Simetria molecular

SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE UN COMPLEJO DE COORDINACIÓN OCTAEDRICO RACEMICO DE
COBALTO (III)
Ospina-Olarte, B1*, Santos-Torres, M2*, Santos-Rivera, L3*,.*Programa de Quimica, Facultad de Ciencias
Simetría molecular
Ospina David, Santos Diana, Tarazona Edwin, estudiante de química
Resumen: En esta práctica se realizó la síntesis del complejo de coordinación bromuro trisetilendiammincobalto (III) trihidratado, a partir de cloruro de cobalto hexahidratado y solución acuosa de
etilendiamina, junto con peróxido de hidrogeno, nitrato de amonio y ácido clorhídrico respectivamente,
posteriormente se llevó a cabo el procedimiento para finalizar la síntesis del complejo de coordinación
nombrado inicialmente, el cual presentó una coloración amarillo-anaranjado, por último, se realizó la
caracterización mediante la técnica de espectroscopia de infrarrojo, espectrofotometría UV-Vis y
finalmente se determinaron iones bromuros mediante precipitación y medida de conductividad.
Abstract: in this practice the analysis of the resonant frequencies or vibrational frequencies
was obtained to obtain these signals, the technique of infrared spectroscopy was used, thus
obtaining to obtain the functional groups of the samples in this case to analyze (diclorometano,
tetracolururo of carbon , Thioacetamide), changes in the character or quantity of a particular
bond, in this case when the graph of the spectra was made Lorencianas signs were notorious
since they are stylized, it has high intensity stretching.
Introduccion
INTRODUCCIÓN
Los compuestos de coordinación, denominados
también compuestos complejos, son de gran
importancia en la industria, algunos son utilizados
como anticorrosivos, en el tratamiento de las tierras y
como agentes medicinales, además existen complejos
biológicamente importantes, como la clorofila, la
hemoglobina y la vitamina B12 entre otros.
Los compuestos de coordinación, según el concepto
clásico, se forman a partir de un mecanismo donadoraceptor o de una reacción ácido-base de Lewis entre
dos o más especies químicas diferentes en la que un
orbital vacante (generalmente del átomo aceptor que
acepta y comparte el par de electrones es, con
frecuencia, un ion metálico, aunque también puede ser
un átomo neutro) atrae el par de electrones de otro
átomo (átomo donador). Para que ocurra el enlace
como resultado de una interacción tal, el átomo
aceptor debe tener orbítales vacantes simétricamente
correctos, estéricamente disponibles y de baja energía
y cualquier átomo o ion no metálico, libre o contenido
en una molécula neutra o en un compuesto iónico, que
pueda ceder un par de electrones, puede actuar como
donador .Un grupo de relevante importancia son los
complejos de coordinación “clásicos” descritos por
primera vez por Werner, en1891, los cuales
están formado por iones de los metales de transición
y típicamente involucran ligantes monodentados como
Cl-, Br-, NH3, NO2-o ligantes bidentados como
etilendiamina(en,NH2CH3CH3 NH2), oxalato (ox,O2CCO2-) y carbonato(CO3-)
[1]
Los compuestos de coordinación del cobalto(III), que
fueron los primeros estudiados, son difíciles de
obtener, puesto que son menos estables que los de
Co(II).El Co(III) dispone de 6 electrones en los orbitales
3d, ello hace que el desdoblamiento de esos orbitales
en función de la interacción con los ligandos, grupos
con pares de electrones solitarios, permita saltos
electrónicos por absorción de energía luminosa en el
espectro visible, que provoca que el compuesto tome
colores complementarios espectaculares, muy
apropiados para ser visionados en foto digital. Sin
embargo, a diferencia de los de Co(II), todos tienen
simetría octaédrica (sólo se conoce un complejo
tetraédrico), y excepto con el ligando F-, son de bajo
espín lo que indica que todos los electrones están
apareados, según el esquema:
1
Por lo tanto, la energía de desdoblamiento responsable del
color, sólo va a depender de la interacción de los ligandos [2]
Sección Experimental
Para la realización de la síntesis del complejo racemico
tribromuro de trietilendiaminocolbalto (III),se disolvió
1g de CoCl2.6H2O en 20 ml de una solución acuosa de
etilendiamina este se pone a enfriar en un baño de
hielo hasta que la temperatura fuera menor a 10 ºC a
este se añadió 1,5ml de agua oxigenada , después de
observar que dejara de burbujear se calentó la solución
con un temperatura constante de entre 50-60ºc
después de dejarla en reposo y se enfriara se acidifico
con 6 ml de HCl al observar la formación de solido este
se filtró al vacío y se guardó lo ya filtrado , a la solución
madre se llevó a un matraz y se agregó 4 g de NaBr
bajo constante agitación y el compuesto de color
amarillo comenzó a precipitar , se filtró ,se lavó y se
dejó secar.
