Relatório - Análise Qualitativa de Cátions - Prova do Primeiro Bloco

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO – FACULDADE DE FARMÁCIA
Relatório da prova prática do primeiro bloco:
Análise Qualitativa de Cátions
Química Analítica Farmacêutica Experimental I (IQA124) – Professora Rosângela Sabbatini Capella Lopes
Mathews Brück Borba
INTRODUÇÃO
A Química Analítica é um ramo científico de suma importância para diversos campos do conhecimento como a própria Química em si e para as Ciências Biológicas em si, principalmente as Farmacêuticas. É classicamente dividida em padrões qualitativos e padrões quantitativos. Os primeiros procuram estudar como se dá a composição química de uma mistura analisada e os últimos se referem a razão percentual dos componentes de uma mistura de substâncias. 
A Análise Qualitativa, que é o ponto de interesse desta disciplina curricular, baseia-se nas propriedades físico-químicas das substâncias a serem analisadas, bem como na sapiência das características reacionais destas. Evidências empíricas como mudanças de coloração, precipitação, despreendimento de gases e o grau de solubilidade observado são indicadores de reações químicas e tais indicações são as guias de trabalho nesse tipo de análise. 
No caso da disciplina de Química Analítica Qualitativa Farmacêutica, o trabalho é feito majoritariamente pelos ensaios em via úmida, isto é, a partir do manuseio de soluções (principalmente aquosas). Além disso, todos os experimentos realizados em aula, sobre a solubilidade, o comportamento e identificação de cátions, foram em escala semimicroanalítica, ou seja, utilizando alíquotas de soluções na faixa de até 1 ml. 
CLASSIFICAÇÃO DOS CÁTIONS EM QUÍMICA ANALÍTICA:
 Os cátions são separados em grupos analíticos, segundo o critério de peculiaridades que os mesmos possuem frente a um determinado reagente a uma determinada temperatura. Aqueles cátions que fazem parte da composição de um sólido precipitado logo após reagirem fazem parte de um mesmo grupo analítico.
 Eis os grupos:
Grupo I: os cátions deste grupo precipitam como cloretos a partir da adição de ácido clorídrico (HCl) diluído a temperatura ambiente. São eles os cátions prata (Ag+); chumbo (II) (Pb2+) e mercúrio (I) (Hg22+). 
Grupo II: precipitam como sulfetos insolúveis em HCl diluído, a partir da adição de HCl diluído na faixa de 0,1 a 0,3 M e de ácido sulfídrico (H2S) a 100°C sob banho-maria. São eles os cátions cobre (I) (Cu2+); mercúrio (II) (Hg2+); chumbo (II); estanho (II) e estanho (IV) (Sn2+/4+); bismuto (III) (Bi3+); antimônio (III) e antimônio (IV) (Sb3+/5+); e arsênio (III) e arsênio (V) (As3+/5+). 
Grupo III-A: precipitam como hidróxidos na adição de cloreto de amônio sólido (NH4Cl) e hidróxido de amônio (NH4OH) diluído a temperatura ambiente, que formam uma solução-tampão. São eles os cátions ferro (III) (Fe3+); alumínio (Al3+) e cromo (III) (Cr3+). 
Grupo III-B: precipitam como sulfetos na adição de H2S na presença de NH4Cl e NH4OH, a 100°C sob banho-maria. São eles os cátions manganês (II) (Mn2+); zinco (Zn2+); cobalto (II) (Co2+) e níquel (II) (Ni2+).
Grupo IV: precipitam como carbonatos na adição de carbonato de amônio ((NH4)2CO3) na presença de NH4Cl e NH4OH. São eles os cátions bário (Ba2+); cálcio (Ca2+) e estrôncio (Sr2+). 
Grupo V: são solúveis em todos os reagentes acima. São eles o magnésio (Mg2+); sódio (Na+); potássio (K+); lítio (Li+) e amônio (NH4+). Entretanto, para que sejam retirados os resíduos dos demais cátions que podem estar juntos aos desse grupo, é necessário adicionar sulfato de amônio ((NH4)2SO4) e oxalato de amônio ((NH4)2C2O4).
CH
3
-CS-NH
2
 + H
2
O 
→ 
CH
3
-
CO-NH
2
 
