Obtenção de Sais Simples, Duplos e Complexos

Obtenção de Sais Simples, Duplos e Complexos

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1-Titulo: Obtenção de um sal simples, duplo e complexo

2- Objetivos: obter um sal simples, um sal duplo e um sal complexo através de reações químicas.

3- Introdução

As reações químicas têm como base a procura de novos materiais que tenham uso na nossa sociedade, e a modificação, melhorando os já existentes ou como meio de perceber os segredos e os mecanismos destas reações.

Reproduzir em laboratório aquilo que a natureza produz ou criar aquilo que não existe na natureza é sintetizar. As sínteses laboratoriais procuram a obtenção de novos produtos com propriedades mais acentuadas, mais concentradas do que as existentes na natureza ou compostos com propriedades inexistentes nos produtos naturais ou ainda produtos em quantidade superiores àquelas que são possíveis extrair de fontes naturais.

As reações de síntese são aquelas em que o operador tem como objetivos a obtenção/produção de determinada substância.

Sais

Os sais encontram-se espalhados pela natureza: no reino mineral (constituintes das rochas, minerais, em soluções nas águas dos mares, rios e fontes); no reino animal e vegetal (fazendo parte dos organismos dos seres vivos).

Existem vários tipos de sais: sais simples, hidratados, complexos e duplos.

  • Sais simples - sais formados por um único tipo de cátion e ânion.

  • Sais hidratados – sais que contêm moléculas de água.

  • Sais complexos - são espécies químicas neutras que contêm pelo menos um íon complexo. Íon complexo é um íon que contem um cátion metálico central ligado a uma ou mais moléculas ou íons ligados.

  • Sais duplos – são sais que contêm cátions provenientes de duas bases diferentes ou ânions provenientes de dois ácidos diferentes. Os sais duplos também podem ser hidratados.

A síntese de um sal duplo é uma operação pela qual se compõe uma espécie química definida, a partir de elementos mais simples.

Em química, sal, é qualquer composto formado a partir de um ácido e uma base, através da substituição de todo o hidrogênio existente no ácido por um metal ou um radical eletropositivo. O sal mais comum e conhecido por todos nós é o sal de cozinha (NaCl) o qual é um sal simples (composto iônico, constituído por um único tipo de cátion e um único tipo de ânion, que se pode obter por reação entre um ácido e uma base).

Um sal pode ser obtido pela reação química entre um ácido e uma base ou pelo deslocamento do hidrogênio de um ácido por um metal. Como sólido, os seus íons adotam normalmente um arranjo regular formando cristais. Alguns sais são apenas estáveis como hidratos (quando combinados com a água). A maior parte dos sais inorgânicos dissolve-se rapidamente em água, originando um eletrólito (solução condutora de eletricidade).

Na elaboração da fórmula de um sal deve-se levar em conta que os sais são eletricamente neutros. Como tal essas fórmulas devem ser elaboradas tendo em conta que o número de cargas positivas e de cargas negativas resultantes dos íons devem ser iguais.

Veremos algumas características dos sais:

  • O sabor salgado;

  • A solubilidade em água (esta é tanto maior quanto maior for quantidade de sal que se consegue dissolver em 1  de solução aquosa);

  • A constituição iónica;

  • A condução da corrente eléctrica quando fundidos ou quando em solução aquosa (são eletrólitos);

  • A possibilidade de se obterem por uma reacção de ácido-base;

  • A forma anidra e hidratada dos sais distingue-se em algumas propriedades:

- Eflorescência – a eflorescência de sais hidratados consiste, quando em exposição ao ar, na libertação de moléculas de água do sal;

- Higroscópia – a higroscópia de sais anidros é a tendência de alguns sais anidros em absorver umidade do ambiente;

- Deliqüescência – é um estado extremo de higroscópia, o sal absorve tanta água que acaba por se dissolver nela.

