Relatório 3 Identificação de cátions do grupo 1

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA QUÍMICA
IDENTIFICAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO I
ANA CLARA COSTA (201310879)
CAROLINE DA COSTA PAGANI (201310339)
THAYANNAH MOREIRA (201310885)
ILHÉUS – BAHIA
2015
ANA CLARA COSTA (201310879)
CAROLINE DA COSTA PAGANI (201310339)
THAYANNAH MOREIRA (201310885)
IDENTIFICAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO I
Relatório apresentado como parte dos critérios de avaliação da disciplina CET985– QUÍMICA ANALÍTICA. Turma P09. Dia de execução do experimento: 15/12/2015.
Professora: Luana Novaes.
ILHEUS – BAHIA
2015
INTRODUÇÃO
A maioria dos ensaios analíticos consiste na análise de reações por via úmida, os mesmos são realizados com substâncias em solução; a ocorrência de determinada reação é dada pela formação de precipitado, desprendimento de gás, mudança de cor, liberação ou absorção de energia, permitindo a identificação de determinado cátion em uma dada reação. [1] 
Dentre as reações por via seca se destaca o teste de chama. Quando diferentes sais inorgânicos são submetidos ao teste de chama, observa-se a formação de chamas de cores diferentes. A cor observada em cada chama é característica do elemento presente na substância aquecida. Isso acontece porque cada elemento é formado por um átomo diferente, pois suas camadas eletrônicas possuem valores de energia bem definidos, segundo o modelo atômico estabelecido por Bohr. Quando o sal é aquecido o elétron realiza um salto quântico e se apresenta em um estado excitado, mas logo retorna para sua órbita. Ao saltar de um nível para o outro o elétron libera energia que ocorre na forma de luz visível. Como os átomos de cada elemento possuem órbitas com diferentes níveis de energia, a luz liberada em cada caso será em um comprimento de onda também diferente, correspondente a cada cor. [2]
Os íons dos metais alcalinos Na+ e K+ são os maiores cátions do período à que pertencem, possuem carga pequena e a estrutura de gás nobre. Por esses motivos, têm uma fraca atração por ânions e moléculas, e como consequência a maioria de seus sais são solúveis em água e seus íons raramente formam complexos. O íon amônio está incluído neste grupo porque apresenta propriedades semelhantes. [3]
O potássio apresenta coloração de metal branco prateado, é mole, o ponto de fusão é 63,5ºC, não reage com o ar seco, mas oxida em ar úmido, decompõe-se violentamente com a água, desprendendo oxigênio e queimando. A chama apresenta cor violeta. O cátion monovalente de potássio (K+) é solúvel e forma solução incolor (a depender do ânion). [1]
O sódio é um metal branco prateado, mole e funde a 97,5ºC, oxida rapidamente com o ar úmido e precisa ser armazenado de forma correta para não entrar em reação. Reage violentamente com a água formando NaOH e H2↑. O cátion monovalente de sódio (Na+) forma solução incolor e é solúvel em água.[1]
Os íons amônio (NH4+) são provenientes da amônia (NH3) e do íon hidrogênio (H+). A presença do mesmo no grupamento dos metais alcalinos pode ser explicada por eles apresentarem características semelhantes. Os sais de amônio são, geralmente, solúveis em água, formam soluções incolores, quando aquecidos decompõe-se em amoníaco e no ácido correspondente. As reações são semelhantes às do íon potássio devido aos tamanhos dos íons serem praticamente os mesmos. [1]
OBJETIVO
Perceber a presença e identificar cátions do grupo I – Na+, K+ e NH4+.
PROCEDIMENTO EXERIMENTAL
Materiais
 
Tubos de ensaio;
Sais contendo cátions de Na+, K+ e NH4+;
Vidros de relógio;
Fio de platina;
Papel de tornassol vermelho;
Bico de Bunsen;
Solução de HCl (6 mol.L-1);
Solução de cada cátion (0,2 mol.L-1);
Álcool etílico;
Acetato de zinco e uranila;
Ácido acético (3 mol.L-1);
Acetato de sódio (3 mol.L-1);
Solução de cobaltonitrito (0,2 mol.L-1);
Solução de ácido perclórico (20%);
Solução de cloreto de amônio (0,2 mol.L-1);
Solução de hidróxido de sódio (4 mol.L-1);
Métodos 
Teste em chama
Colocaram-se porções dos sais a serem identificados em vidros de relógios diferentes. Utilizando fio de platina, cerca de 3 cm de comprimento, mergulhou-o em HCl à 6 mol.L-1, repetindo o processo por 3 vezes até que o fio estivesse devidamente limpo – não apresentasse coloração quando aquecido.
Feita a limpeza, colocou-se o fio no sal e levou-o ao aquecimento (sendo um sal de cada vez e repetindo o processo de limpeza do fio para evitar a contaminação e facilitar a identificação da cor da chama correspondente).
Reação com acetato de zinco e uranila
Colocou-se 5 gotas de solução (0,2 mol. L-1) de cada cátion em tubos de ensaio separados, adicionou-se 3 gotas de álcool etílico e 10 gotas de acetato de zinco e uranila.
Agitou-se bem, deixando em repouso por 5 a 10 minutos.
Reação com cobaltonitrito
Juntou-se 3 gotas de solução (0,2 mol.L1) de cada cátion, em tubos separados, a 3 gotas de ácido acético (3 mol.L-1) e 3 gotas e acetato de sódio (3 mol.L-1). Adicionou-se 6 gotas de solução de cobaltonitrito (0,2 mol.L-1). 
Agitou-se bem, deixando em repouso por 5 minutos.
Reação com HClO4
Colocou-se 5 gotas de solução (0,2 mol.L-1) de cada cátion em tubos de ensaios separados e adicionou-se 5 gotas de HClO4.
Reação de NH4+ com base forte
Adicionou-se em um tubo de ensaio 3 gotas de NH4Cl (0,2 mol.L-1) e 8 gotas de NaOH (4 mol.L-1). Aqueceu-se o tubo e colocou-se fita do papel de tornassol sobre a superfície, sem tocá-la. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Tabela 1 - Resultados obtidos no experimento.
	CÁTION
 
