Identificação de cátions e ânions

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INTRODUÇÃO
Os cátions são íons com carga positiva, ou seja, átomos que perderam elétrons da sua última camada eletrônica. Formam cátions os metais (alcalinos, alcalinos terrosos, dentre outros). Em contrapartida, os ânions são íons com carga negativa, pois compreende a átomos que receberam elétrons para se estabilizarem, assim como os cátions perdem.
A análise dos cátions e ânions visa identificar ou pesquisar a presença de elementos ou íons que constituem uma substância. Quando dispomos de uma amostra desconhecida, a primeira exigência é, geralmente, determinar quais as substâncias que nela estão presentes. Este problema pode ser encontrado, em alguns casos, na forma modificada de identificarem-se as impurezas presentes numa amostra ou, talvez, de confirmar-se a ausência de algumas impurezas especificadas. A resolução destes problemas está no domínio da Análise Química Qualitativa.
Os métodos descritos para análise de cátions são sistemáticos. Os cátions são classificados em cinco grupos, tomando-se por base sua peculiaridade a determinados reagentes. Pelo emprego sistemático desses assim chamados reagentes de grupo (que são específicos de cada grupo), podemos tirar conclusões sobre a presença ou ausência de grupos de cátions e também separar tais conjuntos para uma analise posterior.
Os reagentes usados para classificação de cátions mais comuns são o ácido Clorídrico, o ácido Sulfúrico, o sulfeto de amônio e o carbonato de amônio. A classificação baseia-se no modo como os cátions reagem a tais reagentes pela formação ou não de precipitado. Por isso, pode-se dizer que a classificação dos íons mais comuns é baseada nas diferenças de solubilidade de seus cloretos, sulfetos e carbonatos.
Partindo deste pressuposto, a classificação dos cátions utiliza como critério suas precipitações em determinados reagentes. O grupo I consiste em íons que formam cloretos insolúveis. Os cátions mais comuns deste grupo são: Ag+, Hg22+e Pb2+. O segundo grupo analítico consiste de íons que formam sulfetos insolúveis em meio ácido. Os íons desse grupo são: Hg+2, Bi+3, Pb+2, Cu+2, Cd+2. Os pertencentes ao terceiro grupo precipitam em meio de sulfeto de amônio, em meio neutro ou amoniacal. Os cátions deste grupo podem ser divididos em 3A (Fe+3, Cr+3, Al+3), e em 3B ( Fe+2, Mn+2, Zn+2, Co+2, Ni+2). Os cátions do quarto grupo não reagem nem com reagente do grupo I, nem do II, nem do III. Formam carbonatos que são insolúveis em água. Pertencem a este grupo Ba+2, Ca+2, Sr+2. Ao último grupo estão presente os cátions que não reagiram em nenhum dos grupos anteriores. São eles: Mg+2, K+, Na+, NH4+. 
Do outro lado da esfera, a determinação analítica de ânions encontra extensa aplicação em vários segmentos da indústria (química, farmacêutica, alimentícia, etc.), bem como na caracterização de amostras biológicas e ambientais. Devido a sua extensa diversidade, é proposto um esquema de classificação para que possam ser melhor analisados e estudados. Porém serão alvo deste estudo os seguintes ânions: C2O42-, CrO42-, SO42-, CO32-, PO43-, Cl-, Br-, I-, NO3-. 
Adiante verão um conteúdo que visa demonstrar os principais procedimentos para separação e identificação dos cinco grupos, e também, fazer uma abordagem a respeito dos ânions mais comuns e os devidos processos para sua identificação.
OBJETIVO
O conteúdo deste trabalho tem como objetivo demonstrar os métodos para identificação e separação dos cátions dos grupos I, II, III, IV e V; e dos principais grupos de ânions através do comportamento macroscópico da substância a ser estudada (alterações na coloração, formação de precipitado, dentre outros) em reações químicas, como também em observações nas mudanças físicas da substância ou substâncias que farão parte do estudo.
