605637829-Relatorio-4-Analise-Dos-Cations-Do-Grupo-III-Cr3-Al3-Fe3-Zn2-Mn2-Fe2-Co2-Ni2-QAQ-Grupo-03 (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CENTRO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Disciplina: Química Analítica Qualitativa Docente: Prof. Dr. Herbert de Sousa Barbosa
Análise dos cátions do grupo III
(Cr3+, Al3+, Fe3+, Zn2+, Mn2+, Fe2+, Co2+ e Ni2+)
Discentes: Micael Saunweor Andrade Teles – 20219021432 David Ariel Oliveira Carvalho – 20219003096 Maria Gabriely Barbosa Silva – 20219006051 Andressa Barbosa da Silva - 20219001912
TERESINA-PI,
agosto de 2022
RESUMO:
O presente experimento teve como premissa a análise dos cátions do grupo III (Cr3+, Al3+, Fe3+, Zn2+, Mn2+, Co2+ e Ni2+) que em geral formam precipitados com baixos valores de Kps. Com objetivo de analisar e identificar os cátions, foi possível verificar por meio de diferentes reações químicas a formação de precipitados e complexos conforme os cátions do grupo postos em análise. Portanto, possibilitou-se identificar os mecanismos químicos (como o produto de solubilidade) que explicam o comportamento dos cátions frente a interação com ânions diversos. A partir disso, foi possível ratificar o reagente do grupo com base nas observações e os resultados obtidos durante o experimento.
 (
10
)
Sumário
INTRODUÇÃO	4
OBJETIVOS	5
PARTE EXPERIMENTAL	5
Materiais, vidrarias e reagentes	5
Procedimento Experimental	6
Análise dos cátions do grupo III por meio de reações comuns	6
Reações de identificação dos cátions do grupo III (parte 1)	6
Separação e identificação dos cátions do gripo III (parte 2)	7
RESULTADOS E DISCUSSÃO	9
Reações de separação dos cátions do grupo III	9
Reações de identificação dos cátions do grupo III	13
Separação e identificação dos cátions do grupo III	16
CONCLUSÃO	17
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	17
ANEXOS	18
1. INTRODUÇÃO
Os íons positivos e negativos, em uma análise analítica qualitativa, são classificados conforme as suas propriedades em comum. Em alguns casos, observa-se a formação de precipitado a partir da reação com o reagente de grupo, embora também seja possível utilizar a coloração da solução e dos precipitados formados como método de separação e identificação dos cátions do grupo III. Esses cátions metálicos de Cr3+, Al3+, Fe3+, Zn2+, Mn2+, Co2+ e Ni2+ compõem o grupo III, também chamado de grupo do sulfeto de amônio devido aos seus íons apresentarem-se insolúveis em meio básico contendo a solução tamponada de NH4OH/NH4CL em (NH4)2S (BACCAN et al., 1988).
Ademais, o cromo, manganês, ferro, cobalto e níquel fazem parte dos elementos de transição, logo, apresentam propriedades típicas de elementos que possuem uma camada interna de elétrons incompleta, ou seja, possuem valência variável e formam íons coloridos por meio de complexos. Além disso, os cátions cromo, ferro e alumínio são precipitados como hidróxidos, enquanto os outros cátions do grupo precipitam na forma de sulfetos, sendo assim, é comum dividir os cátions do grupo III em dois grupos. Assim, o primeiro o grupo é o do ferro (ou grupo IIIA) que contém alumínio, cromo e ferro, e o grupo do zinco (grupo IIIB) que contém o cobalto, manganês, níquel e zinco (VOGEL., 1981). Vale ressaltar ainda que, os hidróxidos de alumínio, zinco e crômio são anfóteros, ou seja, podem vir a se comportarem como ácidos ou bases a depender do meio em que se encontram. As propriedades anfóteras dos hidróxidos de Zn2+, Cr3+ e Al3+ são utilizadas durante o processo de separação desses cátions. (BACCAN et al., 1988).
O reagente capaz de precipitar o grupo III é o íon sulfeto e, desse modo, para que o processo de separação e identificação dos cátions em uma amostra inicialmente desconhecida seja efetivo, então deve-se ter cuidado e evitar que outros cátions interfiram nas análises. É importante destacar também que o chamado efeito do íon comum é fundamental para entender as transformações que ocorrem nas reações de identificação e separação desses cátions (BACCAN et al, 1988). Dessa maneira, observa-se a importância de se compreender, na prática, o processo de separação e identificação dos cátions do grupo III através reações de grupos e reações específicas por via úmida que consideram os produtos de solubilidade dos cátions e dos reagentes do grupo III.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
· Identificar a presença dos cátions do grupo III nas soluções.
2.2 Objetivos Específicos
· Separar todos os cátions do grupo III por meio de reações químicas específicas e gerais;
· Entender a influência dos valores de Kps nos resultados a serem obtidos;
· Verificar a formação de reações e precipitados coloridos;
· Compreender a necessidade do tratamento das soluções com reagentes em excesso e para os processos de lavagem dos precipitados.
