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QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA ORGANIZADOR FABIO DE PÁDUA FERREIRA Quím ica analítica qualitativa GRUPO SER EDUCACIONAL QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA ORGANIZADOR FABIO DE PÁDUA FERREIRA gente criando futuro Química analítica qualitativa é um livro direcionado para estudantes dos cursos de química, química analítica, farmácia-bioquímica e correlatos. Além de abordar assuntos triviais, o livro traz conteúdo sobre as bases teóricas da análise qualitativa, técnicas experimentais da análise qualita- tiva inorgânica, reações dos cátions e dos ânions. Após a leitura da obra, o leitor vai aprender os cálculos realizados em análises químicas; veri�car tipos diferentes de equilíbrio e sua importân- cia; identi�car os equipamentos e procedimentos utilizados em microaná- lises e semimicroanálises; caracterizar reações por vias seca e úmida; conhecer técnicas de análise qualitativa aplicada em compostos inorgâni- cos; determinar propriedades e características de diferentes metais e seus respectivos íons; descobrir as tecnologias e os avanços observados em diferentes amostras na análise química de espécies iônicas; reconhecer aplicações em diferentes campos das técnicas e métodos de análise de ânions, e muito mais. Aproveite a leitura do livro. Bons estudos! C M Y CM MY CY CMY K QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, do Grupo Ser Educacional. Diretor de EAD: Enzo Moreira Gerente de design instrucional: Paulo Kazuo Kato Coordenadora de projetos EAD: Manuela Martins Alves Gomes Coordenadora educacional: Pamela Marques Equipe de apoio educacional: Caroline Guglielmi, Danise Grimm, Jaqueline Morais, Laís Pessoa Designers gráficos: Kamilla Moreira, Mário Gomes, Sérgio Ramos,Tiago da Rocha Ilustradores: Anderson Eloy, Luiz Meneghel, Vinícius Manzi Ferreira, Fábio de Pádua. Química analítica qualitativa / Fábio de Pádua Ferreira. – São Paulo: Cengage – 2020. Bibliografia. ISBN 9788522129607 1. Química 2. Química analítica 3. Farmácia-Bioquímica. Grupo Ser Educacional Rua Treze de Maio, 254 - Santo Amaro CEP: 50100-160, Recife - PE PABX: (81) 3413-4611 E-mail: sereducacional@sereducacional.com “É através da educação que a igualdade de oportunidades surge, e, com isso, há um maior desenvolvimento econômico e social para a nação. Há alguns anos, o Brasil vive um período de mudanças, e, assim, a educação também passa por tais transformações. A demanda por mão de obra qualificada, o aumento da competitividade e a produtividade fizeram com que o Ensino Superior ganhasse força e fosse tratado como prioridade para o Brasil. O Programa Nacional de Acesso ao Ensino Técnico e Emprego – Pronatec, tem como objetivo atender a essa demanda e ajudar o País a qualificar seus cidadãos em suas formações, contribuindo para o desenvolvimento da economia, da crescente globalização, além de garantir o exercício da democracia com a ampliação da escolaridade. Dessa forma, as instituições do Grupo Ser Educacional buscam ampliar as competências básicas da educação de seus estudantes, além de oferecer- lhes uma sólida formação técnica, sempre pensando nas ações dos alunos no contexto da sociedade.” Janguiê Diniz PALAVRA DO GRUPO SER EDUCACIONAL Autoria Fábio de Pádua Ferreira Mestre em Química Analítica pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Licenciado em Química pela Universidade de Coimbra (UC) e pela UFU. Atuou no desenvolvimento de genossensor eletroquímico para quantificar bactérias e na purificação e caracterização de proteínas envolvidas em amiloidoses. SUMÁRIO Prefácio .................................................................................................................................................8 UNIDADE 1 - Bases teóricas da análise qualitativa .........................................................................9 Introdução.............................................................................................................................................10 1 Introdução à química analítica ........................................................................................................... 11 2 Métodos analíticos e amostragem ..................................................................................................... 13 3. Cálculos empregados na química analítica ....................................................................................... 18 4 Composição química de soluções aquosas ........................................................................................ 20 5. Reações de precipitação ................................................................................................................... 25 6. Reações de óxido redução ................................................................................................................ 28 PARA RESUMIR ..............................................................................................................................30 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................31 UNIDADE 2 - Técnicas experimentais da análise qualitativa inorgânica ..........................................33 Introdução.............................................................................................................................................34 1 Técnicas qualitativas em análises inorgânicas .................................................................................... 35 2 Aparelhagem e operações em semimicroanálise .............................................................................. 37 3 Aparelhagem e operações em microanálise ...................................................................................... 42 4 Reações por via seca .......................................................................................................................... 46 5 Reações por via úmida ....................................................................................................................... 48 6 Técnicas instrumentais em análises químicas .................................................................................... 49 PARA RESUMIR ..............................................................................................................................52 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................53 UNIDADE 3 - Reações dos cátions ..................................................................................................55 Introdução.............................................................................................................................................56 1 Classificação analítica e nomenclatura dos íons ................................................................................ 57 PARA RESUMIR ..............................................................................................................................74 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................75 UNIDADE 4 - Reações dos ânions ...................................................................................................77 Introdução.............................................................................................................................................78 1 Identificação e classificação de ânions ............................................................................................... 79 2 Testes preliminares para ânions .........................................................................................................81 3 Reações para identificação dos ânions oxigenados ........................................................................... 83 4 Reações para identificação dos ânions não-oxigenados ....................................................................88 5 Métodos instrumentais para determinação de ânions ......................................................................90 PARA RESUMIR ..............................................................................................................................94 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................95 Química analítica qualitativa é uma rica obra que apresenta, além de conceitos- chave já muito conhecidos na área, o conteúdo parcialmente descrito a seguir em suas quatro unidades. Bases teóricas da análise qualitativa, a primeira unidade, esclarece os princípios e os fundamentos teóricos da química analítica qualitativa, as etapas envolvidas na análise química, a instrumentação mais utilizada e os cuidados para uma análise rigorosa. O leitor vai conhecer modernas plataformas de análise e procedimentos para preparar soluções utilizadas em análises químicas. A segunda unidade, Técnicas experimentais da análise qualitativa inorgânica, trata dos princípios da análise qualitativa utilizados na identificação de compostos inorgânicos. Materiais e procedimentos adotados e novas tecnologias empregadas para detectar analitos inorgânicos também são apresentados aqui. Na sequência, a terceira unidade, Reações dos cátions, analisa os princípios da análise qualitativa aplicada na identificação de cátions metálicos, averiguando as estratégias para separar e isolar os cátions de acordo com as características químicas e tratamento com diferentes reagentes. Além disso, o leitor vai ter conhecimento sobre a classificação analítica de cátions em grupos e os procedimentos usados na identificação, separação e na precipitação seletiva destas espécies. Fechando a obra, a quarta e última unidade, Reações dos ânions, explica as diferentes formas de classificação dos ânions e as principais reações utilizadas para identificá-las, compreendendo também reagentes, procedimentos adotados, e novas tecnologias utilizadas para detectar estes íons em diferentes amostras. Este é apenas um panorama do conteúdo que o leitor vai estudar. Agora é com você! Sucesso! PREFÁCIO UNIDADE 1 Bases teóricas da análise qualitativa Olá, Você está na unidade bases teóricas da análise qualitativa. Conheça aqui os princípios e fundamentos teóricos da química analítica qualitativa, verificando quais as etapas envolvidas em uma análise química, a instrumentação comumente utilizada e os cuidados necessários para uma análise rigorosa. Aprenda conceitos-chave, como: técnicas clássicas e instrumentais, equilíbrio químico, teoria ácido base, reações de precipitação, complexação e óxido redução. Conheça plataformas de análise modernas e procedimentos para preparar soluções utilizadas em análises químicas. Bons estudos! Introdução 11 1 INTRODUÇÃO À QUÍMICA ANALÍTICA A química analítica desempenha um papel de grande importância no contexto das ciências farmacêuticas, fornecendo conhecimento para a identificação e quantificação de diferentes espécies em variadas amostras. Segundo Knaack (2012) trata-se de uma área da química de grande importância para o entendimento de diversos mecanismos e processos biológicos, fornecendo medições precisas de produtos químicos em amostras biológicas, possibilitando determinar parâmetros farmacocinéticos e descobrir vias metabólicas. De acordo Siddiqui et al. (2017), o desenvolvimento dos produtos farmacêuticos promoveu uma revolução na saúde e qualidade de vida do ser humano. Esses produtos farmacêuticos são de grande utilidade, porém estas substâncias devem estar livres de impurezas e administrados em uma quantidade apropriada. Produtos farmacêuticos podem desenvolver impurezas em vários estágios de seu desenvolvimento, transporte e armazenamento. Vários métodos analíticos podem ser combinados para proceder com a purificação e isolamento de fármacos. Dentre as principais técnicas adotadas na análise e purificação de produtos farmacêuticos estão a cromatografia, eletroforese, tecnicas eletroquímicas e muitas outras. Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 1.1 Química analítica na farmácia A identificação e a monitorização de drogas e produtos farmacêuticos em amostras biológicas está se tornando cada vez mais frequente, visando entender mais sobre seus efeitos terapêuticos e tóxicos. A análise quantitativa e qualitativa de medicamentos e metabolitos é extensivamente aplicada em estudos farmacocinéticos. Para a aprovação de um novo medicamento, variáveis como tempo para atingir uma concentração máxima no plasma, depuração e biodisponibilidade devem ser conhecidas. Por exemplo, as interações farmacocinéticas, a farmacocinética em populações especiais e as relações entre a concentração da droga e o efeito farmacológico são investigadas 12 na vigilância pós-comercialização. Além disso, o monitoramento terapêutico de medicamentos é usado como uma ferramenta para a melhorar a terapia medicamentosa (Kataoka, 2003). No campo da pesquisa farmacêutica, a investigação analítica de materiais em medicamentos é muito importante. Desde o início da análise farmacêutica, muitos métodos de ensaio analítico foram propostos com o objetivo de caracterizar a qualidade dos materiais. Nos últimos anos, os métodos de ensaio reportados incluem titulação, espectrometria, cromatografia e os métodos eletroanalíticos. A análise do fármaco e seu metabólito é extensivamente aplicada nos estudos farmacocinéticos (Siddiqui et al., 2017). Segundo Görög (2006), as atividades analíticas com o objetivo de detectar, identificar ou elucidar a estrutura e determinar quantitativamente impurezas orgânicas e inorgânicas, bem como solventes residuais em medicamentos e formulações farmacêuticas é denominado perfil de impurezas. O perfil de impurezas se tornou a atividade mais importante para garantir a alta qualidade dos medicamentos. O método mais geralmente usado atualmente na identificação ou elucidação da estrutura da impureza da droga é a espectrometria de massa acoplada ao equipamento cromatográfico, seja líquida, gasosa ou sólida. Com informações espectroscópicas e cromatográficas integradas, os químicos analíticos propõem uma estrutura para a impureza. 1.2 Aplicações gerais da química analítica A utilização da química analítica tem sido empregada com sucesso no cotidiano da indústria, na gestão hídrica e na medicina, possibilitado grandes avanços e benefícios nestes campos. Diariamente são obtidas as concentrações de eletrólitos e gases como oxigênio e de dióxido de carbono em milhões de amostras de sangue, e a informação é usada para diagnosticar e acompanhar diferentes casos clínicos. Medidas quantitativas de íons na urina podem indicar presença distúrbios renais. A determinação quantitativa de nitrogênio em alimentos pode indicar o seu valor proteico, possibilitando o desenvolvimento de uma estratégia nutricional visando reduzir o excesso de proteínas nas dietas. Os fazendeiros devem providenciar análises qualitativas e quantitativas no solo antes de cultivar diferentes espécies. Nessas e muitas outras áreas a química analítica se apresenta como uma ferramenta imprescindível para produção de dados seguros e confiáveis (Skoget al. 2006). A química analítica pode ser abordada pelo uso de métodos qualitativos e quantitativos. Os métodos qualitativos são geralmente usados na determinação das espécies na amostra, já os métodos quantitativos podem ser usados para medir as concentrações de analitos alvo. Atualmente, diversos instrumentos e procedimentos têm sido desenvolvidos para realizar análises químicas e biológicas. Knaack (2012) enfatiza que a caracterização de um método analítico requer uma sériede etapas, em todas é necessário tomar cuidado para garantir um controle de qualidade. Os materiais usados devem ter qualidade analítica com purezas conhecidas, as balanças analíticas devem estar calibradas e as diluições devem ser realizadas com equipamentos 13 ou frascos volumétricos com elevadas precisão e sensibilidade. De acordo com Kataoka (2003), os materiais biológicos e os produtos farmacêuticos são complexos e geralmente contêm proteínas, acidos nucléicos, sais, ácidos, bases e compostos orgânicos com propriedades semelhantes aos analitos. Além disso, os analitos geralmente existem em baixa concentração nas amostras. Dependendo da origem das amostras e dos objetivos analíticos, as análises de farmacos podem ser realizadas utilizando vários instrumentos analíticos, desempenhando um papel fundamental no diagnóstico e tratamento de doenças, controle de doping, análise forense e toxicologia. Um exemplo prático do uso da química analítica do cotidiano são os biossensores. Segundo Mohanty e Kougianos (2006), os biossensores são dispositivos que empregam o reconhecimento biomolecular para realizar análises seletivas. Um exemplo de sucesso destas plataformas é o biossensor de glicose, que pode ser observado na figura. Os biossensores de glicose são instrumentos que possibilitam monitorar a glicose sanguínea a partir de uma pequena amostragem de sangue possibilitando, assim, diagnosticar e acompanhar casos de diabetes e outras doenças. Segundo Yoo e Lee (2010), uma série de biossensores para quantificar glicose tem sido desenvolvida, possibilitando o monitoramento contínuo de glicose e sistemas cada vez menos invasivos. Além do biossensor da glicose, estão sendo desenvolvidos uma grande variedade de biossensores utilizando recursos tecnológicos para identificar e quantificar uma grande variedade de analitos de interesse. Tem-se observado um aprimoramento constante destas plataformas e a tecnologia de biossensoresse estabelecendo como um mercado promissor e de grande importância. Segundo Kataoka (2003), apesar dos avanços no desenvolvimento de instrumentação analítica altamente eficiente para a determinação de analitos em amostras biológicas e produtos farmacêuticos, o pré-tratamento da amostra é geralmente necessário para extrair, isolar e concentrar os analitos de interesse de matrizes complexas, porque a maioria das análises instrumentos não podem lidar com a matriz diretamente. 