ÁREA: Ensino de Química
TÍTULO: UMA NOVA ABORDAGEM NA DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO DE COMPLEXAÇÃO DO ÍON FERRO (III) POR TIOCIANATO
AUTORES: PLICAS, L. M. A. (IBILCE/UNESP) ; TIERA, V. A. O (IBILCE/UNESP) ; PASTRE, I. A. (IBILCE/UNESP) ; AGOSTINHO, S. M. L. (IQ/USP)
RESUMO:
Cuidados experimentais devem ser tomados ao se determinar constantes de equilíbrio. No caso da constante de equilíbrio de complexação de íons Fe (III) por íons tiocianato, equilíbrios simultâneos de hidrólise e de complexação do íon por outros ligantes pode alterar de maneira significativa os resultados. Embora se encontrem experimentos relatados, alguns envolvem o uso de FeCl3, e, em outros, o sais de Fe(NO3)3 e de SCN-, que não ressaltam a questão dos equilíbrios simultâneos. O presente trabalho teve por objetivos: determinar o valor de Kcomp na ausência e presença de íons cloreto, em meio de ácido nítrico para evitar a hidrólise do Fe (III); realizar experimentos de baixo custo, empregando comparação visual de cores e comparar os resultados com os obtidos empregando espectrofotometria
PALAVRAS CHAVES: ensino de química, constante de equilíbrio de complexação, tiocianato de ferro(iii)
INTRODUÇÃO: A determinação da constante de equilíbrio de complexação dos íons Fe (III) por íons tiocianato, Kcomp, tem sido proposta em experimentos de laboratórios de Química, tanto de ensino médio e técnico quanto de nível superior (ISUYAMA et at, 1985 e GIESBRECHT et al, 1979) . Estas propostas de experimentos, empregando a colorimetria, entretanto, nem sempre consideram a existência de equilíbrios simultâneos, o que pode levar a erros no cálculo de Kcomp. Um destes equilíbrios decorre da formação de hidroxicomplexos de ferro, em meio aquoso, causados pela não acidificação da solução, além do Fe (III) livre, solvatado, se encontrar em menor concentração do que o teor total de Fe (III) inicialmente adicionado. A cor dos hidroxi-complexos mascara, quando em excesso, a cor do complexo de interesse, levando a erros experimentais. O emprego de cloreto de ferro(III), como sal de partida, também induz a erros, em virtude da formação simultânea de clorocomplexos de ferro. Este trabalho tem como objetivos: determinar Kcomp empregando soluções acidificadas para, praticamente eliminar a presença de hidroxicomplexos; estabelecer uma comparação entre os valores de Kcomp quando se empregam sais como cloreto de ferro(III) e nitrato de ferro(III), levando em conta a ação complexante significativa dos íons cloreto e a ação desprezível dos íons nitrato como complexante para os íons ferro (III); empregar equipamentos de baixo custo e comparar os valores obtidos por técnica visual com dados da literatura empregando medidas de absorbância. Estes experimentos, além de servirem para introduzir conceitos e cálculos de constante de equilíbrio, proporcionam a discussão, com os alunos, de equilíbrios simultâneos.
MATERIAL E MÉTODOS: Materiais: grade com seis tubos de ensaio, de igual tamanho e diâmetro; balões volumétricos, pipetas e cilindros graduados, água destilada, 100 mL de Fe(NO3)3 0,2 mol.L-1, 100 mL de FeCl3 0,2 mol L-1, preparadas em meio de HNO3 0,1 mol.L-1, 250 mL de KSCN ou NaSCN 0,002 mol.L-1 e 500 mL de HNO3 0,1 mol.L-1.