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Materiais, vidrarias e reagentes
· Ácido acético 2 mol/L;
· Acetona;
· Ácido clorídrico 6,0 mol/L;
· Ácido clorídrico 1,0 mol/L;
· Ácido nítrico 6,0 mol/L;
· Ácido nítrico concentrado;
· Água destilada;
· Água oxigenada 3,0%;
· Banho maria – Novatecnica;
· Centrífuga – micro 4000 rpm - Logen;
· Cloreto de amônio 4,0 mol/L;
· Cloreto de amônio 2,0 mol/L;
· Dimetilglioxima 0,1 mol/L;
· Ferrocianeto	de	potássio	1,0 mol/L;
· Hidróxido de amônio 6,0 mol/L;
· Hidróxido de sódio 6,0 mol/L;
· Hidróxido de sódio 4,0 mol/L;
· Nitrato de alumínio 0,2 mol/L;
· Nitrato de cobalto 0,2 mol/L;
· Nitrato de cromo 0,2 mol/L;
· Nitrato de ferro III 0,2 mol/L;
· Nitrato de manganês 0,2 mol/L;
· Nitrato de níquel 0,2 mol/L;
· Nitrato de zinco 0,2 mol/L;
· Sulfato de ferro 0,2 mol/L;
· Pipetas descartáveis;
· Tioacetamida;
· Tiocianato de amônio 1,0 mol/L;
· Tubos de ensaios;
· Bico de Bunsen;
· Pinça de madeira.
3.2 Procedimento Experimental
3.2.1 Análise dos cátions do grupo III por meio de reações comuns
3.2.1.1 Reação com NaOH
Foram colocados em 8 tubos de ensaio diferentes 2 gotas de solução 0,2 mol/L de nitratos dos cátions do grupo III (𝐶𝑟3+, 𝐴𝑙3+, 𝐹𝑒3+, 𝑍𝑛2+, 𝑀𝑛2+, 𝐶𝑜2+ 𝑒 𝑁𝑖2+), em seguida, adicionou-se 5 gotas de NaOH 4,0 mol/L e os resultados foram devidamente observados e registrados.
3.2.1.2 Reação com N𝑯𝟒OH
Em 8 tubos de ensaio diferentes foram colocadas 2 gotas de solução 0,2 mol/L de nitratos dos cátions do grupo III e 5 gotas de N𝐻4𝑂𝐻 6,0 mol/L, e observou-se os resultados, posteriormente adicionou mais 10 gotas de N𝐻4𝑂𝐻 6,0 mol/L até que o meio ficasse alcalino.
3.2.1.3 Reação com N𝑯𝟒OH em presença de N𝑯𝟒Cl
Colocou-se em 8 tubos de ensaio diferentes 2 gotas de solução 0,2 mol/L de nitratos dos cátions em estudo, e adicionou-se 5 gotas de N𝐻4Cl 4,0 mol/L e 6 gotas de N𝐻4OH 6,0 mol/L até que o meio ficasse alcalino. Ao final, foi observado o que ocorreu nas soluções.
3.2.1.4 Reação com tioacetamida
Colocou-se em 8 tubos de ensaio diferentes 2 gotas de solução 0,2 mol/L de nitratos dos cátions acima, adicionou-se 5 gotas de N𝐻4Cl 4,0 mol/L, 6 gotas de N𝐻4OH 6,0 mol/L até que o meio ficasse alcalino e juntou-se 1 gota em excesso dele além da adição de 5 gotas de tioacetamida na capela. A solução foi aquecida até que houvesse a ebulição. Os resultados observados e anotados.
3.2.2 Reações de identificação dos cátions do grupo III (parte 1)
3.2.2.1 Ferro III
Em 1 tubo de ensaio foi colocado 2 gotas de Fe (N𝑂3)30,2 mol/L, 6 gotas de HCl 6,0 mol/L e 5 gotas de N𝐻4SCN 1,0 mol/L. Posteriormente, foi adicionado a outro tubo de ensaio 2 gotas de Fe (N𝑂3)3 0,2 mol/L, 6 gotas de HCl 6 mol/L e 5 gotas de 𝐾4(Fe (CN)6)6 1,0 mol/L. Ao final, os resultados relevantes deste procedimento foram catalogados.
3.2.2.2 Alumínio - 𝑨𝒍𝟑+
Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de solução Al (N𝑂3)3 0,2 mol/L e 2 gotas de NaOH 4,0 mol/L. Após essa etapa, acrescentou-se mais 10 gotas de NaOH até que houvesse uma mudança aparente na solução. Por fim, adicionou-se gotas de HCl 6,0 mol/L e observou-se a reprecipitação.
3.2.2.3 Cromo - 𝑪𝒓𝟑+: Reação com 𝑯𝟐𝑶𝟐/𝑵𝒂𝑶𝑯 𝒂 𝒒𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆
Foi posto em um tubo de ensaio 2 gotas de solução Cr (N𝑂3)3 0,2 mol/L, 5 gotas de água destilada e, em seguida, 6 gotas de NaOH 4,0 mol/L até ser possível observar uma mudança no comportamento da solução. Continuou-se acrescentandomais 10 gotas de NaOH até a dissolução da solução. Posteriormente, na mesma solução foi adicionado
10 gotas de 𝐻2𝑂2 3,0% e levado ao banho maria por 2 minutos até cessar o desprendimento do oxigênio. Observou-se a reação.
3.2.2.4 Zinco - 𝐙𝐧𝟐+
3.2.2.4.1 Precipitação com Tioacetamida
Foi adicionado em um tubo de ensaio, 2 gotas de solução Zn (N𝑂3)2 0,2 mol/L, 5 gotas de água destilada com acréscimo de 20 gotas de NaOH 4,0 mol/L até que houvesse a formação de um resultado químico esperado na solução. Continuou-se acrescentando mais 10 gotas de NaOH até dissolver o composto formado. Por fim foi adicionado 5 gotas de Tioacetamida e observou-se a reação química dessa etapa.
