Relatório de Química nalítica Qualitativa: Cátions do grupo III

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
Curso: Química Licenciatura
Disciplina: Química Analítica Qualitativa Experimental
Pratica 3: Reações de identificação e separação dos cátions do Grupo III (Fe3+, Al3+, Mn2+, Ni2+, Co2+, Zn2+)
Introdução:
	O grupo III, também chamado de grupo do sulfeto de amônio, compõem-se de íons de sete metais que são precipitados com hidróxidos ou sulfetos numa solução tamponada com NH4OH/NH4Cl, contendo (NH4)2S. 
	Cinco desses elementos, crômio, manganês, ferro, cobalto e níquel são elementos de transição e por isso pode-se esperar que suas propriedades sejam aquelas de elementos que tem uma camada interna de elétrons incompleta, isto é, valência variável, íons coloridos e uma forte tendência para formar íons complexos.
	O zinco e o alumínio não são metais de transição, mas o íon Al3+ tem muitas propriedades semelhantes as dos íons Cr3+ e Fe3+, o que pode ser explicado pelo fato destes íons terem a mesma carga e raios aproximadamente iguais. O s hidróxidos de alumínio, zinco e cromo são anfóteros.
	O reagente precipitante para o grupo III é o íon sulfeto. O gruo é precipitado adicionando-se uma solução de (NH4)2S, a uma solução tamponada de NH4OH/NH4Cl contendo os íons desse grupo.
Para assegurar uma separação adequada dos cátions do grupo III, quando se faz a análise de uma amostra desconhecida, deve-se evitar a precipitação de cátions do grupo II (Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+). Desses íons somente o Mg2+ pode precipitar como hidróxido em presença de NH4OH, mas o NH4CL impede a precipitação.
Propriedades dos cátions do grupo III
Cobalto: O cobalto forma compostos no estado de oxidação 2+ e 3+. No estado 2+ ele forma sais simples estáveis e no estado 3+ forma sais complexos e estáveis. Seus sais são coloridos, sendo que os cobaltosos são de cor avermelhada ou azul, dependendo do grau de hidratação ou de outros fatores. Os íons complexos cobalticos apresentam uma grande variedade de cor.
Níquel: O níquel forma compostos em diversos estados e oxidação, mas os seus compostos mais comuns ocorrem no estado 2+. Os sais hidratados de níquel são de cor verde.
Ferro: O ferro forma compostos em dois estados de oxidação comuns, 2+ e 3+. O íon Fe2+ em solução tende a oxidar-se a Fe3+, na presença de oxigênio do ar. Os sais de ferro são coloridos, sendo que muitos sais são esverdeados e muitos sais.
Manganês: O manganês forma compostos no estado de oxidação 2+, 3+, 4+, 6+ e 7+, sendo mais comuns os estados 2+, 3+ e 7. Os compostos de manganês no estado 7+ (permanganatos) são fortes agentes oxidantes e coloridos. Os compostos de manganês no estado 2+ são agentes redutores.
Crômio: Forma compostos nos estados de oxidação 2+, 3+ e 6: os estados 3+ e 6+ são os mais importantes. Compostos de crômio 6+ (cromatos e dicromatos), são fortes agentes oxidantes. O hidróxido de crômio 3+ é anfótero. Os compostos de crômio 2+ são fortes agentes redutores. Todos os sais de crômio são coloridos.
Alumínio: Forma compostos somente no estado de oxidação 3+. Seu hidróxido é anfótero, sendo uma solução gelatinosa de cor branca possuidora de um grande poder de adsorção. Soluções contendo o íon Al3+ são incolores.