2 MÉTODOS ANALÍTICOS E AMOSTRAGEM Uma grande variedade de métodos analíticos está disponivel atualmente, em grande maioria destes métodos é necessário proceder com o tratamento da amostragem. De acordo com Kataoka (2003), cerca de 80% do tempo de análise é gasto nas etapas de amostragem e preparação da amostra. Além disso, a qualidade nessas etapas é um fator determinante no sucesso da análise de matrizes complexas, como amostras biológicas, por isso não é exagero dizer que a escolha de um método apropriado de preparação de amostras influencia muito a confiabilidade e a precisão do método de análise. 14 Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 2.1 Técnicas clássicas e instrumentais de análise De acordo com Harvey (2000) as técnicas que respondem à quantidade absoluta de analito são conhecidas como técnicas clássicas. Nestas técnicas, a massa, o volume e a carga são os sinais comumente investigados no método analítico e as técnicas correspondentes são gravimetria, titulação e coulometria. Com algumas exceções, o sinal em uma técnica clássica resulta de uma ou mais reações químicas envolvendo o analito. Segundo Harvey (2000) essas reações podem ser de precipitação, ácido-base, complexação ou de oxido-redução. Técnicas como espectroscopia, potenciometria e voltametria são conhecidas como técnicas instrumentais, uma vez que a relação entre o sinal e o analito é uma função teórica que depende das condições experimentais e da instrumentação usada para medir o sinal. Análises qualitativas podem envolver uma sequência de etapas, que em casos específicos algumas destas etapas podem ser postergadas. Segundo Harris (2012), o processo analítico geralmente começa com um questionamento que pode ser respondido por meio de análises químicas e biológicas. Em seguida, devem ser definidos os métodos e procedimentos adotados para realizar as medições, em muitos casos, essa escolha não é tão simples. Segundo Skoog et al. FIQUE DE OLHO As técnicas empregadas em análises químicas podem ser divididas em clássicas e instrumentais. Uma grande variedade de equipamentos tem sido desenvolvida para realizar análises cada vez mais rápidas e em plataformas simples. Coltro et al. (2007) enfatiza que a miniaturização de sistemas de análise química tem atraído o interesse de investidores e pesquisadores. 15 (2006),um dos principais critérios a ser considerado na seleção do método analítico é o nível de exatidão requerido. Além disso, deve ser considerado o fator econômico, o número de amostras a serem analisadas e a complexidade dos analitos presentes na amostra.Uma etapa fundamental em qualquer análise química é adquirir uma amostra representativa para medir, sendo o processo chamado de amostragem. A amostragem foi definida por Skoog et al. (2006) como o processo de coletar uma pequena massa de um material cuja composição represente o todo do material que está sendo amostrado. A amostragem deve ser representativa, pois a confiabilidade dos resultados depende significativamente do sucesso na etapa de amostragem. A figura apresenta um fluxograma contendo as etapas envolvidas em uma análise qualitativa. Figura 1 - Fluxograma das etapas envolvidas em uma análise qualitativa Fonte: Elaborado pelo autor, 2019. 2.2 Procedimentos empregados em análises químicas Segundo Baccan et al. (1988), a análise qualitativa inclui um grande número de diferentes procedimentos desde os métodos modernos, como os espectrográficos, eletroquímicos e cromatográficos, até os métodos mais simples, como as titulações, gravimetria e reações químicas específicas. Entre os tópicos de maior importância para a análise qualitativa estão as leis e teorias que se referem aos diferentes tipos de equilíbrio em solução aquosa, conceitos de ionização, solubilidade, formação de complexos e óxido-redução (Baccan et al., 1988). Uma análise química confiável requer reagentes e soluções com concentração e purezas conhecidas. De acordo com Skoog et al., (2006, p. 19), os reagentes que apresentam o padrão primário são aqueles que apresentam elevada pureza, sendo os mais indicados para realizar análises. É preciso ser bastante cuidadoso com reagentes que serão utilizados nas análises. Os autores sugerem algumas práticas no preparo de soluções e na prevenção de contaminação acidental dos reagentes e soluções, entre elas estão: 16 • Selecionar Selecionar produtos com maior pureza disponível. • Economizar Economizar reagente utilizando o menor frasco capaz de fornecer a quantidade desejada. • Cuidado Tampar os recipientes imediatamente após a retirada de um produto químico.Tampar os recipientes imediatamente após a retirada de um produto químico. • Evitar Segurar a tampa dos frascos de reagentes com a mão, evitar colocar a tampa sobre a bancada. • Atenção Não devolver qualquer excesso de reagente ao frasco original. • Lembre-se Evitar colocar espátulas ou colheres em recipientes contendo um reagente sólido. • Preferências Caso seja inevitável utilizar espátulas e colheres, preferir materiais feitos de porcelana. • Limpeza e organização Manter estante de reagentes e a balança de laboratório organizadas e limpas. Limpar qualquer derramamento imediatamente, mesmo se alguém estiver esperando para usar o mesmo produto químico ou reagente. Observe os regulamentos locais relacionados ao descarte de sobras de reagentes e soluções. Quanto ao uso de vidraria como béqueres e frascos na análise química, estes devem ser completamente lavados antes de ser utilizados. Skoog et al. (2006) sugere o usode uma solução detergente que deve ser enxaguada com água corrente e posteriormente lavada com pequenas porções de água deionizada. Um recipiente de vidro limpo de forma apropriada será recoberto, em casos de gordura na vidraria. Skoog et al. (2006) indica o uso de solventes orgânicos como acetona e benzeno. 17 Segundo Baccanet al. (1988), é necessário determinar as condições experimentais antes de um teste analítico, como temperatura, pH e concentração dos reagentes. Além disso, é importante realizar um teste em branco, ou também conhecido controle negativo, que consiste em colocar todos os reagentes menos a substância sob exame. A sensibilidade, definida como capacidade da plataforma de responder a pequenas variações da concentração do analito alvo, pode ser melhorada pela variação do pH e pela adição de solventes orgânicos miscíveis com a água (Baccan et al.,1988). 2.3 Instrumentação usada em análises De acordo com Skoog et al. (2006),agrande maioria das análises em química analítica requer o uso de uma balança analítica, instrumento usado na determinação de massa para obter medidas altamente exatas. A balança analítica eletrônica é o modelo mais comumente observado nos laboratórios modernos. A medição precisa de volumes também desempenha um papel crucial para um método analítico e é realizada com grande frequência nos laboratórios de pesquisa. Os volumes podem ser determinados de maneira confiável utilizando instrumentos como a pipeta, bureta e frascos volumétricos. As pipetas e buretas permitem a transferência de volumes exatamente conhecidos de um recipiente para outro. Os laboratórios modernos contam com diferentes marcas de pipetas automáticas, dispositivos que possibilitam automatizar o escoamento repetido de um volume específico. Já os frascos volumétricos são fabricados e geralmente calibrados para conter um volume específico quando preenchidos até uma linha gravada próxima ao gargalo do frasco (Skooget al., 2006). Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 18 3. CÁLCULOS EMPREGADOS NA QUÍMICA ANALÍTICA Segundo Harvey (2000), as medições geralmente consistem em uma unidade e um número que expressa a quantidade dessa unidade. Atualmente, muitas unidades diferentes estão disponíveis para expressar a mesma medida física. Para evitar confusão e estabelecer um padrão consistente, os operadores devem usar um conjunto comum de unidades fundamentais. De acordo com Skoog et al. (2006), o sistema padronizado de medidas é conhecido como Sistema Internacional de Unidades (SI) e serve de base para outras unidades úteis, como volt, hertz, coulomb e joule. A tabela apresenta as sete unidades fundamentais do SI. Tabela 1 - Unidades fundamentais do SI Fonte: Harvey, 2000, p. 20. Segundo Skoog et al. (2006), a quantidade de espécies químicas é geralmente determinada a partir de medidas de massa como quilogramas (kg), gramas (g), miligramas (mg) ou microgramas (µg). Volumes de líquidos são medidos em unidades SI de litros (L), mililitros (mL) e algumas vezes microlitros (µL). A tabela a seguir apresenta os prefixos mais comuns para notação. 19 Tabela 2 - Prefixos das unidades no SI Fonte: Adaptado de Harvey, 2000. 3.1 Cálculo da concentração Harvey (2000) descreve que a concentração é uma unidade de medida geral que indica a quantidade de soluto presente em uma quantidade conhecida de solução. Skoog et al. (2006) enfatiza que existem diversas maneiras de expressar as concentrações de espécies em solução, e a mais frequente é a concentração molar, que pode ser observada na equação a seguir.As concentrações também são relatadas em percentual, partes por milhão e partes por bilhão. Segundo Skoog et al. (2006), a unidade da concentração molar é a molaridade (M) que tem as dimensões mol L-1. As concentrações molares apresentam uma notação simbólica que é frequentemente usada para simplificar sua expressão em equações e escrita. O uso de colchetes em torno de uma espécie indica que estamos nos referindo à concentração molar dessa espécie. Desta forma, [Na+] pode ser lido como a concentração molar de íons sódio. [Na+] = 0,01 mol L-1 ou [Na+] = 0,01M Muitos cientistas utilizam a composição percentual, no entanto, Skoog et al. (2006) enfatiza que essa prática pode ser ambígua, pois a composição porcentual de uma solução pode ser expressa de várias maneiras, como percentual em massa e percentual em volume.Desses, o método mais comum de expressar o percentual é em massa, que pode ser observado na equação 20 a seguir. 3.2 Diluição de soluções Para proceder com a diluição deve ser pipetado da solução estoque um volume apropriado de solução para um balão volumétrico, em seguida, deve ser adicionado volume de solvente suficiente para completar a solução nas concentrações especificadas previamente. De acordo com Atkins e Jones (2006), para calcular a diluição de soluções, pode ser utilizada a equação a seguir. Note que as concentrações e volume devem estar nas mesmas unidades. CinicialVinicial = CfinalVfinal Segundo Atkins e Jones (2006), uma prática comum nos laboratórios de análise é preparar uma solução em sua forma concentrada, denominada solução estoque, e, quando necessário, proceder com sua diluição até obter a concentração desejada. 4 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE SOLUÇÕES AQUOSAS A água é uma substância de grande importância para todos os seres vivos, devido sua capacidade de dissolver uma grande variedade de substâncias em diferentes estados físicos. Ela é reconhecida como um solvente universal, o que torna seu uso uma versátil ferramenta para realizar análises químicas. De acordo com Skoog et al. (2006), a maioria dos solutos em soluções aquosas são denominados eletrólitos, os quais formam íons quando dissolvidos em água. Os eletrólitos são classificados em fortes e fracos. Os eletrólitos fortes ionizam-se completamente em um solvente, enquanto que os eletrólitos fracos ionizam-se parcialmente. Segundo Skoog et al. (2006), os principais eletrólitos fortes são os ácidos inorgânicos HNO3, HClO4, H2SO4e HCl, hidróxidos de metais alcalinos e alcalino-terrosos e a grande maioria dos sais. Já os eletrólitos fracos incluem ácidos e bases orgânicas, haletos, cianetos e ácidos inorgânicos como H2CO3, H3PO4 e H2S. 4.1 Equilíbrio químico em soluções aquosas O equilíbrio químico fornece valiosas informações de uma grande variedade de fenômenos, sendo considerada uma importante ferramenta no estudo de reações químicas em solução aquosa (Harris, 2012). Os principais equilíbrios discutidos nas análises químicas envolvem a solubilidade de compostos iônicos, formação de complexos e reações ácido-base (Harris, 2008). De acordo com Baccanet al. (1988), quando certas substâncias são postas a reagir, a reação 21 ocorre até atingir um ponto onde as concentrações dos reagentes e produtos permanecem constantes, e a velocidade de formação dos produtos é a mesma velocidade de formação dos reagentes. Quando isso acontece, dizemos que uma reação está no estado de equilíbrio. Segundo Harvey (2000), por convenção, as espécies à esquerda das setas são chamadas de reagentes e as do lado direito das setas são chamadas de produtos. A reação química em equilíbrio envolvendo os solutos A, B, C e D e os respectivos coeficientes estequiométricos a, b, c e d pode ser observados a seguir. Para esta dada reação, a expressão da constante de equilíbrio pode ser observada na equação. Skoog et al. (2006) menciona que se uma ou mais das espécies participantes na equação anterior for um sólido ou líquido puro, ou até mesmo um solvente presente em excesso, o termo referente a essa espécie não aparece na expressão da constante de equilíbrio.Soluções aquosas apresentam pequenas concentrações de íons hidrônio e hidróxido em decorrência da reação de dissociação da água. A formação destes íons pode ser observada nas reações a seguir. De acordo com Skoog et al. (2006),a constante de equilíbrio dessa reação é denominada produto iônico da água, com abreviaçãoKw. Como a concentração da água em soluções aquosas diluídas é consideravelmente maior que as concentrações dos íons hidrônio e hidróxido, seu valor pode ser considerado constante. O produto iônico da água pode ser visto na próxima equação. Harris (2012) descreve que o valor de Kw varia com a temperatura e a 25ºC seu valor é de aproximadamente 1,00 x 1014. Kw = [H3O+] [OH-]= 1,00 x 1014 De acordo com Harris (2012), o pH aproximado de uma solução aquosa pode ser obtido pelo logaritmo negativo da concentração de íons H3O+, enquanto que o Poh obtido pelo logaritmo negativo da concentração de íons OH-, ilustrados nas equações a seguir. Se o pH de uma solução é 7, isso implica que a concentração de H3O+ é de 1 x 107 M. A soma do pH e pOH é igual a 14. pH = -log [H3O+] pOH = -log [OH-] 22 pH + pOH = 14 O cálculo do pH e do pOH fornecem informações relevantes sobre o meio reacional, além disso, a presença de espécies como H+ e OH- pode afetar significativamente o mecanismo e o equilíbrio da reação, desta forma, é sempre importante determinar a concentração destas espécies em solução. 4.2 Teoria ácido-base Segundo Atkins e Jones (2006), duas das mais importantes classes de compostos em química são os ácidos e as bases, uma vez que estes compostos participam de uma grande variedade de reações e procedimentos analíticos nos laboratórios de pesquisa e na indústria. De acordo com Harvey (2000), uma definição útil de ácidos e bases é aquela introduzida independentemente por Johannes Brønstede Thomas Lowry em 1923. Na definição de Brønsted- Lowry, ácidos são doadores de prótons e bases são aceitadores de prótons. Definir uma base como um aceitador de prótons significa que um ácido deve estar disponível para fornecer o próton. Segundo Atkins e Jones (2006), uma substância só pode agir como ácido na presença de uma base que possa aceitar os prótons ácidos, desta forma, um ácido não cede seus prótons se não houver uma base para recebê-los. Por exemplo, o HBr é um ácido de Brønsted-Lowry. Em solução aquosa, cada molécula de HBr transfere rapidamente um íon H+ para uma molécula de H2O que nessa reação funciona como base. De acordo com Atkins e Jones (2006), esse processo pode ser tratado como uma reação de transferência de próton e, neste caso, dizemos que a molécula de HBr ficou desprotonada após a reação, conforme observado a seguir. Uma base de Brønsted-Lowry apresenta um par de elétrons livres, em que os prótons podem se ligar. Um exemplo de base segundo essa teoria é a molécula de NH3, quando uma molécula de NH3 está em solução aquosa, o par de elétrons livres no átomo de nitrogênio aceita um próton de água, como demonstra a reação a seguir. Atkins e Jones (2006) descrevem que os produtos de transferência de prótons também podem aceitar ou doar prótons da água e, desta forma,ser classificados como ácidos ou bases. No caso de uma espécie ácida, após desprotonação, produz uma base referida como base conjugada, enquanto espécies básicas, após receber um próton, passam a ser ácidos conjugados. A importante relação entre Ka e Kb para um par conjugado ácido-base pode ser vista na seguinte equação. 