3.2.2.4.2 Reação com Ferrocianeto de Potássio
Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de solução Zn (N𝑂3)2 0,2 mol/L, 5 gotas de água destilada e adicionou-se 5 gotas de NaOH 4,0 mol/L até a formação de partículas. Posteriormente continuou-se acrescentando mais 10 gotas de NaOH até que houvesse a dissolução dessas partículas, depois, foi adicionado 5 gotas de 𝐾4(Fe (CN)6)6 1 mol/L e observou-se a reação.
3.2.2.5 Cobalto - 𝐂𝐨𝟐+: Reação com Tiocianato de Amônio
Em um tubo de ensaio foi colocado 2 gotas de Co (N𝑂3)2 0,2 mol/L, 6 gotas de HAc 2,0 mol/L, 10 gotas de N𝐻4SCN 1,0 mol/L e 10 gotas de acetona. Observou-se a reação.
3.2.2.6 Níquel - 𝐍𝐢𝟐+: Reação com Dimetilglioxima
Foi adicionado em um tubo de ensaio, 2 gotas de Ni (N𝑂3)2 0,2 mol/L, 5 gotas de água destilada, 5 gotas de solução de Dimetilglioxima 0,1 mol/L e, em seguida, 8 gotas de N𝐻4OH 6,0 mol/L até o meio ficasse alcalino. Observou-se a reação química que ocorreu nessa etapa.
3.2.3 Separação e identificação dos cátions do gripo III (parte 2)
3.2.3.1 Procedimento de separação e identificação
Colocou-se em um tubo de ensaio 5 gotas de nitrato 0,2 mol/L de cada cátion do grupo III, 10 gotas de HCl 6,0 mol/L e em seguida 10 gotas de NH4OH 6,0 mol/L com agitação, até que o meio ficasse alcalino. A mesma solução foi aquecida durante 3 min em banho-maria e centrifugada, depois, retirou-se o sobrenadante, colocando-o em outro tubo e sendo chamado de “sobrenadante I”. O precipitado foi lavado duas vezes com NH4Cl2,0 mol/L, que será chamado de “precipitado I”.
3.2.3.2 Tratamento do Precipitado I
No tubo de ensaio contendo o Precipitado I, foi adicionado 20 gotas de NaOH 4,0 mol/L e 20 gotas de H2O2 3,0 %, agitou-se bem e foi aquecida em banho-maria cerca de 5 minutos até que o O2 fosse totalmente liberado. Em seguida, foi centrifugado e separado o líquido sobrenadante em outro tubo de ensaio que foi nomeado “Sobrenadante II”. O precipitado foi lavado duas vezes com água destilada quente e depois foi descartado o líquido de lavagem. Dividiu-se o precipitado em duas porções, e em uma delas foi acrescentado 3 gotas de HCl 6,0 mol/L e 2 gotas NH4SCN 1,0 mol/L.
Na outra porção de precipitado foi adicionado 5 gotas de HNO3 6,0 mol/L até dissolver e, em seguida, 4 gotas de NaOH 6,0 mol/L. Agitou-se e depois foi aquecida cuidadosamente durante 2 minutos, diluída com água destilada e deixada em repouso. Ao Sobrenadante II, adicionou-se 8 gotas de HCl 6,0 mol/L à solução até que o meio ficasse ácido, em seguida adicionou-se 12 gotas de NH4OH 6,0 mol/L até que alcalinizasse o meio, agitou-se bem e foi aquecida com cuidado por 2 minutos.
3.2.3.3 Tratamento do sobrenadante I
O sobrenadante I foi aquecido por 2 minutos em banho maria, depois adicionado 10 gotas de tioacetamida com agitação e, em seguida, aquecida novamente em banho- Maria durante 10 min. Posteriormente, a solução foi centrifugada e então adicionou-se ao líquido sobrenadante, 2 gotas de 𝑆2− e então foi descartado (o sobrenadante). Por fim, lavou-se o precipitado duas vezes com solução de N𝐻4Cl 4,0 mol/L.
3.2.3.4 Tratamento do precipitado II
Ao precipitado II adicionou-se 20 gotas de HCl 1,0 mol/L, agitou-se bem e foi deixado em repouso durante 5 minutos. Depois, foi levado à centrifuga e em seguida o líquido foi transferido para outro tubo de ensaio (foi chamado “sobrenadante III”). O precipitado dessa solução foi denominado “precipitado III”. No precipitado III foi acrescentado 8 gotas de HN𝑂3 concentrado e aquecido em banho-Maria até que houvesse a dissolução do precipitado. Dividiu-se a solução em duas em dois tubos. Em um deles foi adicionado 10 gotas de N𝐻4OH 6,0 mol/L até alcalinizar o meio, e em seguida foi acrescentado algumas 10 gotas de solução de Dimetilglioxima 0,1 mol/L. À outra parte da solução foi adicionado 5 gotas N𝐻4SCN 1,0 mol/L e 10 gotas de acetona.
3.2.3.5 Tratamento do sobrenadante III
O sobrenadante III foi aquecido em banho-maria por 3 minutos e depois resfriado, em seguida adicionou-se cerca 24 gotas de NaOH 4,0 mol/L. Foi centrifugado e transferido o líquido sobrenadante para outro tubo de ensaio. O precipitado foi dissolvido adicionando 10 gotas de HN𝑂3 6,0 mol/L, em seguida, foi adicionado 10 gotas NaOH 4,0 mol/L, levou-se ao banho maria por 3 minutos e, depois, foi diluído com água destilada e deixado em repouso. Por fim, ao líquido sobrenadante foi adicionado 5 gotas de 𝐻2S.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Reações de separação dos cátions do grupo III
4.1.1 Reação com 𝑵𝒂𝑶𝑯
Para esse processo, após a preparação dos tubos de ensaio contendo os cátions do grupo 3 e a adição de hidróxido de sódio foi perceptível visualizar a formação de precipitados com cores características. Os cátions desse grupo na presença de uma base forte, como o NaOH, formam hidróxidos com baixíssimos valores do coeficiente de solubilidade (Kps) o que, segundo a literatura, viabiliza a formação de precipitados.
