ANÁLISE SISTEMÁTICA DE CÁTIONS DO GRUPO II

Prévia do material em texto

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
LICENCIATURA PLENA EM QUÍMICA
PROFESSOR JANDYSON MACHADO SANTOS
QUÍMICA ANALITÍCA II
ANÁLISE SISTEMÁTICA DE CÁTIONS DO GRUPO II 
(MARCHA ANALÍTICA DO Na2CO3)
ALEX SANDRO NASCIMENTO DA SILVA FILHO 
ALICE MARIANA SOUZA DE ALMEIDA
FABRICIO RAMOS DA SILVA
JOBSON ALBUQUERQUE DA SILVA
JOSÉ PAULINO DA SILVA NETO 
HAYANNE PETRUSKA FERREIRA DA SILVA
THAYANE CRISTINA DA SILVA MOREIRA
RECIFE, 2018.
INTRODUÇÃO
É de grande importância para a química analítica o estudo dos íons que constituem uma dada amostra, buscando compreender propriedades desta, tal como observar comportamentos frente a algumas variáveis numa reação química. 
Ao se deparar com uma substância desconhecida, consequentemente também nos deparamos com o desafio de saber sua composição, e com isso, buscam-se métodos a fim de identificar alguns componentes dessa amostra. O uso da literatura é importante para obter o embasamento que forneça descrições que identifiquem estes constituintes através, por exemplo, da mudança de coloração, da formação de precipitados, da solubilidade de algum componente ou até mesmo da velocidade com que tal acontece. Com isso podemos entrar no estudo dos íons e com este suporte podermos caracterizá-los e posteriormente identificá-los por intermédio de uma análise sistemática seguindo uma ordem lógica, utilizando reagentes precisos para que obtenhamos resultados satisfatórios. 
Ao focar no estudo dos cátions, as metodologias descritas para eles são todas sistemáticas, desmembrando uma amostra inicial em grupos e subgrupos, tornando isso possível pela afinidade com que cada componente destes têm com um dado reagente. Para Vogel (1981, p. 213) é através do emprego sistemático desses assim chamados reagentes de grupo que podemos tirar conclusões sobre a presença ou ausência de grupos de cátions e também separar tais conjuntos para uma posterior análise. 
A sistematização empregada está relaciona com a propriedade de solubilidade dos produtos formados, uns do motivo de sua aplicação está na percepção organolépticas trazidas pelas reações através da forma de precipitado ou mudança de coloração. Isso torna o coeficiente de solubilidade uma feramente que distingue além da afinidade de dado disperso em um dispersante, mas também um visualizador de diferentes características de uma certa substância e um importante instrumento para formação de uma marcha analítica.
O uso da marcha analítica tem o intuito de facilitar os procedimentos e organização, pois é um método de análise sistemática por via úmida que permite o reconhecimento de diferentes íons. Portanto os cátions metálicos são classificados de acordo com suas propriedades de solubilidade na presença de determinado ânion, essas substâncias separadoras de grupos são chamadas de reagente de grupo. Consequentemente após a etapa de separação ocorre a identificação desses cátions, que é atribuído as substâncias que desenvolvem características individuais com certo íon em dada temperatura ou pH, elas são reconhecidas como reagentes específicos. Logo, a marcha analítica tem a função de encaminhar as sequências necessárias para efetuar processos de identificação e separação de íons através da insolubilidade dos produtos. 
Na prática é utilizado a marcha analítica do carbonato, que classifica ao todo 5 grupos de cátions através das afinidades que eles possuem em relação a ânions específicos. A tabela a seguir relaciona esses grupos com seus respectivos reagentes de grupo.
	Marcha Analítica do Carbonato (Na2Co3)
	Grupos
	Cátions
	Reagente de grupo
	Produtos formados
	1°
	Sb+2, Sb+3, Ti+4, Sn+4
	HNO3
	Sb2O3, H2TiO3, H2SnO3
	2°
	Pb+2, Ag+, Hg2+2
	NH4Cl
	Cloreto insolúveis
	3°
	Ca+3, Pb+3, Sr+3, Ba+2
	(NH4)2SO4
	Sulfatos insolúveis
	4°
	Bi+3, Fe+3, Cr+3, Al+3
	(NH4)OH e NH4Cl
	Hidróxidos insolúveis
	5°
	Mn+2, Cu+2, Co+2, Ni+3, Hg+2, Cd+3, Zn+3, Ca+2, Mg+2
	-----
	Soluções complexadas
Tabela 1: Ânions responsáveis pela precipitação de determinados grupos de cátions metálicos
A partir desta sistematização, podemos separar os cátions abordados nesse relatório, que são Pb2+, Ag+ e Hg22+. E é através de seus procedimentos preestabelecidos, por meio de reações onde ocorram formações de precipitados e sua consequente separação do sobrenadante que chegamos ao objetivo final: separar seus componentes e identificar cada cátion. 