23 Ka xKb = Kw Segundo Atkins e Jones (2006), pela teoria de Brønsted-Lowry a força de um ácido depende da sua capacidade em doar prótons ao solvente, desta forma, um ácido forte está completamente desprotonado em solução, enquanto que um ácido fraco está parcialmente desprotonado em solução. A força de um ácido pode depender do solvente, em alguns solventes o ácido pode ser fraco, já em outros solventes o ácido pode ser considerado moderado ou até mesmo forte. De acordo com Skoog et al. (2006), quando um ácido fraco ou uma base fraca se dissolve em água, ocorre uma dissociação parcial, como ocorre com o ácido acético no exemplo a seguir. A expressão da constante de equilíbrio para essa reação é denominada constante de dissociação do ácido (Ka). De forma análoga, bases fracas aceitam apenas parcialmente prótons do solvente e são caracterizadas por uma constante de dissociação de base (Kb). A constante de dissociação de base da amônia pode ser observada na equação a seguir. A tabela a seguir apresenta os valores de Ka e Kb de ácidos e bases fracas. 24 Tabela 3 - Constantes de dissociação de ácidos e bases fracas Fonte: Baccan et al., 1988, p. 57. Harvey (2000) enfatiza que ácidos que possuem apenas um único próton ácido e uma constante de dissociação acida são denominados ácidos monopróticos, como o ácido acético e nitroso.Ácidos que podem doar mais de um próton são chamados ácidos polipróticos, como por exemplo: o ácido sulfúrico e fosfórico. Os ácidos polipróticos são descritos por uma série de etapas de dissociação ácida, cada uma caracterizada por sua própria constante de dissociação ácida (Harvey, 2000). 4.3 Soluções tampão De acordo com Skoog (2006), uma solução tampão é caracterizada por resistir a variações no pH decorrentes da diluição ou da adição de ácidos ou bases. As soluções tampão são preparadas pela mistura de um ácido fraco e sua base conjugada ou uma base fraca e seu ácido conjugado. Segundo Skoog (2006), para calcular o pH de soluções tampão, muitos cientistas empregam a equação de Henderson-Hasselbalch, que pode ser observada na equação a seguir. De acordo com Harris (2012) a equação de Henderson-Hasselbalch possibilita determinar o pH de uma solução tampão desde que conheçamos a proporção das concentrações de conjugado ácido e base, bem como o pKa para o ácido. 25 Skoog et al. (2006) enfatizam que uma solução tampão de qualquer pH desejado pode ser preparada pela combinação de quantidades adequadas de um par ácido-base conjugado. As proporções para a preparação de soluções tampão estão disponíveis em manuais de laboratório e publicações de referência. 5. REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO Baccan et al. (1988, p. 70) enfatizam que a formação de precipitados a partir de íons em solução são operações comuns no laboratório de análise qualitativa e quantitativa. Reações de precipitação podem ser usadas na identificação e separação de íons, sendo de fundamental importância considerar os equilíbrios heterogênios estabelecidos entre sólidos iônicos e íons em solução. De acordo com Harris (2008), uma reação de precipitação ocorre quando duas ou mais espécies solúveis se combinam para formar um produto insolúvel, que chamamos de precipitado. 5. 1 Equilíbrio químico em reações de precipitação Considere a reação química de precipitação do Al(OH)3 a seguir. Al3+(aq) + 3 OH-(aq)⇌Al(OH)3(s) A constante de equilíbrio para essa reação é chamada de produto de solubilidade (Kps) e pode ser observada na equação a seguir. Segundo Harris (2012), ao comparar reações com estequiometria iguais, valores baixos de Kps indicam que a substância apresenta baixa solubilidade. Kps = [Al3+] [OH-]3 = 2 x 10-32 A tabela a seguir apresenta os valores das constantes de produtos de solubilidade para alguns sais inorgânicos segundo Harvey (2000). 26 Tabela 4 - Produtos de solubilidade de sais inorgânicos Fonte: Harvey, 2000, p. 731. Segundo Atkins e Jones (2006), a formação de complexos, controle de pH e a precipitação seletiva desempenham um papel de grande importância na análise qualitativa de misturas, possibilitando identificar uma ampla variedade de cátions utilizando os equilíbrios de solubilidade. 5.2 Reações de complexação As reações de complexação envolvem a associação entre duas ou mais moléculas que dão origem a moléculas denominadas complexos de coordenação. Segundo Skoog et al. (2006), uma espécie ligante é um íon ou molécula que forma uma ligação covalente com um cátion ou algum átomo metálico neutro por meio da doação de um par de elétrons. De acordo com Viswanathan et al. (2017),a complexação depende de forças relativamente fracas, como forças de London, ligação de hidrogênio e interações hidrofóbicas. Os tipos de agentes complexantes podem incluir complexos inorgânicos, de coordenação, quelatos e complexos moleculares.Nas ciências farmacêuticas, a formação de íons complexos desempenha um papel de grande importância. Viswanathan et al. (2017) descreve que a formação de complexos solúveis pode melhorar a dissolução do fármaco. De acordo com Skoog et al. (2006), a maioria dos íons metálicos reage com doadores de pares de elétrons para formar compostos de coordenaçãoou complexos. Entre os ligantes inorgânicos mais comuns estão a água, a amônia e os íons haleto. O número de ligações covalentes que o 27 cátion tende a formar é seu número de coordenação e os valores mais comuns para os números de coordenação são 2, 4 e 6. Os complexos de coordenação podem ser eletricamente positivos, neutros ou negativos. Uma reação de complexação envolvendo o íon metálico Cd2+ e o ligante NH3 pode ser observada na reação a seguir. A formação de um complexo metal-ligante é descrita por uma constante de formação (Kf). O valor de Kf para a reação de complexação entre os íons Cd2+ e a molécula de NH3 pode ser observada a seguir. As reações de complexação podem ocorrer em uma série de etapas. Um exemplo é a complexação entre Cd2+ e NH3, que envolve quatro reações sucessivas e quatro constantes de equilíbrio distintas. Essas reações podem ser observadas a seguir. De acordo com Skoog et al. (2006), podemos escrever também o equilíbrio como a soma das etapas individuais. Estas têm as constantes de formação globais designadas pelo símbolo βi, que descrevem a adição de i ligantes ao íon metálico livre (Harvey, 2000). A equação seguinte descreve a obtenção de β4. β4 = K1x K2 x K3 x K4 FIQUE DE OLHO Os compostos complexantes podem ser importantes ferramentas para desenvolver fármacos com liberação controlada. Viswanathan et al. (2017) descreve a utilização de complexos solúveis no desenvolvimento de medicamentos via oral,enfatizando que estes complexos auxiliam na liberação de diferentes fármacos em condições específicas. 28 Segundo Almeida et al. (2012), uma característica muito comum a alguns compostos de coordenação é que eles são capazes de absorver radiação eletromagnética, resultando em compostos coloridos. Por exemplo, os compostos de Cu2+ apresentam comumente colorações azuis ou verdes e, em geral, a cor de um composto de coordenação é influenciada pelo metal, seu estado de oxidação e dos ligantes que o coordenam. 6. REAÇÕES DE ÓXIDO REDUÇÃO As reações de óxido redução correspondem a uma importante classe de reações empregadas em métodos analíticos. Os métodos eletroquímicos incluem potenciometria, voltametria e coulometria, entre outros. Muitas plataformas de análises, tais como os sensores eletroquímicos, utilizam fenômenos eletroquímicos para identificar e quantificar analitos em diferentes amostras. 6.1 Agentes oxidantes e agentes redutores Skoog et al. (2006) descreve que,nas reações de óxido redução, ocorre a transferência eletrônica entre os reagentes, quando uma espécie perde elétrons, ela sofre oxidação, ao receber elétrons, ela sofre redução. Na reação, a espécie que sofre redução é chamada de agente oxidante, enquanto a substância que oxida é chamada agente redutor. A reação a seguir apresenta a reação de óxido redução entre os íons. Essa reação pode ser dividida em duas semi-reações que especificam qual espécie ganha elétrons e qual os perde. Segundo Skoog et al. (2006),as reações de óxido redução podem ocorrer de duas formas, que são fisicamente muito diferentes. Em uma delas, a reação ocorre quando se coloca a espécie oxidante e redutora em contato direto em um recipiente apropriado. Na segunda forma, a reação é realizada em uma célula eletroquímica na qual os reagentes não estão em contato direto uns com os outros. 6.2 Potenciais padrão dos eletrodos Skoog et al. (2006) enfatiza que é possível estudar os equilíbrios de oxidação-redução medindo os potenciais de células eletroquímicas nas quais as duas semi-reações que compõem o equilíbrio sejam seus participantes. Uma célula eletroquímica simples consiste em dois 29 condutores chamados eletrodos, cada um deles imerso em uma solução eletrolítica. Em grande maioria das células eletroquímicas, as soluções devem ser mantidas separadas visando evitar a reação direta entre os reagentes. Em uma célula eletrolítica, a redução sempre ocorre no cátodo e a oxidação ocorre no ânodo (Skoog et al., 2006). Uma informação de grande utilidade para prever a voltagem aproximada de células eletrolíticas é o potencial padrão de eletrodo (E°). De acordo com Skoog et al. (2006), o potencial padrão de eletrodo é uma constante física que fornece informações quantitativas relacionadas ao desenvolvimento da reação de uma meia-célula. O potencial padrão de eletrodo para diferentes materiais pode ser observado na tabela a seguir. Tabela 5 - Potenciais padrão de eletrodos a 25ºC Fonte: Skoog et al., 2006, p. 483. Altos valores positivos de Eo indicam maior tendência em receber elétrons, indicando que a espécie é um forte agente oxidante. Valores baixos e negativos de Eº indicam baixa tendência em receber elétrons, indicando que a espécie pode ser um bom agente redutor. 30 Nesta unidade, você teve a oportunidade de: • entender a importância das análises químicas para diferentes áreas; • conhecer a instrumentação e procedimentos analíticos; • aprender cálculos frequentemente realizados em análises químicas; • verificar diferentes tipos de equilíbrio e sua importância; • estudar as principais categorias de reações utilizadas na química qualitativa. PARA RESUMIR ALMEIDA, V. V. et al. Análise qualitativa de proteínas em alimentos por meio de reação de complexação do íon cúprico. Química nova na escola, v. 35, n. 1, p. 34-40, 2013. ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. BACCAN, N. et al. Introdução à semimicroanálise qualitativa. 2. ed. UNICAMP: Campinas, 1988. COLTRO, W. K. T. et al. Microssistemas de análises químicas: introdução, tecnologias de fabricação, instrumentação e aplicações. Química Nova, v. 30, n. 8, 2007. GÖRÖG, S. The importance and the challenges of impurity profiling in modern pharma- ceutical analysis. Trends in analytical chemistry, v. 25, n. 8, p. 755-757, 2006. HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. 7 ed. LTC: Rio de Janeiro, 2008. HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. 8 ed. LTC: Rio de Janeiro, 2012. HARVEY, D. Modern analytical chemistry. McGraw-Hill Companies, v.1, 2000. KATAOKA, H. New trends in sample preparation for clinical and pharmaceutical analysis. Trends in analytical chemistry, v. 22, n. 4, p. 232-244, 2003. KNAACK, J. The Importance of Analytical Chemistry In: Quantitative Pharmaceutical Sciences. Pharmaceutica Analytica Acta, v. 3, n. 10, p. 1-10, 2012. MOHANTY, S. P.; KOUGIANOS, E. Biosensors: a tutorial review. Leee Potentials, v. 25, n. 2, p. 35-40, 2006. SIDDIQUI, M. R.; ALOTHMAN, Z. A.; RAHMAN, N. Analytical techniques in pharmaceutical analysis: A review. Arabian journal of chemistry, v. 10, p. S1409-S1421, 2017. SKOOG, D. A. et al. Fundamentos de Química Analítica. Tradução da 8º edição Norte-A- mericana. Thompson Learning: São Paulo, 2006. VISWANATHAN, P.; MURALIDARAN, Y.; RAGAVAN, G. Challenges in oral drug delivery: a nano-based strategy to overcome. In: Nanostructures for Oral Medicine. Elsevier: Ams- terdam, 2017. YOO, E. H.; LEE, S. Y. Glucose biosensors: an overview of use in clinical practice. Sensors, v. 10, n. 5, p. 4558-4576, 2010. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS UNIDADE 2 Técnicas experimentais da análise qualitativa inorgânica Olá, Você está na unidade Técnicas Experimentais da Análise Qualitativa Inorgânica. Conheça aqui os princípios teóricos da análise qualitativa aplicada na identificação de compostos inorgânicos, materiais e procedimentos adotados nestas análises e novas tecnologias utilizadas para detectar uma vasta gama de analitos inorgânicos. Aprenda conceitos-chave como escalas de análises qualitativas, operações semimicroe microanalíticas, reações por via seca, reações por via úmida e como observar fenômenos associados às reações químicas, como a precipitação, sublimação, mudanças de cor e liberação de gases. Bons estudos! Introdução 35 1 TÉCNICAS QUALITATIVAS EM ANÁLISES INORGÂNICAS Segundo Pereira (20107), a química analítica é a área de química que estuda os fundamentos teóricos e práticos das análises químicas. Svehla (1996) enfatiza que o objetivo da análise química é estabelecer a composição de substâncias que ocorrem naturalmente ou daquelas produzidas artificialmente. Isso geralmente é feito em duas etapas distintas. Na primeira, a análise qualitativa é usada para identificar os componentes da amostra. A segunda etapa consiste em determinar as quantidades relativas destes componentes, denominada análise quantitativa. As análises qualitativas fornecem importantes informações e aplicação em diferentes áreas. Alexéev (1982) sugere que as análises qualitativas fornecem um conjunto de métodos de investigação de substâncias, sendo de grande valor para disciplinas afins da química, como geologia, medicina, agronomia, fisiologia, microbiologia e outras. Segundo Ribeiro et al. (2012) os contaminantes inorgânicos têm ganhado visibilidade cada vez maior nos dias atuais, principalmente devido as recentes publicações descrevendo o impacto ambiental proveniente da contaminação por estas substâncias. Estes compostos podem ocorrer naturalmente ou podem ter fontes antropogênicas. A mudança dos padrões dos metais pesados e compostos nitrogenados nos corpos hídricos tem impactos significativos na saúde humana e na biota aquática (RIBEIRO et al., 2012). A figura 1 apresenta uma pesquisadora recolhendo uma amostra de água para uma posterior análise Figura 1 - Pesquisadora recolhendo uma amostra de água para análises Fonte: Ivan Chudakov, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Scapin et al. (2002) descreve que a presença de alguns metais e outras substancias inorgânicas no solo tem despertado grande preocupação da comunidade cientifica com relação à influência dessas espécies na vida animal e vegetal. As análises qualitativas da água e do solo podem fornecer informações de grande impacto para confirmar e monitorar a presença de metais e eletrólitos em testes rápidos e confiáveis. A figura 1 apresenta uma pesquisadora recolhendo uma amostra de água para avaliar a presença de contaminantes inorgânicos. 36 Calefi (2010) enfatiza que, de forma geral, a parte teórica das análises qualitativas inclui conhecimentos de equilíbrio químico, envolvendo reações ácido-base, complexação, precipitação e óxido-redução. Já a parte experimental faz uso de diferentes estratégias para separar e isolar cátions e ânions, baseado nas características químicas destas espécies. As reações observadas na análise qualitativa podem ocorrer em diferentes escalas. Alexéev (1982) descreve 4 escalas diferentes: • a macroanálise; • a microanálise; • a semimicroanálise; • a ultramicroanálise. A tabela 1 apresenta essas escalas de análise e suas principais características. Tabela 1 - Diferentes escalas de análises qualitativas Fonte: Alexéev (1982). De acordo com Vogel (1981), para análises de rotina por estudantes, a escolha da técnica se situa entre semimicro e macroanálise. Entre as vantagens de adotar as técnicas semimicro, segundo Vogel (1981), estão: • consumo reduzido de substância e economia no orçamento no laboratório; • maior velocidade de análise, economia no tempo de execução de várias operações; • eficiência de separação aumentada; • mais espaço economizado. 