Os sais podem ser classificados quanto ao número de anions e cátions que possuem. Os sais simples que são compostos iônicos formados por um único tipo de cátion e um único tipo de anion (Exemplo: ) e os sais duplos são aqueles que possuem na sua constituição dois tipos de cátions e/ou anions. Existem ainda os sais hidratados que são aqueles que contêm na sua estrutura moléculas de água, para além dos íons. Existem também os sais complexos que são aqueles que contêm íons complexos na sua constituição.

Sais complexos

Um sal complexo é constituído pelos chamados iões complexos, formados por

um catião metálico, ou um átomo, central, rodeado por um certo número de iões

negativos ou moléculas e que se designam por ligandos.

Os sais complexos são caracterizados pelas suas cores vivas, essas mesmas cores, dependem de alguns fatores, tais como: do número de elétrons presentes nas orbitais d do ion metálico central, do arranjo dos átomos ligados à volta do íon central (geometria do complexo), pois isso afeta a separação das orbitais, da natureza do ligando, já que diferentes ligados têm diferentes efeitos nas energias relativas das orbitais e das transições entre orbitais.

O aumento da solubilidade de um precipitado com a adição de excesso de reagente de precipitação deve-se, freqüentemente, á formação de um íon complexo. Um íon complexo é o resultado da união de um íon simples com íon de carga oposta ou moléculas neutras, como nos exemplos a seguir.

Quando uma solução de cianeto de potássio é adicionada a uma solução de nitrato de prata, forma-se inicialmente um precipitado de cianeto de prata porque o produto de solubilidade deste sal é alcançado. A reação é dada por

CN- + Ag+­­­­­ AgCN

O precipitado, porém, dissolve-se quando se adiciona excesso de cianeto de potássio devido á formação do íon complexo [Ag(CN)2]-:

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

Ou

AgCN+KCN K[Ag(CN)2]-

um sal complexo solúvel. O íon complexo [Ag(CN)2]- se dissocia para dar íons prata, porque a adição de íons sulfeto leva a precipitação de sulfeto de prata (produto de solubilidade igual a 1,6x10-49mol3.L-3) e porque a prata se deposita quando o complexo sofre eletrolise. A dissociação do complexo segue a equação

[Ag(CN)2]-  Ag+ + 2CN-

Aplicando a lei da ação das massas podemos obter a constante de dissociação do íon complexo

[Ag+][CN-]2 = Kdiss

[{Ag(CN)2}-]

Que vale 1,0x 10-21mol2. 1-2 na temperatura normal. Quando se observa essa expressão levando-se em conta a presença de excesso de cianeto, fica evidente que a concentração de íons prata deve ser muito pequena e que o produto de solubilidade do cianeto de prata é alcançado.

O inverso da equação da a constante de estabilidade ( ou constante de formação) do íon complexo.

K= [{Ag (CN)2}-] = 1021mol-2.12

[Ag+] [CN-]2

A estabilidade dos íons complexos varia muito. Ela é expressa quantitativamente pela constante de estabilidade. Quanto mais estável for o complexo maior será a constante de estabilidade, isto é, menor será a tendência á dissociação do íon complexo. Quando o íon complexo é muito estável, como no caso do íon hexacianoferrato (II), [Fe (CN)6]4-, não é necessário escrever as reações ordinárias dos íons que o compõe .

A aplicação da formação de íons complexos em separações químicas depende da transformação de um dos componentes de um complexo incapaz de reagir com um dado reagente com o qual outro componente reage.(1)

Formação de complexos:

Os processos de formação de íons complexos podem ser descritos pelo termo geral de complexação. Uma reação de complexação com um íon metálico envolve a substituição de uma ou mais moléculas de solvente, que estão coordenadas, por outros grupos nucleofílicos. Os grupos ligados ao íon central são chamadas de ligantes, em água a reação pode ser representada por

M(H2O)n + L--> M(H2O)(n-1) +H2O

Aqui o ligante (L) pode ser uma molécula neutra ou um íon. Sucessivas substituições de moléculas de água por ligantes podem ocorrer até que o complexo MLn se forme. N é o número de coordenação do íon metálico e corresponde ao número máximo de ligantes monodentados que podem se ligar a ele.