Na observação dos tubos de ensaio, obteve-se que o Cr3+ formou uma solução de coloração verde escura e não foi possível visualizar a formação quantitativa de precipitado muito provavelmente devido à algum erro aleatório relacionado à concentração dos reagentes estarem levemente diferentes do ideal descrita na literatura química (BACCAN et al, 1988).
· Eq. 1:
𝐶𝑟3+ + 3 𝑂𝐻− ⇄ 𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠)
O Fe3+, por sua vez, formou um precipitado de cor marrom avermelhada enquanto o Mn2+ produziu um precipitado de cor marrom. É importante ressaltar que, no hidróxido de manganês, com o tempo, há a ocorrência de oxidação que muda a tonalidade da cor do precipitado de branco para marrom que foi observada na experiência (BACCAN et al, 1988).
· Eq. 2:
· Eq. 3:
· Eq. 4:
𝐹𝑒3+ + 3 𝑂𝐻−𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠)
𝑀𝑛2+ + 3 𝑂𝐻− ⇄ 𝑀𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠) 2 𝑀𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠) + 𝑂2 ⇄ 2 𝑀(𝑂𝐻)2(𝑠)
Já para o Fe2+ produziu-se, inicialmente, um precipitado branco que, com a oxidação pelo ar, gradualmente foi formando um precipitado de cor verde amarronzada (BACCAN et al, 1988).
· Eq. 5:
· Eq. 6:
𝐹𝑒2+ + 2 𝑂𝐻− ⇄ 𝐹𝑒(𝑂𝐻)2(𝑠)
4 𝐹𝑒(𝑂𝐻)2(𝑠) + 𝑂2 + 𝐻2𝑂 ⇄ 4 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠)
Na análise do Co2+, percebeu-se a formação de um precipitado de cor rosa claro após a adição de NaOH enquanto o Ni2+ produziu um precipitado gelatinoso de cor verde claro (BACCAN et al, 1988).
· Eq. 7:
· Eq. 8:
𝐶𝑜2+ + 𝑁𝑂3− + 𝑂𝐻− ⇄ 𝐶𝑜(𝑂𝐻)𝑁𝑂3(𝑠)
𝑁𝑖2+ + 𝑁𝑂3− + 𝑂𝐻− ⇄ 𝑁𝑖(𝑂𝐻)𝑁𝑂3(𝑠)
Por fim, no caso dos cátions Al3+ e Zn2+ não houve a formação de precipitados e a solução permaneceu incolor o que pode indicar a ocorrência de algum erro de natureza aleatória haja vista que na literatura o coeficiente de solubilidade (Kps) são de, respectivamente, 1,9 x 10-33 e 4,5 x 10-17 (BACCAN et al, 1988).
· Eq. 9:
· Eq. 10
𝐴𝑙3+ + 3 𝑂𝐻− ⇄ 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3(𝑠)
𝑍𝑛2+ + 2 𝑂𝐻− ⇄ 𝑍𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠)
4.1.2 Reação com 𝑵𝑯𝟒𝑶𝑯
Para essa etapa, registrou-se que Cr3+ formou um precipitado gelatinoso de cor azul levemente acinzentada e que, após a contínua adição de excesso de NH4OH, houve a dissolução do precipitado formando uma solução turva com uma cor azul mais acinzentada que indica a formação de um íon complexo de hexaminocromato (III). Para fins discursivos, esse teste se mostrou eficiente e confirmou resultados iguais ao que está demonstrado na literatura especializada (VOGEL, 1981). Abaixo está escrito as duas equações químicasque demonstram esse acontecimento.
· Eq. 11:
· Eq. 12:
𝐶𝑟3+ + 3 𝑁𝐻4𝑂𝐻 ⇄ 𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) + 3 𝑁𝐻4+
𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) + 6 𝑁𝐻3 ⇄ [𝐶𝑟(𝑁𝐻3)]63+3 𝑂𝐻−
A solução contendo o cátion de Al3+, durante a adição de hidróxido de amônio, permaneceu incolor, entretanto, formou-se uma quantidade pequena de precipitado. A adição em excesso de amônia, neste caso, não dissolveu o precipitado. Um processo semelhante ocorreu nos tubos de ensaio contendo Fe3+, Fe2+ e de Mn2+, onde não houve a dissolução do precipitado, porém, a adição em excesso de amônia influenciou na mudança de cores: o cátion de Fe3+ mudou da coloração amarela para marrom- avermelhado; o Fe2+ mudou de amarelo-claro para marrom e o Mn2+ mudou de incolor para marrom-claro (BACCAN et al, 1988). Abaixo está as equações que indicam esses fenômenos:
· Eq. 13:
· Eq. 14:
𝐴𝑙3+ + 3 𝑁𝐻4𝑂𝐻 ⇄ 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3(𝑠) + 3 𝑁𝐻4+
𝐹𝑒3+ + 3 𝑁𝐻4𝑂𝐻 ⇄ 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠) + 3 𝑁𝐻4+
· Eq. 15:
· Eq. 16:
𝐹𝑒2+ + 2 𝑁𝐻4𝑂𝐻 ⇄ 𝐹𝑒(𝑂𝐻)2(𝑠) + 2 𝑁𝐻4+
𝑀𝑛2+ + 2 𝑁𝐻4𝑂𝐻 ⇄ 𝑀𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠) + 2 𝑁𝐻4+
Já o tubo de ensaio contendo os cátions de Ni2+, inicialmente, foi formado um precipitado com coloração verde que, após a adição em excesso de NH4OH, se tornou uma solução de cor lilás – um indicativo da presença do complexo íon hexaminoniquelato
(II) –, ou seja, houve a dissolução do precipitado após a adição de excesso de reagentes (VOGEL, 1981). Veja as equações a seguir.
