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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÂNICA QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL I Rota do hidróxido: Proposta de síntese para iodeto de chumbo (II) Paula Ferreira da Motta (121037089) Juan Merces Leonel (121077631) Comentários: Cálculos: não mostraram os cálculos!! Caracterização química – proposta de solubilidade falha! Ver comentário Caracterização física: IV proposta apresentada tem pontos que precisamos discutir; Referência bibliográfica: padronizar as referências (tem no Classroom)! Rio de Janeiro Agosto de 2024 Reagentes Periculosidade Aparato s Reações Cálculos Metodologi a Caracterização Bibliografia NOTA 1 1 1 1 0 1,8 1,4 0,8 8,0 peso 1 1 1 1 1 2 2 1 1. Composto a ser sintetizado Iodeto de chumbo (II) – PbI2 2. Lista de reagentes e periculosidade Tabela 1. Tabela de reagentes com periculosidade. Reagente Periculosidade Referências Nitrato de chumbo II Pb(NO3)2 - H350 Pode provocar câncer. - H360 Pode prejudicar a fertilidade ou o feto. [5] Hidróxido de sódio NaOH - H290 Pode ser corrosivo para os metais. - H314 Provoca queimadura severa à pele e dano aos olhos. [6] Hidróxido de chumbo II Pb(OH)2 - H302 Perigoso se ingerido. - H332 Perigoso se inalado. - H350 Pode provocar câncer. - H360 Pode prejudicar a fertilidade ou o feto. - H373 Pode causar dano a órgãos através de exposição repetida ou prolongada. - H400 Muito tóxico para organismos aquáticos. - H410 Muito tóxico para organismos aquáticos e com efeitos duradouros. [7] Ácido iodídrico HI - H290 Pode ser corrosivo para os metais. - H314 Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves. - H411 Tóxico para os organismos aquáticos com efeitos duradouros. [9] Iodeto de chumbo II PbI2 - H302 Perigoso se ingerido. - H332 Perigoso se inalado. - H360D Pode prejudicar a fertilidade ou o feto. - H373 Pode causar dano a órgãos através de exposição repetida ou prolongada. - H410 Muito tóxico para organismos aquáticos e com efeitos duradouros. [11] Etanol CH3CH2OH - H225 Líquido e vapores altamente inflamáveis. [14] Comentado [MM1]: Cuidado com a notação química!! - H319 Provoca irritação ocular grave. - H335 Pode provocar irritação das vias respiratórias. - H336 Pode provocar sonolência ou vertigem. - H340 Pode provocar defeitos genéticos se ingerido. - H360 Pode prejudicar a fertilidade ou o feto se ingerido. - H372 Provoca danos ao fígado por exposição repetida ou prolongada se ingerido. - H373 Pode provocar danos ao sistema nervoso central por exposição repetida ou prolongado se ingerido. 3. Listagem de aparatos laboratoriais - 2 bécheres de 50 mL; - 1 Erlenmeyer de 100 mL; - Funil Buchner; - Papel de filtro; - Kitassato; - Bomba de vácuo; - Bastão magnético; - Agitador magnético; - Bastão de vidro; - Dessecador à baixa pressão com hidróxido de sódio (agente dessecante). 4. Reações químicas na síntese (I) Pb(NO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) → Pb(OH)2(s) + 2 NaNO3(aq) (II) Pb(OH)2(s) + 2 HI(aq) → PbI2(s) + 2 H2O(l) 5. Cálculos estequiométricos Tabela 2. Massa molar e densidade para o cálculo estequiométrico. Reagente Massa molar (g/mol)[1] Densidade (g/cm3)[1] Pb(NO3)2 331,21 g.mol-1 - NaOH 39,99 g.mol-1 - Pb(OH)2 241,21 g.mol-1 - HI 127,91 g.mol-1 2,85 PbI2 460,01 g.mol-1 - Comentado [MM2]: INCOMPLETO 6. Metodologia 6.1 Síntese De acordo com o método descrito por Devamani (2012), em dois bécheres, solubilizar na quantidade mínima o possível de água destilada, 0,087 g de hidróxido de sódio e 0,72 g de nitrato de