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QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA Christian Boller Nomenclatura e identificação dos principais ânions Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Caracterizar e nomear os ânions. � Identificar e classificar os grupos de ânions. � Descrever as técnicas de identificação dos grupos de ânions. Introdução Os ânions são a parte fundamental de qualquer composto iônico. São estruturas poliatômicas cuja carga final (também chamada de formal) é negativa. Eles têm por função estabilizar a carga positiva do cátion de forma que a soma total de cargas positivas e negativas de uma estrutura iônica seja igual a zero. Sua nomenclatura é um pouco mais complexa do que a dos cátions. Enquanto para estes, que são, em geral, monoatômicos e recebem nomes de acordo com suas valências, os ânions possuem nomes derivados dos ácidos inorgânicos de origem. Embora sua divisão em grupos não seja tão clássica e formal quanto a dos cátions, também podem ser separados de acordo com as reações químicas envolvidas. Dessa forma, você vai ver, neste capítulo, formas de caracterizar e de nomear os ânions e também como classificar e identificar os principais grupos. Também vai descrever as reações características dos ânions mais presentes no dia a dia. Caracterização dos ânions Os ânions são o componente negativo de um composto iônico. Eles são no- meados de duas formas: ânions monoatômicos e poliatômicos. Ânions monoatômicos Entre os ânions monoatômicos, podemos destacar aqueles formados por flúor, cloro, bromo, iodo e enxofre (o oxigênio, também forma ânions monoatômicos, mas para efeitos de estudo, segue uma regra separada, a dos óxidos, peróxidos e superóxidos). Outros elementos também podem formar ânions, mas são menos comuns, como o carbono, o nitrogênio, o fósforo, entre outros (RUSSEL, 1994). Para que se formem, os ânions monoatômicos devem receber elétrons suficientes do cátion para que possam cumprir a regra do octeto. Acompanhe o exemplo: 16S = 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p4 17Cl = 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p5 O enxofre possui seis elétrons em sua camada de valência (3s2 3p4) e o cloro sete elétrons (3s2 3p5), assim, o enxofre precisa receber dois elétrons e o cloro um. Com base no exemplo apresentado, vamos construir um composto formado por sódio (Na+) e por enxofre (S–2). Para que o enxofre receba os dois elétrons necessários é preciso fazer uma ligação com dois átomos de sódio. No momento da ligação, tanto o enxofre quanto o sódio tornam-se respectivamente íon enxofre e íon sódio. Na prática, não é a última camada que precisa cumprir a regra do octeto, basta completar os orbitais vazios do subnível p do cloro (Quadro 1). Subnível p do cloro antes da ligação Subnível p do cloro após a ligação ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ Quadro 1. Subníveis do cloro antes e após a ligação química Nomenclatura e identificação dos principais ânions2 Para todos esses compostos, isto é, quando o ânion é monoatômico, basta utilizar o nome latino do elemento acrescido da terminação “eto”. O Quadro 2 apresenta a nomenclatura dos principais ânions monoatômicos. Fonte: Atkins e Jones (2011). Elemento Radical Nome do ânion Valência F fluor fluoreto – 1 Cl clor cloreto – 1 Br brom brometo – 1 I iod iodeto – 1 S sulf sulfeto – 2 Quadro 2. Nomenclatura dos principais ânions monoatômicos Veja alguns exemplos de nomenclaturas: � NaCl — cloreto de sódio; � KI — iodeto de potássio; � MgCl2 — cloreto de magnésio; � FeCl2 — cloreto de ferro II; � FeCl3 — cloreto de ferro III. Ânions poliatômicos Os ânions poliatômicos são, em geral, constituídos pelos mesmos elementos dos ânions monoatômicos, acrescidos de oxigênio. Como exceções a essa regra temos o tiocianeto (SCN–), o cianeto (CN–), entre outros. Os ânions poliatômicos recebem seus nomes de acordo com o elemento que está ligado ao oxigênio. Além disso, recebem prefixos — “per” ou “hipo” — e sufixos — “ato” ou “ito” — de acordo com o número de oxidação do elemento central. Veja alguns exemplos no Quadro 3. 3Nomenclatura e identificação dos principais ânions Fonte: Atkins e Jones (2011). Elemento Nome latino Nox do elemento Nome do ânion Valência ClO4 clor +7 perclorato – 1 ClO3 clor +5 clorato – 1 ClO2 clor +3 clorito – 1 ClO clor +1 hipoclorito – 1 S2O8 sulf +7 persulfato – 2 SO4 sulf +6 sulfato – 2 SO3 sulf +4 sulfito – 2 S2O3 sulf +2 hipossulfito (tiossulfato) – 2 NO3 nitr +5 nitrato – 1 NO2 nitr +3 nitrito – 1 PO4 fosf +5 fosfato – 3 HPO3 fosf +3 fosfito – 2 H2PO2 fosf +1 hipofosfito – 1 CO3 carb + 4 carbonato – 2 HCO3 carb + 4 bicarbonato – 1 Quadro 3. Nomenclatura dos principais ânions poliatômicos O prefixo “bi” pode ser utilizado com ânions divalentes quando um dos cátions é o hidrogênio e o outro é um elemento diferente. Por exemplo, carbonato de sódio (Na2CO3), carbonato de magnésio (MgCO3) e bicarbonato de sódio (NaHCO3). Outra forma de nomear é quando os cátions são diferentes, assim temos o carbonato de sódio e também o carbonato duplo de sódio e potássio (NaKCO3) Nomenclatura e identificação dos principais ânions4 Identificação e classificação dos grupos de ânions A primeira forma e a mais simples de identificar e de classificar os ânions é de acordo com o cátion ligado a ele. Considerando que todos os ânions possuem cargas negativas, os cátions podem ser de dois tipos, o íon hidrogênio e outros íons. Sempre que o íon hidrogênio estiver ligado a um ânion, a estrutura formada é o que se denomina de ácido de Arrhenius. Nessa forma, o nome dos ânions é alterado. Assim, quando o ânion termina em “ato”, na forma de ácido terá o nome de “ico”, quando termina em “ito”, o nome modifica-se para “oso” e, no caso da terminação ser “eto”, o ácido receberá o nome de “ídrico”. Na forma de ácido, os ânions são solúveis em água e, em alguns casos, como o do ácido fluorídrico (HF), do ácido clorídrico (HCl), do ácido sulfídrico (H2S) e do ácido nítrico (HNO3) são gases solubilizados em água. Ácidos orgânicos possuem o cátion H+ e um ânion orgânico como o for- miato (metanoato), o acetato (etanoato), o caproato (hexanoato), o ropanato. O ácido fórmico é volátil e, por isso, denominado de ácido volátil, já o ácido capróico é denominado de fixo por não se volatilizar. Esse processo inverte-se quando o cátion é diferente do hidrogênio. Uma grande parcela dos sais inorgânicos é pouco solúvel em água e forma pre- cipitados. Esas é a característica diferencial dos sais, sua solubilidade em água. De todos os sais disponíveis, apenas os formados por nitrato (NO3–), por acetato (CH3CO2–), por clorato (ClO3–) e por perclorato (ClO4–) formam sais solúveis. O Quadro 4 apresenta os critérios de solubilidade dos diferentes ânions inorgânicos (ATKINS; JONES, 2011). A terceira forma de se reconhecer um ânion é pela coloração da solução. A maioria dos sais e dos ácidos formados por carbono, fósforo, cloro, enxofre (como sulfatos e sulfitos) são incolores. Os outros ânions apresendam coloração característica, como, por exemplo, o permanganato (MnO4 –) possui coloração roxa, já o cromato (CrO4 2–) possui cor amarela, enquanto do dicromato (Cr2O7) possui coloração alaranjada. Além da identificação por aspectos físico-químicos que são inespecíficos, existe a elucidação estrutural por meio de reações químicas que são características para cada grupo de ânions. Como exemplo desse processo temos a separação dos ânions em dois grandes grupos, o grupo A, que reage com ácidos fracos (grupo A1) ou fortes (grupo A2) formando compostos voláteis; e o grupo B, que não forma compostos voláteis, mas depende de outras reações químicas. O grupo B é dividido em ânions identificados por reações de precipitação (grupo B1) e por reações de oxirredução (grupo B2) (Figura 1) (VOGEL, 1981). 5Nomenclatura e identificação dos principais ânions Fonte: Atkins e Jones (2011, p. F69). Compostos solúveis Compostos insolúveis Compostos dos elementos do Grupo1 Compostos de amônio (NH4+) Cloretos (Cl–), brometos (Br–) e iodetos (I–), exceto os de Ag+, Hg2 2+ e Pb2+ * Nitratos (NO3–), acetatos (CH3CO2), cloratos (ClO3 –) e percloratos (ClO4 –) Sulfatos (SO4 2–), exceto os de Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+, Hg2 2+ e Ag+ ** Carbonatos (CrO4 2–), cromatos (CrO4 2–), oxalatos (C2O4 2–) e fosfatos (PO4 3–) , exceto os dos elementos do Grupo 1 e NH4 + Sulfetos (S2–), exceto os dos elementos do Grupo 1 e 2 e NH4 + hidróxidos (OH–) e óxidos (O2–), exceto os dos elementos do Grupo 1 e o dos elementos do Grupo 2 abaixo do período 2*** * PbCl2 é ligeiramente solúvel. ** Ag2SO4 é ligeiramente solúvel. *** Ca(OH)2 e Sr(OH)2 são ligeiramente solúveis. Mg(OH)2 é muito ligeiramente solúvel. Quadro 4. Solubilidade dos principais ânions Figura 1. Esquema de separação dos ânions. Fonte: Adaptada de Vogel (1981, p. 327-328). Amostra desconhecida Grupo A Grupo B Forma gás Grupo A1 Não forma gás Forma precipitado Grupo B1 Não precipita Forma gás Grupo A2 Não forma gás Grupo B Grupo B2 Separar em tubos de ensaio distinto Ácido sulfúrico ou clorídrico diluído Reações de precipitação Ácido sulfúrico ou clorídrico concentrado Reações de oxirredução Nomenclatura e identificação dos principais ânions6 A partir dessa divisão, destacamos os seguintes ânions (OLIVEIRA et al., 2006): � Grupo A1 — carbonato, bicarbonato, sulfito, tiossulfato, sulfeto, nitrito, hipoclorito, cianeto e cianeto. � Grupo A2 — (todos do grupo A1 reagem com ácido fraco), fluoreto, hexafluorsili- cato, cloreto, brometo, iodeto, nitrato, clorato, perclorato, permanganato, bromato, borato, hexacianoferrato II, hexacianoferrato III, tiocianato, formiato, acetato, oxalato, tartarato, citrato. � Grupo B1 — sulfato, persulfato, fosfato, fosfito, hipofosfito, arseianto, arsenito, cromato, dicromato, silicato, hexafluorsilicato, salicilato, benzoato e succinato. � Grupo B2 — manganato, permanganato, cromato e dicromato. A classificação não é tão rígida quanto a análise sistemática e a identificação de cátions, pois um mesmo ânion pode pertencer a grupos distintos. Na próxima seção, você verá com detalhes como identificar alguns ânions de cada grupo. Técnicas de identificação dos grupos de ânions Identificação de ânions do grupo A1 Essa identificação é feita com ácidos (sulfúrico ou clorídrico) diluídos. Esses ânions são muito instáveis e mesmo soluções diluídas permitem sua trans- formação em compostos voláteis. Acompanhe a reação de identificação do bicarbonato, do sulfeto e do cianteto: HCl(aq) + HCO3 – → H2CO3 → H2O (l) + CO2 (g) HCl(aq) + S – → H2S(g) HCl(aq) + CN – → HCN(g) Identificação de ânions do