37 2 APARELHAGEM E OPERAÇÕES EM SEMIMICROANÁLISE Segundo Svehla (1996), a semimicroanálise não difere muito da macroanálise. Na análise semimicro são tratados volumes da ordem de 1 ml, desta forma a escala do aparelho é reduzida. Manipular pequenos volumes pode ser mais simples do que trabalhar com grandes volumes e quantidades. As várias operações ocupam menos tempo e o consumo de produtos químicos e vidraria é reduzido substancialmente, esses dois fatores em específico são de grande importância quando o tempo e o dinheiro são limitados. Cuidado especial deve ser direcionado para que o aparelho e a bancada de trabalho estejam apropriadamente limpos. Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 2.1 Materiais utilizados em semimicroanálise Baccan (1988) indica que o equipamento mais utilizado nas análises semimicro são os tubos de ensaios, os tubos geralmente apresentam 10 cm de comprimento e 1 cm de diâmetro, no entanto em casos que requerem o tratamento especial de resíduos insolúveis pode ser recomendado tubos com diâmetro e comprimento superiores. A transferência de soluções de um tubo para o outro pode ser feita por meio de uma pipeta, que neste caso pode ser automática ou a tradicional. 38 De acordo com Vogel, pequenos tubos de ensaio de pirex podem ser usados em reações que não requisitem ebulição. Quando um precipitado deve ser separado por centrifugação, comumente é empregado um tubo de ensaio com fundo afunilado, conhecido como tubo de centrífuga, vários tamanhos estão disponíveis. Em casos de soluções que não se misturam facilmente, podem ser utilizados bastões de agitação. A figura 2 a seguir apresenta diferentes modelos de tubos de ensaios empregados na semimicroanálise qualitativa. Figura 2 - Tubos de ensaio de diferentes volumes e modelos Fonte: gloverk, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há tubos de ensaio com diferentes volumes e modelos. Os conta-gotas são amplamente utilizados para manipulação de líquidos em análises semimicro, são também denominados pipeta conta-gotas, existe uma grande variedade de conta gotas disponível comercialmente. De acordo com Vogel (1981), dois tipos de conta-gotas são comumente empregados nas análises semimicro, o conta-gotas de reagente, que é utilizado em frascos de reagentes de 30 a 60 mL de capacidade, e o conta-gotas capilar, que é longo o suficiente para atingir o fundo de um tubo de ensaio e para remover líquidos sobrenadantes dos tubos de ensaio e tubos de centrífugas. A figura 3 mostra um exemplo de conta-gotas de reagente e capilar. FIQUE DE OLHO As técnicas semimicro apresentam muitas vantagens, como redução de consumo de reagentes, economia de tempo e no orçamento. Segundo Dias et al. (2016), processos de semimicroanálise combinam vantagens dos métodos macro e micro e evitam desvantagens de ambos. Além disso, a produção reduzida de resíduos representa um menor impacto ambiental. 39 Figura 3 - Conta-gotas capilar (esquerda) e de reagente (direita) Fonte: lucadp, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há uma conta-gotas capilar maior e um menor para reagente. Svehla (1996, p. 24) descreve que antes do uso, os conta-gotas devem ser calibrados, ou seja, o volume da gota entregue deve ser conhecido. Este procedimento pode ser realizado introduzindo um pouco de água destilada no conta-gotas limpo, mergulhando a extremidade capilar em um pouco de água destilada em um copo e comprimindo e soltando o bulbo de borracha. Posteriormente, segurar o conta-gotas verticalmente sobre um cilindro de medição limpo e seco de 5 ml e pressione suavemente o bulbo de borracha e contar o número de gotas atingir a marca de 2 ml. É recomendado repetir a calibração até obter dois resultados que não diferem em mais de 2 gotas. Em seguida deve ser calculado o volume de uma única gota. Os operadores devem ter suas soluções armazenadas em pequenos frascos conta-gotas. De acordo com Vogel (1981), um frasco de reagente para análises semimicro pode ser construído inserindo um conta-gotas de reagente através de uma rolha de cortiça ou borracha que se encaixa em um frasco de 30 ou 60 ml. Frascos para descarte podem ser comprados e são pouco dispendiosos. Os frascos que comportam ácidos concentrados e outros líquidos corrosivos devem ser de materiais adequados para evitar problemas, neste caso são sugeridos os frascos conta- gotas T.K. Segundo Pereira(2010), em casos em que é necessário proceder com a separação de quantidade pequena de material, a centrifugação é o procedimento mais recomendado, uma vez que este procedimento é muito mais rápido que a filtração. Uma centrifuga submete um objeto a uma força, excessivamente, maior que a gravidade. Desta forma, o precipitado decantará consideravelmente mais rápido na centrifuga do que em um tubo colocado em uma estante. A figura 4 apresenta um modelo de centrífuga utilizado em semimicroanálise. 40 Figura 4 - Centrífuga tradicional de laboratórios de semimicroanálise Fonte: ArtPanupat, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há uma centrífuga tradicional utilizada em semimicroanálise. Conforme Vogel (1981), as vantagens da centrifugação incluem velocidade, concentração do precipitado em um pequeno volume, a lavagem pode ser realizada de forma rápida e eficiente, além de apresentar fácil manipulação de ácidos concentrados, bases e outros líquidos corrosivos. No entanto é importante adotar os procedimentos adequados e seguros, para garantir o funcionamento e reduzir riscos no laboratório. 2.2 Procedimentos adotados em semimicroanálise De acordo com Baccan (1988), os tubos de ensaio e materiais de vidro devem ser lavados, imediatamente, após o uso com uma solução aquosa de detergente e uma escova apropriada. Posteriormente, enxaguar em abundância e lavar com água destilada. Em casos em que o detergente não é suficiente para realizar a limpeza, é recomendado utilizar solventes químicos específicos. Na escala semimicro, os volumes dos líquidos são, geralmente, medidos em termos de gotas: 1 gota contém, aproximadamente, 0,05 mL. Na prática, o volume de uma gota varia com o tamanho da ponta da pipeta. Em casos, em que volumes precisos são requeridos, é recomendado calibrar a pipeta conta-gotas. Para a medida de quantidade de sólidos, poucas vezes a balança é utilizada, refere-se à uma quantidade “de ponta de espátula”, que corresponde a aproximadamente 0,15 a 0,20 gramas da substância sólida. Em muitos casos, é necessário aquecer soluções após serem misturadas. Conforme Svehla (1996), o aquecimento de soluções em tubos de ensaio deve ser realizado com cuidado, considerando que pode haver perda de solução por meio do aquecimento abrupto da solução. Além disso, os respingos de soluções quentes ou perigosas podem, frequentemente, levar a queimaduras graves. Observações semelhantes se aplicam aos tubos de ensaio semimicro. É sugerido não colocar o tubo diretamente sobre a chama, mas sim em proximidade, retirando-se da chama periodicamente e agitando suavemente. A boca do tubo de ensaio deve ser apontada 41 para longe de outras pessoas próximas (SVEHLA, 1996). Pereira (2010) enfatiza que as soluções em cápsulas podem ser aquecidas diretamente sobre a chama com tela de amianto ou em chapas de aquecimento. Isto não é satisfatório para soluções contidas em tubos de ensaio por causa da tendência em formar bolhas de vapor no fundo e expelir a solução à medida que o volume se expande. Baccan (1988) descreve que, em casos de reações que requerem um aquecimento mais brando e prolongado, deve-se realizar o procedimento em banho-maria, que pode ser preparado em um béquer de 250 mL de capacidade. Segundo Vogel (1981), ao utilizar uma centrifuga manual devem ser colocados pelo menos 2 tubos de ensaio, com peso e tamanhos aproximados. Se a amostra apresentar apenas um tubo de ensaio, deve ser preparado um tubo de balanceamento, que deve apresentar características semelhantes ao tubo contendo a amostra. Os tubos devem ser colocados em posição diametralmente oposta na centrifuga. Para remover o sobrenadante líquido, pode ser utilizado o conta-gotas capilar. O tubo deve ser mantido em ângulo inclinado e o líquido liberado gradativamente e lentamente, tomando cuidado para que a ponta do conta-gotas toque o precipitado. A solução presente no conta-gotas deve ser límpida. Svehla (1996) enfatiza que é essencial lavar todos os precipitados para remover a pequena quantidade de solução presente no precipitado. Se este procedimento não for realizado, o precipitado poderá ser contaminado por íons presentes no sobrenadante. É sugerido lavar o precipitado pelo menos duas vezes. O líquido de lavagem deve ser um solvente que não dissolve o precipitado, mas dilui a quantidade de licor mãe que o adere. O líquido de lavagem é, geralmente, água, mas pode ser água contendo uma pequena quantidade do precipitante (efeito de íon comum) ou uma solução diluída de um eletrólito (como um sal de amônio). A lavagem pode ser feita utilizando uma pisseta (Figura 5a), que é um instrumento utilizado para lavagens de materiais e utensílios do laboratório. O precipitado pode ser transferido pelo uso de pequenas espátulas (Figura 5b). Esta operação é geralmente difícil, no entanto, são muito poucos casos em microanálises que têm a necessidade de transferir precipitados (SVEHLA, 1996). 42 Figura 5 - Imagem ilustrativa de uma pisseta (esquerda) e uma espátula (direita) Fonte: cristianotavaresv; Udomsak_Pix, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há pisseta e uma espátula usados para transferir um precipitado. Baccan (1988) enfatiza que, durante o teste de acidez do meio, nunca se deve mergulhar o papel indicador na solução a ser testada, pois o indicador pode contaminar a solução. Em casos em que existe pouca solução, indica-se mergulhar uma barra de vidro na solução, retirá-la cuidadosamente e colocar no papel indicador, tendo cuidado para não encostar a barra de vidro nas paredes internas do tubo, visto que pode existir algum ácido ou base livre, que pode resultar em um resultado incorreto do pH da solução. A figura a seguir demonstra a forma apropriada de medir o pH de uma solução. Figura 6 - Teste de pH usando baixos volumes de solução Fonte: guruXOX, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há uma pessoa fazendo um teste pH. 3 APARELHAGEM E OPERAÇÕES EM MICROANÁLISE Os cientistas e pesquisadores têm realizado, constantemente, testes analíticos que usam 43 testes únicos realizados em gotas de solução em papel de filtro ou em superfícies impermeáveis. Um exemplo familiar é o uso de papéis indicadores para detectar rapidamente a presença de íons hidrogênio ou hidroxila de uma solução. Da mesma forma, o ponto final de certas reações usadas na análise titrimétrica, ou em eletrodeposição, pode ser estabelecido removendo uma gota da solução de teste e colocando-a em contato com um reagente adequado em papel de filtro, em um vidro de relógio ou em um prato de porcelana (FEIGL; ANGER, 2012). Segundo Vogel (1988), na microanálise, as quantidades correspondentes são da ordem de 5 mg e 0,1 mL. A técnica também é conhecida como análise por miligrama e serve para indicar a ordem do peso da amostra empregada. Algumas técnicas específicas em microanalítica podem fazer uso de um microscópio. As pequenas quantidades de material obtidas após as separações sistemáticas podem ser detectadas pela análise de toque, que consiste em utilizar gotas de solução e frações de miligramas de sólidos. A análise de toque foi desenvolvida como resultado de pesquisas de diferentes pesquisadores (VOGEL, 1988, p. 194). De acordo Philp e Shanlin (2018), a microanálise começou a se estabelecer no início do século XIX como um campo da química que exigia pequenas quantidades de material para desenvolver uma mudança de cor, formação de precipitado ou evolução de gases com compostos específicos. As primeiras descobertas incluíram a reação de cor azul entre amido e iodo e várias reações químicas com venenos. No século XX, esse campo cresceu significativamente à medida que as pessoas logo perceberam o benefício da microanálise sobre a macroanálise devido à sua precisão e rapidez. Um antepassado da análise de toque, Fritz Feigl, produziu um trabalho importante durante esse período, introduzindo novas metodologias para caracterizar espécies químicas inorgânicas usando reagentes orgânicospara criar produtos com cores intensas e também introduzindo os conceitos de especificidade, seletividade e sensibilidade. Tornou-se habitual falar de reações de toque, mais corretamente, análise de toque, quando em um teste químico pelo método úmido, pelo menos um reagente, geralmente o material que está sendo detectado ou identificado, é usado na forma de gota de uma solução. FIQUE DE OLHO O tipo mais comum de análise de toque consiste em reunir gotas da amostra e a solução reagente em substratos porosos, como papel de filtro, placas pontuais e outros. Outra versão emprega um dos reagentes na forma sólida, um pouco do material em estudo é manchado com uma gota de uma solução de reagente adequada ou uma gota da solução de teste é colocada em contato com um reagente sólido. 44 Os principais principios das análises de toque incluem usar reações com elevadas reatividade e sensibilidade, sempre buscando aumentar a sensibilidade e a confiabilidade (FEIGL; ANGER, 2012). 3.1 Materiais e procedimentos adotados em microanálise De acordo com Svehla (1996), na microanálise, os tubos de microcentrífuga - com capacidade de 0,5 a 2 mL -substituem os tubos de ensaio, provetas e frascos na maioria das operações. As soluções são separadas dos precipitados por centrifugação. As centrífugas semimicro podem ser manuais ou elétricas. Estão disponíveis adaptadores para acomodar tubos de microcentrífuga com extremidades abertas estreitas. A figura a seguir apresenta um tubo de microcentrífuga e uma microcentrífuga,respectivamente. Figura 7 - Tubo de microcentrifuga e uma microcentrifuga em um laboratório de análise Fonte: damerau; smereka, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há um tubo de microcentrífura e uma microcentrífuga. Segundo Vogel (1981), as precipitações são, geralmente, conduzidas em tubos de microcentrífuga. Após centrifugação, o precipitado fica no fundo e o sobrenadante é recolhido utilizando um conta-gotas capilar ou uma pipeta capilar de transferência. A transferência de precipitados é relativamente rara em microanálise qualitativa. O aquecimento de soluções deve ser feito em um suporte adequado, quando são requeridas temperaturas elevadas, o líquido deve ser transferido para um microbéquer ou microcadinho. Os tubos de microcentrífuga devem ser limpos de forma adequada. Para isto, é recomendado encher os tubos com água e esvaziá-lo por sucções. Posteriormente, enxaguar o tubo com água em abundância (VOGEL, 1981). Svehla (1996) descreve que a remoção e adição de gotas de soluções de teste e reagentes é mais simples usando tubos de vidro com cerca de 20 cm de comprimento e 3 mm de diâmetro externo. As gotas destes tubos têm um volume aproximado de 0,05 ml. O conta-gotas capilar também pode ser empregado. Micropipetas em polietileno com elástico também são adequados. 45 A figura a seguir apresenta uma micropipeta. Figura 8 - Pesquisadora utilizando uma micropipeta e tubos de microcentrífuga Fonte: Sirirat, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há uma pesquisadora utilizando uma micropipeta. Conforme Vogel (1981), a digestão de amostras sólidas com ácido ou solvente pode ser realizada em pequenos cadinhos aquecidos em uma placa de metal, ou em um banho de ar. As análises de toque podem ser realizadas de várias maneiras, como em placa de toque, em um microcadinho, tubos de ensaio, tubo de centrifugação ou em papel de filtro. As reações gasosas são realizadas em aparelhos especiais. As placas spot comerciais são feitas de porcelana ou plástico esmaltado e, geralmente, contêm de 6 a 12 depressões de tamanho igual, que contêm 0,5 a 1 ml de líquido. Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 46 4 REAÇÕES POR VIA SECA Svehla (1996) descreve que estão disponíveis vários testes úteis realizados a seco. Neste caso, as amostras apresentam-se na sua forma sólida. As informações são obtidas em um período comparativamente curto e fornecem uma pista para a presença ou ausência de certas substâncias, reduzindo as etapas e consumo de reagentes em uma posterior análise úmida. Durante o aquecimento, a substância é colocada em um compartimento adequado e submetida ao aquecimento. Podem ser observados alguns fenômenos comuns, como a sublimação, fusão, decomposição, liberação de gás e mudança de cor. A tabela a seguir apresenta a descrição dos principais processos observados em testes a seco. Tabela 2 - Fenômenos observados em testes de via seca Fonte: Svehla (1996, p. 4). Segundo Alexeev (1982), a grande maioria das reações por via seca são realizadas a altas temperaturas. Entre as reações via seca se destacam o teste de chama, reações de formação de pérolas coradas de bórax e o método da trituração. Pereira (2010) também menciona que podem ser usadas como reações via seca a fusão alcalina e ácida. Um exemplo clássico de método para análise via seca é o teste da chama. Baccan (1988) descreve que o teste da chama se baseia no fato de que, quando é fornecida quantidade de energia suficiente ao átomo de um determinado elemento químico, os elétrons na camada de valência absorvem essa energia passando para um nível de energia superior, produzindo um estado excitado. Ao retornar ao estado inicial, o elétron emite uma quantidade de energia na forma de radiação, cujo comprimento de onda é característico do elemento e da mudança do nível eletrônico de energia. Desta forma, a cor emitida por uma substância no teste de chama é utilizada para identificar o elemento em análise. A figura abaixo apresenta a demonstração de um teste de chama. 