chumbo (II). A solução de sulfato de cobre II então será gotejada lentamente sobre a solução de carbonato de sódio que estará sob agitação branda e constante em um Erlenmeyer. Após a adição completa, a solução será filtrada à pressão reduzida em funil Buchner e o precipitado branco formado de hidróxido de chumbo (II) será guardado no dessecador à pressão reduzida, sendo o hidróxido de sódio o agente dessecante. Do método descrito por Surabhi (2015) e por Awol (2020), o hidróxido de chumbo será ressuspenso em água destilada (de 5 a 10 mL) e será adicionado ao sólido 0,34 mL de ácido iodídrico 57% de forma lenta, sob agitação. O precipitado deverá ser filtrado à vácuo e lavada com água destilada, sendo armazenado no dessecador até as análises de caracterização. 6.2 Caracterização 6.2.1 Infravermelho Para caracterizar o produto, todos os sólidos (percursores, intermediários e produto) devem ser analisados por infravermelho (IV). Sendo esperado as seguintes bandas nos espectros: Nitrato de chumbo (II): O íon nitrato possui geometria D3h, apresentando assim quatro modos vibracionais como mostrado na Figura 1, porém ν1 é um estiramento simétrico, não afetando o momento dipolo da molécula, portanto, não é ativa no infravermelho. Logo, são esperadas 3 bandas no espectro.[3] Figura 1. Modos vibracionais de moléculas D3h. Comentado [MM3]: Esqueceu a estequiometria! Recalcular! Comentado [DG4]: Sulfato de cobre não era a proposta anterior? Comentado [MM5]: Carbonato? Não é hidróxido de sódio! Comentado [MM6]: Usar béquer! Comentado [DG7]: Acredito que vocês se basearam na proposta anterior e esqueceram de trocar os nomes Comentado [MM8]: 20 mL Comentado [MM9]: Pressão reduzida O íon, entretanto, pode estar complexado com o átomo de chumbo de forma mono e bidentado, apresentando as simetrias Cs e C2v, respectivamente. Assim, há diminuição de simetria da molécula, causando a ativação do modo vibracional ν1 e a quebra de degenerescência, resultando no desdobrando das vibrações ν3 e ν4. Logo, é esperado encontrar as bandas referentes aos modos vibracionais ν1, ν2, ν3 e ν4, sendo duas bandas para ν3 e ν4. Dito isso, as faixas de estiramento para (ν) para o íon nitrato são[3]: ν2(NO3): 830 – 800 cm-1 ν3(NO3): 1400 – 1330 cm-1 ν4(NO3): 780 – 700 cm-1 As faixas de estiramento (v) e vibração fora do plano (π) características de metais ligados ao nitrato são [3]: o v(NO3): 1520 - 1480 cm⁻¹ o v(NO3): 1300 - 1250 cm⁻¹ o v(NO3): 1050 - 970 cm⁻¹ o π: 810 - 700 cm⁻¹ Hidróxido de sódio: O hidróxido de sódio apresenta grupo de ponto C∞v , logo apresenta um modo de vibração de estiramento do íon OH-. É uma característica importante. Para o NaOH, este modo resulta em uma banda forte na região de 3700 a 3500 cm-1. Quando o íon OH- está coordenado ao íon Na+, a absorção devido a este estiramento O-H é observada em 3637 cm-1 (HALLAM, 1968). Hidróxido de chumbo (II): O hidróxido chumbo (II) apresenta simetria C2v, apresentando três modos vibracionais, como descritos na Figura 2. Como todas as vibrações modificam o momento dipolo das moléculas, as três são esperadas no espectro. Comentado [MM10]: Onde são esperados os numeros de ondas destes modos? Figura 2. Modos vibracionais de moléculas C2v. Iodeto de chumbo (II): Assim como o hidróxido de chumbo (II), o iodeto apresenta simetria C2v, apresentando três modos vibracionais, como descritos na Figura 2. Como todas as vibrações modificam o momento dipolo das moléculas, as três são esperadas no espectro. Contudo, é esperado do PbI2 a ausência de picos intensos na faixa de 400 cm-1 a 4000 cm-1, isso porque a vibração de estiramento para metais halogenados do tipo XY2 apresentam baixas frequências na ordem MF2 > MCl2 > MBr2 > MI2. Para o fluoreto de chumbo II, segundo Nakamoto (2006), as vibrações v1, v2 e v3 são, respectivamente, 531.2 cm-1, 165 cm-1 e 507.2 cm-1, logo, para o cloreto, v1 e v3 ficam em torno de 300 cm⁻¹. Portanto, para o iodeto de chumbo II, as vibrações não devem aparecer na espectroscopia de infravermelho. 