Zinco: Forma compostos somente no estado de oxidação 2+ e seu hidróxido é anfótero. O zinco pertence ao grupo 2B da tabela periódica, e forma com amônia o íons complexo Zn(NH3)4 2+.(1)
Objetivo: 
Identifica e separar os cátions do grupo III	
Materiais e Reagentes:
Tubos de ensaio
Pipeta de Pasteur
Banho-Maria digital
Centrífuga
Papel de tornassol azul e vermelho
Vidro de relógio
Espátula
Água destilada
Nitrato de Ferro II 0,2M
Nitrato de Ferro III 0,2M
Nitrato de Níquel 0,2M
Nitrato de Cobalto 0,2M
Nitrato de Alumínio 0,2M
Nitrato de Zinco 0,2M
Nitrato de Manganês 0,2M
Hidróxido de Sódio 4M e 6M
Hidróxido de Amônio 6M
Cloreto de Amônio 4M e 2M
Tioacetamida 1M
Acido Clorídrico 1M e 6M
Tiocianato de Amônio 1M
Ferrocianeto de Potássio 1M
Água Oxigenada 3%
Acido Nítrico 6M
Acido Acético 3M
Dimetilglioxima 0,1M
Dióxido de Chumbo-Sólido
Sulfato de Manganês 0,2M
Acetona
Procedimento:
- Reações específicas de separação
1. Reação com NaOH
	Colocou-se em tubos de ensaio separados cinco gotas de M(NO3)2 (M2+= Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+ e Fe2+) e M(NO3)3 (M2+= Fe3+, Al3+) 0,2M e oito gotas de NaOH 4M. Observou-se e anotou-se as cores dos precipitados.
2. Reação com NH4OH
Colocou-se em tubos de ensaio separados cinco gotas de M(NO3)2 (M2+= Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+ e Fe2+) e M(NO3)3 (M2+= Fe3+, Al3+) 0,2M. Adicionou-se oito gotas de NH4OH 6M e observou-se os precipitados formados.
	Continuou-se adicionando NH4OH e observou-se os casos em que houve no excesso desse reagente.
3. Reação com NH4OH na presença de NH4Cl
Adicionou-se em tubos de ensaio distintos cinco gotas de M(NO3)2 (M2+= Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+ e Fe2+) e M(NO3)3 (M2+= Fe3+, Al3+) 0,2M, oito gotas de NH4Cl. Juntou-se as gotas de NH4OH 6M até o meio tornar-se alcalino. Observou-se em quais casos houve precipitação.
4. Reação com tioacetamida
	Colocou-se em tubos de ensaio separados duas gotas de M(NO3)2 (M2+= Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+ e Fe2+) e M(NO3)3 (M2+= Fe3+, Al3+) 0,2M, cinco gotas de NH4Cl 4M e adicionou-se as gotas NH4OH 6M até o meio tornar-se alcalino e juntou-se umas gotas em excesso. Adicionou-se tioacetamida 1M e aqueceu-se no banho-maria digital. Levou-se a centrífuga por 2 minutos e em seguida, acrescentaram-se mais duas gotas de tioacetamida ao sobrenadante. 
Para fazer uma comparação com cátions do grupo II, colocou-se em um tubo de ensaio nitrato de Mg²+, Ba²+, Ca²+ e Sr²+, repetiu-se o mesmo procedimento acima e comparou-se os resultados com os cátions do grupo III.
Tratou-se os precipitados dos sulfetos com 1,5 mL de HCl 1M. Agitou-se por três minutos e observou-se se houve dissolução do precipitado.
- Reações de Identificação de cada cátion
1. Ferro II e Ferro III
1.1. Reação com Tiocianato de Amônio
	Colocou-se em um tubo e ensaio 2 gotas de Fe(NO3)3 0,2M, 6 gotas de HCl 6M e 5 gotas de solução de NH4SCN 1M. Observou-se a solução.
1.2. Outras reações
	Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de Fe(NO3)3 0,2M, 5 gotas de solução de [K4Fe(CN)6] 1M. Observou-se o resultado.
2. Alumínio, Al3+
2.1. Reação com Base Forte
	Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de Al(NO3)3 0,2M, 5 gotas de NaOH 4M. Adicionou-se lentamente HCl até a precipitação.
