Cores dos complexos de cobre

Cleybson de Lima Cavalcanti1

Uma das propriedades explicadas pela Teoria do campo cristalino (TCC) é a que diz respeito às cores dos complexos. Podemos ter complexos de um mesmo metal com mesmo N ox , com cores diferentes devido à variação de energia entre orbitais d, que depende de vários fatores. Neste experimento, foi utilizado como metal o Cu e variaram-se os ligantes, observando-se a variação de cores.Palavras-chave: complexo; cobre; ligante; cor.

Introdução

As variedades de cores no meio de complexos de metal de transição fascinam o observador. Como todas as cores, estas surgem de transições eletrônicas entre níveis cujos espaçamentos correspondem aos comprimentos de onda possível de ser obtido em luz visível. (De regra, quando um fóton de luz visível é absorvido, é sua cor complementar que nós realmente vemos). Estas transições são chamadas transições d-d, por serem estes orbitais, os responsáveis por muitas das características dos metais.

As cores produzidas estão intimamente relacionadas à magnitude do espaçamento entre estes níveis, que depende de fatores como a geometria do complexo, a natureza dos ligantes presentes e o Nox do átomo metal central.

Neste experimento, foi analisada a variação de cores nas soluções de complexos de Cu2+ variando-se apenas os ligantes em cada uma, e também, a mudança de coloração em compostos sólidos variando-se o número de oxidação do metal.

Procedimento

Parte 1

1) Para limpar o cobre (moeda), colocou-se em um béquer 10 ml de água destilada e 20 gotas de HCl P.A. , e adicionou-se a moeda em seguida.

2) Levou-se o béquer a aquecimento na tela de amianto sobre o bico de bunsen por aproximadamente 10 minutos. Logo após, secou-se a moeda com papel toalha.

3) Com o auxílio de uma pinça de cadinho, aqueceu-se a com movimentos para dentro e para fora da chama.

4) Em seguida mergulhou-se a moeda em água gelada e aqueceu-se novamente a moeda diretamente sobre a chama azul. Observou-se os resultados.

1 Aluno do 3º período do curso de Licenciatura Plena em Química da Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE).

Parte 2

1) Colocou-se em um cadinho pequenos grânulos de cristais de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4

.5H2O), o suficiente para cobrir o fundo cadinho.2) Levou-se o cadinho a aquecimento na tela de amianto sobre o bico de bunsen até ser

observado a mudança total da coloração3) Em seguida, resfriou-se o cadinho em água fria. Logo após, adicionou-se 1ml de

NH4OH P.A. junto com 10 ml de água destilada. Observou-se os resultados.

Parte 3

1) Repetiu-se o procedimento da Parte 2 e no lugar do NH4OH adicionou-se 1ml de HCl P.A. junto com 2 ml de água destilada. E observou-se os resultados.

Parte 4

1) Repetiu-se o procedimento da Parte 2 e no lugar do NH4OH adicionou-se um pouco de água destilada. E observou-se os resultados.

Resultados e discussão

Parte 1

Ao adicionar-se a moeda de Cu à solução de HCl, pode-se remover impurezas como gorduras e CuO (que poderiam interferir nos resultados obtidos), sem dano ao metal, visto que o Cu não reage com o HCl. Obtendo-se após a limpeza a coloração vermelho-pálido e aspecto brilhante característico dos metais.

Ao aquecer o cobre sobre a chama azul pode-se observar a mudança na coloração da moeda que ficou violeta: cor do Cu2O devido a transferência de carga e preta, cor do CuO devido à oxidação e transições d-d. Pôde-se também observar que a chama emitiu a coloração verde que possui comprimento de onda de 540 nm aproximadamente.

