Química Inorgánica II

Trabajo Práctico Nº 9

PREPARACION Y CARACTERIZACION DE COMPUESTOS DE COBALTO

Introducción

La obtención de complejos de cobalto es sumamente útil para ilustrar aspectos preparativos, estructurales y cinéticos de la química de los compuestos de coordinación. El cobalto presenta los estados de oxidación II y III como más comunes y es posible aislar una gran diversidad de sustancias, de geometrías diversas y colores llamativos. En el presente trabajo se prepararán algunas sales

de iones complejos octaédricos de la serie de las cobaltoaminas [Co(NH3)5L]+n

con L = Cl-, NH3, y de un ión complejo tetraédrico, [CoCl4]2-. Se los obtendrá como sólidos y se estudiarán algunas de sus propiedades.También se prepararán los compuestos análogos de las aminas de cobalto(III) que presentan isomería geométrica: los cloruros de cis- y trans-diclorobisetilendiaminocobalto (III).

Parte experimental

AVISO: Considerando las masas de reactivos indicadas en las síntesis de cloruro de hexaminocobalto(III), cloruro de pentaminoclorocobalto(III) y tetraclorocobaltato de amonio se formarán tres grupos reuniendo varias comisiones, de manera que cada comisión de acuerdo al grupo designado que le corresponda, realice sólo una de las síntesis descriptas. Los ensayos que dan cuenta de las propiedades de los compuestos preparados por los distintos grupos del laboratorio, los realizarán cada comisión por separado con los tres complejos sintetizados en el laboratorio.

1. Preparación de cloruro de hexaminocobalto(III), [Co(NH3)6]Cl3

a) Armar un pequeño aparato consistente en un kitasato de 125 mL provisto de un tapón de goma atravesado por un tubo de 15 cm de largo aproximadamente y que llegue hasta el fondo del frasco. Colocar en el mismo, 12,0 g de CoCl2 6H2O, 14,0 g de NH4Cl y 20 mL de agua. Agitar hasta que la mayor parte de las sales se hayan disuelto. Agregar 0,5 g de carbón activado y 42 mL de NH3 (c) ( = 0,88 g/cm3).

b) Conectar la salida lateral del kitasato a la trompa de agua, intercalando una trampa para evitar eventuales reflujos. Hacer pasar una corriente de aire suave a través de la mezcla hasta notar un cambio franco en su coloración. Las sales de [Co(NH3)6]+3 "lúteo", son pardo-amarillentas. Se deberá evitar un burbujeo demasiado violento que conlleva la disminución en el rendimiento de la operación Se estima un tiempo mínimo de una hora para que se produzca la reacción.

c) Filtrar a través de un embudo Buchner, el carbón y los cristales formados.

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d) Preparar una solución de ácido clorhídrico, diluyendo 1,5 a 2,5 mL de HCl (c) en 125 mL de agua y suspender en ella la mezcla sólida obtenida. Se debe asegurar que la mezcla total resulte ácida para evitar la formación de hidroxo-compuestos.

e) Calentar si fuera necesario para favorecer la disolución del complejo y filtrar en caliente para eliminar el carbón. Agregar 35 mL de HCl (c) al líquido filtrado y enfriar en baño de hielo. Filtrar los cristales de [Co(NH3)6]Cl3, lavar con pequeñas porciones de alcohol al 60 % y luego con alcohol al 96 %. Secar en estufa entre 80 y 100 °C. Pesar y calcular el rendimiento.