Os ligantes podem ser convenientemente classificados na base de número de ligação que fazem com o íon metálico. Assim ligantes simples, como íons (halogenetos) ou moléculas (H2O ou NH3), são monodentados, isto é, o ligante coordena-se com o íon metálico através da doação de um par de elétrons. Quando o ligante tem dois átomos com pares de elétrons livres capazes de formar ligações coordenadas com o mesmo íon metálico, diz-se que é bidentado. Um exemplo disso é o complexo tris(etilenodiamino) cobalto(III), (Co(em)3)3+.neste complexo octaédrico hexacoordenado de cobalto(III) , cada uma das moléculas bidentadas de etilenodiamina(2,2-diaminoetano) liga-se ao íon metálico por dois pares de elétrons um em cada nitrogênio. Isso resulta na formação de três anéis de cinco átomos, incluindo o metal. O processo de formação dos anéis é chamado de quelação.

Um ligante multidentado tem mais do que dois pontos de coordenação por molécula. Assim por exemplo, o ligante acido 1,2-diaminoetanotetraédrico (ácido etilenodiaminotetraacético, EDTA) tem dois átomos de nitrogênio e quatro átomos de oxigênio doadores de moléculas podendo ser até hexadentado.

Normalmente, as espécies complexas não contém mais que um íon metálico, mas em condições apropriadas, é possível a formação de complexos binucleares, isto é, complexos que contém dois íons metálicos, ou até mesmo complexos polinucleares, que contém mais de dois íons metálicos. Assim a interação entre Zn2+ e Cl- pode levar a formação de complexos binucleares como( Zn2Cl6)2-, alem de eespecies simples como ZnCl-3 e ZnCl42- . A formação de complexos binucleares e polinucleares é favorecida por concentrações elevadas do íon metálico. Se o metal está presente como traço, a formação de ligantes polinucleares é pouco provável. (2)

Os complexos são espécies químicas que possuem, um catião (ou átomo) metálico central, que é, na maioria das vezes, um metal de transição (, , , etc.), ligado a moléculas simples (, , CO, etc.) ou a aniões (,, , etc.), os quais se passam a denominar ligados e se dispõe em torno do primeiro.

Às estruturas que contêm pelo menos um complexo na sua constituição dá-se a designação de compostos de coordenação, que são eletricamente neutros. Se as ligações entre os ligados e o cátion central forem covalentes, o número de pares eletrônicos partilhados designa-se número de coordenação. Os sais complexos têm cores muito vivas (como o Sulfato de tetraminocobre (II) Mono-hidratado de cor azul-violeta) e desempenham papéis importantes na vida dos seres vivos, na indústria, na agricultura, na medicina, etc.

Quando dois sais são muito solúveis em água reagem mutuamente, por vezes, forma outro sal pouco solúvel, ou mesmo insolúvel, em água. Este sólido denomina-se precipitado.

Assim sendo, quando o sal de Sulfato de Cobre (II) Penta-hidratado recebe ligados de  e perde as ligações às moléculas de  perde simultaneamente solubilidade, originando um precipitado de Sulfato de tetraminocobre (II) Mono-hidratado – .

O Sulfato de tetraminocobre (II) Mono-hidratado, [Cu(NH3)4]SO4.H2O, é um sal complexo e composto de coordenação, cujas ligações às moléculas de  são quatro ligações covalentes. É uma substância que foi utilizada na indústria têxtil na produção de seda artificial. Atualmente, é usado na estamparia têxtil e como fungicida.

4 - Procedimento

a) Materiais utilizados

- CuO;

- Papel filtro;

- Funil de vidro;

- Etanol;

- H2SO4 a 40%;

- Béqueres;

- Bastão de vidro;

- Bomba de vácuo;

- Balança analítica.

- CuSO4.5H2O;

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