+ H
2
S Uma observação a ser feita se deve ao fato de que, durante as aulas práticas, quando se desejava adicionar o H2S na solução analisada, adicionava-se tioacetamida (CH3-CS-NH2), que em banho-maria se decompunha em H2S e acetamida (CH3-CO-NH2).
OBJETIVO DA PROVA PRÁTICA
 Os alunos deveriam identificar quais eram os cátions que faziam parte de uma mistura, sendo que cada uma era diferente para cada aluno. Era de conhecimento prévio de que não estariam presentes As3+ , Ca2+, Co2+ e Ni2+. Somente havia um cátion de cada grupo, e ao todo, seriam três cátions.
 Havia três probabilidades de resultados:
Probabilidade A: grupos I, II e V
Probabilidade B: grupos III-A, IV e V
Probabilidade C: grupos III-B, IV e V.
 Antes dos testes, deveria-se também verificar o pH inicial da amostra (através de um papel tornassol. Se o papel rosa ficasse azul, a amostra é alcalina. Se o papel azul ficasse rosa, a amostra é ácida) e a coloração da amostra, que poderia ser um indicativo de qual tipo de cátion poderia haver ali (se a amostra fosse incolor, a probabilidade de haver cátions de metais alcalinos ou alcalinos-terrosos é grande. Se fosse azul-claro, poderia haver cobre (II). Se fosse alaranjada, poderia indicar a presença de ferro (III). E se fosse esverdeada, poderia indicar a presença de cromo (III)).
MATERIAIS EMPREGADOS
 Foram utilizados sete tubos de ensaio; um béquer de 50 ml; um béquer de 150 ml; um suporte para banho-maria; um estante; um bastão de vidro; uma pissete; uma proveta de 10 ml; duas pipetas Pasteur de plástico; um vidro de relógio; tirinhas de papel tornassol rosa e azul; uma placa de toque e uma mini-caçarola de porcelana. Além disso, uma centrífuga foi frequentemente solicitada.
 Os seguintes reagentes foram utilizados: HCl diluído (a 6N e 3N) e concentrado; solução de tiocianato de amônio (NH4SCN); NH4OH (diluído a 3N); HNO3 concentrado; bismutato de sódio sólido (NaBiO3); NaOH diluído; NH4Cl sólido; tioacetamida; peróxido de hidrogênio (H2O2); água destilada; carbonato de amônio a 3N; ácido acético diluído (a 2M e 6N); solução de acetato de amônio (NH4CH3COO) diluído a 3M e solução de dicromato de potássio (K2Cr2O7). 
METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO
5.1 – ASPECTOS INICIAIS
 Foi recebida uma amostra de número de identificação 10, contida em um tubo de amostra. Ela era incolor e o seu pH era levemente ácido, o que foi verificado pela mudança branda de coloração de uma tira de papel tornassol azul para rosa. 
– TESTES PRELIMINARES
 Antes de se efetuar os testes de identificação clássicos, deveria ser realizados alguns procedimentos para a verificação de alguns cátions diretamente na amostra a ser analisada.
TESTE DO CÁTION NH4+: uma alíquota de aproximadamente 1 ml da amostra foi despejada no béquer de 50 ml. Umedeceu-se com água destilada o vidro de relógio, a fim de que, em uma de suas faces, fosse fixada uma tira de papel tornassol rosa. Em seguida, foram adicionadas 5 gotas de solução aquosa de NaOH. Cubriu-se o béquer com o vidro de relógio com a face em que foi fixada a tira de papel voltada para o recipiente. O despreendimento do gás amônia (NH3) modificou a cor do papel de rosa para azul, o que comprova que existia na amostra o cátion NH4+, logo, ele era o cátion do grupo V. Este teste é importante porque ao longo do processo de identificação e separação de cátions, são adicionados vários compostos contendo tal íon, logo, é imprescindível identificá-lo primeiro. Isso é verificado através da seguinte equação química:
NH
4
+
 + OH
-
 
⇄
 NH
3 
↑ + H
2
O
 
Como foi adicionado NaOH, logo, mais OH-, o equilíbrio da reação é deslocada para a formação de gás amônia, de caráter alcalino.
TESTE DO FERRO (III): o fato da coloração da amostra não possuir coloração alaranjada não significa dizer que ela não possuia Fe3+, pois não é uma característica afirmativa e sim, indicativa. Para identificar se há ou não tal cátion, foi realizado o seguinte teste: pegou-se uma alíquota de aproximadamente 0,5 ml da amostra para transferir para um tubo de ensaio. Em seguida, adicionou-se 5 gotas de HCl 6N até o pH ficar ácido (fato verificado pela mudança de cor do papel tornassol azul para rosa). Aqueceu-se este tubo em banho-maria no béquer de 150 ml com o auxílio do suporte durante 2 minutos. Adicionou-seNH4SCN nesse tubo. Se a coloração da amostra se tornasse vermelho-sangue, indicaria-se a presença de Fe3+. No caso do experimento, a coloração da amostra permaneceu inalterada, o que indicou a ausência de Fe3+. 
A presença de Fe3+ seria indicada pela formação de tiocianato de ferro (III) com a seguinte reação (fig.1):
Fe
3+
 