,
OBJETIVO
Realizar separação e análise sistemática dos cátions do grupo II (Pb2+, Ag+ e Hg22+) referente à marcha analítica do carbonato via úmida, por meio de reações seletivas e específicas.
MATERIAIS E REAGENTES:
Tubos de ensaio 
Estante
Chapa aquecedora
Centrífuga
Pinça de madeira
Amostra
Solução de NH4Cl 
Solução de NH4OH
Solução de K2CrO4
Solução de KI
Solução de HNO3
METODOLOGIA:
Separação e análise sistemática dos cátions do Grupo II da Marcha Analítica do Na2CO3:
Abaixo está presente a forma esquematizada e descritiva do método realizado
Solução
KI
KI
HNO3
NH4Cl
Sobrenadante
PPT:
PbCl2 + AgCl + Hg2Cl2
H2O
(Ebulição)
PPT:
AgCl + Hg2Cl2
NH4OH
K2CrO4
Sobrenadante
Sobrenadante
PPT:
[Hg(NH22)]Cl + Hg
Foi adicionado 1,0 mL de NH4Cl 3,0 mols.L-1, em um tubo de ensaio contendo uma solução com os 3 cátions do grupo em estudo, onde se observou a formação de precipitado. Após centrifugar esse precipitado, adicionou-se mais NH4Cl para verificar se a precipitação foi completa; centrifugou novamente a solução e o sobrenadante foi descartado. 
Ao precipitado adicionou-se 1 mL de água quente, em seguida o mesmo foi submetido a aquecimento em banho-maria e após isso centrifugado, onde separou o sobrenadante. Repetiu-se esse mesmo procedimento, reservou o precipitado e o sobrenadante foi dividido em dois tubos de ensaio. No primeiro tubo de ensaio adicionou-se gotas de K2CrO4 e no segundo gotas de KI (onde nos dois tubos de ensaio foi observado formação de precipitado, ambos de coloração amarela).
Ao precipitado reservado adicionou-se 1,0 mL de NH4OH, houve mais um processo de centrifugação e o sobrenadante foi reservado. Repetiu-se esse mesmo procedimento e dividiu o sobrenadante em dois tubos de ensaio. No primeiro tubo de ensaio foi feita a adição de gotas de KI e no segundo gotas de HNO3 (onde nos dois tubos de ensaio foi observado a formação de precipitado. Com a adição de KI o precipitado foi de coloração amarelo claro e com HNO3 o precipitado foi de branco).
RESULTADOS E DISCUSSÃO:
O estudo das análises qualitativas tem como finalidade básica a separação e identificação de cátions e ânions presente em soluções. A prática desenvolvida se baseia nesse conceito, pois utiliza da marcha analítica do carbonato para determinar os cátions do grupo II, Pb+2, Hg2+2, Ag+. O processo de isolamento de íons metálicos está relacionado com a constante de solubilidade desses cátions em um ânion especifico.
5.1 SEPARAÇÃOFigura 1: Precipitação dos íons Pb+2, Hg2+2, Ag+ com a adição do 	Cloreto de Amônia. Fonte - Autor
A análise foi realizada através de uma solução ácida e fria, que tinha como os disperso os cátions que serão separados. Nela foi adicionado cerca de 1 mL de Cloreto de amônia (NH4Cl). Essa substância quando em contato com íons metálicos do grupo II possui a característica de precipitar em solução, isso é devido ao sal formado entre o ânion cloreto com os cátions Pb+2, Hg2+2, Ag+ serem insolúveis no dispersante. Por esse motivo foi visualizado a formação de flocos e precipitado branco na adição do NH4Cl. Após de observada a precipitação dos principais cátions, o sobrenadante é desprezado. Como mostra a figura 1. [2]
	
Pb+2 (aq.) + 2 NH4Cl (aq.) ⇄ PbCl2 + 2 NH4+ (aq.) 