47 Figura 9 - Demonstração de um teste de chama Fonte: Khamkhlai Thanet, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há uma pessoa fazendo um teste de chama. De acordo com Vogel (1981), sais de certos metais são volatilizados em uma chama de Bunsen e conferem cores características à chama. Os cloretos estão entre os compostos mais voláteis e são preparados in situ, misturando o composto com um pouco de ácido clorídrico concentrado antes de realizar os testes. O teste de chama é realizado utilizando um fio fino de platina limpo, com cerca de 5 cm de comprimento e 0,03-0,05 mm de diâmetro. O fio é mergulhado em ácido clorídrico concentrado e, posteriormente, é adicionada a substância investigada em pequenas quantidades. A amostra pode ser introduzida nas zonas redutora, oxidante e de fusão da chama. Substâncias menos voláteis por exemplo, são aquecidas na zona de fusão. As cores transmitidas à chama por sais de metais diferentes podem ser observadas na tabela a seguir. Tabela 3 - Cores obtidas no teste de chama para diferentes sais Fonte: Svehla (1996, p. 7). 48 5 REAÇÕES POR VIA ÚMIDA De acordo com Alexeev (1982), grande maioria das reações observadas em análises qualitativas são realizadas por via úmida, isto significa que as reações neste caso ocorrem em solução. A primeira etapa consiste em dissolver a substância a ser investigada em meio aquoso ou em ácidos. As reações na análise qualitativa devem promover transformações facilmente identificáveis que possibilitem confirmar que a reação correspondente ocorreu. Alexeev (1982) descreve que os efeitos mais comuns são formação de precipitado, mudança na cor da solução e liberação de um gás. As reações 1, 2 e 3 apresentam a formação de precipitados de hidróxido de cobre, de hidróxido de ferro (III) e de hidróxido de ferro (II) a partir destes íons em solução e uma solução de hidróxido de sódio. Reação 1 Cu2+(aq) + 2OH-(aq) → Cu(OH)2 (s) ↓ Reação 2 Fe2+(aq) + OH-(aq) → Fe(OH)2 (s) ↓ Reação 3 Fe3+(aq) + 3OH-(aq) → Fe(OH)3 (s) ↓ A figura abaixo apresenta três tubos de ensaio contendo, respectivamente, os precipitados descritos nas reações 1, 2 e 3 respectivamente. Figura 10 - Reações de precipitação de íons Cu2+, Fe2+ e Fe3+ em solução contendo NaOH(aq) Fonte: Mia Garrett, Shutterstock, 2020. #PraCegoVer: Na imagem, há 3 tubos de ensaio com reações de precipitação.Segundo Svehla (1996), ao estudar as reações dos íons, é importante proceder com o uso adequado de técnicas experimentais, como pesagem, preparo de soluções, filtração, centrifugação e separação de precipitado, entre outros. As reações podem ser estudadas tanto em escala macro quanto semimicro. 49 6 TÉCNICAS INSTRUMENTAIS EM ANÁLISES QUÍMICAS A química analítica e a análise instrumental são áreas dedicadas a uma avaliação seletiva de informações. Os métodos instrumentais em que as reações químicas podem ter um papel importante são muitos, como, por exemplo, nas determinações calorimétricas, potenciométricas, condutométricas. Atualmente, tem-se desenvolvido diferentes instrumentos de medição e registro. Nos métodos instrumentais, as funções analíticas compreendem parâmetros específicos do método que dependem muito das condições de trabalho. A correspondência entre a propriedade física e físico-química medida e a proporção ou concentração de um composto em um sistema não é estabelecida diretamente, como no caso de métodos de análise química, eles são determinados usando uma curva de calibração (BUTNARIU, 2018). A tabela a seguir apresenta uma breve descrição das principais técnicas instrumentais de análise, incluindo suas vantagens e desvantagens. FIQUE DE OLHO O estudo qualitativo de espécies inorgânicas requer conhecimento sobre segurança e cuidados no laboratório, uso de boas práticas experimentais e atenção quando manusear reagentes tóxicos. Debacher et al. (2008) enfatiza que o trabalho em laboratório deve ser responsável, evitando atitudes que possam acarretar acidentes e possíveis danos para si e para os demais, sendo importante adotar sempre uma atitude cuidadosa e metódica. 50 Tabela 4 - Técnicas instrumentais de análise e suas características Fonte: Djingova e Kuleff (2000, p. 150). De acordo com Gomes (2015), os instrumentos de análise química devem converter informações sobre características de um determinado analito em informações que possam interpretadas. Os princípios de funcionamento destes instrumentos são baseados em estimular a amostra de forma a produzir uma resposta do sistema em estudo. Atualmente, existem variados instrumentos capazes de fornecer informações qualitativas e quantitativas sobre a composição e estrutura da matéria. 51 Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 52 Nesta unidade, você teve a oportunidade de: • conhecer técnicas de análise qualitativa aplicada na identificação de compostos inorgânicos; • reconhecer diferentes escalas de análises e suas principais operações; • identificar os equipamentos e procedimentos empregados em microanálises e semi- microanálises; • caracterizar reações por via seca e estudar exemplos; • caracterizar reações por via úmida; • conhecer diferentes técnicas instrumentais de análise, suas vantagens e desvanta- gens. PARA RESUMIR ALEXÉEV, V. Análise Qualitativa. Porto: Lopes da Silva, 1982. BACCAN, N. et al. Introdução à semimicroanálise qualitativa. 2. ed. Campinas: Editora da Unicamp, 1988. CALEFI, R. M. O ensino de química analítica qualitativa na graduação: sua importância e metodologias adotadas. 80p. Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos, 2010. DEBACHER, N. A.; SPINELLI, A.; NASCIMENTO, M. G. Manual de regras básicas de segurança para laboratórios de química. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008. Disponível em: https://analiticaqmcresiduos.paginas.ufsc.br/ files/2014/07/Manual_Seguranca_UFSC.pdf. Acesso em: 5 dez. 2019. DIAS, S. L. P. et al. Análise qualitativa em escala semimicro. Porto Alegre: Bookman Editora, 2016. DJINGOVA, R.; KULEFF, I. Instrumental techniques for trace analysis. In: Trace metals in the Environment. v. 4, p. 137-185. Kidlington: Elsevier, 2000. FEIGL, F.; ANGER, V. Spot tests in inorganic analysis. 6 ed. Amsterdam: Elsevier, 2012. GOMES, P. B. Caracterização de materiais: uma abordagem das possibilidades de algumas técnicas instrumentais. 35p. Monografia (Graduação em Química) - Universidade Federal de São João del-Rei, São João del-Rei, 2015. PEREIRA, F. Qualitative analytical chemistry theoretical-practical manual (in portuguese). Química analítica qualitativa manual teórico-prático. Instituto Federal de Pernanbuco, Campus Ipojuca, Recife, 1 mar. 2010. Disponível em: https://www.researchgate. net/publication/312016522_QUALITATIVE_ANALYTICAL_CHEMISTRY_THEORETICAL- PRACTICAL_MANUAL_in_portuguese_QUIMICA_ANALITICA_QUALITATIVA_MANUAL_ TEORICO-PRATICO. Acesso em: 16 jan. 2020. PHILP, M.; FU, S. A review of chemical ‘spot’tests: A presumptive illicit drug identification technique. Drug testing and analysis, v. 10, n. 1, p. 95-108, 2018. RIBEIRO, E. V. et al. Metais pesados e qualidade da água do rio São Francisco no segmento entre Três Marias e Pirapora-mg: Índice de contaminação. Revista Geonomos, v. 20, n. 1, 2012. SCAPIN, M. A. et al. Determinação de metais tóxicos em argilominerais por espectrometria REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS de fluorescencia de raios X (WDXRFS). Revista brasileira de pesquisa e desenvolvimento, v. 4, n. 3, p. 1007-1014, 2002. SVEHLA, G. Vogel’s qualitative inorganic analysis. 7 ed. New York: Longman scientific & technical, 1996. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5 ed. São Paulo: Mestre jou, 1981. UNIDADE 3 Reações dos cátions Olá, Você está na unidade Reações dos cátions. Conheça aqui os princípios teóricos da análise qualitativa aplicada na identificação de cátions metálicos, verificando diferentes estratégias para separar e isolar cátions de acordo com as características químicas e tratamento com diferentes reagentes. Aprenda conceitos-chave como análise sistemática e fracionada, aplicações de reações por via úmida, observação de fenômenos associados às reações químicas. Conheça a classificação analítica de cátions em grupos e quais os procedimentos práticos utilizados na identificação, separação e na precipitação seletiva destas espécies. Bons estudos! Introdução 57 1 CLASSIFICAÇÃO ANALÍTICA E NOMENCLATURA DOS ÍONS Segundo Atkins e Jones (2006) os elementos metálicos formam tipicamente cátions, enquanto os elementos não-metálicos formam tipicamente ânions. As cargas dos íons monoatômicos estão relacionadas ao grupo que pertencem na tabela periódica. O nome de um cátion monoatômico é o nome do elemento que o formou, procedido da palavra íon. Quando o elemento pode formar mais que um tipo de cátion, como os íons Fe2+ e Fe3+, utiliza-se o número de oxidação em algoritmos romanos para distingui-los. A seguir podem ser observados alguns exemplos. Na+ → íon sódio Fe2+ → íon ferro II Fe3+ → íon ferro III De acordo com Atkins e Jones (2006) o nome dos ânions monoatômicos é formado pela adição do sufixo -eto à primeira parte do nome, procedido pela palavra íon, como exemplificado a seguir. Cl- → íon cloreto F- → íon fluoreto Br- → íon brometo Atkins e Jones (2006) enfatizam que íons poliatômicos que incluem os oxoânions, caso exista apenas um oxoânion de um elemento, seu nome é formado pela adição do sufixo -ato à raiz do nome do elemento. Em casos de elementos que podem formar dois tipos de oxoânions, com diferentes números de átomos de oxigênio é necessário distingui-los. Nesses casos o composto com maior número de átomos de oxigênio recebe o sufixo -ato, enquanto que o composto com menos átomos de oxigênio recebe o sufixo -ito. Exemplos podem ser observados a seguir. CO32- → íon carbonato NO3- → íon nitrito NO2- → íon nitrato 58 Quadro 1 - Ânions comuns na análise qualitativa Fonte: ATKINS e JONES, 2006, p. 53. #PraCegoVer: a tabela apresenta a fórmula química e o nome dos principais ânions. De acordo com Pereira (2010) as análises funcional e sistemática de uma solução devem ser iniciadas por ensaios preliminares, posteriormente ensaios para identificar ânions e cátions presentes. A identificação pode ser feita pelo uso de reagentes específicos,como ácidos, gás sulfídrico, amônia e outros, que devem promover a formação de precipitados que serão analisados posteriormente. A classificação dos ânions envolve a identificação por produtos voláteis obtidos por tratamento com ácidos e os que dependem de reações em solução. Os ânions podem ser agrupados quanto ao seu caráter oxidante, redutor e indiferente. 59 Oxidantes: NO2-, NO3-, MnO4-, Cr2O72- Redutores: Cl-, Br-, I-, S2-, SO32-, S2O32-, C2O42-, NO2- Indiferentes: SO42-, CO32-, BO33-, CH3COO-, F-, SiO32-, PO43- De acordo com Oliveira et al. (2006) os métodos utilizados para a detecção de ânions não são sistemáticos como para os cátions, e que não há um esquema satisfatório que permita a separação dos ânions comuns em grupos. Segundo Svehla (1996) para fins de análise qualitativa sistemática, os cátions são classificados em cinco grupos com base em seu comportamento em relação a alguns reagentes. Pelo uso sistemático desses chamados reagentes de grupo, podemos decidir sobre a presença ou ausência de grupos de cátions e também podemos separá-los para um exame mais aprofundado. Os reagentes do grupo usados para a classificação dos cátions mais comuns são ácido clorídrico, sulfeto de hidrogênio, sulfeto de amônio e carbonato de amônio. A classificação é baseada em se um cátion reage com esses reagentes pela formação de precipitados ou não. Portanto, pode-se dizer que a classificação dos cátions mais comuns se baseia nas diferenças de solubilidade de seus cloretos, sulfuretos e carbonatos. A classificação dos cátions em grupos analíticos pode ser observada na Tabela a seguir. Note que os reagentes descritos são específicos para estes grupos, desta forma cátions de diferentes grupos não reagem com reagentes diferentes do seu grupo característico. Quadro 2 - Classificação dos cátions em grupos analíticos Fonte: PEREIRA, 2010, p. 22. #PraCegoVer: a tabela possui a classificação dos cátions em grupos analíticos. 60 Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 1.1 Cátions do grupo 1 De acordo com Vogel (1981) os cátions do primeiro grupo formam cloretos insolúveis, no entanto, o cloreto de chumbo apresenta ligeira solubilidade em água. Os nitratos desse grupo apresentam boa solubilidade em água. Referente aos sulfatos, de chumbo é insolúvel, o de prata é solúvel e o de mercúrio apresenta uma solubilidade intermediária. Os sulfetos são insolúveis, acetatos são mais solúveis porem o acetato de prata pode precipitar em soluções mais concentradas. Segundo Oliveira et al. (2006) a prata pode ser obtida em sua forma metálica na natureza, embora seja mais frequente encontrá-la combinada com enxofre, arsênio e antimônio. A prata é utilizada em jóias, objetos e moedas. O AgNO3 é o sal mais comum e amplamente utilizado em preparações farmacológicas devido suas propriedades antissépticas e cáusticas. O mercúrio é utilizado para construção de instrumentos de medição de temperatura e para produção de ligas metálicas, com aplicação em odontologia. Os sais de mercúrio como o HgCl2 têm sido empregados com sucesso na produção de inseticidas e na preparação de líquidos para preservação da madeira. O chumbo e seus compostos são empregados em baterias e em ligas metálicas, sais de chumbo são utilizados para fabricação de tintas. O acetato de chumbo é um reagente amplamente empregado em análises químicas e também apresenta aplicações farmacológicas. Oliveira et al. (2006) sugere que o uso do ácido clorídrico garante a precipitação dos cátions do grupo e não introduz cátions como o Na+, K+, que podem ser investigados em etapas posteriores, além disso o ácido clorídrico mantém uma acidez na solução. As equações iônicas da precipitação dos cloretos insolúveis do grupo 1 os respectivos Kps podem ser observadas a seguir. 61 Quadro 3 - Reações dos cátions do grupo 1 Fonte: SVEHLA, 1996, p. 62. #PraCegoVer: a tabela apresenta os principais reagentes, as observações macroscópicas das reações e a reação química envolvida em cada teste para identificar os cátions do grupo 1. 1.2 Cátions do grupo 2 De acordo com Svehla (1996) os cátions do segundo grupo são tradicionalmente divididos em dois subgrupos, o subgrupo do cobre e o subgrupo do arsênio. A base dessa divisão é a solubilidade do precipitado de sulfeto em polissulfeto de amônio, os sulfetos do subgrupo do cobre são insolúveis neste reagente, enquanto que os do subgrupo arsênio se dissolvem com a formação de tiossais. O subgrupo do cobre consiste em íons Hg2+, Pb2+, Cu2+, Bi3+, Cd2+. Embora a maior parte dos Pb2+ seja precipitada com ácido clorídrico diluído juntamente com outros íons do grupo I, essa precipitação é bastante incompleta devido à solubilidade relativamente alta do PbCl2. Os cloretos, nitratos e sulfatos dos cátions do subgrupo de cobre são bastante solúveis em água. Os sulfuretos, hidróxidos e carbonatos são insolúveis. Alguns dos cátions do subgrupo cobre, como o Hg2+, Cu2+ e Cd2+tendem a formar complexos com amônia e íons cianeto. 62 O subgrupo arsênio consiste nos íons As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn3+ e Sn4+, estas espécies apresentam caráter anfotérico, ou seja, seus óxidos formam sais com ácidos e bases. Quadro 4 - Características dos metais do grupo 2 Fonte: OLIVEIRA ET AL., 2006, p. 41. #PraCegoVer: a tabela apresenta os metais presentes no grupo 2 e suas principais características. Segundo Pereira (2010) a característica comum mais notável destes elementos é a sua afinidade por sulfetos. Isto é demonstrado não apenas por sua precipitação conjunta como um grupo, mas também pela ocorrência na natureza de muitos minerais na forma de sulfetos, como a galena (PbS), calcosita (CuS) e outros. Para solução aquosa saturada de H2S, a reação global e sua respectiva constante de equilíbrio podem ser observadas a seguir. Pode se observar pela constante de equilíbrio que a concentração de íons S2-depende do pH da solução, soluções de ácido fortes a concentração de íon sulfeto é baixa, já em soluções básicas a concentração de íon sulfeto é alta. Segundo Oliveira et al. (2006) é importante ter um controle cuidadoso da concentração dos íons sulfeto, visto que vários cátions do grupo 3 se precipitam com sulfetos a partir de soluções altamente concentradas, enquanto que cátions do grupo 2 precipitam mesmo em concentrações baixas do reagente. 