+ 3 SCN
-
 
⇄ 
Fe(
SCN)
3
Fig.1: esta seria a coloração da amostra se o teste do Fe
3+
 indicasse positivo. Um aspecto parecido com o de sangue
TESTE DO MANGANÊS (II): Transferiu-se 0,5 ml da amostra para outro tubo de ensaio. Como a amostra estava com um pH ácido, deveria-se, primeiro, alcalinizá-la levemente adicionando 5 gotas de NH4OH 3M. Depois, juntou-se 7 gotas de HNO3 concentrado à capela, até que o pH ficasse fortemente ácido novamente (verificou-se pela mudança de coloração do papel tornassol azul para rosa). Em seguida, foi adicionado uma quantidade mínima possível de NaBiO3 com o auxílio do bastão de vidro. Se o resultado desse teste fosse positivo, a coloração da amostra se tornaria púrpura de modo bem rápido. Entretanto, o resultado deu negativo, pois a coloração da amostra se tornou marrom. 
2
 
M
n
2+
+ 5 NaBiO
3
 + 14 H
+ 
⇄ 
2 MnO
4
-
 + 5 Bi
3+
 + 7 H
2
O + 5 Na
+A presença de Mn2+ seria indicada pela formação de íons permanganato com a seguinte reação (fig.2): 
 
Fig.2: se o teste do manganês (II) desse positivo, esta seria a coloração da amostra. Entretanto, ela permaneceria em um tempo bem 
pequeno
– ENSAIO DO GRUPO I
Transferiu-se uma alíquota de aproximadamente 1 ml da amostra para um tubo de ensaio e adicionou-se 8 gotas de HCl 3N (como não havia disponível nessa concentração, foi diluído HCl 6N em 1 parte do ácido para 2 partes de água destilada na proveta). Levou-se logo em seguida o tubo de ensaio para uma centrífuga. As seguintes reações poderiam ocorrer se houvesse cátions do grupo I:
Ag
+
 + 
HCl
 
⇄
 
AgCl
 ↓ + H
+
Pb
2+ 
+ 
HCl
 
⇄ 
PbCl
2
 ↓ + H
+
Hg
2
2+
+ 
HCl
 
⇄ 
Hg
2
Cl
2
↓ + H
+
 Entretanto, não houve formação de precipitado nessas condições, logo, não havia cátion do grupo I. Com esse resultado, a probabilidade A foi descartada e por isso, não foi realizada a tentativa de identificação do grupo II.
– ENSAIO DO GRUPO III-A
 
Tomou-se uma alíquota de aproximadamente 1 ml da amostra e transferiu-na para um tubo de ensaio, juntando a ela uma porção de NH4Cl sólido com o auxílio do bastão e 5 gotas de NH4OH 3N. A reação entre esses compostos gera uma solução-tampão de pH levemente alcalino (fig.3). Depois, levou-se esse tubo à centrífuga para verificar se houve precipitação de hidróxidos segundo as seguintes equações (fig.4):
Fe
3+
 + 3 OH
-
 
⇄
 
Fe(
OH)
3
↓ (coloração ferrugem)
Cr
3+
 + 3 OH
- 
⇄ 
Cr(
OH)
3 
↓ (coloração verde)
Al
3+
 + 3 OH
-
 
⇄ 
Al(
OH)
3 
↓ (coloração branca)
 