	
Kps = 1,6.10-5
	Ag+ (aq.) + NH4Cl (aq.) ⇄ AgCl + NH4+ (aq.) 
	Kps = 1,8.10-10
	Hg2+2 (aq.) + 2NH4Cl (aq.) ⇄ HgCl2 + 2 NH4+ (aq.) 
	Kps = 1,3.10-18
Observou-se que a amostra possui caráter ácido para deslocar a reação contra formação de complexos entre os íons metálicos com Amônia (NH3). Isso é possível devido à presença de íons Hidrônio na solução, que faz com que ocorra a doação do par de elétrons da Amônia (base de Lewis) para o próton do Hidrônio (ácido de Lewis). A fraca ou nenhuma formação de amônia na adição de NH4Cl prova esse descolamento. 
5.2 IDENTIFICAÇÃO
5.2.1 Identificação do Chumbo
Figura 2: Identificação do Chumbo. Fonte - Autor
Resultado na adição de KI 
Sobrenadante dividido em tubos
Resultado da adição de K2CRO4
Foi adicionada à solução 1mL de água quente e posteriormente a solução é deixada em banho-maria. Notou-se a diminuição do precipitado no tubo de ensaio, isso porque o chumbo está sendo diluído na solução. O comportamento se deve ao fato do Chumbo apresentar o maior Kps (observado na seção 5.1), sendo assim o primeiro a se solubilizar na mistura, esse processo é facilitado com o aquecimento, ou seja, o aumento da temperatura. Sua detecção é possível devido a separação dos cátions, que tem como precipitado o mercúrio e prata, e sobrenadante o chumbo.Figura 3: Resultado da identificação. Fonte - Autor
Para identificar e confirmar a presença de íons Pb+2 no sobrenadante, foi necessário dividir o mesmo em dois outros tubos. O primeiro reage com o Cromato de Potássio (K2CrO4), substância que possui uma coloração amarelada e solubilidade em água, quando na presença do Pb+2 continua amarelo, porém forma uma pequena quantidade de precipitado. O segundo sobrenadante reagiu com o Iodeto de Potássio (KI), que inicialmente tinha coloração transparente, formando um precipitado de cor amarela também. A figura 3 demostra os resultados. Ambos os resultados são característicos de reações com chumbo, comprovando a existência desse íon no meio. [1,3]
	Primeira reação:
	Pb+2 (aq.) + K2CrO4 (aq.) ⇄ PbCrO4 + 2 K+ (aq.) 
	Segunda reação:
	Pb+2 (aq.) + KI (aq.) ⇄ PbI + K+ (aq.) 
Observou-se que na segunda reação, não houve formação do precipitado amarelo quando adicionou o KI, isso foi devido à baixa concentração de chumbo presente no tubo de ensaio. Quando é adicionado uma gota de Nitrato de Chumbo (PbNO3) observa-se rapidamente a formação do precipitado amarelo. A figura 2 demostra os resultados por etapa.
5.2.2 Identificação do MercúrioFigura 4: Identificação do Mercúrio. Fonte – Autor.
Na adição de hidróxido de amônia (NH4OH) no precipitado formado na seção anterior, observou-se a mudança de coloração no meio do tubo de ensaio para cor preta, isso é devido a formação do complexo cloreto de mercúrio-amido, [Hg(NH2)]Cl, e principalmente pelo Mercúrio. A explicação está na presença de NH3 na solução, e o seu posterior ataque com os seus pares de elétrons no mercúrio. O método utilizado prova a presença de mercúrio (figura 4), porém existem formas mais conclusivas de reconhecimento do Hg, que é o uso de água régia com a consequente detecção com Cloreto de estanho (SnCl2). [3]
	Presença de amônia
	NH4OH (aq) ⇄ NH3 (l) + H2O (l)
	Reação de identificação
	Hg2Cl2 + 2 NH3 (l) ⇄ [Hg(NH2)]Cl + Hg (s) + NH4+ (aq.) + Cl
5.2.3 Identificação da PrataFigura 5: Identificação da Prata. Lado esquerdo reação com KI e direito com HNO3. Fonte – Autor.
