SINTESIS DE SULFATO DE TRIS(TIOUREA) COBRE (I).

Compuestos de coordinación.

Por:Stephanie Balladares Vinet

Javiera Gutiérrez Bruna

Profesor:Juan Camus.

Viernes, 07 de diciembre de 2012.

Objetivos.

Sintetizar un complejo de Cu (I) en solución estabilizado por medio de una base de Lewis (Tiourea)

Introducción.

Las disoluciones acuosas del catión Cu (I) no son estables pues la dismutación del ión Cu +

(ac) (configuración d10) en Cu2+(ac) (configuración d9) y Cu(s) (configuración d10s1) es

espontánea. Hay dos formas de preparar especies de Cu (I) a partir de una disolución acuosa, una de ellas es preparar una sal de Cu (I) insoluble, como el Cu 2I2, y la otra es adicionar una base de Lewis que, por complejación, estabilice más al Cu (I) que al Cu (II), desfavoreciendo la dismutación del primero.

En esta práctica se sintetizará un complejo de cobre (I) con tiourea. Para ello, se hace reaccionar sulfato de Cu (II) con tiourea, la que juega un doble papel en la reacción: reduce el Cu (II) a Cu (I) y estabiliza el Cu (I) formando un complejo.

Fundamento teórico

El cobre, junto con plata y oro, se encuentra en el grupo IB de la tabla periódica y se le considera un metal de transición. Trabajo con los estados de oxidación (+1) y (+2), siendo este último el más estable. Presenta tendencia particular a formar iones complejos, que a su vez se combinan con otros iones o iones complejos para formar compuestos de coordinación. Los compuestos formados se caracterizan principalmente por los diferentes colores que imparten a la solución o bien, en estado sólido si precipitan.

Cuando un ion simple se combina con uno o más iones o con una o más moléculas neutras para formar un nuevo ion, este se denomina ion complejo. Por ejemplo en las especies como el ion [Ag (NH3)2]+, que son conjunto de ion metálico central unido a un grupo de moléculas o iones que lo rodean son complejos metálicos o sencillamente complejos. Los compuestos que contienen complejos se conocen como compuestos de coordinación.

Las moléculas o iones que rodean al ion metálico en un complejo se conocen como agentes acomplejantes o ligandos. Los ligandos tienen al menos un par no compartido de electrones de valencia.

Quelato es un término muy sencillo que se refiere a la formación de anillos que incluyen al centro metálico en compuestos de coordinación. La formación de este tipo de compuestos se da cuando un ligante con más de un "diente" se coordina a un mismo centro metálico. La formación de quelatos genera compuestos de mayor estabilidad en comparación con

sus análogos que no formen quelatos, este efecto de incremento de estabilidad se llama "Efecto Quelato".

Como dismutación (o desproporción) se denominan las reacciones redox donde un elemento es al mismo tiempo oxidado y reducido cuando la suma de potenciales de los correspondientes pares redox es mayor de 0.

Procedimiento.

1. Se preparó una disolución de 2,5 gramos de tiourea en 15 mL de agua y al mismo tiempo otra disolución de 2,5 gramos de sulfato de cobre (II) pentahidratado en 15 mL de agua. En seguida ambas soluciones se calentaron suavemente.

2. Una vez enfriadas las soluciones, a la solución de sulfato de cobre se le agrego la de tiourea agitando constantemente.

3. Se dejó reposar el producto. Posteriormente se filtró al vacío el producto4. Luego, se recristalizo disolviendo una disolución de 0,2 gramos de tiourea en 50 mL de

agua con 10 gotas de ácido sulfúrico. Y se dejó reposar por días.5. Finalmente el producto obtenido se filtró al vacío y mientras se filtraban se lavaron con

alcohol los cristales.

Observaciones.

El sulfato de cobre tiene el color característico azul brillante. La tiourea es de color blanca. Al mezclar ambas soluciones no se observa color. Queda una solución incolora. Al pasar las horas los cristales son impresionantemente notorios.

Discusión.

El complejo sintetizado era de color blanco perlado, dado que el metal central es la especie Cu (I) tiene una configuración d10, por lo tanto no presenta transiciones dado que los orbitales d están completamente ocupados y no se degeneran por el campo cristalino y por ende no absorbe luz de frecuencia en el visible (o absorbe todas las longitudes del visible). Por el contrario el CuSO4, tiene el cobre (II) cuya configuración es d9, por lo tanto este compuesto si presenta transiciones electrónicas en los orbitales degenerados por el campo cristalino, lo que implica que absorbe una frecuencia de luz especifica en la región visible

Estructura del complejo:

Esta es la estructura del sulfato de tris (tiourea) cobre (I); puesto que el compuesto es una sal (neutro), y además, porque el cobre (I) funciona como un ácido de Lewis blando que se coordina 1 o 3 veces con diferentes tipos de ligando, y con la tiourea, base de Lewis blanda, que logra estabilizar el cobre (I), evitando su dismutación, coordinándolo con seis pares libres provenientes de tres azufres, ya que estos son los más altos en energía y los más disponibles. La esfera de coordinación es trigonal acompañada por un oxígeno negativo, de un ión sulfato, como contra ión y otra esfera de coordinación similar (positiva) como contra ión del otro oxígeno del sulfato

La razón por la que estabiliza el cobre (I) al complejo es porque la tiourea tiene la peculiar propiedad de oxidarse en medio acuoso y presencia de oxígeno, con la siguiente reacción:

2 CS(NH2)2 (NH2)NHC-S-S-CNH(NH2) + 2 H+ + 2e-

Lo que le brinda al cobre (II) los electrones suficientes para reducirse a cobre (I) y así estabilizarse para formar el complejo con la tiourea del medio.

Cu2+ + e Cu+

Conclusiones.

De todo lo anterior se concluye que la utilización de tiourea oxidada para extraer cobre (I) (se puede además, extraer plata y oro) de una sal (u otro tipo de concentrado) constituye una tecnología novedosa que resulta más factible comparada con otros agentes oxidantes en la ácido tioureación, además la purificación por re-cristalización en medios ácidos es un método muy eficiente para el complejo de tiourea de las impurezas. Dada la sencillez y eficiencia del método se podría seguir el trabajo experimental, sobre el empleo de la técnica, en minerales y concentrados comerciales, especialmente evaluando los aspectos relacionados con la recirculación de la solución dado que la recuperación y la recirculación de la tiourea de las soluciones abaten los costos del reactivo. También, los problemas ambientales se evitan con la descomposición final de tiourea a sulfuro elemental y cianamida, que es un bien conocido fertilizante.

Referencias.

López, José y Berenguer, Jesús. Experimentación en química inorgánica, práctica 7. Universidad de la Rioja, área de química inorgánica. Disponible en: http://www.unirioja.es/dptos/dq/docencia/material/eqi/EQI.pdf

Chiang Mal University. Faculty of science, Stabilization of rare oxidation state-tris(tiourea) copper(I) sulfate. Disponible en: http://www.chem.science.cmu.ac.th/adminfiles/file/e-learning/Lab203318/Exp%20II-edit-2552.pdf

Palmes, Williams. (1970). Experimental Inorganic Chemistry. New York: University of Cambridge. Pag 130-131. Versión digital: http://books.google.cl/books?id=aDI9AAAAIAAJ&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false