Para la determinación del número de aniones Br- del
complejo se preparó una solución de KNO3 al 0,1M,
una solución de AgNO3 al 0,12 M, se tomó 0,1 g del
complejo anteriormente preparado y se disolvió en un
Erlenmeyer de 250 ml con 50 ml de AgNO3 AL 0,12M
con el fin de precipitar los iones de bromuros, se filtró
al vacío varias veces este se puso a secar en la estufa y
finalmente se pesa.
Para finalizar la práctica se hace medición de
conductividad tomando el complejo y diluirlo en agua
con diferentes concentraciones (0,01M, 0,005M y
0,0025M), además de medir el infrarrojo con el
complejo solido preparado.
Para la síntesis del complejo de racemico tribromuro
de trilendiamina cobalto (lll) se hizo reaccionar cloruro
de cobalto hexahidratado con la etilendiamina
El complejo de coordinación puede formarse ya que los
iones metálicos (normalmente de transición) tiene
orbitales de valencia vacíos que pueden actuar como
acido de Lewis (aceptores de pares de electrones) y los
ligandos tienen pares de electrones no compartidos
pueden actuar como bases de Lewis (donadores de
pares de electrones). En el caso del tribromuro de
trilendiamina cobalto (lll) se tiene como átomo central
o ion metálico al cobalto(Co) que pertenece al bloque
d de la tabla periódica y posee orbitales vacíos lo cual
permite aceptar pares de electrones provenientes del
ligando etilendiamina (en) que es un ligando
bidentado .
Al formar el complejo los legando (en) se coordina al
metal Co, formando la primera esfera de coordinación
del complejo [Co(en)3]3+ que posee gran estabilidad, la
otra parte del compuesto denominado segunda esfera
de coordinación en el grupo en que es menos estable.
Al culminar la síntesis del complejo tribromuro de
trilendiamina cobalto (lll) fue posible determinar el
porcentaje de rendimiento realizando los respectivos
cálculos estequiométricos con el fin de conocer el valor
teórico o cantidad del complejo a obtener, tomando
como base la ecuación química balanceada y las
cantidades iniciales de los reactivos; en este caso
cloruro de cobalto hexahidratado y la etilendiamina. Al
determinar dicho valor experimental a fin de
determinar el porcentaje de rendimiento del proceso;
a continuación, se presenta los cálculos involucrados
en el proceso
Calculo de porcentaje de rendimiento
PM
2[Co(en)3]Cl2 = 691,174 g/mol
3NaBr = 308.952 g/mol
2[Co(en)2]Br3 =418,8 g/mol
Etilendiamina=60,1 g/mol 837
DENSIDAD DE LA ETILENDIAMINA
0,889 g/ml
Masa del etilendiamina=0,889 g/ml * 20 ml = 17,78 g de
etilendiamina
Resultados y discusión
Masa del 2[Co(en)3]=1g + 17,78 g =18,78 g de 2[Co(en)3]
Moles
n2[Co(en)3] =
=0,0224 mol 2[Co(en)3]
SINTESIS DEL COMPLEJO DE Co
nNaBr=
2
REACTIVO LIMITE
REACTIVO EN EXCESO
RENDIMIENTO TEORICO
% RENDIMIENTO
% rendimiento =
% rendimiento =
En cuanto el porcentaje de error es posible afirmarque se
pudo ver afectado por posibles factores externos como
errores del mal manejo de manipulación de los reactivos o de
los instrumentos del laboratorio por el analista, pudo ser a la
hora de retirar la humedad de la muestra o por presencia de
trazas de otros reactivos en el material de laboratorio o
ambientales
Análisis gravimétrico del complejo de
cobalto
Este análisis se realizo con el fin de determinar la
cantidad de iones sulfato presentes en el complejo
sintetizado. Dicho procedimiento esta descrito en la
siguiente reacción
Co (en)3 Br3 + KNO3 + AgNO3
3AgBr
Fg = (peso molecular del Br)/(peso molecular del AgBr)
= (79,9 g/mol)/(187,8 g/mol) = 0,425
Ahora reemplazamos en la primera fórmula y nos
quedaría
Masa de Br = 0,55 g de AgBr x 0,425 = 0,23 g de Br
%Br = (0,23 g)/(1,32 g) x 100 = 17,42 % Br
Como podemos observar el complejo tiene 17,32% de
Br en el complejo
para explicar la formación del precipitado de AgBr
hacemos uso de la constante de solubilidad (kps) del
