Análise qualitativa dos cátions dos Grupos I, IV e V e dos ânions dos grupos I e II

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UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
ENGENHARIA QUÍMICA
QUÍMICA ANALÍTICA I
Análise qualitativa dos cátions dos
Grupos I, IV e V e dos ânions dos grupos I e II da Amostra 4
PROFESSOR SILVIO VICENTE
ANA BEATRIZ BARBOZA – RA: 186287
FERNANDA DANTAS GADANHA- RA:187267 
GEOVANNA ESTEVEZ DA SILVA – RA: 182244
GIOVANNA DE MOURA GADY – RA: 182360
GIOVANNA NUNES C. SILVA – RA: 182914
HELLEN MOURA PINHEIRO- RA: 182367
 NIKOLLAS BARROS- RA: 185788
 SEBASTIÃO FELIPE A. DOS SANTOS – RA:147108
SANTOS- SP
2021
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figuras
Figura 1- Procedimento da prova de chama..........................................
Tabelas
Tabela 1- Cores e comprimento de onda dos cátions......................................	
Tabela 2- Variação da solubilidade do Cloreto de Amônio....................
Gráficos
Gráfico 1- Curva de solubilidade do Cloreto de Amônio.......................
Sumário
Objetivo....................................................................................pág.4
Resumo Teórico.......................................................................pág.4
2.a) Prova de chama.................................................................pág.4
2.b) Solubilidade..................................................................... pág.6
2.c) Influência da temperatura na solubilidade....................
2.c) Produto iônico de solubilidade.........................................
2.d) Precipitação seletiva........................................................
2.e) Precipitação por mistura..................................................
2.f) Extração com solventes...................................................
 3. Parte experimental...............................................................
 4. Conclusão............................................................................
 5. Referências..........................................................................
1. OBJETIVO
O principal objetivo deste trabalho é identificar experimentalmente a presença ou não dos cátions do grupo I (Ag+, Hg22+, Pb2+), cátions do grupo IV (Ca2+, Sr2+, Ba2+), cátions do grupo V (Na+, K+, NH4+, Mg2+), dos ânions do grupo I (Cl-, I-, CO3 2-, Ac-) e dos ânions do grupo II (SO42-, NO3-, SCN-, PO43-) na amostra de número 4 que nos foi fornecida. Para isso, foram utilizadas marchas analíticas, prova de chama e reações com o propósito de identificar os íons presentes nesta amostra.
2. RESUMO TEÓRICO
Para resolução e análise deste experimento é preciso tomar como base alguns conceitos previamente estudados.
2.a) Prova de chama
	
A prova de chama é um procedimento na química para identificar alguns íons metálicos através dos espectros característicos de cada elemento. Baseia-se no fato de que quando certa quantidade de energia é fornecida ao elemento químico, alguns elétrons da última camada de valência absorvem esta energia passando para um nível de energia mais elevado (estado excitado). Quando um desses elétrons excitados retorna ao estado fundamental, emite uma quantidade de energia radiante, cujo comprimento de onda é característico do elemento e da mudança do nível eletrônico de energia. Assim, liberando luz com coloração característica do elemento onde facilmente é identificado quando colocado na chama. 
Considerando o átomo de potássio como exemplo, onde 19K = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1, o elétron 4s1 é o mais externo, sendo que este pode ser facilmente elevado para o 4p, ocorrendo a excitação eletrônica. O elétron excitado tem tendência de voltar a seu estado normal, 4s1, emitindo um quantum de energia (fóton), que é uma quantidade de energia bem definida e uniforme. Neste caso é obtida uma coloração violeta da chama.
Este método é muito utilizado em análises químicas devido a sua simplicidade e rapidez, entretanto, é um método limitado visto que a quantidade de elementos que podem ser detectados por ele é muito baixa e a faixa de concentração detectável é pouco conhecida segundo as mudanças visuais. Além da limitação, é um método que não possui uma alta confidencialidade, há possibilidade de haver contaminação de elementos na amostra, como por exemplo, as amostras que contem sódio, o mesmo emite uma luz amarelada que sobrepõe ou altera as cores dos outros compostos. Ou simplesmente um erro de identificação com cores muito próximas como diferentes tonalidades de verde ou vermelho, já que o resultado é obtido de forma visual.
Figura 1: Procedimento da prova de chama
Quando aproximamos o sal da chama do bico de Bunsen, os elétrons da última camada absorvem energia (térmica) e alteram sua órbita, ou seja, saltam (salto quântico) para um nível mais energético (camada mais distante do núcleo). Isto ocorre pois, de acordo com o modelo de Bohr, quanto mais distante do núcleo, maior é a energia do nível eletrônico. Ao receber energia (fóton) o elétron passa para o estado excitado, porém, não consegue permanecer no mesmo devido à alta instabilidade. Deste modo, o elétron retorna a cama anterior (mais próxima do núcleo) liberando a mesma quantidade de energia recebida anteriormente, voltando ao seu estado fundamental.