3. Zinco, Zn2+
3.1. Precipitação com tioacetamida
	Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de Zn(NO3)2 0,2M, 5 gotas de água destilada e NaOH 4M até dissolução do precipitado. Adicionou-se algumas gotas de tioacetamida e observou-se o resultado.
3.2. Reação com Ferrocianeto de Potássio
	Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de Zn(NO3)2 0,2M, algumas gotas de [K4Fe(CN)6] 1M até formar precipitação.
4. Manganês, Mn2+
4.1. Oxidação a Permanganato com PbO2/HNO3
	Colocou-se em um tubo de ensaio 3 gotas de Mn(NO3)2 0,2M, 10 gotas de HNO3 6M e uma pequena quantidade, com o auxílio de uma espátula, de PbO2. Aqueceu-se por mais de 5 minutos e deixou-se decantar. Observou-se a coloração do líquido sobrenadante.
4.2. Precipitação de MnO(OH)2
	Neutralizou-se um solução de sulfato de manganês 0,2M e 8 gotas de NaOH 6M.Adicionou-se algumas gotas de H2O2, pouco a pouco e agitando-se a solução. Aqueceu-se por 3 minutos até a evolução de oxigênio cessar.
5. Cobalto, Co2+
5.1. Reação com Tiocianato de Amônio
	Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de Co(NO3)2 0,2M, 8 gotas de acido acético 3M, 8 gotas de Tioacianato e 10 gotas de acetona. Observou-se o resultado.
6. Níquel, Ni2+
6.1. Reação com Dimetilglioxima
	Colocou-se em um tubo de ensaio 2 gotas de Ni(NO3)2 0,2M, 5 gotas de água destilada, algumas gotas de dimetilglioxima 0,1M e algumas gotas de NH4OH 6M até o meio tornar-se alcalino.
- Separação da mistura de cátions
	Colocou-se em um mesmo tubo de ensaio 5 gotas de M(NO3)2 (M2+= Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+ e Fe2+) e M(NO3)3 (M2+= Fe3+, Al3+) 0,2M, 10 gotas de HCl 6M e emseguida 20 gotas de NH4OH 6M até meio básico (verificou-se com papel de tornassol azul). Aqueceu-se durante 2 minutos e levou-se a centrífuga por 2 minutos. Separou-se o sobrenadante do precipitado com o auxílio da pipeta de Pasteur. Colocou-se o sobrenadante em outro tubo de ensaio (1º sobrenadante). 
Precipitado I
	Lavou-se o precipitado duas vezes com NH4Cl 2M, e a cada lavada levou-se a centrífuga por 2 minutos. Adicionou-se ao precipitado 20 gotas de NaOH 4M e 20 gotas de H2O2 3%. Agitou-se bem e aqueceu-se em banho-maria por 10 minutos (até cessar desprendimento de O2). Levou-se a centrífuga e transferiu-se com a pipeta de Pasteur o líquido sobrenadante para outro tubo de ensaio. Continuou-se o procedimento com o precipitado. Lavou-se o precipitado duas vezes com água destilada (a cada lavada levou-se a centrífuga). Desprezou-se o sobrenadante e separou-se o precipitado e dois tubos de ensaio, tubo 1 e tubo 2. 
Ao tubo 1, Adicionou-se 3 gotas de HCl 6M e 2 gotas de NH4SCN 1M. 
Ao tubo 2 adicionou-se 12 gotas de HNO3 6M e em seguida PbO2 sólido. Agitou-se e aqueceu-se por 2 minutos. Diluiu-se com água e deixou-se em repouso.
Ao líquido sobrenadante separado após a centrifugação, adicionou-se 16 gotas de HCl 6M até a solução tornar-se ácida (testou-se com papel tornassol azul). Em seguida adicionou-se 20 gotas de NH4OH até meio alcalino. 
Sobrenadante I
	Aqueceu-se a solução e adicionou-se 15 gotas de tioacetamida 4M com agitação. Aqueceu-se novamente em banho-maria por 2 minutos adicionou-se mais 15 gotas de tiacetamida. Levou-se a centrífuga e adicionou-se 2 gotas de tioacetamida. Lavou-se o precipitado duas vezes e desprezou o sobrenadante. O precipitado formado chama-se precipitado II.