63 Quadro 5 - Reações de cátions do grupo 2 com sulfeto Fonte: OLIVEIRA ET AL., 2006, p. 45. #PraCegoVer: a tabela apresenta as reações dos cátions do grupo 2 com sulfeto. De acordo com Pereira (2010), os cloretos produzidos por cátions do grupo 2 são substâncias predominantemente moleculares. Seus sulfetos são ácidos e se dissolvem em bases fortes. Em vez de formarem íons com carga positiva, especialmente nos seus estados de oxidação mais elevados, eles formam complexos com íons óxido, hidróxido, sulfeto e haleto. Oliveira et al. (2006) enfatiza que nitratos, cloretos e sulfatos dos cátions do grupo 2 são bastante solúveis em água. Segundo Pereira (2010) os sulfetos do subgrupo do cobre são insolúveis em uma solução de hidróxido de potássio, enquanto os sulfetos do subgrupo do arsênio são solúveis. Esta diferença de comportamento pode ser usada para separar os cátions do grupo do cobre dos cátions do grupo do arsênio. 64 Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 1.3 Cátions do grupo 3 Os metais do grupo 3 apresentam grande importância comercial e biológica. O ferro está presente na hemoglobina e participa do transporte de oxigênio na corrente sanguínea. O zinco é essencial para as funções biológicas de toda a matéria viva. O zinco é necessário para o crescimento, apetite, maturação testicular, integridade da pele, atividade mental, cicatrização de feridas e imunocompetência. O zinco é necessário para as atividades metabólicas de mais de 70 metaloenzimas. A competição intestinal de zinco com cobre, ferro, chumbo, cálcio e cádmio pode acentuar deficiências nutricionais ou toxicidades desses metais ambientais.Ainda não está estabelecida uma hipótese unificadora para os efeitos ou desequilíbrios entre esses elementos. Essas interações terão uma importância prática substancial na estimativa de recomendações alimentares, na validação de medidas profiláticas e na avaliação de situações em que a saúde humana e animal possa estar em risco (ABDEL-MAGEED; OEHME, 1990). O grupo 3 de cátions precipitam na presença de sulfeto de hidrogênio na presença de amônia e cloreto de amônio, ou em solução de sulfeto de amônio. Os precipitados apresentam coloração FIQUE DE OLHO Os metais do grupo 3 apresentam grande importância biológica, participando de reações e sendo componentes chave de uma grande variedade de processos bioquímicos. Segundo Porto et al. (2012) o ferro é um elemento fundamental para um grande número de funções celulares, sendo a mais importante o transporte de oxigênio. Cruz e Soares (2011) enfatizam que o zinco participa como constituinte integral de proteínas ou cofator enzimático em mais de 300 reações químicas que envolvem a síntese e degradação de macromoléculas. 65 distinta. Os metais deste grupo não se precipitam quando utilizados os reagentes dos grupos I e II. O alumínio e cromo se precipitam na forma de hidróxidos devido à hidrólise de sulfetos em solução aquosa, os outros metais do grupo precipitam como sulfetos. O grupo 3 é normalmente subdivido em grupo do ferro, que inclui Fe, Fe, Al e Cr e o grupo do zinco, com Ni, Cb, Mg e Zn (VOGEL, 1981). Pereira (2010) enfatiza que os cátions do grupo 3 formam uma grande variedade de complexos estáveis, sendo a química de coordenação amplamente utilizada para a identificação desses cátions. Quadro 6 - Reações de cátions do grupo 2 com sulfeto Fonte: PEREIRA, 2010, p. 67. #PraCegoVer: a tabela apresenta as principais reações dos cátions do grupo 3 e os respectivos valores de produto de solubilidade (Kps) dos precipitados. De acordo com Oliveira et al. (2006) o subgrupo do ferro forma hidróxidos em solução de amônia na presença de excesso de cloreto de amônio. Fazem parte deste grupo os cátions Fe2+, Fe3+, Cr3+e Al3+. As principais reações deste subgrupo podem ser observadas na tabela a seguir: 66 Quadro 7 - Reações dos cátions do subgrupo do ferro do grupo 3 Fonte: ALEXEEV, 1982, p. 316. #PraCegoVer: a tabela apresenta as reações dos cátions do subgrupo do ferro do grupo 3. Os cátions do grupo do zinco em soluções de amônia e cloreto de amônio em excesso. A presença de NH4Cl promove um deslocamento do equilíbrio da amônia provocado pela redução na concentração de OH-, desta forma, não são alcançados valores suficientes para a dos respectivos hidróxidos Quadro 8 - Reações dos cátions do subgrupo do zinco do grupo 3 Fonte: ALEXEEV, 1982, p. 316. #PraCegoVer: a tabela apresenta as reações dos cátions do subgrupo do zinco do grupo 3. 67 Pereira (2010) descreve que os hidróxidos de alumínio, cromo e zinco são anfóteros e, dessa forma, solúveis em NaOH. Ao contrário, os hidróxidos de ferro, cobalto, níquel e manganês não são anfóteros, portanto insolúveis em NaOH. Baseado nesta diferença de comportamento pode ser realizada a separação dos cátions do grupo do ferro dos cátions do grupo do zinco. Os precipitados do grupo 3 são solúveis numa mistura de HNO3 e HCl. Este tratamento dissolve os hidróxidos e sulfetos e promove a oxidação do ferro (II) a ferro (III). 1.4 Cátions do grupo 4 De acordo com Treadwell e Hall (1916) os cátions do grupo 4, também conhecidos como grupo dos metais alcalinos terrosos, são bivalentes e mais pesados que a água, sendo assim, se decompõem lentamente em temperatura ambiente com a produção de hidrogênio e a formação de hidróxidos dificilmente solúveis de reação fortemente alcalina. Os sais são principalmente incolores e ligeiramente solúveis em água. Os compostos de haletos, nitratos, nitritos e acetatos são solúveis em água. Os carbonatos são insolúveis em água e decompostos em dióxido de carbono e óxido metálico branco, infusível e fortemente luminoso. A reação pode ser observada a seguir. Segundo Svehla (1996) o reagente do grupo é uma solução 1M de carbonato de amônio. O reagente é incolor e exibe uma reação alcalina por causa da hidrólise. O reagente é decomposto por ácidos (mesmo pelo ácido acético), quando o gás dióxido de carbono é formado. Svehla (1996) enfatiza que os cátions do quarto grupo não reagem com ácido clorídrico, sulfeto de hidrogênio nem sulfeto de amônio, mas reagem com carbonato de amônio na presença de quantidades moderadas de amônia ou íons amônio, formando precipitados brancos. O teste deve ser realizado em soluções neutras ou alcalinas. Na ausência de amônia ou íons amônio, o magnésio também será precipitado. Os precipitados brancos formados com o reagente do grupo são: carbonato de bário, carbonato de estrôncio e carbonato de cálcio. As reações podem ser observadas a seguir. 68 Segundo Vogel (1981) os três metais alcalino-terrosos se decompõem na água a taxas diferentes, formando hidróxidos e gás hidrogênio. Seus hidróxidos são bases fortes, embora com diferentes solubilidades: o hidróxido de bário é o mais solúvel, enquanto o hidróxido de cálcio é o menos solúvel entre eles. Cloretos e nitratos alcalino-terrosos são muito solúveis, os carbonatos, sulfatos, fosfatos e oxalatos são insolúveis. Os sulfuretos podem ser preparados apenas no estado seco, todos eles hidrolisam na água, formando sulfetos e hidróxidos de hidrogênio. A menos que o ânion seja colorido, os sais formam soluções incolores. Como os íons alcalino-terrosos se comportam de maneira muito semelhante em soluções aquosas, é muito difícil distingui-los e, principalmente, separá-los. Existem, no entanto, diferenças nas solubilidades de alguns de seus sais em meios não aquosos, como por exemplo, 100 g de etanol anidro dissolvem 12,5 g de cloreto de cálcio, 0,91 g de cloreto de estrôncio e apenas 0,012 g de cloreto de bário, considerando todos os sais anidros. Se utilizar 100 g de uma mistura 1 + 1 de éter dietílico e etanol anidro é possível dissolver mais de 40 g de nitrato de cálcio anidro, as solubilidades do estrôncio anidro e dos nitratos de bário nessa solução são desprezíveis. Essas diferenças podem ser utilizadas para separações. Quadro 9 - Características dos metais do grupo 4 Fonte: BACCAN, 1988, p. 129. #PraCegoVer: a tabela apresenta as principais propriedades e características dos metais do grupo 4. Na tabela a seguir são apresentados os produtos de solubilidade dos hidróxidos e de alguns sais dos metais alcalinos terrosos. Segundo Baccan (1988) a interpretação desta tabela permite ao estudante entender a escolha dos reagentes usados na separação dos cátions deste grupo. Cálcio e estrôncio e bário formam carbonatos insolúveis em solução alcalina. O magnésio não precipita com hidróxido em presença de excesso de íons amônio que reduzem a concentração dos íons hidroxila a um valor tal, que o produto de solubilidade do hidróxido de magnésio não é atingido. Por razões semelhantes, o carbonato de magnésio não precipita na presença de excesso de íons amônio. Esta propriedade permite separar os íons Mg2+ de Ca2+, Sr2+ e Ba2+. 69 Quadro 10 - Produtos de solubilidade em água de compostos de metais do grupo 4 Fonte: BACCAN, 1988, p. 131. #PraCegoVer: a tabela apresenta os produtos de solubilidade dos cátions do grupo 4 com diferentes ânions. Treadwell e Hall (1916) descrevem que durante a análise sistemática do grupo 4, o cálcio, estrôncio e bário são sempre obtidos na forma de carbonatos insolúveis, seja por precipitação com carbonato de amônio a partir de uma solução bastante diluída na presença de cloreto de amônio, ou por fusão dos sulfatos com carbonato de sódio. Vários métodos excelentes têm sido propostos para a análise do grupo alcalino-terroso, no entanto, as reações características do bário, estrôncio e cálcio são tão semelhantes que é provável que ocorrer dificuldades em qualquer esquema sempre que uma amostra conterpequena quantidade de um desses elementos e grande quantidade de outro. Portanto, um precipitado causado pela presença de muito estrôncio pode ser confundido com um produzido por um pouco de bário. 1.5 Cátions do grupo 5 Segundo Alexeev (1982) o grupo 5 engloba os cátions dos metais alcalinos como potássio, sódio, magnésio, lítio, rubídio e césio, além de incluir o íon amônio. A maior parte dos sais do grupo 5 são solúveis em água. A solubilidade em água dos seus sulfuretos, hidróxidos, carbonatos e cloretos é particularmente útil por possibilitar distinguir este grupo dos demais grupos. Como os cátions de outros grupos podem interferir a identificação, cátions do grupo 5 só podem ser identificados na análise sistemática após remoção dos cátions interferentes. 70 Os metais potássio e sódio são os mais reativos de todos os elementos positivos comuns. Eles oxidam muito rapidamente quando expostos ao ar e decompõem a água a temperaturas comuns, o hidrogênio da água é reduzido à condição gasosa e o metal é oxidado ao hidróxido alcalino em equilíbrio com cátions alcalinos e ânions hidroxila. Devido à extensão da ionização, os hidróxidos alcalinos formam bases muito fortes. Os hidróxidos sólidos são os mais estáveis de todos os hidróxidos, em solução alcalina encontram-se totalmente ionizados. Eles não se decompõem em óxido e água, mesmo quando derretidos. Os óxidos puros são difíceis de preparar, o aquecimento cauteloso dos metais no ar resulta na formação de considerável peróxido e óxido (TREADWELL; HALL, 1916). • De acordo com Svehla (1996), não há reagente específico comum para os cátions do grupo 5. • Os cátions do quinto grupo não reagem com ácido clorídrico, sulfeto de hidrogênio, sulfe- to de amônio com carbonato de amônio. • Reações específicas ou testes de chama podem ser usados para sua identificação. Alguns autores consideram o magnésio com cátion do grupo 5. Mesmo o magnésio exibindo reações semelhantes às dos cátions no quarto grupo, o carbonato de magnésio, na presença de sais de amônio, é solúvel e, portanto, durante o curso da análise sistemática, quando quantidades consideráveis de sais de amônio estão se acumulando na solução, o magnésio não precipita com os cátions do quarto grupo. Treadwell e Hall (1916) descrevem que o amônio está presente no grupo dos metais alcalinos porque a solubilidade dos sais de amônio é semelhante à dos sais de potássio. O radical amônio difere dos metais alcalinos por ser capaz de oxidar, sendo o produto usual da oxidação o gás nitrogênio. O hidróxido de amônio é uma base mais fraca que os outros hidróxidos, e seus sais são voláteis ou são decompostos ao serem aquecidos. Os sais de potássio, sódio e amônio são incolores na maior parte e prontamente solúveis em água. Destes sais, os carbonatos, os fosfatos terciários e secundários, os cianetos e os boratos reagem alcalinos em solução aquosa. Os sais dos álcalis são parcialmente voláteis e conferem às cores características da chama não luminosa. FIQUE DE OLHO O sódio e o potássio são micronutrientes que desempenham importantes funções biológicas, participando ativamente do equilíbrio osmótico e eletrolítico do sangue. Segundo Sarno (2008), são várias as evidências que relacionam o consumo excessivo de sal ao desenvolvimento de doenças crônicas, e o consumo de sódio no Brasil excede largamente a recomendação máxima para esse nutriente em todas as macrorregiões brasileiras e em todas as classes de renda. 71 Quadro 11 - Principais características dos cátions do grupo 5 Fonte: BACCAN, 1988, p. 118. #PraCegoVer: a tabela apresenta características importantes dos cátions do grupo 5. Segundo Svehla (1996, p. 158), o potássio é um metal macio, branco prateado. O potássio derrete a 63,5 °C, permanecendo inalterado no ar seco, mas é rapidamente oxidado no ar úmido, ficando coberto por uma película azul. O metal decompõe a água violentamente, desenvolvendo hidrogênio e queimando com uma chama violeta. As principais reações envolvendo o potássio utilizam como reagentes o hexanitritocobaltato de sódio (III), ácido tartárico e ácido perclórico, que podem ser observadas a seguir. O precipitado K3[Co(NO2)6] é insolúvel em ácido acético diluído. O precipitado se forma imediatamente em soluções concentradas e lentamente em soluções diluídas, a precipitação pode ser acelerada pelo aquecimento. Os sais de amônio produzem um precipitado semelhante e devem ser previamente removidos. Em soluções alcalinas é obtido um precipitado marrom ou preto de hidróxido de cobalto (III). Iodetos e outros agentes redutores interferem e devem ser removidos antes da aplicação do teste. Se o ácido tartárico for usado, a solução deve ser tamponada com acetato de sódio, porque o ácido forte formado na reação pode dissolver o precipitado. Os 72 álcalis fortes também dissolvem o precipitado. O precipitado é ligeiramente solúvel em água, mas bastante insolúvel em etanol a 50%. A precipitação é acelerada pela agitação vigorosa da solução, arranhando as laterais do vaso com uma haste de vidro e adicionando álcool. Os sais de amônio produzem um precipitado semelhante e devem estar ausentes. O precipitado KCIO4 é levemente solúvel em água e praticamente insolúvel em álcool absoluto. A solução alcoólica não deve ser aquecida, pois pode resultar em uma explosão perigosa, esta reação não é afetada pela presença de sais de amônio. De acordo com Vogel (1981), o sódio é um metal branco prateado, funde a 97,5ºC. Oxida rapidamente no ar úmido, devendo ser armazenado em condições adequadas. O metal também reage violentamente com água. Soluções de ácido cloroplatínico, ácido tartárico ou hexanitritocobaltato de sódio (III) não precipitam na presença de sais de sódio. Para as reações com esse cátion são utilizados como reagentes uma solução de acetato de uranilo e magnésio e uma solução de acetato de uranilo e zinco, as reações podem ser observadas a seguir. Svehla (1996) cita que os íons amônio apresentam características semelhantes às dos íons de metais alcalinos. Por eletrólise é possível preparar amálgama de amônio, que possui propriedades semelhantes às amálgamas de sódio ou potássio. Os sais de amônio são geralmente compostos solúveis em água, formando soluções incolores, a menos que o ânion seja colorido. No aquecimento, todos os sais de amônio se decompõem em amônia e no ácido apropriado. A menos que o ácido não seja volátil, os sais de amônio podem ser quantitativamente removidos das misturas secas por aquecimento. As reações dos íons de amônio são em geral semelhantes às do potássio, porque os tamanhos dos dois íons são quase idênticos. Treadwell e Hall (1916) descrevem que o íon amônio pode ser encontrado em pequenas quantidades no ar, na forma de cloreto de amônio, e nas fissuras dos vulcões ativos. Derivados de amônio são formados pela decomposição de muitas substâncias orgânicas que contêm nitrogênio como albumina e ureia. Pode ser obtido pela destilação seca de substâncias nitrogenadas presentes em chifre, cabelo e outras. Embora o amônio em si seja conhecido apenas na forma de amálgama, seu comportamento é muito semelhante ao dos metais alcalinos, em primeiro lugar porque a eletrólise dos sais de amônio causa a liberação do cátion NH4+ ao mesmo tempo em que o ânion correspondente é liberado. Além disso, os sais de amônio são isomorfos em relação aos sais de potássio. Dentre as várias reações para detectar o íon amônio disponíveis, podem ser utilizados como reagentes o hidróxido de sódio, o reagente nessler e hexanitrocobaltato de sódio (III). Segundo Alexeév (1982) álcalis cáusticos como NaOH e KOH, quando aquecidos em soluções de 73 sais amoniacais libertam amoníaco. O gás que se liberta pode ser reconhecido pelo seu cheiro característico, também podem ser utilizados outros meios além do cheiro, como o uso de papel de fenolftaleína. Segundo Vogel (1981) o reagente de Nessler é uma solução alcalina de tetraiodomercurato II, que quando em contatocom íons amônio produz um precipitado de coloração marrom ou marrom-amarelada, de acordo com as quantidades de amônia ou íons amônio presentes. O precipitado é um amidoiodeto básico de mercúrio II, a reação pode ser observada a seguir. O teste apresenta elevada sensibilidade, no entanto, todos os metais, exceto sódio e potássio, devem ser previamente removidos. A reação dos íons amônio com hexanitrocobaltato de sódio resulta na formação de um precipitado amarelo de hexanitrocobaltato III de amônio, semelhante ao produzido pelos íons potássio. A reação pode ser observada a seguir. Svehla (1996) cita que todos os sais de amônio são volatilizados ou decompostos quando aquecidos. Em alguns casos, em que o ácido é volátil, os vapores se recombinam no resfriamento promovendo a sublimação do sal, como o cloreto de amônio. Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 74 Nesta unidade, você teve a oportunidade de: • conhecer técnicas de análise qualitativa aplicada em compostos inorgânicos; • compreender a nomenclatura e classificação de íons; • estudar procedimentos para realizar uma análise sistemática de cátions; • conhecer reações de via seca e via úmida aplicadas na identificação de cátions; • identificar e discutir as principais reações envolvendo cátions dos grupos i, ii, iii, iv e v; • determinar propriedades e características de diferentes metais e seus respectivos íons. PARA RESUMIR ALEXÉEV, V. Análise Qualitativa. Porto: Lopes da Silva, 1982. ABDEL-MAGEED A. B.; OEHME, F. W. A review of the biochemical roles, toxicity and interactions of zinc, copper and iron: I. Zinc. Veterinary and humantoxicology, v. 32, n. 1, p. 34-39, 1990. ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto alegre:bookman, 2006. BACCAN, N. Introdução à semimicroanálise qualitativa. 2. ed. Editora da UNICAMP, Campinas, 1988. CRUZ, J. B. F.; SOARES, H. F. Uma revisão sobre o zinco. Ensaios e Ciência. Ciências biológicas, agrárias e da saúde, v. 15, n. 1, p. 207-222, 2011. KINPARA, D. I. A importância estratégica do potássio para o Brasil. Embrapa cerrados- documentos (infoteca-e), 2003. OLIVEIRA, I. M. F. Analise Qualitativa. 1 ed. Editora UFMG. Belo Horizonte, 2006. PORTO, G.; OLIVEIRA, S.; PINTO, J. P. Hepcidina: a molécula-chave na regulação do metabolismo do ferro. Jornal português de gastrenterologia, v. 19, n. 1, p. 26-32, 2012. SARNO, F. Estimativa de consumo de sódio pela população brasileira, 2002-2003. Revista de saúde pública, v. 43, p. 219-225, 2009. SVEHLA, G. Vogel’s qualitative inorganic analysis. 7 ed. Longman scientific & technical, New York, 1996. TREADWELL, F. P.; HALL, S. B. W. T. Analytical Chemistry. 4 ed. John Wiley and Sons Inc., v.1, New York, 1916. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5 ed. Mestre jou, 1981. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS UNIDADE 4 Reações dos ânions Olá, Você está na unidade Reações dos Ânions. Conheça aqui diferentes formas de classificação dos ânions e as principais reações utilizadas para identificar estas espécies, incluindo reagentes e procedimentos adotados, além de novas tecnologias utilizadas para detectar estes íons em diferentes amostras. Aprenda conceitos-chave como: reações dos ânions, reagentes de separação, classificação em grupos dos ânions, procedimentos preliminares, análise sistemática, testes confirmatórios, eliminação de interferentes e as atualidades sobre a utilização de técnicas instrumentais combinadas para quantificar espécies inorgânicas. Bons estudos! Introdução 79 1 IDENTIFICAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE ÂNIONS De acordo com Vogel (1981) os métodos para detecção dos ânions não estão descritos de forma sistemática como pode se observar para os cátions. Desta forma, não é possível agrupar ânions de acordo com um reagente de separação. Entretanto, é possível separar os ânions em grupos principais, com relação à solubilidade dos respectivos sais de prata e cálcio, ou sais de bário e zinco, sendo considerados testes complementares que possibilitam avaliar a limitação do método e confirmação para resultados obtidos em outros testes mais simples. 1.1 Análise de ânions Baccan (1988) enfatiza que as informações obtidas nas análises de ânions possibilitam confirmar ou eliminar a presença de vários ânions, em seguida realizar testes específicos para aqueles que não foram eliminados definitivamente. Na prática a amostra analisada é submetida a uma série de testes com objetivo de eliminar alguns ânions com base na solubilidade em água, cor da amostra, reações com reagentes específicos e ainda nos resultados da análise de cátions. Vogel (1981) sugere um esquema satisfatório para classificação de ânions de acordo com os processos empregados, estes processos estão divididos em: • processos que envolvem a identificação da espécie por meio da formação de produtos voláteis obtidos por tratamento com ácidos; • processos que dependem de reações em solução, subdivididos em duas classes, a primei- ra inclui gases desprendidos com ácido clorídrico ou diluído, ou ácido sulfúrico diluído, e a liberação de gases desprendidos por tratamento com ácido sulfúrico concentrado, enquanto que a segunda categoria inclui reações de precipitação e reações de oxirredu- ção em solução. Segundo Baccan (1988) quanto maior for o número de cátions e ânions presentes na amostra, maior será a probabilidade da existência de pares de íons que formarão sais insolúveis e será menos provável de que o sólido seja solúvel em água ou até mesmo em ácidos. Alexéev (1982) descreve que ao contrário dos cátions, a maior parte dos casos os ânions não perturbam mutuamente a sua identificação. Desta forma, é relativamente raro necessitar recorrer a reações de separação, a análise de ânions geralmente é feita pelo método fracionado, com isto, os reagentes gerais não servem para separar os grupos, mas para colocá-los em evidência. Se for verificada a ausência de um grupo, as reações de identificação dos ânions que fazem parte deste grupo seriam inúteis. 1.2 Classificação dos ânions Segundo Svehla (1996) os processos empregados para a classificação dos ânions podem ser divididos em classe A incluindo aqueles que envolvem a identificação por produtos voláteis obtidos no tratamento com ácidos, e classe B, formado por aqueles que dependem de reações 80 em solução. A classe A é subdividida em (1) gases evoluídos com ácido clorídrico diluído ou ácido sulfúrico diluído e (2) gases ou vapores desenvolvidos com ácido sulfúrico concentrado. A classe B é subdividida em (1) reações de precipitação e (2) oxidação e redução na solução. A tabela apresenta os ânions da classe A e da classe B respectivamente. Quadro 1 - Classificação dos ânions por classes Fonte: SVEHLA, 1996, p. 163. #PraCegoVer: a tabela apresenta a classificação dos ânions por classes. Reações envolvendo os principais ânions podem ser sistematicamente estudadas, e neste estudo as reações envolvendo ácidos orgânicos estão agrupadas, este grupo pode incluir acetatos, formatos, oxalatos, tartaratos, citratos, salicilatos, benzoatos e succinatos. Vogel (1981) enfatiza que estas espécies podem ser entendidas como um grupo caracterizado por gerar precipitados com coloração característica pela adição de solução de cloreto de ferro (III) a uma solução praticamente neutra. 81 Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 2 TESTES PRELIMINARES PARA ÂNIONS Segundo Baccan (1988) os testes prévios podem ser utilizados para dar indicações a respeito da presença ou ausência de alguns ânions na amostra. No entanto, a presença ou ausência de certos ânions devem ser confirmadas por meio de testes específicos. De acordo com Pereira (2010), quando a amostra sólida não é totalmente solúvel em água, ou quando se faz necessário eliminar alguns íons metálicos que podem interferir nos ensaios, pode-se utilizar uma solução de Na2CO3 até a ebulição. Com este tratamento, os ânions contidos na amostra devem apresentarem solução na forma dos respectivos sais de sódio enquanto que os cátions interferentes como Mg2+, Ba2+, Ca2+ e os cátions dos grupos II e III precipitam sob a forma de carbonato ou hidróxido e são assim eliminados da solução. 2.1 Solubilidade da Amostra O primeiro teste prévio avalia a solubilidade da amostra. O procedimento consiste em colocar uma pequena quantidade de amostra sólida em um tubo de ensaio e adicionar água, em seguida aquecer e agitar o tubo. Caso seja observada uma substancia que não foi dissolvida, pode ser indicada a presença de sais como: sulfato de estrôncio, cloreto de prata, carbonato de bário e outros. Segundo Pereira (2010) a amostra sólida pode ser testada com água fria e quente, verificando se ocorre sua dissolução. Se o sólido se dissolve completamente, é preparada uma solução estoque dissolvendo certa quantidade da amostra em porção de água, e esta solução pode ser usada nos testes preliminares e específicos dos ânions. 82 2.2 Análise do pH da solução Baccan (1988) enfatiza a importância de determinar o pH da solução aquosa contendo a amostra. Este procedimento pode ser realizado utilizando um papel indicador universal. Valores de pH inferiores a 2 podem indicar a presença de íon HSO4- ou ácidos livres. Valores de pH superiores a 10 podem indicar a presença de íons CO2-, S2- ou PO43-. 2.3 Tratamento com ácido sulfúrico concentrado De acordo com Pereira (2010), testes envolvendo ácido sulfúrico são aqueles com uma pequena quantidade de amostra sólida e tratada com porção de H2SO4 concentrado, podendo ser observados fenômenos e reações características que podem fornecer informações úteis e ser um indicativo da presença de certos ânions na amostra. Quadro 2 - Reações envolvendo ânions e ácido sulfúrico concentrado Fonte: PEREIRA, 2010, p. 105. #PraCegoVer: a tabela apresenta algumas reações envolvendo ânions e ácido sulfúrico e fenômenos observados a estes ensaios. É importante ter cuidado ao realizar testes com ácido sulfúrico, principalmente devido a liberação de gases tóxicos como SO2 e NO2. Os fosfatos não reagem com ácido sulfúrico concentrado. 83 3 REAÇÕES PARA IDENTIFICAÇÃO DOS ÂNIONS OXIGENADOS Segundo Baccan (1988), após realizar testes prévios para identificar ânions na amostra, a possibilidade de presença de alguns destes pode ser definitivamente eliminada, porém a presença ou ausência de outros ânions não fica bem estabelecida. Desta forma, é importante proceder com testes que envolvam reações específicas. É importante observar que para alguns destes testes, pode ocorrer interferência de alguns ânions, como, por exemplo, os testes para os íons brometo e iodeto podem interferir no teste para o cloreto. Baccan (1988) enfatiza que algumas reações para identificação de ânions podem ser realizadas diretamente na amostra original, sendo classificados como provas diretas. Podem ser testados diretamente na amostra original ânions como CO2-, F-, BO3-, S2- e CH3COO-. É importante tomar cuidado, pois alguns cátions podem interferir nas reações de identificação dos ânions, por exemplo, a reação de identificação dos íons nitrato que envolve o uso de soluções de ácido sulfúrico e sulfato de ferro II. Neste caso, se amostra conter íons Ba2+ vai ocorrer a precipitação de BaSO4 que pode atrapalhar a reação de identificação do nitrato. Por essa razão, para atender as condições mais apropriadas para identificar ânions é sugerido que estas espécies estejam na forma de sais de sódio ou potássio, visto que estes cátions não interferem nas reações adotadas em testes de ânions. 3.1 Carbonatos Segundo Vogel (1981), os carbonatos normais, com exceção dos carbonatos de metais alcalinos e de amônio, são considerados insolúveis em água. Os hidrogenocarbonatos de cálcio, estrôncio, bário, magnésio e ferro existem em solução aquosa, sendo formados pela ação do excesso de ácido carbônico sobre os carbonatos normais e decompostos por ebulição de suas soluções. Os hidrogenocarbonatos dos metais alcalinos são solúveis em água, porém são menos solúveis que os carbonatos normais correspondentes. A reação a seguir apresenta a decomposição dos carbonatos por meio da ebulição. Os hidrogenocarbonatos dos metais alcalinos são solúveis em água, porém são menos solúveis que seus carbonatos correspondentes. Na presença de ácido clorídrico diluído, o carbonato se decompõe com efervescência liberando dióxido de carbono. 84 O gás carbônico pode ser identificado por suas propriedades de turvar barita ou a água de cal. O íon carbonato também reage na presença de cloreto de bário ou de cálcio formando um precipitado branco de carbonato de bário ou cálcio. Uma solução de nitrato de prata forma um precipitado branco de carbonato de prata. As reações de formação de carbonato de cálcio e carbonato de prata podem ser observadas a seguir: 3.2 Sulfitos Svehla (1996) cita que apenas os sulfitos dos metais alcalinos e de amônio são solúveis em água, os sulfitos dos outros metais são moderadamente solúveis ou insolúveis. Os sulfitos de hidrogênio dos metais alcalinos são solúveis em água, os sulfitos de hidrogênio dos metais alcalino-terrosos são encontrados apenas em solução aquosa. Os sulfitos sofrem decomposição na presença de ácido clorídrico diluído, o processo é favorecido pelo aquecimento e produz dióxido de enxofre: O gás dióxido de enxofre pode ser identificado pelo seu odor sufocante de enxofre em combustão, ou pela reação em um papel filtro umedecido com solução acidificada de dicromato de potássio, em que se observa uma coloração verde devido à formação de íons cromo (III). Outro método para identificar o gás é utilizar um papel de filtro umedecido com solução de iodato de potássio e amido no vapor, quando é observável uma cor azul, devido à formação de iodo. As reações podem ser observadas a seguir: Os cloretos de bário ou estrôncio precipitam os íons sulfitos. Os precipitados se dissolvem em ácido clorídrico sendo observada a produção de dióxido de enxofre. Ao reagir sulfitos com uma solução de nitrato de prata, inicialmente nenhuma alteração visível pode ser observada devido à formação de íons sulfito-argentato. Se for adicionado mais reagente, observa-se a formação de um precipitado branco e cristalino de sulfito de prata. O precipitado se dissolve se forem adicionados íons sulfito em excesso. Ao ferver a solução do sal 85 complexo, ou uma suspensão aquosa do precipitado, a prata metálica cinza é precipitada. As reações podem ser observadas a seguir: 3.3 Nitritos De acordo com Vogel (1981), o nitrito de prata é pouco solúvel em água, já os outros nitritos são solúveis em água. A reação dos íons nitrito com ácido clorídrico diluído requer a adição cautelosa de ácido ao nitrito sólido a frio, produzindo uma solução azul-pálida transitória, principalmente devido à presença de ácido nitroso livre, também se observa a liberação de vapores de cor marrom, referente ao dióxido de nitrogênio que é produzido pela combinação do óxido nítrico com o oxigênio do ar. Os resultados são semelhantes aos encontrados em soluções aquosas, as reações podem ser observadas a seguir: Os íons nitrato não formam precipitados com solução de cloreto de bário, em contrapartida, utilizando uma solução de nitrato de prata e altas concentrações de nitrito é possível observar a formação de um precipitado branco de nitrato de prata. O cloreto de amônio também reage com o íon nitrito, sendo observada a formação de gás nitrogênio. Quando a solução de nitrito é adicionada cuidadosamente a uma solução saturada de sulfato de ferro (II) acidificada com ácido acético diluído ou com ácido sulfúrico diluído, um anel marrom, devido ao composto [Fe, NO]SO4, é formado na junção dos dois líquidos. Se a adição não tiver sido feita com cautela, ocorrerá uma coloração marrom. Essa reação é semelhante ao teste do anel marrom para nitratos, em que um ácido mais forte como ácido sulfúrico concentrado deve ser empregado (SVEHLA 1996). As reaçõespodem ser observadas a seguir: 86 Svehla (1996) enfatiza que os íons que conferem coloração com ferro II como iodetos e brometos devem estar ausentes do meio reacional. 