2. Preparación de cloruro de pentaminoclorocobalto(III), [Co(NH3)5Cl]Cl2

a) Disolver 8,0 g de CoCl2.6H2O en 10 mL de agua; agregar esta solución a una cápsula de porcelana que contenga una suspensión de 25 g de NH4Cl en 25 mL de solución de NH3(c), agitar bien. Agregar en una o dos veces, gota a gota y cuidadosamente, 5 mL de H2O2 al 30 % (PRECAUCION: mantener el agua oxigenada lejos de la piel y de los ojos).

b) Una vez terminado el agregado de H2O2, calentar a baño de maría durante 15 a 30 minutos agitando ocasionalmente hasta consistencia siruposa. Trasvasar la pasta a un vaso de precipitados que contenga 100 mL de solución de HCl 3 M y calentar en baño de vapor a unos 60 °C, durante 10 minutos. Dejar enfriar.

c) Filtrar a través de embudo Buchner, lavar con tres porciones de 10 mL de agua helada, luego con tres porciones de 10 mL de acetona y secar por succión. Colocar el precipitado obtenido en un cristalizador y secar en estufa a 110°C durante una hora. Pesar y calcular el rendimiento.

3. Preparación de tetraclorocobaltato de amonio, (NH4)2[CoCl4]

En un mortero, mezclar íntimamente 1,5 g de CoCl2.6H2O y 2 g de NH4Cl, trasvasar a un pequeño vaso de precipitados y agregar HCl (c) hasta cubrir totalmente la mezcla. Evaporar a sequedad, bajo campana, sobre un baño de arena. La sustancia, de color azulado, se purifica disolviéndola en aproximadamente 5 mL de metanol anhidro, filtrando y evaporando el solvente (Nota: el metanol debe estar completamente seco). Conservar el producto en desecador. Pesar y calcular el rendimiento.

Nota: El metanol es INFLAMABLE Y TOXICO

4. Propiedades de los compuestos preparados

4.1. [Co(NH3)6]Cl3

a) Comprobar la solubilidad en agua y compararla con la correspondiente a la de [Co(NH3)5Cl]Cl2. Comparar el color de la solución obtenida con la de una solución de CoCl2.

b) Medir el pH de la solución con papel indicador universal. Interpretar.

c) Determinar la influencia del pH del medio sobre la estabilidad del compuesto. Para ello, tomar unos mililitros de solución y colocarlos en un

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tubo de ensayos, calentar y acercar a la boca del tubo un papel de filtro impregnado con solución de CuSO4.

d) Repetir el ensayo luego de alcalinizar fuertemente con solución de NaOH Conservar para el ensayo (e).

e) Filtrar la solución alcalina obtenida en el punto anterior, y disolver el precipitado en unos mililitros de HCl (c). Dividir la solución ácida en dos porciones. Reservar una de ellas observando los cambios que se produzcan en un lapso de diez minutos. Agregar a la otra, solución de KI.

4.2. [Co(NH3)5Cl]Cl2

Preparar unos 20 mL de solución acuosa 10-2 M del complejo, dividir en dos porciones, dejando una de ellas como testigo. Calentar la otra, durante 10 a 15 minutos a aproximadamente 70-80°C. Justificar los cambios observados.

4.3. (NH4)2[CoCl4]

a) En un tubo de ensayos preparar una solución (aproximadamente 0,1 g en 5 mL de agua), agregar 2 gotas de HNO3 y 0,5 mL de solución de AgNO3. Observar.

b) A 5 mL de solución preparada en forma similar al ejemplo anterior, agregar 5 mL de acetona y 10 gotas de solución de NH4SCN 1 M. Agitar y observar.

c) Alcalinizar con NaOH una solución de sal compleja, calentar acercando a la boca del tubo de ensayos un papel impregnado con solución CuSO4

Justificar los cambios observados.

