dissertação
Especiação química e termodinâmica da complexação do cromo hexavalente com ligantes polidentados
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
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Resumo
O cromo é um metal pesado que apesar de estudado ao longo dos anos, tem deixado sempre muitas dúvidas ao mundo científico. O estado de oxidação, que pode variar de -2 a +6, confere-lhe diferentes efeitos químicos e biológicos, sendo as formas mais estáveis a trivalente (Cr(III)) e a hexavalente (Cr(VI)), além da forma metálica (Cr(0)). Compostos de cromo são usados em vários processos industriais tais como: fabricação de corantes e tintas, galvanoplastia, indústria metalúrgica, curtimento de couro, etc. O cromo trivalente é um oligomineral essencial ao homem e aos animais, sendo a forma naturalmente encontrada nos alimentos. Por outro lado, o cromo hexavalente é um poderoso agente oxidante que provém essencialmente de fontes industriais. É altamente tóxico provocando grande preocupação nos pesquisadores devido aos possíveis riscos mutagênicos e cancerígenos dessa espécie. Frente a essa questão, foi proposto neste trabalho, a investigação teórica dos aspectos energéticos envolvidos na reação de complexação do cromo hexavalente através de ligantes polidentados selecionados, a fim de identificar a estrutura do ligante que forma o complexo mais estável. Em um segundo momento, pretende-se avaliar o complexo mais estável com o complexo cromo-colágeno (proteína do couro), no intuito de avaliar energeticamente a seletividade entre ligantes polidentados e o colágeno. Estruturas isoméricas [Cr(ligante)] foram desenvolvidas e estudadas por meio de cálculos teóricos, utilizando-se os métodos computacionais semiempírico, DFT e análises NBO e QTAIM.
Das estruturas dos complexos que foram propostas a partir dos ligantes, ácido nitriloacético (NTA), ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), ácido trans-1,2-diaminocicloexanotetracético (DCTA), ácido dietilenotriaminopentacético (DTPA) e ácido oxálico, o DTPA foi o ligante que proporcionou o maior número de isômeros, dezesseis no total, sendo que foi identificada nesse grupo a estrutura do complexo de menor energia.
Chromium is a heavy metal, that despite studied over the years, has always left many questions for the scientific world. The oxidation state, which can range from -2 to +6, gives it different chemical and biological effects, the most stable being the trivalent (Cr(III)) and hexavalent (Cr(VI)) forms besides metallic form (Cr(0)). Chromium compounds are used in various industrial processes such as: manufacture of dyes and paints, electroplating, metallurgy industry, leather tanning, etc. Trivalent chromium is an essential oligomineral for humans and animals, that form being found naturally in foods. On the other hand, hexavalent chromium is a powerful oxidizing agent which is derived mainly from industrial sources. It is highly toxic causing great concern among researchers due to possible mutagenic and carcinogenic risks of this species. Faced with this issue, in this paper we propose the theoretical investigation of the energy aspects involved in the complexation reaction of hexavalent chromium through selected polydentate ligands in order to identify the structure of the ligand which forms the most stable complex. We also intend to evaluate the complex most stable with the chromium-collagen complex (leather protein) in order to energetically evaluate the selectivity between polydentate ligands and the collagen. Isomeric structures [Cr(ligand)] have been developed and studied via theoretical calculations using the semiempirical computational methods, DFT and NBO and QTAIM analysis. From the structures of the complexes which were proposed based on the ligands, nitrilotriacetic acid (NTA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), trans-1,2-diamino cyclohexane tetraacetic acid (DCTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and oxalic acid, DTPA was the ligand that provided the greatest number of isomers, sixteen in total. The structure of the complex of lowest energy was identified in this group.
Chromium is a heavy metal, that despite studied over the years, has always left many questions for the scientific world. The oxidation state, which can range from -2 to +6, gives it different chemical and biological effects, the most stable being the trivalent (Cr(III)) and hexavalent (Cr(VI)) forms besides metallic form (Cr(0)). Chromium compounds are used in various industrial processes such as: manufacture of dyes and paints, electroplating, metallurgy industry, leather tanning, etc. Trivalent chromium is an essential oligomineral for humans and animals, that form being found naturally in foods. On the other hand, hexavalent chromium is a powerful oxidizing agent which is derived mainly from industrial sources. It is highly toxic causing great concern among researchers due to possible mutagenic and carcinogenic risks of this species. Faced with this issue, in this paper we propose the theoretical investigation of the energy aspects involved in the complexation reaction of hexavalent chromium through selected polydentate ligands in order to identify the structure of the ligand which forms the most stable complex. We also intend to evaluate the complex most stable with the chromium-collagen complex (leather protein) in order to energetically evaluate the selectivity between polydentate ligands and the collagen. Isomeric structures [Cr(ligand)] have been developed and studied via theoretical calculations using the semiempirical computational methods, DFT and NBO and QTAIM analysis. From the structures of the complexes which were proposed based on the ligands, nitrilotriacetic acid (NTA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), trans-1,2-diamino cyclohexane tetraacetic acid (DCTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and oxalic acid, DTPA was the ligand that provided the greatest number of isomers, sixteen in total. The structure of the complex of lowest energy was identified in this group.
Abstract
Descrição
Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-graduação em Agroquímica, área de concentração em Agroquímica, para a obtenção do título de Mestre.
Área de concentração
Agroquímica
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
Palavras-chave
ISBN
DOI
Citação
RESENDE, J. E. de. Especiação química e termodinâmica da complexação do cromo hexavalente com ligantes polidentados. 2013. 91 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2014.