· Eq. 17:
· Eq. 18:
𝑁𝑖2+ + 𝑁𝐻4𝑂𝐻+ 𝑁𝑂3− ⇄ 𝑁𝑖(𝑂𝐻)𝑁𝑂3(𝑠) + 𝑁𝐻4+
𝑁𝑖(𝑂𝐻)2(𝑠) + 6 𝑁𝐻3 ⇄ [𝑁𝑖(𝑁𝐻3)]62+ + 2 𝑂𝐻−
Para a solução contendo cátions de Co2+ observa-se uma coloração rosa que, após a adição de hidróxido de amônio formou um precipitado de cor marrom-escura. Com a adição em excesso de íons amônio, o precipitado que foi formado foi dissolvido com consequente aparecimento do íon complexo de hexaminocobaltato (II) conforme demonstrado nas equações químicas a seguir (VOGEL, 1981).
· Eq. 19:
· Eq. 20:
𝐶𝑜2+ + 𝑁𝐻4𝑂𝐻 + 𝑁𝑂3− ⇄ 𝐶𝑜(𝑂𝐻)𝑁𝑂3(𝑠) + 𝑁𝐻4+
𝐶𝑜(𝑂𝐻)2(𝑠) + 6 𝑁𝐻3 ⇄ [𝐶𝑜(𝑁𝐻3)]62+ + 2 𝑂𝐻−
Por último, o cátion de Zn2+ não precipitou ao adicionar gotas de hidróxido de amônio o que pode ter sido causado por algum problema na preparação ou no armazenamento da solução de nitrato de alumínio. Considerando os valores de 4,5 x 10- 17 para o Kps do hidróxido de zinco (II) não foi possível testar a dissolução do precipitado (VOGEL, 1981). Segundo a literatura, a formação de precipitado e a dissolução dele deveria ter ocorrido. As equações químicas abaixo descrevem o cenário ideal para essa situação:
· Eq. 21:
· Eq. 22:
𝑍𝑛2+ + 2 𝑁𝐻4𝑂𝐻 ⇄ 𝑍𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠) + 2 𝑁𝐻4+
𝑍𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠) + 4 𝑁𝐻3 ⇄ [𝑍𝑛(𝑁𝐻3)]42+ + 2 𝑂𝐻−
4.1.3 Reação com 𝑵𝑯𝟒𝑶𝑯 na presença de 𝑵𝑯𝟒𝑪𝒍
Para esse outro procedimento, a adição de cloreto de amônio juntamente com hidróxido de amônio permite criar um meio tamponado que, com a adição em excesso de NH4OH, tornará o meio alcalino e isso afetará o deslocamento do equilíbrio químico para a direita (em direção aos reagentes) pelo princípio de Le Chatelier ao adicionar um íon comum (NH4+). Nessa situação, apenas os cátions de Fe3+, Cr3+ e Al3+ foram os únicos que precipitaram tendo em vista que esses cátions formam precipitados com valores de Kps extremamente baixos resultando no fato de que a perturbação no equilíbrio não foi
capaz de impedir a precipitação dessas substâncias. Para os demais cátions, a adição do íon comum consumiu as hidroxilas de modo que a concentração delas diminuíram nas soluções a um valor tal em que o Kps não foi possível de ser atingido e, portanto, esses cátions não conseguiram se precipitar (BACCAN et al, 1988). Para fins representativos, as equações químicas são as mesmas da etapa anterior quando se forma os hidróxidos dos respectivos cátions (vide equações de 1 a 10).
Ao final, as cores observadas nos tubos foram: o cromo formou uma solução turva de cor cinza-lilás; alumínio permaneceu incolor; o ferro (III) permaneceu com a presença de precipitado de cor marrom avermelhada; para o zinco não teve alteração significativa tendo em vista que a cor observada no final foi incolor; para o manganês verificou-se uma solução de cor marrom-acinzentada; a solução de Fe(II) produziu um precipitado de cor laranja; o íon cobalto se apresentou como uma cor dourada e os cátions de níquel permaneceu lilás (VOGEL, 1981)
Comparativamente, esse efeito foi o mesmo que aconteceu para os cátions do grupo II tendo em vista que, nas mesmas situações, o precipitado é formado por hidróxidos. Desse modo, o Kps não é atingido e não se visualiza a formação de precipitado por conta da dissolução do cátion após a adição de excesso de amônia com a consequente diminuição da concentração de hidroxilas o que impede a formação de hidróxidos (BACCAN et al, 1988).
4.1.4 Reação com Tioacetamida
Nessa etapa, a obtenção do íon sulfeto deu-se a partir da utilização de Tioacetamida que, em meio alcalino, produz o íon reagente para essa etapa: o sulfeto (S2-). Abaixo está a equação química dessa reação.