5. Preparación de los cloruros de diclorobisetilendiaminocobalto (III). Isomería cis-trans.

Síntesis de cloruro de trans-diclorobisetilendiaminocobalto (III), trans-[Co(en)2Cl2]Cl.En un vaso de precipitados de 600 mL agregar agua hasta la mitad y calentar a ebullición.Pesar 1,0 gramo de CoCl2.6H2O y colocarlo en una cápsula de porcelana, agregar 2,5 mL de agua destilada y agitar hasta que la sal de cobalto se haya disuelto por completo. Agregar 4 mL de etilendiamina al 10 %, colocar una barra magética y agitar con agitador magnético durante 10 minutos. Agregar, gota a gota, cuidadosamente y bajo agitación, 1,6 mL H2O2 al 10 %.Cuando se completa el agregado, reducir la velocidad de agitación y continuar agitando durante 15 minutos aproximadamente.Agregar, lentamente 3 mL de HCl (c) y retirar la barra magnética de la solución. Evaporar a baño maría hasta que se vean cristales verdes y quede poco líquido (30-45 minutos aproximadamente). Enfriar la solución bajo campana y luego en baño de hielo.Paralelamente, enfriar en baño de hielo, 5 mL de metanol contenidos en un tubo de ensayos.

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Armar un equipo de filtración al vacío. Humedecer el papel de filtro con metanol helado. Transferir el contenido de la cápsula ayudándose con una espátula mientras se hace vacío. Agregar aproximadamente 2 mL de metanol helado a la cápsula, enjuagar y filtrar, repetir este proceso si fuera necesario. Secar con succión para eliminar el metanol.Transferir los cristales a un vidrio de reloj, secar en estufa, pesar y calcular el rendimiento.

Preparación de cloruro de cis-diclorobisetilendiaminocobalto (III), cis-[Co(en)2Cl2]ClColocar sobre un vidrio de reloj previamente tarado, unos 50 mg de trans-[Co(en)2Cl2]Cl y agregar una o dos gotas de solución saturada de NaHCO3. Agitar, se observará desprendimiento de gas y la solución pasará de color verde a púrpura/violeta. Se debe neutralizar el exceso de HCl porque interfiere en la conversión al complejo cis. Verificar, midiendo con papel pH la neutralidad de la solución. Dejar reposar la solución púrpura unos 10 minutos. Evaporar a baño maría hasta sequedad. Pesar y calcular el rendimiento.

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RESERVAR LOS COMPLEJOS SINTETIZADOS PARA MEDIR SUS ESPECTROS DE ABSORCIÓN DURANTE EL TRABAJO PRACTICO

PROPIEDADES ELECTRONICA DE IONES COMPLEJOS

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Cuestionario

1) Justifique el agregado de carbón activado y de las sales de amonio en el proceso de preparación.

2) Discuta la estabilidad relativa de los complejos de cobalto en estados de oxidación +2 y +3 en presencia o en ausencia de NH3 en el medio de reacción.

3) Analice las condiciones de preparación de (NH4)2[CoCl4]. ¿Por qué debe disolverse en HCl(c)? ¿Qué pasa si lo disuelve en agua?

Bibliografía

Basolo y Johnson, Química de los compuestos de coordinación, Ed. Reverté (Cap. 4).

Purcell-Kotz, Vol. II, pag. 931. J.A.Weil, M.Ishiguro, J. Am. Chem. Soc., 90, 615, 1968. W.P. Schaefer, Inorg. Chem., 7, 725, 1968.

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Comisión:Integrantes:

Fecha:

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INFORME

PREPARACION Y CARACTERIZACION DE COMPUESTOS DE COBALTO

Preparación de [Co(NH3)6]Cl3

Reacción involucrada

rendimiento

Preparación de (Co (NH3)5Cl)Cl2

Reacción involucrada

rendimiento

 Preparación de (NH4)2[CoCl4]

Reacción involucrada

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rendimiento

Propiedades de los compuestos preparados

1. [Co(NH3)6]Cl3

2. [Co(NH3)5Cl]Cl2

3. (NH4)2[CoCl4]

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Preparación de los cloruros de diclorobisetilendiaminocobalto (III). Isomería cis-trans.

Preparación del isómero trans- diclorobisetilendiaminocobalto (III).

Reacción involucrada

rendimiento

Preparación del isómero cis- diclorobisetilendiaminocobalto (III).

Reacción involucrada

rendimiento

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