1 IDENTIFICACÇÃO DE CATIONS

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL
CURSO DE QUÍMICA INDUSTRIAL
				
Identificação dos cátions 
Relatório apresentado 
como avaliação parcial da 
disciplina de analítica experimental, 
ministrada pela profª. 
 Drª Claudia Andréa Lima Cardoso.							
	 
 Acadêmicas: Ana Claudia Rocha Cabral 17656
 Nayara Mendes
Dourados/Ms
2016
Materiais e reagentes
Materiais
Tubo de ensaio
Placa de petri
Suporte para tubos
Pipeta de Pasteur
Espátula
Papel de tornassol
Pisseta
Béquer 50 ml
Vidro de relógio
Pipeta graduada 1 ml
Pipetador ou pêra
Capsula de porcelana
Rola para tubos de ensaio
Papel de filtro
Conta-gotas
Fita crepe
Pinça de madeira
 Reagentes
Ácido clorídrico (HCl- 6 mol/l)
Hidróxido de amônio (NH4OH- 6mol/l)
Carbonato de amônio ((NH4)2CO3- 1mol/l)
Ácido acético (CH3COOH- 6 mol/l)
Acetato de sódio (CH3COONa- 3 mol/l)
Dicromato de potássio (K2Cr2O7- 0,5 mol/l)
Sulfato de amônio [(NH4)2SO4- 2,5 mol/l]
Oxalato de amônio [(NH4)2C2O4- 0,25 mol/l]
Hidrogenofosfato de sódio (Na2HPO4- 1 mol/l)
Acido clorídrico (HCl- 1mol/l)
Água destilada
Ácido nítrico (HNO3- 4 mol/l)
Tiocetamida
Cloreto de amônio (NH4Cl- 1 mol/l)
Sulfato de amônio [(NH4)2SO4- solido cristais]
Estanito de sódio
Acido sulfúrico (H2SO4- 6mol/l)
Tiossulfato de sódio (Na2S2O3)
Hexacianoferrato de potássio [K3(Fe(CN)6)]
Tampão cloreto de amônio/ hidróxido de amônio – 1 mol/l
Peróxido de hidrogênio (H2O2- 3%)
Hidróxido de sódio (NaOH- 1 mol/l)
Ditizona
Álcool amilico
Dimetilglioxina
Bismuto de sódio
Tiocianato de amônio [(NH4)2SCN – cristais sólidos]
 Equipamentos
Bico de Bunsen
Banho- Maria
Centrífuga
Chapa aquecedora
Procedimento experimental
Identificação dos cátions do grupo IV
Tomou-se uma amostra desconhecida de número 1, onde esta se encontrava solubilizada, dividiu-se em 3 partes. A primeira parte para a verificação da presença do íon NH4+, adicionando excesso de base forte NaOH, aqueceu-se a solução para expelir o gás NH3, colocando-se um papel tornassol vermelho umedecido com água destilada. 
A segunda parte reservou-se para uma possível contra prova e ao restante da amostra utilizou-se para análise, colocou-se a solução em um tubo de ensaio e adicionou ácido clorídrico 6 mol/L até que o pH da solução ficasse igual a 0,5. 
Ao acidificarmos o meio com ácido gerou uma precipitação de AgCl e PbCl2 devido a um excesso de íons cloreto livre em solução, assim os íons podem precipitar-se em forma de cloreto, tais sais possuem a propriedade de não solubilizar-se na presença de água, promovendo assim uma camada de sal no fundo do tubo de ensaio.
Levou-se para a centrífuga por aproximadamente 10 minutos, centrifugou e separou o precipitado do sobrenadante, no sobrenadante pode conter os cátions do grupo IV B, III e II reservando –o. Testou-se a precipitação completa.
2Cl-(aq) + Pb2+ ↔ PbCl2(s)
Cl-(aq) + Ag+ ↔ AgCl(s)
Os íons deste grupo (Ag+ e Pb2+) são precipitados na forma de cloretos insolúveis pela adição de um ligeiro excesso de acido clorídrico. (Baccan, 1988)
No precipitado pode conter os cloretos do grupo IV A (AgCl e PbCl2), neste precipitado adicionou-se NH4OH 6 mol/L, gota a gota com agitação até a solubilização completa do possível sal de AgCl, tal sal em contato com a amônia forma um complexo solúvel em água.
O precipitado branco de AgCl é solúvel em solução de hidróxido de amônio devido à formação de um complexo solúvel incolor. (CARDOSO, 2011, pag.33)
AgCl + 2 NH4OH ↔ Ag(NH3)2+ +2 H2O + Cl-
no sobrenadante, adicionou-se solução de iodeto de potássio para a verificação da Ag+. Observou-se a formação de um precipitado levemente amarelado.
