Preparación y caracterización de un complejo de coordinación octaédrico de cobalto (III)

Alejandra Fonseca, Sebastián Ramos, Brandon Álvarez

Resumen:

Abstract:

Introducción

Los compuestos de coordinación o complejos metálicos son compuestos que contienen un átomo o ion central que generalmente es un metal, rodeado por un grupo de iones o moléculas. El complejo tiende a mantener su identidad aun en solución, pero en este caso puede haber disociación parcial.

Es difícil establecer exactamente cuando fue descubierto el primer complejo metálico. El primero del que se tiene noticia es quizás el azul de Prusia obtenido en Berlín a principios del s. XVIII por Diesbach, fabricante de colores para artistas. Habitualmente se cita sin embargo como primera fecha la del descubrimiento del Tassaert (1798) del cloruro de hexamincobalto (III) [Co(NH3)6]Cl3. Este descubrimiento señala el verdadero comienzo de la química de los compuestos de coordinación porque la existencia de un compuesto con las notables propiedades del [Co(NH3)6]Cl3 despertó muchísimo interés y provoco la investigación de este y otros sistemas.

El cobalto forma bastantes complejos de coordinación, entre su estado de oxidación II y III con configuración electrónicad6 y d7 respectivamente. La configuración

d7 permite la formación de complejos con números de

coordinación 4 y 6 y la configuración d6 solamente permite la formación de complejos con números de coordinación 6. Al ser estos últimos más estables son mucho más abundantes.

Sección experimental

Para la preparación del complejo octaédrico de cobalto se tomó 2 g de cloruro de amonio y se disolvieron en 9 ml de agua. Esta solución se llevó a calentamiento hasta cerca de su punto de ebullición al cabo del cual se le agregó 3 g de cloruro de cobalto hexahidratado.

A la solución anteriormente preparada se le adicionó cerca de 0,3 g de carbón activado y toda la solución se llevó a baño de hielo. Después, se adicionó poco a poco, 15 ml de amoniaco concentrado sin dejar exceder la temperatura de 10 ºC. a esta solución se le agregó lentamente 8 ml de agua oxigenada al 30% con

el fin de oxidar el Co (II) a Co(III)y esto se observó en el cambio de coloración de la solución que pasó de purpura a marrón acompañado con un calentamiento a baño de maría entre 50 y 60 ºC.

La solución se llevó de nuevo a un baño de hielo, filtrándose en frio. El residuo depositado se depositó en una solución de acido clorhídrico 0,5 M hasta punto de ebullición.

La solución vuelve a filtrarse depositándose en el papel de filtro el carbón activado. Al filtrado recogido se le adicionó 7 ml de acido clorhídrico concentrado hasta que se observó la formación de un precipitado de color naranja oscuro en el fondo del erlenmeyer.

Esta solución se filtró al vacio y se le realizó un lavado con etanol. El producto finalmente se dejó en una estufa de secado y posteriormente se procedió a pesar el complejo obtenido.

En la segunda parte correspondiente a la caracterización del complejo se tomó una pequeña parte del complejo obtenido para la medición de su espectro IR.

Una segunda muestra del complejo se utilizó para la medición de su espectro UV-visible para lo cual se preparó una solución del complejo a una concentración de 0,01 M.

Para la determinación del número de aniones Cl del complejo se preparó una solución de 250 ml de nitrato de potasio 0,1 M y una solución de 50 ml de nitrato de plata 0,12 M.

Se tomó 0,5 g del complejo sintetizado el cual se disolvió con la solución de nitrato de potasio. A esta solución después de agitar bien, se le adicionó la solución de nitrato de plata, la cual hace precipitar todo el Cl del complejo en forma de AgCl. Este precipitado se filtró al vacio varias veces para evitar la pérdida de soluto al mínimo. El producto final se llevó a una estufa calefactora a 110ºC por una hora y posteriormente se procedió a su pesada.

Se realizó la medida de conductividad para el complejo obtenido mediante la preparación de 2 soluciones; una al 0,01 M y otra al 0,05 M. en estas

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soluciones se introdujo un conductímetro calibrado que arrojó 2 datos de conductividad para cada una de estas soluciones.