6.2.2 Teste de solubilidade Diferente das informações que se pode obter com os espectros de infravermelho dos reagentes, intermediáriose produto. Com esse teste o intuito é poder testar em bancada de forma rápida e qualitativa se obtivemos ou não os compostos de interesse. Tabela 3. Tabela com solubilidade do reagente de partida e produto [1]. Água Etanol Pb(NO3)2 Bastante solúvel (0,6g/mL a 25ºC) Pouquíssimo solúvel (0,4g/L) PbI2 Pouquíssimo solúvel (0,76g/L a 20ºC) Insolúvel Em dois tubos de ensaio, deve-se acrescentar 1mL de água destilada e etanol respectivamente. Acrescentar uma ponta de espátula do nitrato de chumbo II (Pb(NO3)2) em cada tubo e agitar para verificar a solubilidade do reagente. Comentado [MM11]: Notação inglesa! Estamos no Brasil, usar português! Comentado [MM12]: Por que? Comentado [MM13]: Pb(NO3)2: Qto é uma ponta de espátula? Essa ponta de espátula fará ficar na faixa desejada?como diferenciará o etanol da água? Idem para o PbI2? Em dois tubos de ensaio, acrescentar 1mL de água destilada. Em um dos tubos adiciona-se uma ponta de espátula de iodeto de potássio (KI) e depois uma ponta de espátula de iodeto de chumbo II (PbI2) em cada tubo e agitar para verificar a solubilidade do produto. 7. Referências [1] Weast, R.C.; Lide, D.R.; Astle, M.J.; and Beyer, W.H., Eds. CRC Handbook of Chemistry and Physics 95th Ed.; CRC Press, Inc.: Boca Raton, FL, 2014. [2] HALLAM, H. E. Infrared and Raman spectra of inorganic compounds. Royal Institute of Chemistry, Reviews, v. 1, n. 1, p. 39–61, 1 jan. 1968. [3] Nakamoto, K.; Handbook of Vibrational Spectroscopy – Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, USA: John Willey & Sons, 2006. [4] DEVAMANI, R. H. P.; AIAGAR, M. Synthesis and Characterization of Lead (II) hydroxide Nanoparticles. International Journal of Applied Sciences and Engineering Research, vol 1, nº 3, p. 483-487, 2012. [5] FICHA DE SEGURANÇA. [s.l: s.n.]. Disponível em: . [6] FICHA DE SEGURANÇA. [s.l: s.n.]. Disponível em: . [7] PUBCHEM. Lead hydroxide (Pb(OH)2). Disponível em: . [8] Surabhi, Raja e et al. Synthesis, Purification, Crystal Growth and Characterization of Lead Iodide (PbI2) Purified by a Low-Temperature Technique. Advanced Science. 6. 10.1166/asem.2014.1637. [9] Disponível em: . [10] Nasir Awol, et al. “A Versatile Lead Iodide Particle Synthesis and Film Surface Analysis for Optoelectronics.” Journal of Alloys and Compounds, vol. 829, no. 154486, 1 July 2020, pp. 154486–154486. [11] Ficha de Dados de Segurança. Disponível em: . Comentado [MM14]: Tem que diferenciar uma da outra Comentado [MM15]: ABNT não tem DOI! Qual a revista,pg, volume e ano Comentado [MM16]: Isto tudo é uma referencia? Comentado [MM17]: De quem? [12] Materials Project. Disponível em: . [13] Ficha de segurança Iodeto de potássio. [s.l: s.n.]. Disponível em: . [14] Ficha de segurança Etanol. Disponível em: . [15] Ficha de segurança Acetona. Disponível em: . Acesso em: 8 set. 2024. [16] HALLAM, H. E. Infrared and Raman spectra of inorganic compounds. Royal Institute of Chemistry, Reviews, v. 1, n. 1, p. 39-61, 1968.