AgBr cuyo valor es 5x10-13 mol/L esta constante se
utiliza para predecir si se formara o no un precipitado
en unas condiciones dadas. El valor kps indica
solubilidad del compuesto, es decir cuanto menor sea
su valor menos soluble será el compuesto
el producto de solubilidad de un compuesto iónico es
el producto de las concentraciones molares (en
equilibrio) de los iones constituyentes cada una
elevada a la potencia del coeficiente estequiométrico
en la ecuación de equilibrio:
AaBb
aAb+ + bBaPor lo que su producto de solubilidad será
Kps=[Ab+]a[Ba-]b
Como en este caso la kps es 5x10-13 mol/L
Reemplazamos
PbSO4
(Ag)1+ + (Br)Kps = [(Ag)1+]1[(Br)-]1
Reacción 2 determinación de iones bromuro
Lo pasamos a gramos y nos queda
en la reacción podemos observar que al complejo de
cobalto se hizo reaccionar con una disolución de
nitrato de potasio y después que el complejo se
disolvió totalmente se adiciono de plata lográndose
evidenciar la formación de un precipitado
correspondiente al bromuro de plata
el bromuro de plata cuya formación permite la
determinación de sulfatos en la muestra inicial ya que
este compuesto tiene el analito y presenta una
concentración definida. durante el análisis gravimétrico
se obtuvo 0,055 g de AgBr
para hallar la cantidad de bromuro en la muestra
utilizamos la siguiente formula:
Mediante el cálculo se evidencia la baja solubilidad que
presenta la sal formada durante el análisis gravimétrico
del compuesto de coordinación
Caracterizacion infrarroja(IR)
y la formula del factor gravimétrico(Fg) es la siguiente
Reemplazamos
3
La figura #1 espectro IR del complejo de racemico
tribromuro de trietilendiamino de cobalto (lll)
[Co(en)3]Br3
Se utilizó un equipo de espectro infrarrojo (prestige-21
transform infrared spectrophotometer shimadzu), para
el análisis cualitativo de la molécula de la Tiourea,
donde los resultados son graficados en el programa
origin para observar el respetivo espectro donde se
reportan las bandas características de absorción del
compuesto obteniendo información de los grupos
funcionales presentes en el complejo de racemico
tribromuro de trietilendiamino de cobalto (lll).
Basándonos en la literatura en tablas de
espectroscopia de infrarrojo podemos analizar los
grupos funcionales tomando las bandas de absorción
más intensas que se destacan en el espectro infrarrojo.
Estas señales corresponden a diferentes modos de
vibración los cuales se diferencian con la longitud de
onda presentando enlaces diferentes entre átomos.
En el anterior espectro infrarrojo se observan
diferentes bandas intensas de absorción, tomando las
tablas de espectroscopia se pueden analizar así:
La figura #1 representa el espectro infrarrojo medio
(4500-520 cm-1 ) del compuesto sintetizado, en dichas
imágenes se pueden observar una señal de intensidad
media de tipo gaussiana ubicada a 3415 cm-1como
consecuencia de la presencia del enlace de nitrógeno –
hidrogeno que confirma la presencia de NH2 en la
etilendiamina que tiene nuestro complejo sintetizado.
También se observa una señal de intensidad alta
presentando una banda de tipo lorentziana ubicada en
el 1039 cm-1 y otra señal mas pequeña ubicada en 1344
cm-1 las cuales corresponden al enlace carbononitrogeno también presenta una intensidad alta tipo
lorentziana ubicada en 1496 que corresponde al enlace
carbono - carbono en el complejo y por ultimo dos
señales ubicadas en 2954 y 3000 cm-1 las que
corresponde al enlaces carbono hidrogeno en la
grafica también podemos observar una señal del
enlace oxigeno-hidrogeno ubicada en 3180 cm-1 que
posiblemente se debe a la presencia de agua en el
complejo lo que indica que estaba humeda.
Los cambios en los espectros ´´visibles´´ vibracionales
de las moléculas son:
Cuantos mas fuertes son los enlaces químicos mayores
son las frecuencias observadas.
