Compuesto de coordinacion

1. RESUMEN

          Se preparó un  compuesto de coordinación, sulfato de tetraamino cobre II [Cu (NH3)4] SO4]. El compuesto que se  utilizó para la reacción de sustitución que produce el precipitado fue sulfato de cobre pentahidratado  (CuSO4 5H2O) y el ligando amoniaco NH3.

          Agregando  el amoniaco y  añadiendo agua destilada, al sulfato de cobre (II) pentahidratado agitando hasta disolver. Se obtuvo la reacción global balanceada

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          Durante el proceso se adiciona lentamente etanol a la disolución y se observó la formación del precipitado, liberando un metal insoluble en agua que contiene el elemento para calcular el rendimiento. Luego se  filtró el precipitado, seguido del secado  calentando dentro del horno  por una hora,  se pesó para determinar el precipitado final  sulfato de tetramino cobre II ([Cu (NO3)4] SO4).

         Se determinaron las reacciones de cada mecanismo  hasta llegar a la global del complejo coordinado. Los valores teóricos de las constantes  de estabilidad (Ks) son  Ks1 9.8E3, Ks2  2.2E3, Ks3 5.4E2  y Ks4 93 Ks global 0.02137. Las constantes de inestabilidad son Ki 1.02E-4, Ki2 4.54E-4, Ki3 1.85E-3, Ki4 1.08E-2 y Ki global 46.8. El rendimiento porcentual, obtenido al final de la reacción, es de 77.54% obteniendo un error de aproximadamente 25%. Las condiciones determinadas para trabajar en el laboratorio el día de la práctica  coordinación fueron 23 °C a 0.84 atm.

1. OBJETIVOS

1. General:

1. Describir el mecanismo de  reacción del compuesto de coordinación sulfato de tetramino cobre (II) [Cu (NH3)4] SO4] al formar el precipitado de la reacción de sustitución del metal sulfato de cobre pentahidratado  (CuSO4 5H2O) y ligando  de amoniaco (NH3).

1. Específicos

1. Expresar el mecanismo de reacción  y la global del compuesto de coordinación del complejo sulfato tetramino de cobre II [Cu (NH3)4] SO4], al reaccionar con el sulfato de cobre pentahidratado  (CuSO4 5H2O) y el ligando de amónico (NH)3.

1. Calcular mediante expresiones las constantes de estabilidad  experimentales y las teóricas de cada mecanismo de reacción del compuesto coordinado formado sulfato de tetraamino cobre II [Cu (NH3)4] SO4],  en función de las concentraciones.

1. Calcular mediante cálculos estequiométricos el rendimiento porcentual del compuesto de coordinación sulfato de tetraamino de cobre II [Cu (NH3)4] SO4], por medio del rendimiento real de la masa del precipitado secada.

1. MARCO TEÓRICO

1. Generalidades

          Las disoluciones acuosas que se emplean en el laboratorio contienen con frecuencia varias especies que interaccionan  con el agua y entre si dando lugar a dos o más equilibrios que ocurren de manera simultánea. Una definición aceptable de un complejo o ion complejo, es aquel ion complejo como aquel ion que se tiene como centro de un átomo o ion central será metálico. Ejemplos siguientes:

1. Tetraaminocobre(II)
2. Dicianoargento (I)
3. Tetrahisroxizincato (II)
4. Hexanitrocobaltato (III)

Ligado: cualquier átomo, ion o molécula capaz de actuar como donandte en uno más enlaces coordinados. Un ejemplo será los ligando NH3 del Cu (NH3)4.

Número de coordinación: Número total de iones o moléculas asociadas directamente con el átomo o ion central. Por ejemplo, en el ion complejo del Cu (NH3) 4, el cobre tiene un número de coordinación igual a 4.

Iones complejos unidentados: ligando que se emplean  solo un átomo a la vez como donante, y por lo tanto, solo pueden ocupar una posición de coordinación  de un ion metálico. Un  ejemplo es el NH3.

El ion complejo Cu (NH3)4 tiene estructura plana, encontrándose el ion de Cu en el centro del paralelogramo, con cada vértice ocupado por una molécula de NH3. La acción enlazante se establece entre el ion de cobre y los átomos de nitrógeno.