1 ANÁLISE DE CÁTIONS – GRUPO I
Conceitos
Composto pelos cátions Ag+, Hg22+e Pb2+. Também conhecido como grupo da prata ou grupo do cloreto insolúvel- recebe esta nomenclatura pelo fato de, para sua detecção, a solução ser reagida com HCl diluído e em excesso, para que ocorra a precipitação de tais cátions na forma de cloretos. A escolha do HCl como agente precipitante deve-se ao fato de tal reagente não introduzir novos cátions à solução.
Cátions de Cu(l), Au(l) e Tl(l) também formam cloretos insolúveis, podendo, portanto, serem incluídos neste grupo, porem não são tão comumente encontrados.
A solubilidade dos cloretos de prata e mercúrio é baixa, precipitando facilmente com a adição de um pequeno excesso de HCl. Já o chumbo é razoavelmente solúvel, por isso, só precipita se a concentração de cátions Pb2+ for elevada, podendo assim ser também incluído no grupo II, já que a maior parte é precipitada depois, na forma de sulfeto de chumbo (PbS). 
Para que não ocorra precipitação de oxicloretos de bismuto III e antimônio III, que são precipitados brancos, a solução deve ficar ácida o suficiente, o que assegura a diminuição da solubilidade dos sais formados, através do efeito do íon comum.
1.2 DESENVOLVIMENTO
1.2.1 Materiais e reagentes utilizados:
Tubos de ensaio
Centrifuga
Pipeta descartável
Pipeta de vidro de 2,0 ml
Banho-maria
Papel de tornassol
Solução Amostra
HCl 2,0 mol.L-1
H2O destilada
Ácido Acético 1,0 mol.L-1
K2CrO4 0,25 mol.L-1 
NH3 2,0 mol.L-1
HNO3 2,0 mol.L-1
1.2.2 Procedimento experimental
Colocar 1,0 ml da amostra num tubo de ensaio pequeno e adicionar 5 gotas de HCl 2,0M. Misturar energeticamente o tubo de ensaio, centrifugar para a formação de um precipitado esbranquiçado. O sobrenadante pode ser descartado. O precipitado contém Cloreto de prata, Cloro mercuroso e o Cloreto Plumboso.
Lavar o precipitado com água fria, aquecer o tubo em banho-maria por 5 minutos e, logo após, centrifugar. O sobrenadante II pode conter Pb2+ e o precipitado II pode conter AgCl e Hg2Cl2.
Separar o precipitado do sobrenadante. Ao sobrenadante II adicionar 1 gota de ácido acético 1,0 mol.L-1 e uma gota de cromato de potássio (K2CrO4) 0,25 mol.L-1. A formação de um precipitado amarelo prova a presença de Pb como PbCrO4.
Lavar o precipitado II com água, aquecer em banho-maria e centrifugar novamente. Repetir a operação até não haver mais reação positiva para o chumbo. Adicionar ao precipitado lavado algumas gotas de NH3 2,0 mol.L-1 e agitar bem. A formação de um precipitado escuro confirma a presença do íon mercuroso.
Transferir para outro tubo de ensaio, o líquido decantado (sobrenadante III) para a determinação da Ag. Acidificar gota a gota com ácido nítrico 2,0 mols.l-1 à solução para a formação de um precipitado branco confirmando a presença do íon Ag+.