grupo A2 Essa identificação é feita com ácidos (sulfúrico ou clorídrico) concentrados (é dada preferência para o sulfúrico, pois o ácido clorídrico concentrado também é volátil). Esses ânions são muito estáveis, logo, soluções diluídas não possuem energia de ativação suficiente para que a reação ocorra. Acompanhe a reação de identificação do cloreto e do nitrato: 7Nomenclatura e identificação dos principais ânions H2SO4 (l) + Cl – → Cl (g) H2SO4 (l) + NO3 – → NO(g) Identificação de ânions do grupo B1 Vários ânions do grupo A são também identificados como grupo B. Exemplo desse processo você pode ver na reação de identificação do bicarbonato: HCl (aq) + HCO3 – → H2CO3 → H2O (l) + CO2 (g) CO2(g) + Ba +2 → Ba Para confirmar a presença de gás carbônico, ele pode ser borbulhado em solução com bário. Isso ocorre, pois o gás carbônio reage com a água formando ácido carbônico. O ácido, uma vez formado por reagir com o bário, precipita na forma de carbonato de bário. A formação de carbonato de bário confirma a reação, pois conforme a reação a seguir, carbonatos são insolúveis, exceto aqueles formatos por elementos do grupo 1 da tabela periódica. CO2 (g) + H2O(l) + Ba(OH)2(aq) → BaCO3(s) + 2 H2O (l) Outro exemplo com essa mesma característica é o do ânion iodeto. Na presença de prata, ele precipita como sólido amarelo-claro. Todos os elementos do grupo 17 da tabela periódica possuem ese comportamento, variando apenas a coloração do precipitado. I– (aq) + Ag + (aq) → AgI(s) Veja agora o exemplo de um ânion que não está presente no grupo A, o cromato. Esse ânion não reage com ácidos fortes nem fracos, logo, não forma composto volátil. No entanto, ao adicionarmos uma solução com chumbo, ele precipita formando cromato de chumbo com coloração amarela característica. CrO4 –2 (aq) + Pb +2 (aq) → PbCrO(s) Outro exemplo de reação com as mesmas características é o ânion fosfato. O fosfato não é elemento do grupo A, mas precipita com reativos específicos, como, por exemplo, uma solução de cloreto de cálcio. Isso decorre da baixa solubilidade dos sais de fosfato com elementos do grupo 2 da tabela periódica. Nomenclatura e identificação dos principais ânions8 PO4 –3 (aq) + Ca +2 (aq) → Ca3(PO4)2(s) Identificação de ânions do grupo B2 O grupo B2 merece uma explicação extra para entendimento do processo. A maioria dos ânions que possui em sua estrutura elementos de transição como o cromo, o manganês, entre outros, apresentam uma condição especial, eles possuem mais de um estado de oxidação. Veja o exemplo do manganês que, na presença de peróxido de hidrogênio, muda seu estado de oxidação e sua cor de violáceo para incolor. 2 MnO4 – (aq)+ 5 H2O2(aq) + 6 H + (aq) → 2 Mn+2(aq) + 5 O2(g) + 8 H2O(l) Outro exemplo que envolve uma reação de oxidorredução com peróxido de hidrogênio, é a identificação do ânion dicromato, com formação de coloração verde (VOGEL, 1981). O dicromato é alaranjado em sua cor original, mas, na presença de íon ferro II, sofre redução. Cr2O7 –2 (aq) + 6 Fe +2 (aq) + 14 H + (aq) → 2 Cr+3(aq) + 6 Fe +3 (aq) + 7H2O(l) ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. OLIVEIRA, I. M. F. et al. Análise qualitativa. Belo Horizonte: UFMG, 2006. RUSSEL, J.B. Química geral. 2.ed. São Paulo: Makron Books, 1994. VOGEL, A. I. Análise química qualitativa. São Paulo: Mestre Jou, 1981. Leitura recomendada MENDHAM, J. et al. Análise química quantitativa. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 9Nomenclatura e identificação dos principais ânions
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