3.4 Fosfatos O íon fosfato é derivado do ácido ortofosfórico, ácido que apresenta força intermediária. Como triácido pode formar pelo menos três séries de sais, nomeadamente fosfatos neutros, hidrogenofosfatos e dihidrogenofosfatos. Dentre os fosfatos, são hidrossolúveis os derivados de metais alcalino-terrosos, amônia e dihidrogenofosfatos de metais alcalino-terrosos, os outros sais são geralmente pouco solúveis em água, mas se dissolvem em meio ácido. Os fosfatos de metais alcalinos têm reação fortemente alcalina em soluções aquosas, o íon fosfato é incolor (ALEXEEV 1982). As primeiras reações estudadas com fosfato utilizam cloreto de bário e nitrato de prata. De acordo com Alexeev (1982), nas reações com BaCl2 observa-se a formação de um precipitado branco de BaHPO4 solúvel em ácidos com exceção ao ácido sulfúrico,caso a reação ocorrer em meio alcalino observa-se a formação de Ba3PO4. A reação com nitrato de prata resulta na formação de um precipitado amarelo de Ag3PO4, solúvel em HNO3 e NH4OH. No caso do íon AsO4-3, que se assemelha muito com o íon PO43-, a reação com Ag+ resulta em um precipitado cor chocolate de Ag3AsO4 FIQUE DE OLHO A análise de fosfato desempenha um importante papel em várias áreas das ciências. Segundo Sjöberg (1976), em arqueologia, é possível avaliar a ocupação do solo e atividades humanas passadas monitorando quantidade de fósforo no solo de áreas ocupadas. O fósforo acumulado nos depósitos arqueológicos tende a permanecer constante ao longo do tempo e pode ser mensurável através de análise química. 87 A reação de análise de toque comumente realizada para identificar fosfatos utiliza o reagente molibdeico, que consiste em uma solução de molibdato de amônio em HNO3, que resulta na formação de cristais amarelos característicos de fosfomolibdato de amônio. A reação pode ser observada a seguir: Alexéev (1982) enfatiza que a sensibilidade desta reação pode ser aumentada pela adição de nitrato de amônio, pelo efeito do íon comum provocado pelo NH4+, que reduz a solubilidade do precipitado. 3.5 Hipocloritos Segundo Svehla(1996), os sais hipocloritos são solúveis em água, sua hidrólise provoca reação alcalina, liberando íons hidroxila para a solução. Na solução, os hipocloritos se decompõem lentamente em temperaturas baixas, mas rapidamente em maiorestemperaturas formando íons clorato e cloreto, por isso devem ser preparadas na hora que forem ser realizados os experimentos. Segundo Vogel (1981), entre os reagentes usados para determinar este ânion, pode ser citado o ácido clorídrico diluído, em que a solução torna-se amarela, sendo observada efervescência devido evolução do gás cloro: Vogel (1981) descreve que o gás pode ser identificado por três formas: pela sua coloração verde amarelada e odor irritante, pelo branqueamento do papel tornassol úmido e por sua ação sobre o papel de goma de amido-iodeto de potássio, tornando-o azul-escuro. 3.6 Sulfatos Segundo Alexéev (1982) o íon sulfato é derivado do ácido sulfúrico, e entre os sais de ácido sulfúrico, os de bário, estrôncio e chumbo são pouco solúveis em água. O sal de cálcio é um pouco mais solúvel, os outros sulfatos são hidrossolúveis. O nitrato de prata não forma precipitado em soluções diluídas de sulfatos, pois o sulfato de prata é bastante solúvel, no entanto, em soluções concentradas de sulfatos pode ser observada a formação de um precipitado branco, referente ao sulfato de prata. A reação com cloreto de bário resulta na formação de um precipitado branco de sulfato de bário, por ser um sal pouco solúvel derivado de um ácido forte, o sulfato de bário 88 é insolúvel em ácidos. Os sais de estrôncio resultam em um precipitado branco SrSO4 também insolúvel em ácidos. Essas reações podem ser observadas a seguir: 4 REAÇÕES PARA IDENTIFICAÇÃO DOS ÂNIONS NÃO-OXIGENADOS Os ânions não-oxigenados são aqueles que não apresentam átomos de oxigênio, incluem os cianetos, fluoretos, cloretos, brometos, iodetos e outros. São obtidos pela dissolução de sais ou ácidos que contém os respectivos ânions, são eletrólitos que desempenham diferentes funções biológicas. 4.1 Cianetos De acordo com Vogel (1981) apenas cianetos de metais alcalinos e alcalino-terrosos são solúveis em água, as soluções de cianetos são geralmente alcalinas devido a hidrólise descrita a seguir: Vogel (1981) enfatiza que o cianeto de mercúrio também é solúvel em água, mas é praticamente um não-eletrólito, desta forma, não apresenta as reações iônicas dos cianetos. Muitos cianetos metálicos podem ser dissolvidos em soluções de cianeto de potássio. É importante lembrar que os cianetos são extremamente tóxicos e venenosos. O ácido cianídrico é volátil e particularmente perigoso, durante os experimentos deve ser dada uma atenção especial, pois os cianetos devem ser aquecidos ou manipulados na capela ou em locais apropriados. De acordo com Svehla (1996), o ácido cianídrico produzido pela adição de ácido clorídrico diluído sofre volatização a frio. Um método mais satisfatório para identificar o ácido cianídrico é convertê-lo em tiocianato de amônio permitindo que o vapor entre em contato com um pouco de polissulfeto de amônio em papel de filtro. O papel pode ser convenientemente colocado sobre o tubo de ensaio ou prato em que a substância está sendo tratada com o ácido diluído, ao adicionar uma gota de solução de cloreto de ferro (III) e uma gota de ácido clorídrico diluído ao papel de filtro, é obtida a coloração vermelha característica, devido ao complexo de tiocianato de ferro (III). O cianeto de mercúrio (II) nãoé decomposto por ácidos diluídos, a reação de produção de ácido 89 cianídrico pode ser observada a seguir: Segundo Vogel (1981), quando em contato com uma solução de nitrato de prata, o cianeto forma um precipitado branco de cianeto de prata. O cianeto de prata é solúvel em uma solução de amônia e em solução contendo tiossulfato de sódio, além disso, o cianeto de prata torna-se solúvel em excesso de solução de cianeto formando o íon complexo dicianoargentato I, como apresentado na reação abaixo: De acordo com Vogel (1981), uma reação bem conhecida dos íons cianeto é a reação com ácido sulfúrico concentrado, essa reação deve ser realizada por meio do aquecimento de pequenas porções do sal e adição do ácido sulfúrico. A reação produz monóxido de carbono que pode ser inflamado e sua queima produz uma chama azul. Os cianetos simples e complexos podem ser decompostos por esse tratamento: Um teste também utilizado para detectar os íons cianeto é o teste com reagente azul da Prússia. Svehla (1996) descreve que este teste deve ser realizado com sutileza, a solução do cianeto se torna fortemente alcalina com adição de uma solução de hidróxido de sódio, posteriormente são adicionados alguns mililitros de uma solução recém-preparada de sulfato de ferro II, então a mistura é submetida ao aquecimento, formando os íons hexacianoferrato II. Após a acidificação com ácido clorídrico, que neste caso é utilizada para neutralizar qualquer álcali livre que possa estar presente, é obtida uma solução clara, que produz um precipitado de azul da Prússia sobre a adição de uma pequena solução de cloreto de ferro. Se apenas um pouco de cianeto for usado ou estiver presente na solução a ser testada, uma solução verde será obtida primeiro. As respectivas reações podem ser observadas a seguir: Teste de tiocianato de ferro III é outro excelente teste para cianetos e depende da combinação direta de cianetos alcalinos com enxofre, como: polissulfetos de álcalis ou de amônio. A solução de polissulfeto é adicionada à solução de cianeto de potássio em um prato de porcelana e o conteúdo deve ser evaporado até a secar em banho-maria dentro da capela. O resíduo contém 90 tiocianatos alcalinos e de amônio juntamente comqualquer polissulfureto residual, este último é destruído pela adição de algumas gotas de ácido clorídrico. Uma ou duas gotas de solução de cloreto de ferro III são então adicionadas, uma coloração vermelho-sangue, devido ao complexo de tiocianato de ferro II, é produzida imediatamente, essa reação é comumente utilizada na forma de análise de toque para detectar íon cianeto. O procedimento consiste em agitar uma gota da solução de teste com uma gota de sulfeto de amônio em um vidro de relógio e aquecer até formar uma borda de enxofre em torno do líquido. Posteriormente devem ser adicionadas de 1 a 2 gotas de ácido clorídrico diluído, após esfriar devem ser adicionadas entre 1 a 2 gotas de solução de cloreto de ferro III, desta forma uma coloração vermelha é obtida (Svehla, 1996). 4.2 Fluoretos De acordo com Vogel (1981), os fluoretos de metais alcalinos comuns e de prata, mercúrio, níquel e alumínio são solúveis em água, os de chumbo, cobre, ferro III, bário e lítio são ligeiramente solúveis e os demais alcalino-terrosos são insolúveis em água. A principal reação dos fluoretos é com ácido sulfúrico concentrado que produz fluoreto de hidrogênio, gás incolor e corrosivo, que forma fumaça em ar úmido e o tubo de ensaio adquire aparência oleosa como resultado da ação corrosiva do vapor sobre a sílica do vidro. As reações podem ser observadas a seguir: Uma reação utilizada para detectar os íons de fluoreto consiste em utilizar uma solução de cloreto de cálcio, a reação resulta na formação de um precipitado branco de fluoreto de cálcio pouco solúvel em ácido acético e ligeiramente solúvel em ácido clorídrico diluído. Segundo Vogel (1981) pode também ser utilizada uma solução de cloreto de ferro III que forma um precipitado branco cristalino de hexafluoreferrato III de sódio. 5 MÉTODOS INSTRUMENTAIS PARA DETERMINAÇÃO DE ÂNIONS De acordo com Paull e Barron (2004), certos subprodutos desinfetantes nas águas potáveis têm causado grande preocupação devido aos possíveis efeitos da exposição em longo prazo. Os riscos potenciais à saúde dos seres humanos decorrentes da exposição em longo prazo levaram a um aumento dos esforços para monitorar e reduzir sua concentração nas águas potáveis. Neste sentido, os métodos e instrumentos para a identificação de certos ânions em água podem 91 desempenhar um papel de grande importância para o monitoramento destas espécies em solução. Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 5.1 Cromatrografia de troca iônica Segundo Harris (2012), a cromatografia líquida de alta performance (HPLC) utiliza alta pressão para forçar o solvente através de colunas fechadas contendo partículas finas que fornecem separações de alta resolução. Este sistema consiste em um amostrador automático, um sistema de entrega de solvente, uma válvula de injeção, uma coluna de cromatografia de alta pressão e um espectrômetro de massa, que serve como detector. A HPLC engloba as cromatografias de interação iônica, exclusão molecular, afinidade e interação hidrofóbica. Na cromatografia de troca iônica a retenção é baseada na atração entre íons solutos e locais carregados ligados à fase estacionária. Nos trocadores de ânions, grupos carregados positivamente na fase estacionária atraem ânions de soluto. Os trocadores de cátions contêm locais com carga covalente e carga negativa que atraem cátions de soluto, as resinas são partículas amorfas de material orgânico (Harris, 2012). FIQUE DE OLHO As técnicas cromatográficas podem ser utilizadas para analisar uma ampla variedade de compostos, vantagens como rapidez, elevadas sensibilidades e resolução tornam a técnica de grande utilidade para as ciências farmacêuticas. Nováková et al. (2006) enfatiza as vantagens de utilizar a cromatografia líquida de alta performance em análises farmacêuticas, entre elas estão a redução do tempo de análise e consumo de solventes. 92 5.2 Eletrodos íons-seletivos A potenciometria é uma técnica eletroanalítica bem conhecida, sendo os eletrodos íon- seletivos uma importante classe de instrumentos que utilizam potenciometria para identificar e quantificar íons. Segundo Fernandes et al. (2001) apesar da potenciometria ter surgido no fim do século XIX, a era de ouro dos eletrodos íon-seletivos ocorreu a partir de 1957. A primeira grande revolução na construção destes eletrodos pode ser ao desenvolvimento do eletrodo seletivo para cálcio que seria um dos eletrodos íon-seletivos mais empregados mundialmente até hoje. Figura 1 - Equipamento para aferição de íons em solução Fonte: Shuttestock, 2020. #PraCegoVer: a figura apresenta um assistente de laboratório realizando uma análise utilizando um eletrodo íon seletivo. Segundo Harris (2012), quando um paciente gravemente doente é levado para a sala de emergência, e o médico precisa de informações químicas do sangue rapidamente para proceder com um diagnóstico, os eletrodos íon-seletivos são comumente o método de escolha para determinar íons sódio, potássio, cloretos e o pH. Harris (2012) enfatiza que a maioria dos eletrodos íons-seletivos se enquadra em uma das seguintes classes: • membranas de vidro para h+ e certos cátions monovalentes; • eletrodos de estado sólido baseados em cristais inorgânicos ou polímeros condutores; • eletrodos à base de líquido usando uma membrana polimérica hidrofóbica saturada com um trocador de íons líquidos hidrofóbicos; • eletrodos compostos com um eletrodo seletivo de analito fechado por uma membrana que separa o analito de outras espécies ou que gera analito em uma reação química. Novos eletrodos íon-seletivos têm sido desenvolvidos para realizar análises cada vez mais 93 simples e rápidas, com aparelhagem e custos reduzidos. Utilize o QR Code para assistir ao vídeo: 94 Nesta unidade, você teve a oportunidade de: • conhecer diferentes formas de classificação dos ânions; • estudar as principais reações utilizadas na identificação de ânions inorgânicos e suas principais características; • conhecer procedimentos adotados em análises, testes complementares e testes confirmatórios; • descobrir tecnologias e os avanços observados na análise química de espécies iônicas em diferentes amostras; • conhecer as principais técnicas e instrumentação utilizadas para identificar ânions; • reconhecer aplicações em diferentes campos das técnicas e métodos de análise de ânions. PARA RESUMIR ALEXÉEV, V. Análise Qualitativa. Porto: Lopes da Silva, 1982. BACCAN, N. Introdução à semimicroanálise qualitativa. 2. ed. Editora da unicamp, Campinas, 1988. FERNANDES, J. C. B. Eletrodos íon-seletivos: histórico, mecanismo de resposta, seletividade e revisão dos conceitos. Química Nova, Vol. 24, No. 1, 2001. HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. 8 ed. LTC: Rio de Janeiro, 2012. NOVÁKOVÁ, L; MATYSOVÁ, L; SOLICH, P. Advantages of application of UPLC in pharmaceutical analysis. Talanta, v. 68, n. 3, p. 908-918, 2006. PAULL, B.; BARRON, L. Using ion chromatography to monitor haloacetic acids in drinking water: a review of current technologies. Journalofchromatography A, v. 1046, n. 1-2, p. 1-9, 2004. PEREIRA, F. Qualitative analytical chemistry theoretical-practical manual (in portuguese); Química analítica qualitativa manual teórico-prático, Instituto Federal de Pernanbuco, Campus Ipojuca, Recife, 2010. Disponível em: https://www.researchgate. net/publication/312016522_QUALITATIVE_ANALYTICAL_CHEMISTRY_THEORETICAL- PRACTICAL_MANUAL_in_portuguese_QUIMICA_ANALITICA_QUALITATIVA_MANUAL_ TEORICO-PRATICO. Acesso em: 21 jan. 2020. SVEHLA, G. Vogel’s qualitative inorganic analysis. 7 ed. Longman scientific & technical, New York, 1996. SJÖBERG, A. Phosphate analysis of anthropic soils. Journal of Field Archaeology, v. 3, n. 4, p. 447-454, 1976. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5 ed. Mestre jou, 1981. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Química analítica qualitativa é um livro direcionado para estudantes dos cursos de química, química analítica, farmácia- bioquímica e correlatos.Além de abordar assuntos triviais, o livro traz conteúdo sobre as bases teóricas da análise qualitativa, técnicas experimentais da análise qualitativa inorgânica, reações dos cátions e dos ânions. Após a leitura da obra, o leitor vai aprender os cálculos realizados em análises químicas; verificar tipos diferentes de equilíbrio e sua importância; identificar os equipamentos e procedimentos utilizados em microanálises e semimicroanálises; caracterizar reações por vias seca e úmida; conhecer técnicas de análise qualitativa aplicada em compostos inorgânicos; determinar propriedades e características de diferentes metais e seus respectivos íons; descobrir as tecnologias e os avanços observados em diferentes amostras na análise química de espécies iônicas; reconhecer aplicações em diferentes campos das técnicas e métodos de análise de ânions, e muito mais. Aproveite a leitura do livro. Bons estudos! Capa E-Book_Química Análitica Qualitativa_CENGAGE_V2.pdf E-Book Completo_Química Analítica Qualitativa_CENGAGE_V2.pdf