· Eq. 23:
𝐶𝐻3𝐶𝑆𝑁𝐻2 + 3 𝑂𝐻− ⇄ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂− + 𝑁𝐻3 + 𝑆2− + 𝐻2𝑂
Tendo em vista esses dados, os cátions do grupo 3 em um meio tamponado com cloreto de amônio e hidróxido de amônio com a adição de tioacetamida e posterior aquecimento das soluções, observou-se a produção de precipitados em todos os tubos de ensaio. Desse modo, as cores dos precipitados obtidos foram: para o Cr3+ o precipitado aparentou uma cor cinza escura; o Al3+ teve um precipitado de cor branca; o Fe3+, Fe2+, o Co2+ e o Ni2+ apresentaram coloração preta intensa; o Zn2+ foi produzido uma solução turva com precipitado branco; por fim, o Mn2+ apresentou uma coloração laranja – na literatura, a cor do precipitado é rosa, entretanto, a cor laranja aparente deveu-se a oxidação do precipitado em contato com o ar (BACCAN et al, 1988). Abaixo estão as equações químicas que representam a produção desses precipitados.
· Eq. 24:
· Eq. 25:
· Eq. 26:
· Eq. 27:
· Eq. 28:
2 𝐶𝑟3+ + 2 𝑆2− + 6 𝐻2𝑂 ⇄ 2 𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠) + 3 𝐻2𝑆(𝑔)
2 𝐴𝑙3+ + 3 𝑆2− + 6 𝐻2𝑂 ⇄ 2 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3(𝑠) + 3 𝐻2𝑆(𝑔)
2 𝐹𝑒3+ + 3 𝑆2− ⇄ 𝐹𝑒2𝑆3(𝑠)
𝐹𝑒2+ + 𝑆2− ⇄ 𝐹𝑒𝑆(𝑠)
𝐶𝑜2+ + 𝑆2− ⇄ 𝐶𝑜𝑆(𝑠)
· Eq. 29:
· Eq. 30:
· Eq. 31:
𝑁𝑖2+ + 𝑆2− ⇄ 𝑁𝑖𝑆(𝑠)
𝑍𝑛2+ + 𝑆2− ⇄ 𝑍𝑛𝑆(𝑠)
𝑀𝑛2+ + 𝑆2− ⇄ 𝑀𝑛𝑆(𝑠)
4.2 Reações de identificação dos cátions do grupo III
4.2.1 Identificação do cátion Fe3+
4.2.1.1 Nitrato de ferro (III) com tiocianato
Nesse procedimento, o meio levemente acidificado com HCl permitirá a mudança da coloração da solução para um vermelho intenso após a adição de tiocianato. Ressalta- se que a coloração observada é devido a formação de vários complexos. O meio ácido é importante nessa reação porque sua presença minimiza a hidrólise do Fe3+ que poderia prejudicar a identificação (BACCAN et al, 1988). Veja a reação a seguir.
· Eq. 32:
𝐹𝑒3+ + 3 𝑆𝐶𝑁− ⇄ 𝐹𝑒(𝑆𝐶𝑁)3
4.2.1.2 Nitrato de ferro (III) com ferrocianeto de potássio
O cátion Fe3+ também pode ser identificado utilizando ferrocianeto de potássio na solução. Durante a o processo, após a adição de ferrocianeto de potássio observa-se uma cor azul-escuro intensa que indica a presença do complexo característico que é formado nessa reação química, o ferrocianeto de potássio e ferro (BACCAN et al, 1988). A equação química abaixo descreve esse fenômeno.
· Eq. 33:
𝐾+ + 𝐹𝑒3+ + 𝐹𝑒(𝐶𝑁)64− ⇄ 𝐾𝐹𝑒[𝐹𝑒(𝐶𝑁)6](𝑠)
4.2.2 Identificação do cátion Al3+ com hidróxido de sódio
Neste procedimento, a adição do nitrato de alumínio juntamente com hidróxido de sódio permitirá a formação de hidróxido alumínio que tem aspecto gelatinoso. A contínua adição de hidróxido de sódio dissolveu o precipitado devido a adição de íon comum que corroborou para a formação de íons tetrahidroxialuminato. Entretanto, ao se adicionar um reagente ácido, neste caso o HCl, o precipitado reapareceu. Ao final, a detecção do precipitado não foi quantitativa pelo fato do precipitado ser gelatinoso e estarsuspenso na solução contida no tubo de ensaio (VOGEL, 1981). Porém, com uma observação minuciosa foi possível verificar pequenas manchas na solução. Esse processo é regido pelas seguintes reações químicas.
· Eq. 34:
𝐴𝑙3+ + 3 𝑂𝐻− ⇄ 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3(𝑠)
· Eq. 35:
· Eq. 36:
𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 + 𝑂𝐻− ⇄ [𝐴𝑙(𝑂𝐻)4]− [𝐴𝑙(𝑂𝐻)4]− + 𝐻+ ⇄ 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3(𝑠) + 𝐻2𝑂
4.2.3 Identificação do cátion Cr3+ com a utilização de peróxido de hidrogênio a quente
Para essa identificação, após adicionar o nitrato de cromo juntamente com hidróxido de sódio houve a formação de um precipitado gelatinoso. Ao adicionar mais gotas de hidróxido de sódio, o aumento da concentração de hidroxilas no meio favoreceu a dissolução do precipitado permitindo a formação de íons tetrahidroxicromato (III). Por fim, adicionar peróxido de hidrogênio (3%), com o posterior aquecimento da solução, permitiu a oxidação do cromo presente no íon tetrahidroxicromato (III) o que formou uma solução de cor amarela que indica a presença do cromo na solução conforme a equação abaixo (VOGEL, 1981).