1.2.3 Fluxograma
	
Amostra (1,0 ml)
A
 				 5 gotas de HCl 2,0M
 	 Agitar	Precipitado branco
Sobrenadante III
Sobrenadante II
Precipitado amarelo-brilhante
Sobrenadante I
						 Centrifugar
Precipitado I (esbranquiçado)
 Lavar água fria
Aquecer banho-maria
 Centrifugar
Precipitado II
 Lavar/água 1 gota de ácido acético 1,0 mol.L-1Lavar até reação para chumbo ser negativa
Aquecer banho-maria							 1 gota de K2CrO4 0,25 mol.L-1	
 CentrifugarPrecipitado II (lavado)
Gotas de NH3 2,0 mol.L-1Pb2+ positivo
 Agitar bem																																																				Precipitado cor escura
 Adicionar gota a gota HNO3 mol.L-1Hg22+ positivo
Ag+ positivo
1.2.4 Resultados e discussões
A partir de uma solução problema foram realizados diversos testes para identificar a presença dos cátions do grupo I (Ag+, Hg22+ e Pb2+). Com base nesses testes foi possível montar um esquema parafacilitar a identificação desses cátions, conforme pôde ser visto no fluxograma acima.
É possível fazer algumas considerações a respeito do esquema apresentado no fluxograma e uma delas é a respeito da adição do ácido clorídrico (HCl) 2,0 mol.L-1. Ao adicioná-lo, há a formação de um precipitado (I) esbranquiçado que contém o Cloreto de Prata, Cloro Mercuroso e o Cloreto Pumbloso. O sobrenadante (I) foi descartado.
HCl + Ag+ → AgCl + H+ (Cloreto de Prata)
2HCl + Hg22+ → Hg2Cl2 + H2 (Cloro Mercuroso)
2HCl + Pb2+ → PbCl2 + H2 (Cloreto Plumboso)
Separação e identificação do Chumbo
O precipitado I resultante da separação dos cátions do grupo da prata é constituído por uma mistura de AgCl, Hg2Cl2 e PbCl2.
Como a solubilidade do AgCl e Hg2Cl2 é muito baixa em temperatura elevada, estes dois cloretos não podem ser detectados pelos métodos da análise qualitativa. Assim, a água quente dissolve apenas o PbCl2 sólido.
Adicionou-se água ao precipitado I, colocou-se em banho-maria e logo após, levou-se à centrífuga. O sobrenadante II foi decantado para outro tubo e o precipitado II foi reservado para uso posterior.
Como o AgCl e o Hg2Cl2 são insolúveis em água quente, esta diferença constitui a base para a separação dos íons chumbo dos íons prata e mercúrio. Foi adicionado ao sobrenadante II 1 gota de ácido acético 1,0 mol.L-1 e 1 gota de cromato de potássio 0,25 mol.L-1.
O cloreto de chumbo solúvel em água quente ou mesmo como precipitado em água fria é facilmente convertido pelo íon cromato, no cromato de chumbo menos solúvel e de cor amarelo-brilhante, confirmando a presença do chumbo.
PbCl2(s) + CrO42- → PbCrO4(s) + 2Cl-
Separação e identificação do Mercúrio
O precipitado II proveniente da extração com água quente pode ser cloreto de prata ou de mercúrio, ou uma mistura de ambos.
Lavou-se o precipitado II com água, aqueceu-se em banho-maria e centrifugou-se novamente. Logo após, foi testada a presença de chumbo no sobrenadante, que foi confirmada. Repetiu-se a lavagem mais uma vez, onde foi testada novamente a presença de chumbo e, dessa vez, não houve mais reação positiva para o chumbo.
Adicionou-se ao precipitado II lavado, algumas gotas de NH3 2,0 mol.L-1 e agitou-se bem. Estes dois sólidos diferem na reação com a amônia. O AgCl é solúvel em amônia. O Hg2Cl2 reage com a amônia para formar uma mistura de Hg e HgNH2Cl, ambos insolúveis. Este fato é a base para a separação dos íons prata dos íons mercúrio. A reação da amônia com o AgCl sólido forma o íon complexo solúvel, diaminprata, Ag(NH3)2+,que é incolor em solução aquosa.
AgCl(s) + 2NH3 → Ag(NH3)2+ + Cl-
O Hg2Cl2 sofre auto oxidação-redução na presença de amônia em excesso. Isto produz mercúrio metálico finamente dividido, que é negro, e amidocloreto de mercúrio, HgNH2Cl, branco.