Ocorre formação de um precipitado amarelo de iodeto de prata insolúvel em solução de hidróxido de amônio. (Cardoso, 2011, pag 34)
Ag+ + I- ↔ AgI↓
Ao sobrenadante contendo cátions do grupo IV B, III e II, na capela adicionou 1 ml de tiocetamida tampando o tubo e levou para o banho-maria. Passado 3 minutos verificou o pH da solução, sendo que este ajustado em 0,5 com NaAc 2 mol/L, adicionou mais 0,5 ml de tiocetamida e aqueceu novamente por mais 3 minutos. Centrifugou e separou o precipitado do sobrenadante, no sobrenadante pode conter os cátions do grupo III e II reservando –o. Verficou-se a precipitação completa.
No precipitado pode conter os sulfetos do grupo IV B (Bi2S3, CuS, CdS e PbS), este precipitado foi lavado com 1 ml de cloreto de amônio e depois com 1 ml de água, adicionou-se 10 gotas de acido nítrico 4 mol/L e aqueceu-se em banho-maria por aproximadamente 5 minutos ou até a dissolução completa. Adicionou sulfato de amônio a mistura com agitação, centrifugou-se. Verificou-se a precipitação completa.
No sobrenadante adicionou hidróxido de amônio 6 mol/l em excesso e levou para a centrifuga por aproximadamente 10 minutos. . Separou o precipitado do sobrenadante. Testou-se a precipitação completa. Ao precipitado adicionou-se estanito de sódio e observou se houve formação do precipitado de bismuto.
Do sobrenadante retirou algumas gotas para determinação da presença de Cobre, acidificou-se com acido acético e adicionou-se algumas gotas de ferrocianeto de potássio 0,5 mol/L, para a determinação do cobre, observando assim se houve formação do precipitado.
Ao restante do sobrenadante para a determinação de cádmio, adicionou-se gotas de acido sulfúrico 6 mol/L e depois gotas de tiossulfato de sódio, aqueceu a solução em banho- maria. Centrifugou e separou o precipitado do sobrenadante, o precipitado foi descartado e no sobrenadante adicionou algumas gotas de hidróxido de amônio e algumas gotas de tiocetamida, e observou se houve formação do precipitado.
Identificação dos cátions do grupo III
Colocou o sobrenadante reservado no procedimento acima, numa capsula de porcelana e levou ao aquecimento na chapa aquecedora, para que houvesse uma maior concentração dos reagentes envolvidos na reação e para a eliminação de todo H2S que a solução continha. Testou-se o pH desta solução após o aquecimento, adicionou gotas de hidróxido de amônio 6 mol/l para que a solução obtivesse pH igual a 7, adicionou gotas de solução tampão de cloreto de amônio/hidróxido de amônio 1 mol/l até pH 9,2. Na capela adicionou 1 ml de tiocetamida, tampou o tubo e levou para o banho-maria por aproximadamente 10 minutos.
Centrifugou e separou o precipitado do sobrenadante, ao sobrenadante adicionou duas gotas de tiocetamida e percebeu que a precipitação foi completa, reservou este que contém cátions do grupo II.
Tomou-se o precipitado e lavou-o com solução de cloreto de amônio 1 mol/l á quente por 2 vezes. Em seguida adicionou 1 ml de acido nítrico e o colocou numa capsula de porcelana e levou para o aquecimento até que acaba-se o desprendimento de fumaça branca. Adicionou gotas de hidróxido de sódio 6 mol/L e peróxido de hidrogênio 3% e foi levado ao aquecimento, em seguida para a centrífuga, separando o precipitado do sobrenadante.
Separou o sobrenadante em três tubos de ensaio, no tubo um para determinar a presença de Alumínio, adicionou gotas de acido clorídrico diluído e gotas de hidróxido de amônio, levando para aquecimento no banho-maria.
Para determinar Zinco, pegou gotas da solução do tubo dois e colocou sobre um papel de filtro que estava em um vidro de relógio, e adicionou sobre este 1 gota de hidróxido de sódio 1 mol/l e 2 gotas de ditizona e observou a coloração formada.
No tubo três para determinar Cromo adicionou duas gotas de peróxido de hidrogênio, 2 gotas de acido sulfúrico e 2 gotas de álcool amilico e observou.