 REAÇÃO
	
1
	
2
	
3
	
4
	
5
	Na+
	Cor laranja
	Cor amarela
	----
	Sem modificação
	----
	K+
	Cor violeta
	----
	Precipitado amarelo
	Turvou
	----
	NH4+
	Cor laranja
	----
	Precipitado amarelo
	Sem modificação
	Liberação de NH3
As reações do íon amônio são bastante semelhantes a dos íons potássio porque ambos possuem raio iônico de tamanho quase idêntico. Por esse motivo, o amônio foi considerado como grupo 1 juntamente com os íons alcalinos.
Não existe nenhum reagente comum para esses cátions e eles não reagem com algumas substâncias, entre elas está o ácido clorídrico que foi utilizado para limpeza do fio. É importante a utilização de um reagente que não entre em reação com íon para não modificar a cor resultante durante o teste de chama.
Teste em chama
A presença da cor durante o teste indica a liberação de energia na passagem do elétron de valência da camada mais energética para a menos energética. Cada elemento possui uma cor característica que possibilita a identificação do cátodo presente.
Os compostos de potássio liberam coloração violeta, mas também podem apresentar coloração amarelada quando alguns sais de sódio mascaram a cor violeta.
O teste de chama para o sódio apresenta uma chama colorida de tom amarelo, no entanto, durante o procedimento a cor identificada foi laranja. A variação pode ter acontecido devido a presença de impurezas no cátodo ou no fio de platina.
Os sais de amônio são volatilizados ou decompostos quando aquecidos e na presença de ácido volátil, os vapores se recombinam durante o esfriamento e formam um sublimado do sal. O cloreto de amônio é formado dessa forma.
Reação com acetato de zinco e uranila
A análise referente a reação de identificação para o sódio em solução de acetato de zinco e uranila não foi realizada por não possuir o composto no laboratório, mas segue a reação:
Pesquisando sobre a reação com o sódio, sabemos que a solução não apresentaria precipitação, resultaria apenas em uma coloração amarela confirmando a presença o sódio (Na).
Reação com cobaltonitrito
Reação com íon potássio:
3K+ + [Co(NO2)6]3- → K3[Co(NO2)6]↓
Ocorreu a formação de um precipitado amarelo confirmando a presença do íon potássio (K). A precipitação do íon potássioé rápida em soluções concentradas, porém, é lenta em soluções diluídas. 
É feita a precipitação dos íons potássio com cobaltinitrito de sódio num meio tamponado com ácido acético/acetato de sódio é para se evitar a decomposição do reagente que acontece em um meio muito ácido.
Reação com íon amônio:
3NH4+ + [Co(NO2)6]3- → (NH4)3[Co(NO2)6]↓
Após a realização do experimento foi possível observar a formação de um precipitado amarelo de hexanitritocobalto (III) de amônio, confirmando a presença do íon amônio.
Reação com HClO4
Houve a formação de precipitado branco de perclorato de potássio (KClO4), como era o esperado e a solução turvou. 
K+ + ClO4-→ KClO4↓
Foi possível observar a formação de um precipitado branco, cristalino de perclorato de potássio, KClO4 confirmando a presença do íon potássio.
O precipitado é ligeiramente solúvel em água e é insolúvel em álcool absoluto. O uso do aquecimento para aumentar a solubilidade não pode ser aplicado quando utiliza solução alcoólica porque há risco de explosão.
Reação de NH4+ com base forte
Durante a reação ocorre o desprendimento de amônia gasosa, por aquecimento, a qual pode ser identificada de diversas formas, dentre elas a mudança de cor do papel de tornassol de vermelho para azul.
NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O
CONCLUSÃO
Sabe-se que como não existe uma maneira ideal para análise qualitativa, de acordo com cada íon que será caracterizado quando estiver sozinho ou misturado com outros íons, torna-se então necessário classificá-los em grupos baseando-se em algumas propriedades comuns a todos os íons de um determinado grupo. 
Quando o elétron ganha energia e “pula” para um estado de energia maior que o seu estado fundamental ao retornar ao nível de energia anterior emite radiação na forma de fótons (luz). Ao realizar o teste da chama foi possível diferenciar os cátions por meio da observação das cores do espectro de luz emitido, devido ao seu comprimento de onda característico. Nos experimentos com o grupo I, foi possível notar que os íons de sódio (Na+) emitem a cor amarela, os de potássio (K+) a cor lilás e os de amônio (NH4+) cor laranja.
Utilizando-se das propriedades características dos elementos é possível fazer sua separação e identificação, possível assim, identificar os cátions presentes nas soluções, pois ocorre a oxidação ou redução na formação do precipitado.
REFERÊNCIA
[1] Vogel, Arthur Israel. Química Analítica Qualitativa, volume único. 5ª edição. São Paulo: Mestre Jou, 1981.
[2] Disponível em: http://m.manualdaquimica.uol.com.br//experimentos-quimica/teste-chama.htm. Consultado em: 02/01/2016.
[3] Disponível em: http://wwwp.fc.unesp.br/~galhiane/cations_do_grupo_i.htm. Consultado em: 02/01/2016.