Hg2Cl2(s) + 2NH3 → Hg(I) + HgNH2Cl(s) +NH4+ Cl-
A formação do resíduo preto é, em geral, uma indicação suficiente da presença de mercúrio na amostra.
Separação e Identificação da Prata
Centrifugou-se a solução proveniente da experiência anterior, que continha o precipitado II lavado e NH3 2,0 mol.L-1. Logo após decantou-se o precipitado III para outro tubo. A presença do íon prata é confirmada acidificando, gota a gota, com ácido nítrico 2,0 mol.L-1 a solução amoniacal III resultante da separação do mercúrio.
A amônia que se encontra em equilíbrio com os íons diaminprata é convertida no íon amônio pelos íons H+ do ácido, deslocando o equilíbrio de dissociação do complexo para a direita, e os íons prata então se combinam com os íons cloreto da solução para formar cloreto de prata, branco.
Ag(NH3)2 + Cl- → H2 + AgCl(s) + 2NH4+
2 ANÁLISE DE CÁTIONS – GRUPO II
2.1 Conceitos
Grupo do Cobre-Arsênio (ou Grupo do Sulfeto de Hidrogênio Ácido), este segundo grupo é constituído pelos seguintes cátions: Hg2+, Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, As (III), As (V), Sb (III), Sb (V), Sn2+ e Sn (IV). Os cátions de metais do grupo II apresentam como característica importante, o fato de seus sulfetos serem insolúveis em ácidos minerais diluídos, ao contrário dos sulfetos do grupo III que são solúveis neste meio. Esta diferença de comportamento é usada para separar os íons deste grupo dos íons dos outros grupos. 
Os cátions do grupo II são divididos em dois subgrupos: A) Grupo II A ou subgrupo do cobre: Bi3 +, Pb2+, Hg2+, Cu2+, Cd2+, B) Grupo II B ou subgrupo do arsênio: As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+ e Sn4+.
Os sulfetos do subgrupo do cobre são insolúveis numa solução de hidróxido de sódio, enquanto os sulfetos do subgrupo do arsênio são solúveis. Esta diferença de comportamento é usada para separar os cátions do grupo do cobre dos cátions do grupo do arsênio.
Os íons do subgrupo do cobre formam sulfetos escassamente solúveis que são precipitados quando uma solução moderadamente ácida é saturada com H2S. Por causa da solubilidade moderada do PbCl² e da baixa solubilidade do PbS, o íon chumbo (II) é um membro deste grupo, bem como do Grupo da Prata. O sulfeto de prata precipitaria também se o íon prata já não tivesse sido removido como cloreto no 1° grupo de cátions.
2.2 DESENVOLVIMENTO
2.2.1 Materiais e reagentes utilizados
1 Bico de Bunsen
1 Tripé
1 Argola
1 Suporte Universal
1 Funil de Vidro
1 Pipeta Pasteur
Capela
Béquer
Tela de Porcelana
Pipeta Graduada
Pisseta com Água Destilada
Amostra de Precipitado na cor Azul
Filtro de papel
Tubo de Ensaio
KI , H2SO4, HNO3, NAOH, K4[Fe(CN)]6, H2O
2.2.2 Procedimento experimental
Pegar a amostra e verifica se o pH está dentro dos parâmetros desejados. Caso pH estiver acima de 7, adicionar HCl. Aquecer a amostra de precipitado levar à capela, onde será adicionado H2S para que ocorra a precipitação de cátions (o precipitado deve ficar na cor preto), resultando em sulfetos insolúveis.
Filtrar a solução com ajuda da água destilada e reservar a parte que ficou retida no filtro, a solução que passou pelo filtro pode ser desprezada.