O precipitado pode conter os cátions Fe 3+, Co3+, Ni3+e Mn, dissolveu-se com HNO3 4 mol/L e H2O2 , posteriormente adicionou-se solução de NH4OH em excesso e solução de NH4Cl, para determinar cada composto foi feitauma reação especifica:
Para o Fe 3+: Lavou o precipitado duas vezes com água destilada á quente, desprezou o sobrenadante. Adicionou ao precipitado três gotas de ácido clorídrico 6 mol/l, juntamente com 2 gotas de solução de tiocianato de amônio 1 mol/l e observou se houve formação do complexo.
Para Co3+: Pegou gotas da solução acima e adicionou gotas de ácido clorídrico e adicionou cristais de tiocianato de amônio e algumas gotas de álcool amilico e observou se houve a formação de algum complexo.
Para o Ni3+: Tomou algumas gotas da solução anterior e adicionou gotas de ácido clorídrico, adicionou gotas de dimetilglioxina e adicionou lentamente gotas de solução de hidróxido de amônio 6 mol/l, observando se houve formação do complexo. 
Para o Mn3+: Tomou duas gotas da solução anterior em um vidro de relógio, adicionou uma gota de acido nítrico concentrado e uma pitada de bismutato de sódio e observou se houve formação do complexo.
Identificação dos cátions do grupo II
Ao sobrenadante reservado acima que continha os cátions do grupo II, colocou-se 5 gotas de ácido clorídrico 6 mol/l , adicionou-se também 5 gotas de hidróxido de amônio 6 mol/l e com papel de tornassol testou-se o pH da solução, o próximo passo foi adicionar a solução 5 gotas de carbonato de amônio 1mol/l observou se houve a formação do precipitado. Testou-se a precipitação completa.
Como não foi observada a formação do precipitado, seguiu-se para os testes da derterminação de magnésio no sobrenadante, retirou- se 5 gotas e transferiu para um tubo de ensaio, adicionou-se a este 5 gotas de ácido clorídrico 6 mol/l, 5 gotas de hidrogenofosfato de sódio 1 mol/l e 5 gotas de hidróxido de amônio 6mol/l, até o meio ficar alcalino , depois adicionou-se mais 8 gotas de hidróxido de amônio 6mol/l e observou-se se houve a formação do precipitado.
Resultados e discussões
O teste de verificação de amônia foi realizado adicionando gotas de base forte, neste caso NaOH, para que ocorra a reação da hidroxila (OH-) da base forte com o hidrogênio ácido que possa estar ligado a uma molécula do íon amônio, para que assim ocorra a formação de água e deixando a molécula de amônia livre no meio. Com o aquecimento da solução a molécula de amônia começa a ser liberada como gás. 
Ao colocarmos o pedaço de papel tornassol vermelho umedecido com água destilada na boca do recipiente que continha a solução o papel tornassol vermelho não se tornou azul, ou seja não contem amônia. 
Caso a amostra contivesse amônia ao aquecer a solução o gás amônia expelido se solubilizaria na fina camada de água que a superfície do papel continha, e assim a molécula de amônia reagiria com o hidrogênio livre da água e haveria a basificação do meio, tornando a cor do papel tornassol vermelho para azul.
Ao acidificarmos o meio com HCl até o pH 0,5 gerou-se uma precipitação de PbCl2 e AgCl devido a um excesso de íons cloretos livre em solução, assim os íons podem precipitar-se em forma de cloreto, tais sais possuem a propriedade de não solubilizar-se na presença de água, promovendo assim uma camada de sal no fundo do tubo de ensaio após a centrifugação da solução, o sobrenadante contendo cátions dos grupos IV B, III e II foi reservado.
2Cl-(aq) + Pb2+ ↔ PbCl2(s)
Cl-(aq) + Ag+ ↔ AgCl(s)
No precipitado foi adicionadas gotas de NH4OH 6 mol/L para que acontecesse a solubilização do sal de AgCl ou PbCl2 que poderia conter o precipitado, tal sal em contato com amônia forma um complexo solúvel em água.
AgCl + 2 NH4OH ↔ Ag(NH3)2+ + 2 H2O + Cl-
Adicionamos ao sobrenadante o ácido, pois a solução estava muito básica devido o excesso de NH4OH que foi adicionado, pois a prata não é facilmente solúvel em nesta, não observou-se formação de precipitado, sendo assim não encontramos Ag+ em nossa amostra.
Ao precipitado que se formou provavelmente de Pb através da adição de HCl
Pb2+ + 2 Cl- →.PbCl2 ↓
Os íons deste grupo (Ag+ e Pb2+) são precipitados na forma de cloretos insolúveis pela adição de um ligeiro excesso de ácido clorídrico. O PbCl2 não é muito solúvel em soluções frias, mas a sua solubilidade aumenta com o aumento de temperatura. 