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Imagen 1: Fuente:  http://www.uclm.es/profesorado/pablofernandez/QG-07-complejos/complejos%20teoria.pdf

1. Teoría de Werner

          Los metales de transición tienen una tendencia particular a formar iones complejos, que a su vez se combinan con otros iones o iones complejos para formar compuestos de coordinación. Un compuesto de coordinación es una especie neutra que contiene uno o más iones complejos. El azul de Prusia, descubierto accidentalmente a comienzos del siglo dieciocho, fue quizás el primer compuesto de coordinación conocido. Sin embargo, pasó casi un siglo antes de poder apreciar la singularidad de estos compuestos. En 1798, B.M. Tassaert, obtuvo cristales amarillos de un compuesto de fórmula CoCl3.6NH3 a partir de una mezcla de CoCl3 y NH3 (ac). Lo que pareció inusual fue que los dos compuestos, CoCl3 y NH3, son estables, capaces de existir independientemente y aun así se combinan entre ellos para formar otro compuesto estable. Estos compuestos son los denominados compuestos de coordinación.

1. Efecto de solutos no disociados en cálculos de precipitación.

          Existen sustancias que inorgánicas, como el sulfato de calcio  y los haluros de plata, que actúan como electrolitos débiles y se disocian parcialmente en agua. Por ejemplo, una saturación de cloruro de plata contiene cantidades  importantes de moléculas de cloruro de plata sin disociar, así como iones de plata y cloruro. En este caso con necesarios dos equilibrios para describir el sistema.

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1. Solubilidad de precipitado en presencia de agentes  complejantes

          La solubilidad de un precipitado puede aumentar considerablemente en presencia de reactivos que formen complejos con el anión del precipitado. Por ejemplo, los iones fluoruro evitan la precipitación cuantitativamente del hidróxido de aluminio aun cuando el producto de solubilidad de este precipitado es muy pequeño (2E-32). La causa de este aumento en la solubilidad se ejemplifica con:

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Fuente: imágenes: libro Gary Christian

          El complejo de fluoruro es suficientemente estable para permitir que los iones fluoruro compitan con éxito con los iones hidróxido por los aniones aluminio. Muchos precipitados reaccionará con el exceso de reactivo precipitante para formar complejos solubles. En un análisis gravimétrico, esto podría ocasionar el efecto indeseado de reducir la recuperación de analitos si la cantidad de reactivo utilizado es excesiva. Por ejemplo, una forma muy común de determinar plata es la precipitación del ion plata mediante la adición de un exceso de una disolución de cloruro de potasio. El efecto que ejerce el exceso de reactivo es complejo, como puede verse con las siguientes ecuaciones que describen el sistema.[pic 6]

          El equilibrio se desplaza a la izquierda cuando se agrega ion cloruro, mientras que los equilibrios 2 y 3 se desplazan  a la derecha en las mismas circunstancias. La consecuencia de estos efectos  contrarios es que una gráfica de solubilidad del cloruro de plata en función de la concentración del cloruro agregando muestra un mínimo.

1. Estructura de los complejos

          Se denomina número de coordinación de un átomo central al número de pares de electrones que acepta de los ligandos situados en la primera esfera de coordinación. Este número de coordinación coincide con la valencia secunadaria de Werner y en el caso de ligandos mondentados con el número de los mismos unidos al átomo central.

          La direccionalidad de las valencias secundarias que determinará la estructura del complejo viene impuesta por el hecho de que las uniones de los ligandos con el átomo central sean uniones covalentes coordinadas. En efecto, el par de electrones del átomo dador tendrá que situarse en el orbital molecular resultante de la superposición del orbital de procedencia con el orbital atómico vacante correspondiente del átomo central.

          El número de coordinación no solo depende de los orbitales vacantes del átomo central sino también es función del tamaño de los ligandos, de modo que un átomo central definido puede actuar con más de un número de coordinación.  Los metales de transición son elementos especialmente  aptos para construirse átomos centrados. Otro factor que favorece es lo que posibilita la facilidad de hibridación.

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