Precipitado II
Ao precipitado II adicionou-se 1 ml HCl1M. O sobrenadante formado chama-se sobrenadante III.
Sobrenadante III
Adicionou-se HCl 6M até a solução se tornar levemente ácida e em seguida adicionou-se 3 gotas de K4[Fe(CN)6] 0,2 M com agitação. Observou-se o que aconteceu.
Resultados e Discussões:
- Reações específicas de separação
1. Reação com NaOH
	Todos os cátions do grupo III precipitaram com NaOH. As reações e as características dos precipitados estão descritas logo abaixo:
- Al3+ + 3OH- ↔ Al(OH)3 (s) 
Formou um precipitado branco mas solubilizou rápido
- Fe3+ + 3OH- ↔ Fe(OH)3 (s) 
Formou um precipitado marrom avermelhado
- Zn2+ + 3OH- ↔ Zn(OH)2 (s) 
Formou um precipitado branco mas solubilizou rápido
- Mn2+ + 3OH- ↔ Mn(OH)2 (s)
Formou um precipitado cristalino e depois com um tempo oxidou tornando-se marrom
A reação de oxidação do Mn(OH)2 é descrita por: 
Mn(OH)2 (s) + 2H2O + O2 <-> 4Mn(OH)3(s)
- Fe2+ + 3OH- ↔ Fe(OH)2 (s) 
Formou um precipitado esverdeado, mas com o passar do tempo o precipitado tornou-se preto, devido a oxidação. De Fe(OH)2 (s) tornou-se Fe(OH)3 (s) descrita pela reação: Fe(OH)2 (s) + O2 (ar) + 2H2O <-> Fe(OH)3 (s)
- Co2+ + NO3 - + OH- ↔ Co(OH)NO3 (s)
	Formou-se um precipitado de cor rosa devido ao excesso de hidróxido. Ao oxidar o precipitado tornou-se marrom.
- Ni2+ + NO3 - + OH- ↔ Ni(OH)NO3 (s)
	Formou-se um precipitado verde e que não se oxidou na presença do ar.
	Houve dissolução com excesso de NaOH do Al(OH)3 (s) e Zn(OH)2 (s), descrita pelas reações: 
Al(OH)3 (s) + OH- <-> Al(OH)4 -
 Zn(OH)2 (s) + 2OH- <-> Zn(OH)4 -
2. Reação com NH4OH
	Todos os cátions desse grupo precipitaram, de acordo com as equações:
- Fe2+ + 2NH4OH <-> Fe(OH)2 (s) + 2NH4+
Formou-se um precipitado marrom alaranjado
- Mn2+ + 2NH4OH <-> Mn(OH)2 (s) + 2NH4+
Formou-se um precipitado amarelo
- Zn2+ + 2NH4OH <-> Zn(OH)2 (s) + 2NH4+
Formou-se um precipitado branco
- Ni2+ + NH4OH + NO3- <-> Ni(OH)NO3 (s) + 2NH4+
Formou-se um precipitado meio verde
- Co2+ + NH4OH + NO3- <-> Co(OH) NO3 (s) 
Formou-se um precipitado azul
- Fe3+ + 3NH4OH <-> Fe(OH)3 (s) + 3NH4+
Formou-se um precipitado marrom alaranjado
- Al3+ + 3NH4OH <-> A(OH)3 (s) + 3NH4+
Formou-se um precipitado branco gelatinoso
Ao adicionar mais NH4OH, as soluções de cobalto e níquel foram as únicas que mostraram solubilidade, as reações são representadas a abaixo:
Co(OH)2(s) + 6NH3 → [Co(NH3)6]2+ + 2OH-
Ni(OH)2(s) + 6NH3 → [Ni(NH3)6]2+ + 2OH-
3. Reação com NH4OH na presença de NH4Cl
	Neste caso formou-se precipitado apenas com os cátions Fe3+ e Al3+ 
4. Reação com tioacetamida
	Formou-se precipitados com todos os cátions do grupo III com as seguintes características:
Zn2+: Precipitado branco acinzentado
 Mn2+: Precipitado meio amarelado
Co2+: Precipitado preto
Ni2+: Precipitado preto metálico
Fe2+ e Fe3+: Precipitado preto
Al3+: Precipitado branco
Ao tratar os precipitados com HCl 1M, houve dissolução apenas nos casos abaixo:
ZnS(s) + 2H+ <-> Zn2+ + H2S
MnS(s) + 2H+ <-> Mn2+ + H2S
Fe2S3(s) + 6H+ <-> 2Fe3+ + 3H2S
FeS(s) + 2H+ <-> Fe2+ + H2S
Os sulfetos de NiS e CoS não dissolveram-se pois são insolúveis em HCl.