A liberação de energia (radiação) ocorre na forma de luz (visível em diferentes cores desde que esteja no intervalo de λ= 360-760nm).
As cores são ondas eletromagnéticas, e diferem entre si através de seu comprimento. Como os átomos de cada elemento possuem órbitas com níveis de energia diferentes, a luz liberada em cada caso será em um comprimento de onda diferente, logo, apresentará cores diferentes, tornando possível a realização da identificação do elemento.
	Cátion
	Cor
	Comprimento de onda (λ)
	Sódio Na+
	Amarelo ouro
	598,0 nm
	Potássio K+
	Rosa
	766,5/404,4 nm
	Lítio Li+
	Vermelho amarelado
	670,8 nm
	Tálio I Tl+
	Verde (marca texto)
	535,0 nm
	Cálcio Ca++
	Vermelho tijolo
	618,2/565,4 nm
	Estrônicio(Sr++
	Vermelho carmin
	674,4q460,7 nm
	Bário Ba++
	Verde amarelado
	487,4 nm
	Cobre II Cu++
	Verde esmeralda
	521,8/465,1 nm
	Chumbo II Pb++
	Cinza azulado
	500,5/405,7 nm
Tabela 1:Cores e comprimento de onda dos cátions
2.b) Solubilidade
A solubilidade de um soluto é a massa do soluto que pode ser dissolvida numa certa quantidade de solvente a uma determinada temperatura, ou seja, é uma substância que tende a se dissolver espontaneamente em outra substância. A interação entre um soluto e um solvente determina quanto soluto pode se dissolver. Os solutos cujas moléculas são mais fortemente atraídas pelas moléculas de água tendem a se dissolver mais facilmente neste solvente. A quantidade de uma substância que pode se dissolver em outra depende de vários fatores como as condições externas, como pressão e temperatura como também pode depender da polaridade.
De acordo com Arthur I. Vogel (VOGEL, A. I. 1981), em analises qualitativas a pressão tem uma importância reduzida já que todas as operações são conduzidas em recipientes aberto, ou seja, na pressão atmosférica; pequenas variações na pressão não apresentam grandes influências na solubilidade. Em recipientes fechados a pressão possibilita a solução entre gases e líquidos, uma vez que quanto maior a pressão que um gás exerce, maior o número e a força das colisões de suas moléculas com os obstáculos. Se as colisões se tornam mais fortes e frequentes, mais moléculas conseguirão penetrar no líquido. A dissolução gasosa em líquidos é regida por uma lei conhecida como Lei de Henry. Essa lei diz que a solubilidade de um gás em água depende da pressão parcial do gás exercida sobre o líquido. A constante de proporcionalidade utilizada nessa lei varia com o gás e a temperatura, e recebe o nome de constante de Henry.
O processo de solubilidade entre soluto e solvente é um processo conhecido como solvatação, que quando um soluto se dissolve no solvente as moléculas do solvente formam estruturas que envolvem as moléculas dos solutos.
As interações moleculares ocorrem no geral, comoà regra: “semelhante dissolve semelhante”. Essa regra diz que substâncias polares solvatam bem outras substâncias polares, e substâncias apolares solvatam bem as substâncias apolares. Isso porque quando há formação de soluções ocorrem quebra de ligações e novas são criadas. Se as novas forem semelhantes as “antigas” há pouco gasto de energia.
 	A Solubilidade de um precipitado é igual à concentração molar da solução saturada. Encontra – se um precipitado quando a solução se torna supersaturada com uma substância em particular. Precipitado é uma substância que se separa da solução na forma de uma fase sólida, ele pode ser cristalino ou coloidal e pode ser removido da solução por filtração ou centrifugação.
 	Na solvatação as substâncias iônicas que se dissolvem em solventes como a água, o processo de dissolução implica a separação dos respectivos íons constituintes, os quais irão ser solvatados pela água. Nestes casos, o equilíbrio que se estabelece entre o sólido e o composto dissolvido depende das concentrações em solução de todos os íons que constituem o sal.
Quando a uma solução saturada é adicionada mais uma quantidade do sal que a originou, passa a existir um equilíbrio entre a fase sólida (sal) e a aquosa (íons do sal): 
AaBb (S) ↔ aAb+ (aq) + bBa- (aq)
A este equilíbrio chama-se equilíbrio de solubilidade, e a constante de equilíbrio passa a ser chamada produto de solubilidade, Ks.
Solubilidade x Temperatura
A solubilidade é a capacidade de um determinado solvente apresenta de dissolver uma quantidade de soluto, com isso, ela está sempre relacionada com:
· Quantidade de solvente;
· Temperatura.
A temperatura é o único dos fatores que é capaz de modificar a solubilidade do soluto de um solvente sem que sua quantidade seja alterada.
De acordo com William Henry, um químico britânico, o aumento da pressão pode favorecer a dissolução de um soluto gasoso em um solvente. Mas se for um soluto líquido ou sólido, a temperatura pode influenciar de outras formas, em alguns casos, quanto mais quente mais solvente, já em outros, quanto mais quente estiver o solvente, menor será a quantidade de soluto dissolvido.