Resultados y discusión

El complejo de cobalto puede ser identificado estableciendo la cantidad de iones Cl- presentes en su estructura mediante el precipitación de estos con AgNO3 para formar AgCl que precipita como solido gris. La ecuación que describe este procedimiento es:

[Co ( N H3 )6 ] C l3+3 KN O3⟶ [Co ( N H 3)6 ](N O3)3+3 KCl

3 KCl+3 AgN O3⟶3 AgCl+3 KN O3

Una de las formas de caracterización del complejo de cobalto sintetizado es por medio de las medidas de conductividad. Del complejo preparado se realizaron dos soluciones de 0,01 M y 0,05 M respectivamente, cada una de 50 ml. Se midió la conductividad de ambas soluciones arrojando los siguientes resultados:

Concentración solución (M)

Conductividad en μS /cm a 18ºC

0,01 37,320,05 13,90Tabla . Conductividad para cada una de las soluciones preparadas a partir del complejo.

se observó que estas medidas no son comparables con las dadas en la guía debido a la menor concentración a las que fueron preparadas las soluciones por lo cual no nos sirve de referencia para determinar el número de iones Cl−¿¿ que se encuentran en el complejo de cobalto preparado.

De acuerdo a los datos estequiométricos, se observó que el complejo posee 3 iones Cl−¿¿en su esfera de coordinación por lo cual su formula química es

[Co ( NH 3 )]Cl3 (figura )

Figura . Representaciones del complejo

[Co ( NH 3 )]Cl3.

Si tomamos el grupo amino (NH3) como un grupo puntual tenemos que el cloruro de hexamincobalto (III) pertenece al grupo Oh por lo cual presenta las siguientes operaciones de simetría: E,

8C3 , 6C2 , 6 C4 ,3 C 2 , i ,6 S4 ,8 S6 , 3σh , 6 σd ,que en total suman 48 operaciones.

Debido a que el complejo no es lineal aplicamos la fórmula para deducir los modos normales de vibración: 3N-6 donde N= 7 átomos (los grupos amino se toman como grupos puntuales). Son en total 15 modos normales de vibración. La representación total para el complejo del cobalto es:

Γ=A1g+2 Eg+3T 1g+¿3T2 g+ 9 T1u+3T2 u¿

De la cual la representación reducible para la rotación de la molécula según la tabla de caracteres para el grupo σ h es:

Γ=3 T1g

Para la traslación de la molécula, la representación reducible es:

Γ=3 T1u

La representación reducible para los modos normales de vibración es entonces:

Γ=A1g+2 Eg+3T 1g+¿3T2 g+ 9 T1u+3T2 u¿

-[Γ=3 T1g ¿ -[ Γ=3T 1 u] *

Γ=A1 g+2 Eg+3T 2g+6 T 1u+3T 2 u

Esta representación corresponde a los modos normales

de vibración para [Co ( NH 3 )]Cl3. En la tabla se

pueden ver los vectores de vibración con su respectivo descriptor de simetría:

Modo de vibración Descriptor de simetría

Activo

T 2uNo

T 2uNo

T 2uNo

T 2gRaman

2

T 2 gRaman

T 2 gRaman

T 1uIR

T 1uIR

T 1uIR

EgRaman

E gRaman

A1 gRaman

T 1uIR

T 1uIR

T 1uIR

Tabla . Modos normales de vibración para el

[Co ( NH 3 )]Cl3.

En el espectro IR del cloruro de hexamincobalto (III) se observan 6 modos de vibración que son descritos en la tabla .

Frecuencias de vibración

(c m−1)Modos de vibración

A 3203,76 Estiramiento –NH3

B 1624,06 Doblamiento –NH2

C 1355,96 Doblamiento –NH3

D 1327,03 Doblamiento –NH3

E 835,18 Balanceo –NH3

F 345,26 Tensión Co-NTabla . Modos vibraciones detectados en el espectro IR del complejo de cobalto.

Grafico . Espectro IR del [Co ( NH 3 )]Cl3.

3

2 CoCl2 ·6 H 2O+2 N H 4Cl+10N H 3+H 2 O2

⟶2¿

De dicha ecuación se sabe que el reactivo limite es el CoC l2 ·6 H2O por lo cual teóricamente da 3,3737

g de ¿. Experimentalmente se obtuvo 2,451 g de ¿

El rendimento de la reacción es g experimentales

g teoricos·100 %

El rendimiento de la reacción es 72,6 %

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