Transferir o resíduo retido no filtro para um béquer e diluir em HNO3 (1:1). Levar para aquecer até a ebulição dos sulfetos insolúveis (com aquecimento todos os sulfetos passaram a Nitratos exceto o Hg2+). A ebulição ocorre-se após o desaparecimento da fumaça amarela. Filtrar novamente e o resíduo contido no filtro, levar à capela adicionar 10 ml de água régia (HNO3 e HCl - 1:3 ).
Recolher a solução filtrada e alcalinizar com 20 ml de NH4OH ( 1:1). Transferir uma alíquota dessa solução para um tubo de ensaio e adicionamos SnCl2, ocorrendo um precipitado cinza indicando a presença de Mercúrio.
No segundo filtrado encontra-se: Pb+2,Bi+3, Cu+2 e Cd+2. Adicionar ao filtrado, 50 ml de H2SO4 (1:1) e aquecer até a ebulição, onde ocorre a transformação deixando-o na cor branca indicando a presença do chumbo na forma de PbSO4. No mesmo precipitado adicionamos KI que indica a presença do chumbo na cor amarelo.
No líquido filtrado adicionamos NH4OH ocorrendo um precipitado na cor azul intenso, aguardar o resfriamento e filtrar novamente.
O precipitado resfriado deverá apresentar a identificação do Bismuto – Bi(OH)SO4, seu aspecto é branco gelatinoso.
Para o Bismuto metálico adicionar a solução de estanito de sódio (SnCl2 + NaOH) deixando-o na cor negra, indicando a presença de bismuto na forma metálica.
A solução azul indicou presença de cobre na forma de sulfato amoniacal. Depois adicionar uma alíquota do filtrado em um tubo de ensaio e adicionar ferrocianeto de potássio mais HCl, ocorrendo um precipitado marrom indicando o cobre.
Pegamos uma alíquota do filtrado e colocamos no tubo de ensaio adicionando KCN e H2S. O aparecimento de um precipitado castanho indica o cádmio.
2.2.4 Resultados e discussões
Os íons deste grupo formam sulfetos escassamente solúveis que são precipitados quando uma solução moderadamente ácida é saturada com H2S. Por causa da solubilidade moderada do PbCl2 e da baixa solubilidade do PbS, o íon chumbo (II) é um membro deste grupo, bem como do Grupo da Prata.
As seguintes equações constituem as reações de precipitação dos componentesdo grupo do cobre com H2S:
Cu2+ + H2S CuS(s) + 2H+
Cd2+ + H2S CdS(s) + 2H+
Pb2+ + H2S PbS(s) + 2H+
Hg3S2Cl2 + H2S 3HgS + 2H+ + 2Cl-
2Bi³+ +3H2S Bi2S3 + 6H+
Separação e identificação do Mercúrio
A análise do subgrupo do cobre tem início com a separação do mercúrio (II) dos outros íons do grupo. Esta separação se baseia na baixa solubilidade do HgS em HNO3 diluído. Todos os sulfetos deste subgrupo se dissolvem em HNO3 3M, exceto o HgS que é muito insolúvel (KPS = 3.10-52). 
3PbS(s) + 2NO3- + 8H+ 2Pb2+ + 2NO(g) + 3S(s) + 4H2O 
3CuS(s) + 2NO3-+ 8H+ 3Cu2+ + 2NO(g)+3S(s) + 4H2O 
3CdS(s) + 2NO3- + 8H+ 3Cd2+ + 2NO(g) + 3S(s) + 4H2O 
Bi2S3(s) + 2NO3- + 8H+ 2Bi3+ + 2NO(g) + 3S(s) + 4H2O 
Após separação do HgS, ele é dissolvido em água régia, uma mistura de HCl e HNO3 que, a um só tempo, oxida o sulfeto a enxofre elementar e é capaz de remover o Hg2+ na forma do complexo HgCl42-, fracamente dissociado. 