	
O precipitado presente no tubo de ensaio após a separação dos íons metálicos da seção Identificação do Chumbo eram os cátions mercúrio e prata. Logo, para isolar esses dois cátions foi preciso a adição do hidróxido de amônio, que tem a função de formar complexos com esses metais. Os compostos de coordenação formados com a ligante amônia diferem em suas características organolépticas. Onde, o complexo descrito na seção anterior, cloreto de mercúrio-amido tem uma coloração preta e é parcialmente insolúvel (precipitado), enquanto o diaminoargentato [Ag(NH3)2]Cl é solúvel e incolor (sobrenadante). Por isso através da centrifugação é possível separar os complexos e consequentemente os metais. [3]
	Presença de amônia
	NH4OH (aq) ⇄ NH3 (l) + H2O (l)
	Reação de identificação
	AgCl + 2 NH3 (l) ⇄ [Ag(NH3)2]Cl (aq.) 
Após a separação do sobrenadante em outros dois tubos de ensaio, foi possível detectar a presença de prata, isso porque posteriormente houve a adição em um tubo iodeto de potássio (KI), enquanto em outro ácido nítrico (HNO3). A figura 5 demostra o ocorrido abaixo.
	Ácido nítrico
	HNO3 (aq) ⇄ H+ (aq.) + NO3- (aq.)
	Reação de identificação
	[Ag(NH3)2]Cl (aq.) ⇄ AgCl + 2 NH3 (l)
	Reação global
	[Ag(NH3)2Cl] (aq.) + HNO3 (aq) ⇄ AgCl + 2 NH4+ (aq) + 2 NO3- (aq) 
Na reação com HNO3 ocorre o mesmo com que foi descrito na seção Separação, o ácido tem a função de deslocar a reação contra a formação de complexos, e devido a essa característica, faz com que haja formação do precipitado AgCl e de gás amônia, onde irá ocorrer o ataque do amoníaco nos prótons em solução. A reação está descrita acima.
	Iodeto de potássio
	KI (aq) ⇄ K+ (aq.) + I- (aq.)
	Reação de identificação
	[Ag(NH3)2Cl] (aq.) ⇄ AgCl + 2 NH3 (l)
	Reação global
	[Ag(NH3)2Cl] (aq.) + KI (aq) ⇄ AgI + 2 NH3 (l) 
Outra forma de identificação é utilizando o KI, o iodeto em presença de prata forma um sal insolúvel em água com cor amarelo-claro, chamado de iodeto de prata (AgI). A diferença dessa reação com a anterior está em permitir a formação da amônia livremente, sem que haja um ácido de Lewis para interromper sua presença. A reação está descrita acima.
CONCLUSÕES:
A partir dos experimentos de separação e identificação dos cátions do grupo II pode-se ter maior abrangência acerca do conteúdo previamente visto em sala sobre marcha analítica e sua importância para uma aplicação prática como em exames laboratoriais, controle de qualidade e outras situações.
A utilização do reagente seletivo do grupo II da marcha analítica do carbonato, mostra que os íons metálicos Ag+, Hg2+2 e Pb+2, quando na presença de ânions cloreto, possui propriedades semelhantes de caracterização, como, a ocorrência de precipitado e mudança de coloração para branca. Isso torna a substância cloreto um reagente geral dos cátions. O motivo desses cátions que possuem diferentes famílias periódicas poderem ser agrupados por reagentes de precipitação comum, está relacionado as constantes de solubilidade próximas dos produtos formados em determinadas temperaturas.
 Diferente, as substâncias NH4OH, KI, K2CRO4 e HNO3 tem a caracterização individual com determinada espécie do grupo, e por isso têm a função de identificação. As propriedades de uma dessas moléculas quando em contato com determinado íon metálico foi observada nas seções Identificação do Chumbo, Identificação do Mercúrio e Identificação do Prata. Os produtos formados utilizam dos conceitos de solubilidade também para serem identificadas.
BIBLIOGRAFIA:
[1] ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente, 3° Edição. Porto Alegre: Bookman, 2006.  
[2] NASCIMENTO, VALBERES B. Química Geral Experimental, 3° Edição. Recife: EDUFRPE, 2014.  
[3] VOGUEL, A.I. Química Analítica Qualitativa, 5° Edição. São Paulo: Mestre Jou, 1981.