Las masas atomicas menores tienden a originar
frecuencias mayores. Por lo que podemos obsevar en
la figura #1 asociada al espectro IR del complejo de
racemico tribromuro de trietilendiamino de cobalto (lll)
La figura #2 espectro IR del complejo de racemico
tribromuro de trietilendiamino de cobalto (lll)
[Co(en)3]Br3 del otro grupo
Al
comparar
el
espectro
infrarrojo
experimental con el teórico se puede observar
la similitud de las bandas presentes en las
coordenadas una diferencia es que nuesto
espectro indica presencia de enlaces ocigenohidrogeno lo que indica presencia de agua por
lo que se ve un poco distinta
MICROSCOPIA
Fotos digitales tomadas con el microscopio digital
de luz led portátil usb 1000x
Img 1. Fotografía digital del compuesto tribromuro
de trietilendiaminocobalto(III)
En esta imagen logramos observar pequeñas
estructuras cristalinas del compuesto de color amarillo
naranja el cual es característico de los iones cobalto(III)
provenientes de una reacción de oxidorreducción la
estructura que se observa no es muy clara esto debido
a la formación de los cristales de forma rápida por lo
cual los iones que conforman los cristales no lograron
disponerse ordenadamente.
4
0.055g
moles de
AgBr
Moles de Br-
0.023g
Br
1.32g de complejo - 0.023g Br =0.030 Co (en)3
Img2. Fotografía digital del compuesto tribromuro
de trietilendiaminocobalto(III)
Esta imagen se obtuvo de la reducción de la disolución
obtenida después de la filtración del complejo,
claramente se logra observar un exceso de NaBr el cual
se combinó con pequeñas cantidades del complejo
presentando una coloración cristalina naranja muy
clara, logramos observar cristales más grandes que el
del complejo esto tal vez debido al exceso de la sal de
bromo contenida.
1.25
0.030gCo (en) 3
Co (en)3 =
=0,43
mol
Br=
=
3
El número de bromuros presentes en el complejo de
coordinación seria 3, entonces la formula molecular
seria CO (en)3 Br3
Por lo cual la formula esperada para este complejo
seria la siguiente:
Co (en)3 Br3 + KNO3 + AgNO3
3AgBr
. corrección de temperatura
a.K= 1278+ (18-25)*27 = 1080 corrección de
temperatura junto con la conductividad
b. 0,0025M
315,9S/cm
0,001M
x
Img 3. Fotografía digital de la reacción de
precipitación de iones bromuro
Ya que partimos de un complejo octaédrico
este implica mayor absorción de energía
para que los electrones salten y de esta
forma obtener colores de complejos del rosa
a púrpura este último es el que podemos
percibir con una tonalidad grisácea
Numero de iones bromuro
1. Co (en)3 Br3 + KNO3 + AgNO3
3AgBr
1.32g
1 mol de complejo
3AgBr
0.055g
+ 1 mol de AgNO3
la conductividad a en donde se hace la correcion de
temperatura a partir de 25 grados para asi hacer la
comparacion con la tabla de la guia y como
temperatura ambiente 18 grados ,como se puede ver
en los calculos da un numero mayor a 560 que es el
que se encuentra en la tabla teniendo en cuenta que al
ser mayor esta conductividad se supone según los
datos de la tabla que este complejo deberia tener +4
bromos siendo esto incorrecto puesto que ya se hallo
el numero de bromos que se encunetran en el
complejo , esto mismo sucede aplicando la formula b
en domde se usa la regla de tres con las
concentraciones mas diluidas en este da un resultado
mucho menos pero qu eno se acomoda al numero de
bromos hallados anteriormente ,según este resultado
el complejo tendria +1 Bromo , esto puede ser causado
por multiples razones.
5
Aunque est evalor no este en la tabla es coherente
puesto que la temperatura aunmenta o disminuye
junto con la conductividad ,se supone que en ese
momento se estaba en un temperatura de alrededor
de unos 18ºC y se tomo la menor concentracion esta si
disminuyo con respecto a esa temperatura aunque
seria erroneo lo de los numeros de bromos que
puedan estar a esa conductividad .
Modos normales
Numero de modos normales vibracionales asociados al
complejo de Co
Mediante la ecuación: 3N-6 para moléculas no lineales.
Donde N: Numero de átomos
de Hund). Por tanto, si tenemos uno, dos o
tres electrones por añadir a los orbitales d de
un ion complejo octaédrico, los electrones
ocuparán el conjunto de orbitales de más baja
energía
(UNAM
departamento
de
fisicoquimica , 2015), de este modo la
disposición de los electrones presentes en el
complejo de Co3+ quedara de la siguiente manera:
[Co(en)3]3+Br3
Co3+ = 3d6
Configuración de alto espín paramagnético
3(37)-6= 105 MODOS VIBRACIONALES
Operaciones de simetría
Aplicando calores de energía
Elementos de símetria: E, 2C2, 2C3
Grupo Puntual: D3
Representaciones irreducibles
n= Σ X(1) (R) N
nA1= 1/6[(1) (6) (1) + (1) (0) (3) + (1) (0) (2)] =6/6 = 1
nA2= 1/6[(1) (6) (1) + (1) (0) (3) + (1) (0) (2)] = 6/6= 1
nE= 1/6[(2) (6) (1) + (-1) (0) (3) + (0) (0) (2)] =12/6 = 2
√red = A1 + A2 + 2E
teoria de campo cristalino
Teoría de campo cristalino aplicado a Co3+
El modelo del campo cristalino nos ayuda a
entender las propiedades magnéticas y
algunas propiedades químicas importantes de
los iones de metales de transición. Los
electrones ocupan siempre primero los
orbitales desocupados de más baja energía y
ocupan un conjunto de orbitales degenerados
uno a la vez con sus espines paralelos (regla
Calculando

el
)
momento
magnético
Calculando la EECC
6
Realice un diagrama de niveles de energía de todos
los orbitales moleculares del complejo teniendo en
cuenta la Teoría del campo de los ligandos.