· Eq. 37:
· Eq. 38:
· Eq. 39:
𝐶𝑟3+ + 3 𝑂𝐻− ⇄ 𝐶𝑟(𝑂𝐻)3(𝑠)
𝐶𝑟(𝑂𝐻)3 + 𝑂𝐻− ⇄ [𝐶𝑟(𝑂𝐻)4]−
2 [𝐶𝑟(𝑂𝐻)4]− + 3 𝐻2𝑂2 + 2 𝑂𝐻− ⇄ 2 𝐶𝑟𝑂42− + 8 𝐻2𝑂
4.2.4 Identificação do cátion Zn2+
4.2.4.1 Precipitação com a utilização de tioacetamida
Nesse procedimento de identificação, a adição de hidróxido de sódio na solução de nitrato de zinco contida no tubo de ensaio fez formar um precipitado gelatinoso de cor branca. Quando se adiciona hidróxido de sódio em excesso, ocorre a dissolução do precipitado formando um complexo contendo zinco. Feito isso, a adição de tioacetamida fornece íons sulfetos para a solução o que favorece o aparecimento de uma quantidade bem pequena de precipitado de cor branca (turvo) correspondente a formação de sulfeto de zinco (BACCAN et al, 1988). As equações químicas abaixo descrevem esse processo.
· Eq. 40:
· Eq. 41:
· Eq. 42:
𝑍𝑛2+ + 2 𝑂𝐻− ⇄ 𝑍𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠)
𝑍𝑛(𝑂𝐻)2(𝑠) + 2 𝑂𝐻− ⇄ 𝑍𝑛𝑂22− + 𝐻2𝑂
 (
2
)𝑍𝑛𝑂22− + 𝑆𝟐− + 2 𝐻 𝑂 ⇄ 𝑍𝑛𝑆 + 4 𝑂𝐻−
4.2.4.2 Reação com ferrocianeto de potássio
Para essa segunda reação de identificação do cátion Zn2+, realizou-se o mesmo procedimento do item 4.2.4.1 de adição de hidróxido de sódio e a dissolução do precipitado com excesso de NaOH (vide equações 40 e 41). Contudo, ao adicionar ferrocianeto de potássio um precipitado de cor branco acinzentado foi formado o que confirma a presença de zinco na solução (BACCAN et al, 1988). A equação abaixo descreve sucintamente o que acontece nessa etapa.
Eq. 43:
3 𝑍𝑛2+ + 2 𝐾+ + 2 [𝐹𝑒(𝐶𝑁)6]4− ⇄ 𝐾2𝑍𝑛3[𝐹𝑒(𝐶𝑁)6]2
4.2.5 Identificação do cátion Co2+ com a utilização de tiocianato de amônio
Na identificação do Co2+, a adição do nitrato de cobalto juntamente com gotas de ácido acético, tiocianato de amônio, em excesso, e gotas de acetona permitem a formação de um complexo de cobalto de cor azul. Nessa etapa, é importante salientar que o complexo de cobalto formado é instável e para evitar erros, colocar excesso de tiocianato de amônio minimiza a ocorrência de observações errôneas e viabiliza resultados mais contundentes. Além disso, a acetona adicionada fornece uma estabilidade relativa necessária para o teste, pois, como já dito, o complexo de cobalto é instável (BACCAN et al, 1988). A equação abaixo detalha esse processo.
· Eq.44:
𝐶𝑜2+ + 4 𝑆𝐶𝑁− ⇄ [𝐶𝑜(𝑆𝐶𝑁)4]2−
4.2.6 Identificação do cátion Ni2+ com dimetilglioxima
Para essa identificação, a adição de gotas de dimetilglioxima juntamente com gotas de hidróxido de amônio no tubo de ensaio já contendo um pouco de água destilada e o nitrato de níquel promoveu uma reação química no qual foi formado uma solução vermelha contendo precipitado (solução turva) onde se tem presente o complexo de dimetilglioxima de níquel. Para esse teste, a solução contida no tubo de ensaio deve estar com o meio alcalino, por isso, é adicionado hidróxido de amônio na solução haja vista que esse reagente fornecerá amônia para o meio. Do contrário, meios ácidos podem decompor o complexo que dar a coloração vermelha dessa solução (VOGEL, 1981). Além disso, é válido considerar que a adição em excesso de NH4OH pode promover um efeito adverso já que poderá formar um complexo secundário de [Ni (NH3)]62+. A equação química abaixo detalha esse fenômeno.
· Eq. 45:
𝑁𝑖2+ + 2 𝐻2𝐷𝑀𝐺 ⇄ 𝑁𝑖(𝐻𝐷𝑀𝐺)2(𝑠) + 2 𝐻+
4.3 Separação e identificação dos cátions do grupo III
Nessa etapa, a adição de todos os nitratos dos cátions do grupo III em um único tubo de ensaio juntamente com algumas gotas de HCl e de NH4OH (em excesso) com posterior aquecimento formou uma solução contendo precipitados dissolvidos. Após a centrifugação e separação das fases, obteve-se um precipitado I contendo hidróxidos de ferro, cromo, alumínio e manganês bem como o sobrenadante I contendo íons níquel, cobalto, manganês e zinco. O precipitado I foi tratado com cloreto de amônio para descartar eventuais substâncias indesejadas que poderiam comprometer a análise (BACCAN et al, 1988).