Os cátions do grupo II não formaram precipitado.
- Reações de Identificação de cada cátion
1. Ferro II e Ferro III
1.1. Reação com Tiocianato de Amônio
O íon Ferro III reagiu com o íon tioacianato em meio ácido, e a solução tornou-se vermelha bem escura. A reação foi:
Fe3+ + 6SCN- <-> Fe(SCN)63-	
O teste foi realizado em meio ácido, o que fez com que a hidrólise de Fe3+ fosse minimizada. 
1.2. Outras reações
	Com ferrocianeto de potássio formou-se um precipitado azul escuro que indicou a presença do íon ferro III, de acordo com a reação:
K+ + Fe3+ + Fe(CN)64- <-> KFe[Fe(CN)6] (s)
2. Alumínio, Al3+
2.1. Reação com Base Forte
	Ao adicionar a primeira gota de NaOH formou-e o precipitado gelatinoso branco, na quinta ele solubilizou-se. O excesso da base forte fez com que o precipitado de Al(OH)3 solubilizasse. Ao adicionar lentamente HCl formou-se o precipitado gelatinoso novamente. As reações envolvidas estão descritas abaixo:
Al3+ + 3OH- <-> Al(OH)3 (s)
 Al(OH)3 (s) + OH- <-> Al(OH)4- 
3. Zinco, Zn2+
3.1. Precipitação com tioacetamida
Ao adicionar a base, formou o precipitado, mas o excesso solubilizou o mesmo.
Ao adicionar a tioacetamida em meio básico, formou-se um precipitado branco meio turvo.
As reações envolvidas estão descritas abaixo:
Zn2+ + 2OH- <-> Zn(OH)2 (s) + 2OH- <-> ZnO22- + 2H2O
ZnO22- + S2- <-> ZnS + 4OH-
3.2. Reação com Ferrocianeto de Potássio
	Ao adicionar [K4Fe(CN)6] formou-se um precipitado branco-acinzentado de K2Zn3[Fe(CN)6]2. Não houve traços de ferro, pois não se notou coloração azul no tubo de ensaio.
4. Manganês, Mn2+
4.1. Oxidação a Permanganato com PbO2/HNO3
	Depois de aquecer a solução, notou-se uma coloração violeta no líquido sobrenadante devido à presença do íon permanganato, de acordo com a reação abaixo:
5PbO2 + 2Mn2+ + 4H+ <-> 2MnO4- + 5Pb2+ + 2H2O
4.2. Precipitação de MnO(OH)2
	Inicialmente, formou-se um precipitado branco de Mn(OH)2 ao neutralizar a solução com NaOH. Após adicionar H2O2 e aquecer a solução, o precipitado tornou-se marrom, devido a mudança de Mn(OH)2 á MnO(OH)2. O processo é facilmente identificado pelas reações abaixo:
Mn2+ + 2OH- <-> Mn(OH)2 (s)
4Mn(OH)2 (s) + 2H2O + O2 <-> 4Mn(OH)3 (s)
2Mn(OH)3(s) + ½ O2 <-> 2MnO(OH)2(s) + H2O
	
5. Cobalto, Co2+
5.1. Reação com Tiocianato de Amônio
	A solução tornou-se azul, devido ao íon cobalto reagir com tioacetanato de amônio na presença de ácido acético. Foi necessário a adição de acetona, pois o complexo formado era instável em meio aquoso.
