais importantes complexos utilizados em Analise Qualitativa:

Em analise qualitativa inorgânica, os complexos são freqüentemente encontrados. Os mais importantes são:

a) Aquocomplexos: A maioria dos íons comuns estão em solução aquosa sob a forma de aquocomplexos. Como o [Ni(HsO)6]2+;

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