Em outro momento, ao precipitado I foi adicionada hidróxido de sódio e peróxido de hidrogênio com posterior agitação e aquecimento para desprender o oxigênio presente proveniente do peróxido de hidrogênio. Feito a centrifugação, o sobrenadante II dessa solução foi separado e continha íons cromato e tetrahidroxido de alumínio enquanto o precipitado continha hidróxido de ferro e hidróxido de manganês. Ao precipitado dessa solução, fez-se o tratamento com água destilada quente para eliminar impurezas e descartou o sobrenadante dessa lavagem. Para confirmar a presença de ferro e cromo no precipitado, foi feito a separação desse precipitado em dois tubos de ensaio distintos em que no primeiro foi adicionado HCl e tiocianato de amônio o que possibilitou a formação de um complexo de ferrocianeto de potássio com coloração vermelha. Para o segundo tubo de ensaio dessa etapa, foi feito a adição de HNO3 juntamente com hidróxido de sódio com posterior aquecimento e agitação. Após o aquecimento, diluiu-se o tubo com água e deixou ele em repouso. Feito esse procedimento, houve o aparecimento de uma pequena quantidade de precipitado branco referente ao hidróxido de manganês presente (BACCAN et al, 1988).
O sobrenadante II obtido anteriormente já apresentava coloração amarela o que indica a presença do cromo. Já para identificação do alumínio, a adição de HCl e NH4OH com agitação e aquecimento viabilizou a formação de um precipitado branco de caráter gelatinoso de alumínio (BACCAN et al, 1988).
O primeiro sobrenadante contendo cátions de níquel, cobalto, manganês e zinco foi constantemente aquecido com adição de tioacetamida. Quando centrifugado, lavou-se o precipitado com cloreto de amônio com o intuito de eliminar sujeiras indesejadas e, em seguida, descartou-se o sobrenadante e conservou o precipitado II contendo sulfeto de zinco, cobalto, manganês e níquel (BACCAN et al, 1988).
No precipitado II, a adição de HCl com agitação e repouso possibilitou a formação de precipitado e sobrenadante que foram devidamente centrifugados. Feito isso, obteve- se um sobrenadante III (contendo Zn2+ e Mn2+) e mantendo o precipitado no mesmo tubo que agora continha sulfeto de níquel e sulfeto de cobalto onde passou a ser chamado de precipitado III. Ao precipitado III, fez-se a adição de HNO3 concentrado com aquecimento para possibilitar a dissolução do precipitado. Após esse procedimento, separou-se a solução em dois tubos de ensaio. Na primeira solução, a adição de amônia juntamente com dimetilglioxima possibilitou a formação de um precipitado de cor vermelha indicando a presença de dimetilglioxinato de níquel. É importante frisar que a adição de amônia tem a função de estabilizar o complexo de níquel que é instável. Na
segunda solução, após adicionar tiocianato de amônio juntamente com acetona houve a formação de um complexo de cobalto com coloração azul.
Por fim, o sobrenadante III foi aquecido para eliminar o gás sulfídrico presente proveniente da tioacetamida adicionadano processo. Após resfriada, algumas gotas de NaOH (em excesso) foram adicionadas para depois realizar a centrifugação necessária para separar o líquido sobrenadante do precipitado da solução. Esse precipitado contém o hidróxido de magnésio enquanto o sobrenadante contém o cátion Zn2+. Ao sobrenadante adicionou-se tioacetamida com posterior centrifugação (BACCAN et al, 1988). Após isso, houve uma lenta formação de precipitado branco correspondente ao sulfeto de zinco (solução turva).
5. CONCLUSÃO
Portanto, para a análise do grupo III a observação das características de cada cátion desse grupo (Cr3+, Al3+, Fe3+, Zn2+, Mn2+, Co2+ e Ni2+) possibilitou separá-las tanto com as características específicas bem como os aspectos em comum entre os cátions. As reações individuais de cada cátion do grupo III confirmaram a ação do valor de Kps para cada substância em interação com determinados reagentes (vide as equações de 1 a 45) e a influência de fatores químicos que impactam no resultado obtido nas soluções preparadas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BACCAN, Nivaldo et al. Introdução à semimicroanálise qualitativa. 2. ed. p. 149-173. Campinas: Editora Unicamp, 1988.
VOGEL, Arthur Israel. Química Analítica Qualitativa. 5. ed. p. 267-303. São Paulo: Editora Mestre Jou, 1981.
KOTZ, John C.; TREICHEL, Paul Jr. Química e Reações Químicas. Traduzido por: BONAPACE, J. A. P.; BARCIA, O. E. 4 ed. vol. 2. p. 308-309. LTC Editora, 2002.
ANEXOS
Figura 01 – Reação de NaOH com os cátions Cr3+, Al3+, Fe3+ e Zn2+ respectivamente
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 02 – Reação de NaOH com os cátions Mn2+, Fe2+, Co2+ e Ni2+ respectivamente
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 03 – Reação de NH4OH com os cátions Cr3+, Al3+, Fe3+ e Zn2+ respectivamente
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 04 – Reação de NH4OH com os cátions Mn2+, Fe2+, Co2+ e Ni2+ respectivamente
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 05 – Identificação de ferro III com tiocianato de amônio
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 06 – Identificação de ferro III com ferrocianeto de potássio
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 07 – Identificação de níquel com dimetilglioxima
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 08 – Identificação de cromo com hidróxido de sódio e água oxigenada
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 09 – Identificação do cobalto com tiocianato de amônia
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.
Figura 10 – Precipitado branco gelatinoso de zinco
 Fonte: autoria própria. UFPI, 2022.