QIE0001 Química Inorgânica Experimental Prof. Fernando R. Xavier. Prática 12 Caracterização de complexos via análise condutométrica

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Luiz Guilherme de Paiva Abreu
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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CCT DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DQMC QIE0001 Química Inorgânica Experimental Prof. Fernando R. Xavier Prática 12 Caracterização de complexos via análise condutométrica 1. Introdução Eletrólito é toda a substância que, dissociada ou ionizada, origina íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions), pela adição de um solvente ou aquecimento (equação abaixo). Uma vez que íons são formados, a solução passa de isolante a condutora elétrica. Medidas de condutividade podem ser feitas para eletrólitos fortes e fracos sendo que, para cada caso, o comportamento dos resultados é bastante diferente. Outro fator relevante é a concentração do eletrólito em solução. A relação entre condutância e concentração do eletrólito é linear apenas em baixas concentrações. A unidade do sistema internacional de medidas para condutividade elétrica é o Siemens (S), porém o emprego de seus submúltiplos são muito comuns (ex.: microsiemens μs). O medidor de condutividade ou condutivímetro é um aparelho laboratorial que permite a medição de condutividade de amostras em solução. O condutivímetro é muito utilizado em medições que necessitam de precisão tais como nas áreas de pesquisa e desenvolvimento de produtos bem como na indústria, em testes de controle de qualidade, por exemplo. Atualmente, estes aparelhos são digitalmente processados possuindo ainda sondas compensatórias de temperatura (a condutividade varia com a temperatura). Em química de coordenação, a medida de condutividade de um determinado complexo em solução, quando comparada a padrões préestabelecidos pode revelar informações importantes sobre sua constituição

2 química, bem como o estado de oxidação de seu centro metálico. Este procedimento teve importância história na elucidação da estrutura de íons complexos na época de Alfred Werner, considerado Pai da química de complexos. Considere os seguintes complexos de composição química: PtCl 4.2NH 3 ; PtCl 4.3NH 3 ; CoCl 3.5NH 3 ; CoCl 3.6NH 3. A representação química, nestas condições, fornece pouca ou nenhuma informação da real conectividade interna à molécula, estado de oxidação do metal, etc. Uma vez que, determinadas faixas de condutividade previamente estabelecidas por padrões for conhecida, pode-se comparar com os resultados obtidos pela medida da condutividade apresentada pelos complexos nas mesmas condições de medida. A Tabela 1, a seguir, ilustra os resultados de condutividade observados por Werner e então a reorganização da fórmula molecular do complexo em função destes resultados: Tabela 1. Proposição de estruturas moleculares de compostos de coordenação sintetizados por Werner em função das medidas de condutividade em solução. Razão dos Fórmula empírica Condutividade Fórmula de Werner eletrólitos PtCl 4. 2 NH [Pt(NH 3 ) 2 Cl 4 ] PtCl 4. 3 NH 3 96,8 μs 1:1 [Pt(NH 3 )Cl 3 ]Cl CoCl 3. 5 NH 3 261,3 μs 2:1 [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2 CoCl 3. 6 NH 3 431,6 μs 3:1 [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 Neste experimento será avaliada a capacidade de compostos de coordenação conduzirem ou não corrente elétrica quando em solução aquosa. Uma vez que previamente padrões serão utilizados, tais como KCl e MgCl 2 é possível comparar a magnitude da condutividade lida no aparelho com a razão dos eletrólitos. No caso do KCl temos em solução cargas 1+ e 1- (razão 1:1), já para o MgCl 2 temos em solução cargas 2+ e 1- (razão 2:1). Uma vez conhecidos os valores de condutividade para as soluções padrão, por comparação, é possível verificar a razão de eletrólitos nas soluções dos íons complexos estudados e inferir sobre sua constituição química e conectividade.

3 2. Objetivos Aprender como utilizar um condutivímetro de bancada (instalação, calibração e medições). Determinar a condutividade elétrica da água pura e de soluções de eletrólitos padrão (KCl e MgCl 2 ). Caracterizar através de medidas condutométricas os compostos de coordenação sintetizados previamente na disciplina ([Cu(gly) 2 ] e [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2, juntamente com o complexo trans- [Co(en) 2 Cl 2 ]Cl. 3. Pré-laboratório a) Com relação aos complexos a serem estudados via condutividade, busque informações tais como, possíveis geometrias, características do metal (NOX, número de elétrons d), solubilidade, etc. b) Defina eletrólito, eletrólito fraco e forte e cite exemplos de ambos. c) Qual a condutividade molar da água pura? Explique. (Dica: busque pelo valor da constante de auto-hidrólise da água, K w ) d) Cite pelo menos um exemplo de complexo que se encaixe em cada faixa de razão de eletrólitos. Ex.: 1:1; 2:1; e 3:1 e) Suponha dois complexos que são isômeros geométricos. A técnica de condutividade pode ajudar nesta diferenciação? f) O que é água desionizada? Como é possível obtê-la? 4. Materiais e Métodos 4.1 Materiais Condutivímetro 03 balões volumétricos de 50 ml 01 béquer de 25 ml Espátulas Pipetas de 5 ou 10 ml

4 4.2 Reagentes KCl 1, mol L -1 KCl 1, mol L -1 MgCl 2. 6 H 2 O 1, mol L -1 Água destilada/deionizada [Cu(gly) 2 ] [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2 [Co(en) 2 Cl 2 ]Cl 4.3 Procedimento Experimental Ligar o condutivímetro seguindo os passos do manual e verificar se as soluções aquosas padrão de KCl 0,01 mol L -1, KCl 0,001 mol L -1 e MgCl 2 0,001 mol L -1 estão devidamente preparadas. Lavar o eletrodo do condutivímetro cuidadosamente com água deionizada secá-lo com papel macio. Encher o béquer de 25 ml com a solução de KCl 0,01 mol L -1 até que os contatos de platina do eletrodo estejam completamente imersos. Configurar o aparelho para que a calibração seja feita com a solução descrita no passo anterior (0,01 mol.l -1 de KCl - M = 1408 μs à 25 C). Efetuar a calibração seguindo os passos descritos no manual do aparelho. Uma vez que a calibração esteja concluída, a solução padrão deverá ser devolvida ao frasco de origem e o eletrodo limpo conforme descrito anteriormente. Efetuar a leitura das soluções padrão de KCl e MgCl 2 ambas de concentração 0,001 mol L -1. Estes valores serão as referências de eletrólitos 1:1 e 2:1, respectivamente. Utilize a leitura da água deionizada pura como valor para uma solução não-condutora. Preparar 50 ml de soluções aquosas (0,001 mol L -1 ) dos complexos a serem estudados e, como já descrito anteriormente, efetuar as leituras de condutividade. Ao término das leituras, limpar o material utilizado e organizar a bancada. 5. Resultados e Questionário Com base nas observações feitas respoda as seguintes questões:

5 (a) Por que, neste experimento, os complexos estudados podem ser considerados eletrólitos fortes? Escreva as reações de dissociação para os mesmos. (b) Como as medidas de condutividade podem auxiliar na confirmação de uma determinada composição química de um complexo e/ou descartar outras hipóteses? (c) Com esta técnica é possível inferir algo sobre a composição estrutural (geometria) destes complexos? Justifique. (d) Qual a condutividade da água pura? No caso de complexos neutros por que um valor residual de condutividade é observado?

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