A reação desse processo é descrita por:
Co2+ + 4SCN- <-> Co(SCN)42-
Foi necessário adicionar SCN- em excesso para que o teste tivesse um bom resultado.
6. Níquel, Ni2+
6.1. Reação com Dimetilglioxima
	Ao reagir o íon Ni2+ com dimetilglioxima em meio amoniacal, formou-se um precipitado vermelho, descrita pela reação:
Ni2+ + 2H2DMG <-> Ni(HDMG)2 (s) + 2H+
	Como o complexo se decompõe em meio ácido, foi necessário que o meio estivesse amoniacal, mas não em excesso. Se tivesse em excesso formaria Ni(NH3)62+.
- Separação damistura de cátions
Ao adicionar NH4OH todos precipitariam, mas no excesso deste reagente apenas o Zn2+, Co2+ e Ni2+ solubilizariam, portanto, concluiu-se que o líquido sobrenadante continha tais íons. O Fe3+ e o Al3+ então estava contido no precipitado formado.
Precipitado I
	Após adicionar-se H2O2 o precipitado que formou-se devia conter íons Fe3+ , ele se precipitaria nesses condições. O precipitado a principio, poderia conter também íon Mn2+, devido a este íon também precipitar a essas condições.
	Após a separação do precipitado do líquido sobrenadante, continuou-se o experimento com o precipitado suspeito de conter íon ferro e manganês. Então, após separar-se o precipitado em duas partes testou-se o primeiro tubo com tioacianato de amônio. A solução tornou-se vermelha, confirmando assim a presença do complexo Fe(SCN)63-. 
	A outra parte do precipitado que adicionou-se HNO3 e PbO2, nada aconteceu, a solução não tornou-se meio violeta, logo concluiu-se que o íon manganês não estava presente no precipitado.
	Já o líquido sobrenadante, deveria conter íon alumínio. Ao acrescentar hidróxido de amônio em meio ácido, que formou um precipitado branco gelatinoso, o que confirmou a presença do íon alumínio.
		 
Sobrenadante I
Formou-se um precipitado, mas em pequena quantidade e o sobrenadante foi desprezado. O precipitado formado foi o precipitado II que contém CoS, NiS, MnSe ZnS.
Precipitado II
Não houve formação de precipitado, devido a algum erro ao realizar o processo ou a quantidade de reagente utilizada no precipitado I foi insuficiente. Logo não formou-se o precipitado III. Considerou-se toda a substância como sendo o sobrenadante II.
Sobrenadante II
Observou-se que houve a formação de um precipitado branco esverdeado, indicando a presença de Zn²+
Conclusão: 
A prática para testar a presença dos cátions do grupo III mostrou coerente com a bibliografia pesquisada, os complexos puderam ser identificados por suas cores e formação de hidróxidos insolúveis foi claramente observado. Foi possível verificar através dos experimentos como os metais do grupo III formam complexos coloridos e estáveis e as diferentes solubilidades de seus Hidróxidos. 			Foi possível através deste experimento notar que todos os íons do grupo III podem ser separados, e mesmo que haja algum interferente este pode ser eliminado para que a identificação possa ser completa, pois as vezes mesmo que mais de um elemento precipite, apenas adicionando um excesso de reagente já pode ser o suficiente para fazer uma boa separação.
Bíbliografia: 
BACCAN, N. GODINHO, O. E. S. ALEIXO, L. M. STEIN, E. . Introdução à Semimicroanálise Qualitativa. 2.a. ed. Campinas (SP): Editora da Unicamp, 1997. v. -.149 p