Nivaldo Baccan Introdução á semimicroanálise qualitativa /... (et al.) -- 2.ed. -- Campinas : Editora da UNICAMP, 1988. Pag 30
Com o íon chumbo ocorre a formação de um precipitado branco em forma de agulhas ou palhetas brilhantes de cloreto de chumbo. O precipitado é dissolvido se aquecermos a solução e reprecipitado pelo esfriamento da mesma.
CARDOSO, C.A.L. Química Analítica Experimental. Apostila de Química Analítica Qualitativa. Dourados- MS. 2009. p.33.
Ao sobrenadante que continha os cátions dos grupos IV B, III e II foi adicionado 20 gotas tioacetamida e levados ao banho-maria por 10 minutos, após o tempo estabelecido foi medido o pH da solução, o mesmo estava inferior a 0,5, desse modo adicionamos gotas de NaAc para chegar no valor de pH pré-estabelecido, foi escolhido o NaAc pois este composto é uma base fraca, onde é possível o ajuste fino de pH devido a sua baixa reatividade. Foi adicionado ainda ao tubo gotas de tioacetamida para ocorrer a precipitação dos cátions do grupo IV B em forma de sulfetos. 
O pH dessa solução deveria ser 0,5 pois abaixo desse valor não há a formação do precipitado pois existe muito hidrogênio ácido livre em solução, o que proporciona a formação de ácido sulfídrico com o enxofre proveniente da tioacetamida, o valor não pode ser tão mais alto que 0,5 pois acaba proporcionando a precipitação de metais que não pertencem ao grupo IV B, contaminando assim a amostra e a solução foi levada para aquecimento em banho-maria pois como a formação do sal é endotérmica, o fornecimento de energia favorece a reação.
O precipitado de sulfetos dos metais do grupo IV B foi lavado com amônio, água destilada e depois foi adicionado ácido nítrico 4 mol/L até a dissolução do mesmo. Foi lavado para eliminar impurezas solúveis em água e em solução básica, garantindo que tinha somente sais do grupo IV B.
A adição de ácido nítrico dissolve o precipitado, pois ele proporciona hidrogênios ácidos para a solução, desse modo ocorre a formação de ácido sulfídrico em detrimento com a forma de sal de enxofre, acontecendo assim a dissociação do ácido. Como nesta parte de experimento poderia ter íons chumbo, foi adicionado sulfato de amônio a solução, onde todo o íon de chumbo reagiria com o sulfato e se precipitaria como sulfato de chumbo, mas como foi certificado que todo o chumbo foi precipitado na forma de cloreto de chumbo no inicio do experimento, a solução foi levada para a centrífuga e não foi observado nenhum precipitado.
A solução foi adicionada gotas de NH4OH de modo que ficasse em excesso de íons hidroxila no meio, ou seja, pH básico, não houve a precipitação de hidróxido de bismuto e em solução estava os íons cobre e cádmio complexados com amônia.
Do sobrenadante que poderia conter os íons cádmio e cobre, foi pego algumas gotas para a determinação do cobre adicionou-se gotas de ferrocianeto de potássio, não houve reação alguma, indicando que a solução não continha cobre. Possivel causa continha pouco precipitado e com tantas diluições que foi feita a sua concentração foi baixa. A seguir reação do possível precipitado que seria formado:
Cu2+(s) + Fe (CN)64- (aq) ↔ Cu2[Fe(CN)6]↓ (s)
Para verificação de cádmio, foi adicionado a solução tioacetamida e levado ao banho-maria, não houve a formação do esperado precipitado amarelo, ou seja não continha cádmio.
Ao tubo de ensaio em que foi separada a parte que continha os metais do grupo II e III foi levada para a chapa aquecedora para a eliminação do H2S, ou seja, o enxofre que já tinha sofrido reação e que não estava facilmente disponível. Com a neutralização da solução, a adição do tampão para que o pH chegasse a 9,2, a adição da tioacetamida e o aquecimento serviu para precipitar os cátions que precipitam em forma de sulfetos mas necessitam de uma baixíssima concentração de hidrogênio ácido na solução, como a reação de formaçãode um sal geralmente é endotérmica, o aquecimento serviu para a catalise da reação.
O precipitado formado que continha os cátions do grupo III foi lavado 2 vezes para a certificação de que não existia nenhum contaminante, desse modo foi adicionado acido nítrico para a solubilização do mesmo e assim levado novamente para aquecimento ate o desprendimento total de uma fumaça branca, resíduos de outras reações no meio e o sobrenadante dos cátions do grupo II foram reservados.