Como exemplo, a tabela abaixo mostra a variação da solubilidade do Cloreto de Amônio (NH4Cl) em água com a temperatura.
(LEGENDA: TABELA DE VARIAÇÃO DA SOLUBILIDADE DO NH4CL)
A maior parte das substâncias, com o aumento da temperatura vem o aumento da solubilidade, o gráfico a seguir demostramos a curva de solubilidade do NH4Cl, porém mesmo a sendo a maior parte das substâncias seguindo o jeito do gráfico, não há como prever exatamente as solubilidades de outras substancias, cada substancia possui um tipo diferente de curva.
(GRAFICO DA CURVA DE SOLUBILIDADE SO NH4CL)
Para calcularmos o coeficiente de solubilidade ou a massa, utilizamos a equação:
Ks = [A+] • [B-]
S: Solubilidade;
m: Massa obtida;
V: Volume em litros;
M: Molaridade
Ks: Coeficiente de solubilidade
2.e) Precipitação por mistura
A precipitação por mistura ocorre quando duas soluções são misturadas formando um sólido durante a reação química, este sólido formado é chamado de precipitado. O precipitado é uma substancia que se separa de uma solução, formando uma fase sólida que ocorre pela com a supersaturação de uma substancia em particular na solução. A solubilidade de um precipitado depende de diversas circunstâncias, tais como: Temperatura, pressão, concentração de outros materiais na solução e da composição do solvente (VOGEL,1981[1]). Em suma, a temperatura é o principal fator a influenciar a solubilidade de um composto, dado que em geral, a solubilidade aumenta com a temperatura, com raras exceções, como o Sulfato de cálcio, que tem a solubilidade menor em maiores temperaturas. Em geral o sólido formado se deposita no fundo da solução, porém ele irá permanecer em suspensão caso seja menos denso que o solvente.
Essa reação é útil em muitas aplicações industriais como na fabricação de pigmentos e no tratamento de água, e na área científica, principalmente em Química analítica, como método para identificar a presença de determinados compostos.
2.f) Extração com solventes 
Extração com solvente, também conhecida como extração líquido-líquido, é uma técnica muito utilizada para fazer a extração de um composto encontrado em solução aquosa, com um segundo solvente orgânico.
​	Para que esse processo seja de possível realização, alguns fatores de extrema importância devem ser levados em consideração. Tais fatores são:
- Deve formar-se duas fases;
- Ser imiscível e volátil;
- Ser atóxico;
- Não reagir com o soluto quimicamente;
- A substância orgânica deve ser mais solúvel que o segundo solvente.
​	É muito utilizado para separar, concentrar e purificar algumas substâncias, esse processo leva como base a solubilidade das substâncias. O processo normalmente é escolhido quando há presença de misturas azeotrópicas ou com a volatilidade relativa próximas, e no tratamento de misturar aquosas.
​	Durante o processo, o diluente, que é o que contém o soluto a extrair, é misturado com o solvente escolhido para o processo, o qual deve seguir os fatores listados acima. Devido à essa mistura, duas fazes são produzidas, um com solvente e outra com o diluente, por conta da afinidade de solubilidade entre o soluto e o solvente, o soluto deve ficar mais concentrado no solvente.
​	Para que isso seja calculado, é utilizado a seguinte fórmula:
​Sendo:
- x = massa de soluto ainda no solvente inicial após extração;
- a = massa de soluto;
- n = número de extrações;
- Kd = coeficiente de distribuição, calculado pelo quociente entre a solubilidade do extrator e a solubilidade do extraído;
- v = volume do solvente extrator;
- V = volume do solvente extraído.
5. REFERÊNCIAS
VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5 ed. Tradução de Antônio Gimeno. São Paulo, SP: Editora Mestre Jou, 1981.
Disponível em: https://www.infoescola.com/quimica/teste-da-chama/. [Acesso em novembro de 2021]
NUNES, C. R.; NUNES, F. DA S.; ALMEIDA, L. M.; YAMAGUCHI, K. K. DE L. Teste da chama: uma perspectiva sobre transição eletrônica para alunos do ensino médio do IFAM.
ENEQ/UNICAMP, Prova de chama. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc23/a11.pdf. [Acesso em novembro de 2021]
RUSSELL, John B.; Química Geral vol.1, São Paulo: Pearson Education do Brasil, Makron Books, 1994
Disponível em: http://professor.ufop.br/sites/default/files/legurgel/files/pratica_07.pdf [Acesso em novembro de 2021]
Disponível em: https://www.resumoescolar.com.br/quimica/extracao-com-solventes-simples-e-multipla/ [Acesso em novembro de 2021]
Disponível em: https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/solubilidade.htm [Acesso em novembro de 2021]
Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/curvas-solubilidade.htm [Acesso em novembro de 2021]
Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/graficos-das-curvas-solubilidade.htm 
[Acesso em novembro de 2021]
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