Parte 2

Ao aquecer-se os cristais de CuSO4.5H2O a coloração inicial que era azul foi mudando para branca, isso por causa da desidratação dos cristais. Podia-se notar também a formação de vapor condensado na parte superior do cadinho segundo a reação:

CuSO4.5H2O(s) CuSO4(s) + 5H2O(g)

Ao ser adicionado a amônia aos cristais desidratados (anidros), pode-se observar a formação de uma solução de cor azul escuro. A reação ocorrida foi:

CuSO4 (s) + 4 NH3(l) → [Cu(NH3)4]2+(aq) + SO4

2- (aq)

Cu2+(aq) + SO4

2-(aq) + 4NH3 (l) → [Cu(NH3)4]2+ (aq) + SO4

2- (aq)

Cu2+(aq) + 4NH3 (l) → [Cu(NH3)4]2+ (aq)

Neste caso, a cor obtida deve-se à natureza do ligante. Por ser considerada um ligante de campo forte, a amônia aumenta a magnitude entre os níveis t2 e e , (∆t), dos orbitais d, de modo a absolver um comprimento de onda de aproximadamente 620 nm equivalente à cor laranja, sendo a sua cor complementar o azul que vemos no [Cu(NH3)4]2+

(aq) de geometria tetraédrica. Ao adicionar-se a solução de HCl aos cristais anidros, pôde-se observar a formação de um complexo verde segundo a reação abaixo:

CuSO4 (s) + 4 HCl (l) → [CuCl4]2-(aq) + 4H+

(aq) + SO42-

(aq)

Cu2+(aq) + SO4

2-(aq) + 4H+

(aq) + 4Cl- (aq) → [CuCl4]2-

(aq) + 4H+(aq) + SO4

2- (aq)

Cu2+(aq) + 4Cl-

(aq) → [CuCl4]2-(aq)

Por ser o Cl- considerado um ligante de campo fraco, o ∆ t dos orbitais d é de baixa magnitude, de modo a absorver um comprimento de onda equivalente à cor púrpura, sendo a sua cor complementar a cor verde de 540 nm aproximadamente. O [CuCl4]2- possui geometria tetraédrica.

Ao adicionar-se água destilada aos cristais anidros, pôde-se observar a formação de um complexo azul claro, segundo a reação abaixo:

CuSO4 (s) + 6 H2O (l) → [Cu(H2O)6]2+(aq) + SO4

2- (aq)

Cu2+(aq) + SO4

2-(aq) + 4 H2O (l) → [Cu(H2O)6]2+ (aq) + SO4

2- (aq)

Cu2+(aq) + 4 H2O (l) → [Cu(H2O)6]2+ (aq)

Por também ser a água considerada um ligante de campo fraco, o ∆ t dos orbitais d é de baixa magnitude, de modo a absorver um comprimento de onda de aproximadamente 700nm equivalente à cor vermelha, sendo a sua cor complementar a cor azul-verde.

Observando-se os resultados obtidos, pode-se perceber que dentre os ligantes utilizados, a amônia é o mais forte e o Cl-, o mais fraco. Comparando-os com a série espectroquímica teremos:

Cl- < H2O < NH3

Série Espectroquímica: I- < Br- < S2- < SCN- < Cl-< NO3- < F- < OH- < ox2- < H2O < NCS- < CH3CN

< NH3 < en < bpy < phen < NO2- < phosph < CN- < CO

Conclusão

Pode-se provar através desse experimento que na formação dos complexos de Cu2+, a natureza dos ligantes afeta diretamente a propriedade óptica de cada um, resultando numa incrível variação de cores. Assim como a variação do número de oxidação do metal.

Conclui-se que quanto mais forte é o ligante, maior será a magnitude do campo cristalino (∆o ou ∆t) e conseqüentemente maior será o comprimento de onda absorvido, assim a cor que se vê logo será a cor complementar de comprimento de onda menor que o absorvido.

Referências

LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. Trad. Henrique E. Toma. et all. 5° edição. São Paulo. Edgard Blucher. 2003. Pág 104 à 109 e 418 à 422.

HUHEEY, J. E.; KEITER. E. A.; KEITER. R. A. Inorganic chemistry: principles of structure and reactivity. 4º Edition. HarperCollins College Publishers. New York, 1993. Pág 433, 434.

ATKINS, Peter. et all. Princípios de Química. Trad. Ricardo Bicca de Alencastro. 3° edição. Porto Alegre. Bookman. 2006. Pág 718 à 723.

VOGEL, A. Química Analítica Qualitativa. Trad. Antonio Gimeno. 5° edição. São Paulo. 1981. Pág 239 e 240.