2 En base a los resultados de espectroscopia de
absorción UV-Vis y la Ley de Lambert-Beer, determine
el coeficiente de extinción molar para las transiciones
electrónicas d→d del complejo.
Según la TEV podemos determinar la configuración
electrónica de capa de valencia de nuestro átomo
central
[Co(en)3]3+Br3
Co3+ = 3d6
Ya que la (en) se encuentra dentro de la serie espectro
química como un tipo de ligando medianamente fuerte para
generar la estabilización del ion Co3+ será de alto espin
siguiendo la teoría de campo ligando, el diagrama nos queda
de la siguiente forma.
Grafica 1. coeficiente de extinción molar
La recta de la grafica nos define cuan fuertemente
las diluciones realizadas absorben la luz a una
dada longitud de onda, por concentración molar.
transiciones electronicas d→d
Fig 1. diagrama de niveles de energía de los orbitales
moleculares del complejo
CÁLCULOS Y PREGUNTAS ADICIONALES
Fig 2. transiciones electronicas
1 Escriba todas las reacciones químicas balanceadas
involucradas en la preparación del complejo y en la
precipitación de los iones Br- con AgNO3.

Formación del Tris (etilendiamina) cloruro
de cobalto (III)

complejo
racémico
tribromuro
trietilendiaminocobalto(III)
de
Fig 3. espectro UV-Vis de Cobalto (III)

Precipitación de los iones Br- con AgNO3
Para que un compuesto tenga color, debe
absorber luz visible. La luz visible se compone de
radiación electromagnética con longitudes de
7
onda que van desde aproximadamente 400 nm
hasta 700 nm La luz blanca contiene todas las
longitudes de onda de esta región visible. Esta luz
se puede dispersar en un espectro de colores,
cada uno de los cuales tiene una gama
característica de longitudes de onda.
Esta ecuación nos da a conocer energía que produce un
protón de las ondas de la luz en función de la longitud
(λ)
Conclusiones
 fue notoria las señales Lorencianas en
los diferentes gráficos,
 Esta absorción se llevó a cabo en el
infrarrojo medio ya que se emplean los
espectros de absorción, reflexión y
emisión.
Img 4. Longitudes de onda de absorbancia de luz
visible
En nuestro caso despues de aplicar la prueba de
ultravioleta, como podemos apreciar en la Fig.
nos da a conocer las dos bandas con mayor
energía que por defecto con la teoría de campo
cristalino se esperaban ver presentando así los
siguientes valores
λ(nm)
Absorbancia
336
0,787
467
0,852
Los valores de longitud de onda absorbidos nos dan a
conocer las transiciones dd que se llevan a cabo en el
complejo; absorbiendo longitudes de onda correspondientes
al color azul y generando la coloración naranja característica
del complejo de Co(III).
Por otro lado, para los cálculos de la energía utilizada para la
excitación desde el estado basal y promover las transiciones
observadas, se realiza mediante la siguiente ecuación.
Palabras clave: complejo; síntesis; espectroscopia infrarroja
REFERENCIAS
[1](Referencia1,http://www.ciens.ucv.ve:8080/generador/sites/LIApre
grado/archivos/Guia%20para%20infrarrojo.pdf[2](Reference 2
http://www3.uah.es/edejesus/resumenes/DECI/tema_2.pdf
[3](Reference 3 https://es.scribd.com/doc/32485885/Sintesis-de-Complejos-deCobalto-III
[4](Reference 4 http://www.heurema.com/QG/QG20/ComplejosCo3.pdf
[5] (Reference 3 UNAM departamento de fisicoquimica . (11 de 02 de 2015).
Facultad de quimica UNAM. Obtenido de Facultad de quimica UNAM:
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Complejosysunomenclatura_133
78.pdf
8