Método: comparação de cores envolvendo um tubo padrão, onde a concentração de ferro (III) é muito maior do que a de tiocianato, podendo-se admitir que, praticamente todo o SCN- transformou-se no complexo Fe(SCN)2+. A comparação de cores foi feita admitindo a relação: hp.Cp = hx.Cx, onde, hp e Cp representam a altura da solução e a concentração de SCN- no tubo padrão e, hx e Cx representam as alturas nos diferentes tubos comparados com o padrão (x = altura nos tubos 2, 3, 4, 5 e 6) e suas respectivas concentrações. O procedimento experimental descrito conforme GIESBRECHT, (1979) foi realizado com algumas modificações, como segue: adicionar aos seis tubos, 5 mL de solução NaSCN 0,002 mol.L-1, adicionar 5 mL de solução Fe(NO3)3 0,20 mol.L-1, ao tubo 1, este tubo será o padrão. Para os demais tubos, medir 10 mL de solução de íons de Fe (III) e transferir para proveta de 25 mL, completar com solução de HNO3 0,1 mol.L-1. Colocar 5 mL desta solução no tubo 2. Deixar somente 10 mL de solução na proveta, diluir até 25 mL com HNO3, retirar 5 mL desta solução e adicionar ao tubo 3 e assim, sucessivamente até o tubo 6. Colocar lado a lado os dois tubos a serem comparados, enrolar em folha de papel, colocá-los sobre uma folha de papel branco e olhar por cima. Para igualar a intensidade de cor nos dois tubos, retirar um pouco de solução do tubo padrão. Medir as alturas das soluções nos tubos que estão sendo comparados e anotar. Repetir o procedimento usando solução de FeCl3.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na tabela 1 encontram-se os valores das alturas (hp e hx) das soluções nos tubos.
Tabela 1: Valores de h nos tubos contendo soluções dos íons SCN- e Fe (III)
Tubo h / cm
Fe(NO3)3 FeCl3
1 8,30 8,30
2 7,30 6,70
3 6,30 5,00
4 5,00 4,50
5 3,70 2,50
6 2,00 1,70
Na tabela 2 encontram-se os valores de Cx obtidos a partir da comparação das cores relativas ao complexo e o valor de Kcomp obtido em cada experimento.
Tabela 2: Concentrações e Kcomp empregando soluções de Fe(NO3)3 e FeCl3, respectivamente.
Tubo Concentração inicial Kcomp Concentração inicial Kcomp
[Fe3+] [SCN-] [FeSCN2+] [Fe3+] [SCN-] [FeSCN2+]
1 0,100 0,001 0,0010 - 0,100 0,001 0,0010 -
2 0,040 0,001 0,0009 231 0,040 0,001 0,0008 103
3 0,016 0,001 0,0008 263 0,016 0,001 0,0006 97
4 0,006 0,001 0,0006 250 0,006 0,001 0,0005 167
5 0,003 0,001 0,0004 333 0,003 0,001 0,0003 186
6 0,001 0,001 0,0002 313 0,001 0,001 0,0002 313
O valor médio da Kcomp obtido usando Fe(NO3)3 foi igual a (2,8 ± 0,5)x102 e usando FeCl3 igual a (1,7 ± 0,5)x102. Os resultados são similares aqueles obtidos por medidas de absorvância, Kcomp = (3,5 ± 0,3)x102, (SOUZA, 2008) e Kcomp = (2,1 ± 0,1)x102 (SILLEN, 1964) com Fe(NO3)3 e FeCl3, em meio de nitrato, respectivamente. A presença do íon cloreto leva a um valor mais baixo do Kcomp calculado porque se considera a quantidade de íons de Ferro (III) inicial, total, quando na realidade a quantidade de íons de Fe (III) solvatado disponível para reagir é menor na presença do complexante cloreto.
CONCLUSÕES: A complexação de íons Fe (III) por íons SCN- pode ser estudada por técnica visual de comparação de cores com o cuidado de acidificar as soluções de ferro III e empregar como eletrólito um ânion não complexante a este íon. Os resultados obtidos por esta técnica podem ser comparados, dentro da precisão experimental, aos obtidos por medidas de absorvância. O experimento pode ser utilizado para introduzir o aluno no estudo de equilíbrio químico na presença de equilíbrios simultâneos. Os resultados podem ser usados no ensino de equilíbrios em soluções na forma de análise de dados e de exercícios.
AGRADECIMENTOS: PROEX-UNESP, Departamento de Química e Ciências Ambientais/UNESP e Departamento de Química Fundamental/USP
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GIESBRECHT, E. (Coord), FELICÍSSIMO, A. M. P. et al. Experiências de química, técnicas e conceitos básicos: PEQ – Projetos de Ensino de Química. Ed. Moderna, São Paulo, 1979.
ISUYAMA, R. (Coord), AGOSTINHO, S. M. L. et al. Experiências sobre equilíbrio químico. Ed. Única, Editora da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1985.
SILLEN, L. G.; MORTELL, A. E. Stability Constantes of Metal-Ion Complexes, The Chemical Society, publicação especial n° 17, pg. 119, 1964.
SOUZA, L. F.; FELICÍSSIMO, A. M. P.; AGOSTINHO, S. M. L Efeito do íon cloreto no cálculo da constante de equilíbrio de complexação do íon ferro (III) por tiocianato. 31ª RASBQ, CD-ROM, 2008.