Fig.3: Reação da solução-tampão de 
pH
 alcalino de NH
4
Cl e NH
4
OH 
Fig.4: como seria a coloração dos 
3
 hidróxidos do grupo III-A. 
 Entretanto, não houve precipitação no final da centrifugação, logo, não havia cátions do grupo III-A na amostra, e por isso, foi descartada também a probabilidade B. Só restou então, a probabilidade C.
– ENSAIO PARA O GRUPO III-B
Trabalhando-se agora com a probabilidade C e com os fatos de que houve resultado negativo para o teste de Mn2+ e que não haveria cátions Ni2+ e Co2+, só levou-se a prever que o representante desse grupo era o cátion Zn2+. Mas, para vias de confirmação definitiva e não restar dúvidas, foi realizado mesmo assim o teste. A partir de um tubo de ensaio com 1 ml aproximadamente de amostra, adicionou-se novamente NH4Cl sólido com auxílio do bastão de vidro e 5 gotas de NH4OH 3M. Em seguida, pingaram-se quatro gotas de tioacetamida e levou-se o tubo para o banho-maria no béquer já pré-aquecido, para ocorrer a formação de H2S. Depois de 3 min, levou-se a mistura para centrifugar.
As reações possíveis para esse grupo eram:
Mn 
2+
 + H
2
S 
⇄
 
MnS
↓ + H
+ 
(coloração roxa)
Zn
2+ 
+ H
2
S 
⇄ 
ZnS
↓ + H
+
 (coloração branca)
Ocorreu a formação de um precipitado branco, um forte indício de que seria de fato o sulfeto de zinco. Retiramos o sobrenadante incolor e o reservamos em outro tubo de ensaio, pois já se sabia que nele estava contido o cátion NH4+ e o do grupo IV. Para ter mais certeza sobre de qual cátion do grupo III-B se tratava, dissolveu-se com 5 precipitado com HCl diluído 6N e transferiu-se para a mistura para a caçarola em banho-maria na capela a fim de expulsar o H2S, por 4 minutos. Juntou-se 5 gotas de NaOH em solução aquosa mais 5 gotas de H2O2 e aqueceu-se a msitura em banho-maria novamente por 2 minutos e centrifugou-se. Se o precipitado ficasse solúvel nessa mistura, indicava a presença de Zn2+, o que de fato aconteceu.
– ENSAIO PARA O GRUPO IV
A última parte da prova prática foi realizar a separação do cátion NH4+ do cátion do grupo IV a ser identificado. Com o sobrenadante da etapa anterior, despejou-se este na caçarola para ser aquecido e expulsar o H2S, por 3 minutos. Em seguida, na própria caçarola, adicionou-se 5 gotas de NH4OH 3M e uma porção pequena de NH4Cl sólido com o bastão de vidro até atingir o pH alcalino (verificou-se com o papel tornassol rosa a mudança de sua coloração para azul a partir da placa de toque). Em seguida, pingaram-se 10 gotas de (NH4)2CO3 3M e devolveu-se esta mistura para o tubo de ensaio. Levou-se, posteriormente, para a centrífuga.
As seguintes reações de precipitação que poderiam acontecer eram:
Ba
2+
 + CO
3
- 
⇄
 
BaCO
3
↓
Sr
2+
 + CO
3
-
 
⇄ 
SrCO
3
 
↓
 Depois da centrifugação, retirou-se o sobrenadante (que nada mais era que o cátion NH4+) e descartou-se. Com o precipitado branco, adicionou-se 6 gotas de água destilada, 5 gotas de ácido acético 2M (na bancada, havia o 6M, que foi diluido na proveta em 1 parte do ácido para 3 partes de água destilada), 5 gotas de acetato de amônio 3M (formando uma solução-tampão de pH ácido [fig.5]) e 5 gotas de K2Cr2O7 e centrifugou-se.
Fig. 5: reação da solução-tampão de NH
4
CH
3
COO e CH
3
COOH, de 
pH
 levemente ácido
Ba
2+
 + Cr
2
O
7
2-
+ H
2
O
 
⇄
 
BaCrO
4
 
↓ + CrO
4
2-
 + 2 H
+Verificou-se a presença de um sobrenadante amarelado com um precipitado também amarelo, que era o cromato de bário (BaCrO4) (fig.6), formado pela seguinte reação: 
Fig.
6 :
 precipitado BaCrO
4
 amarelo
– CONCLUSÕES
Os cátions presentes na amostra n° 10 eram: amônio (NH4+); zinco (Zn2+) e bário (Ba2+).
 7- BIBLIOGRAFIA
LOPES, Cláudio Cerqueira; LOPES, Rosângela Sabbatini Capella; LEITE, Zélia Therezinha Custódio - Apostila de Análise Qualitativa de Cátions, Ânions e Sais – Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de Janeiro
VOGEL, Arthur Israel – Química Analítica Qualitativa, 5ª edição – São Paulo: Editora Mestre Jou, 1981