63ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 1. Físico-Química

ESTUDO TEÓRICO DA ESPECIAÇÃO QUÍMICA DOS COMPLEXOS DE CIANETO DE COBRE (I) EM MEIO AQUOSO

Mateus Xavier Silva 1 Heitor Avelino de Abreu 2

1. Depto.de Química, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG 2. Professor / Orientador - Depto.de Química, ICEx, Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG

INTRODUÇÃO:

O método de extração do ouro de seus minerais por cianidação permanece o mesmo desde o início de sua utilização há cerca de 100 anos atrás. Entretanto, há uma necessidade crescente de processar minerais com concentrações muito baixas de ouro (<1 g Au/t) comparadas com as concentrações dos metais base tal como o cobre (~ 200 g/t). A causa do baixo desempenho técnico e econômico do processo de cianidação nos dias atuais é atribuída ao alto consumo de cianeto devido à complexação com cobre e outros metais, em reações paralelas. Desse modo, o estudo da especiação química dos complexos de cianeto de cobre (I) é de grande interesse científico, econômico e ambiental, sendo o objetivo deste trabalho estudar a distribuição de espécies estáveis de cobre (I) complexado com cianeto, completando sua coordenação com moléculas de água, entre as possíveis estruturas a serem formadas.

METODOLOGIA:

Os cálculos sobre as estruturas e propriedades eletrônicas dos complexos de cianeto de cobre (I) foram realizados no programa DeMon (Density of Montréal), utilizando a teoria do funcional de densidade (DFT) com os funcionais PBE e BP86 e um conjunto de funções de base double-zeta (DZVP). Adotou-se um modelo octaédrico para a coordenação do átomo de cobre pelos ligantes cianeto e água assumindo um número de coordenação igual a seis. Analisou-se também um modelo com coordenação bipiramidal ao átomo de cobre assumindo um número de coordenação igual a cinco e um terceiro modelo com coordenação quadrática e tetraédrica ao átomo de cobre onde foi assumido um número de coordenação igual a quatro. Para todos os modelos adotados citados acima, distintas estruturas foram propostas com número crescente (de 1 a 4) de ligantes cianeto, completando a coordenação, quando possível, com moléculas de água. Excetuando-se o modelo de coordenação tetraédrico, possibilidades diferentes de arranjo espacial dos átomos no complexo existem, sendo que todas as possibilidades estereoisoméricas foram levadas em consideração.

RESULTADOS:

Para todas as espécies foram analisadas todas as possíveis configurações e multiplicidades de spin, sendo que ao final todos os complexos foram totalmente otimizados e as frequências harmônicas calculadas para certificar que as estruturas eram realmente mínimos de energia na superfície de energia potencial. As estruturas mais estáveis encontradas neste trabalho foram as de geometria (I) linear, (II) trigonal plana e (III) tetraédrica e as distâncias dos íons cianeto ao centro metálico são respectivamente; (I) 1,86 Å, (II) 1,95 Å e (III) 2,05 Å. É interessante notar que as estruturas otimizadas não apresentam moléculas de água de coordenação, restando apenas os íons cianeto, bem como a maior estabilidade da espécie de geometria tetraédrica com relação à de geometria quadrática plana por um ∆E de aproximadamente 38 kcal.mol-1, o que nos permite concluir que a estrutura quadrática plana representa um mínimo local na superfície de energia potencial.

CONCLUSÃO:

A determinação da distribuição das espécies de cianeto de cobre (I) no equilíbrio em solução aquosa tem sido investigada através de diversas técnicas experimentais. Entretanto, estes estudos têm fornecido dados conflitantes ou inconclusivos, por exemplo, com relação aos parâmetros geométricos das distintas espécies observadas. É neste ponto que este trabalho surge fornecendo dados valiosos aos experimentalistas, auxiliando na interpretação dos dados experimentais. Os dados em questão consistem na conclusão de que as espécies linear, trigonal plana e tetraédrica são as mais estáveis dentre as estruturas possíveis e são então as geometrias preponderantes encontradas em um meio propício à reação dos íons cianeto com o cobre, como é no caso da mineração do ouro anteriormente citada.

Palavras-chave: Especiação química, Cobre, DFT.