Para a cápsula de porcelana que continha os elementos do grupo II foi adicionada gotas de hidróxido de sódio em excesso e peróxido de hidrogênio, levado para o banho maria e após para a centrífuga, tais procedimentos foram feitos para a precipitação de ferro III, cobalto II, níquel II e manganês II em forma de hidróxido,mas não ocorreu a precipitação.
 Ao sobrenadante pode conter alumínio, zinco formam complexos solúveis na forma de hidróxidos e o cromo forma o íon cromato em solução básica com excesso de oxigênio. 
Para a determinação de alumínio foi adicionado em seu tubo gotas de ácido clorídrico para a transformação do complexo de alumínio em íons em solução, possibilitando assim mais liberdade reativa para o metal, logo após foi adicionado hidróxido de amônio, uma base fraca que não possibilita condições para a formação do complexo de alumínio. Foi levado ao aquecimento para catálise da reação de formação, não ocorreu a formação de precipitado branco gelatinoso.
Foi transferido para um papel de filtro gotas de solução a determinar zinco, gotas de hidróxido de sódio e gotas de ditizona, com isso houve a formação de uma leve coloração rósea, o que indica a presença de zinco no meio. (CARDOSO, 2011. Pag 29)
Zn2+ + 2OH - ↔ Zn(OH)2 (s) 
Com excesso de reativo forma
Zn(OH)2 (s) + OH - ↔ Zn(OH)4-
Com a adição da ditizona forma-se um quelato
Zn(OH)4- + C13H11N4S ↔ Zn( C13H11N4S)2(s)
Para a determinação de cromo foi adicionado em um tubo de ensaio gotas da solução, peróxido de hidrogênio, regulado o pH para alcalino, álcool amílico e ácido sulfúrico, não apareceu a coloração azul em solução, o que indica que não tem a presença de cromo. 
Identificação dos cátions do grupo II
Ao sobrenadante adicionou-se o ácido clorídrico, hidróxido de amônio, este é utilizado para deixar o meio básico, pois, os cátions desse grupo precipitam em meio neutro ou básico, ao adicionarmos essas duas soluções na amostra a reação desta ficará assim:
HCl(aq) + NH4OH(aq) ↔ NH4Cl(aq) + H2O
O Mg2+ não forma carbonatos, porém na presença de hidróxido de amônio há precipitação parcial de hidróxido de magnésio branco gelatinoso.
Mg 2+ (aq) + NH4OH(aq) ↔ Mg(OH)2↓ + 2 NH4
O precipitado é muito escassamente solúvel em água, mas facilmente solúvel em sais de amônio. (CARDOSO, 2011, pag,16)
A concentração do íon amônio, devido à dissociação do sal amônia completamente ionizado, aumenta e conseqüentemente a concentração dos íons hidroxila diminuem por causa do efeito do íon comum. A pequena concentração do íon hidroxila, já baixa diminui ainda mais, de modo que uma grande parte do sal de magnésio permanece em solução. Na presença de uma concentração suficiente de sais de amônio, a concentração do íon hidroxila é reduzida a um valor tal que o produto de solubilidade do Mg(OH)2 não será alcançado, por isso o magnésio não é precipitado pela solução de amônia na presença de cloreto de magnésio ou outros sais de amônio (VOGEL,1981 ).
Para que fosse feita a identificação do magnésio acidificou-se a solução com HCl diluído, adicionou-se solução de fosfato dissódico (Na2HPO4) 1 mol/L e adicionou-se hidróxido de amônio até a reação tornar-se alcalina. Houve a formação de um precipitado branco indicando a presença de magnésio.
HPO42- + OH- ↔ H2O + PO43-
Mg2+ + PO43- + NH4+ + 6 H2O↔ Mg NH4 PO4 . 6 H2O (s)
4- Conclusão
Após a análise da amostra desconhecida, identificou-se a presença dos cátions Ferro, Chumbo, Bismuto, Zinco, Magnésio, e o íon NH4+ sendo estes caracterizados pelas suas reações especificas, para que não houve o risco de algum contaminante interferir no resultado final.
5- Referência bibliográfica
CARDOSO, C.A.L. Química Analítica Experimental. Apostila de Química Analítica Qualitativa. Dourados- MS. 2009. p.18,19,21,29,31,32,37,38,39 e 40..
VOGEL, A.I. Química Analítica Qualitativa. 5. ed.rev. São Paulo.Mestre Jou,1981.
BACCAN, N. et al Introdução a semi-microanálise qualitativa. 2 ed. Campinas Editora da UNICAMP, 1988. Pag 30
Nivaldo Baccan Introdução á semimicroanálise qualitativa /... (et al.) -- 2.ed. -- Campinas : Editora da UNICAMP, 1988. Pag 30
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