3HgS(s) + 2NO3- + 8H+ + 12Cl- 3HgCl42- + 2NO(g) + 3S(s) + 4H2O
O mercúrio é identificado na solução reduzindo-o com cloreto estanhoso, com formação de Hg2Cl2 branco ou uma mistura cinza de Hg2Cl2 e Hg. O excesso de água régia interfere e deve ser removido, por evaporação, antes do teste. 
2HgCl42- + Sn2+ Hg2Cl2(s) + SnCl62- 
Hg2Cl2(s) + Sn2+ + 4Cl- 2Hg(l) + SnCl62-
Separação e Identificação do Chumbo 
A solução dos sulfetos em meio nítrico contém os íons Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+ e NO3-. O chumbo é separado precipitando-o como sulfato de chumbo branco, insolúvel, por meio de ácido sulfúrico. Os outros íons formam sulfatos solúveis no meio. 
Pb2++SO42 - PbSO4(s) 
O chumbo é finalmente identificado precipitando-o como cromato de chumbo, amarelo: 
Pb(CH3COO)3- + CrO42- PbCrO4(s) + 3CH3COO-
Separação e identificação do Bismuto
Removido o chumbo, o bismuto é separado do cobre e do cádmio por precipitação como hidróxido, branco, mediante adição de um excesso de amônia. Inicialmente há precipitação dos hidróxidos de bismuto (III), cobre (II) e cádmio. 
Bi3+ + NO3 + 2NH3 + 2H2O Bi(OH)2 NO3 + 2NH4
Separação e identificação do Cobre e Cádmio
Os íons complexos solúveis de cobre e cádmio formam uma solução azul (se o cobre estiver presente) ou incolor (se somente o cádmio estiver presente). No caso da amostra analisada a solução ficou azul e foi tratada com KCN formando íons complexos solúveis Cu(CN)43- . Ao adicionarmos K4 Fe(CN)6 houve a formação de um precipitado marron comprovando a presença de cobre.
3CuS + 8HNO3 3Cu2+ + 6NO-3 + 3S + 2NO + 2H2O
Cu + 2H2SO4 Cu2+ + SO42- + SO2 + 2H2O
Cu(OH)2.CuSO4 + 8NH3 2[Cu(NH3)4]2+ + SO42- + 2OH-
2Cu2+ + [Fe(CN)6]4- Cu2[Fe(CN)6]
Cd2+ + 2NH3 + 2H2O Cd(OH)2 + 2NH4+
Cd(OH)2 + 4NH3 [Cd(NH3)4]2+ + 2OH-
[Cd(CN)4]2- + H2S CdS + 2H+ + 4CN-
3 ANÁLISE DE CÁTIONS – GRUPO III
3.1 Conceitos
O terceiro grupo contém os íons cujos sulfetos são insolúveis em solução básica. Os cátions pertencentes a este grupo são, entre outros, Zn2+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Al3+ e Cr3+. Entre estes, destacamos o Fe3+, Cr3+, Al3+ e Mn2+. O ferro e o cromo são elementos de transição, e por esta razão pode-se esperar que suas propriedades sejam aquelas de elementos que tem uma camada interna de elétrons incompleta, isto é, valência variada, íons coloridos e forte tendência para formar íons complexos . O alumínio não é um metal de transição, mas o íon Al3+ tem muitas propriedades semelhantes as dos íons Cr3+ e Fe3+, dentre elas tender a formar complexos, o que pode ser explicado pelo fato destes íons terem as mesmas cargas e raios aproximadamente iguais. O manganês, também metal de transição, constitui o elemento que possui a maior faixa de estado de oxidação. O estado (+III) é o mais estável e mais comum, sendo o íon Mn2+ encontrado em sólidos, em solução e em complexos. 
3.2 DESENVOLVIMENTO
3.2.1 Materiais e reagentes utilizados:
Tubos de ensaio
Amostra A
Solução contendo os cátions Fe3+, Cr3+, Al3+ e Mn2+
HCl 6,0 mol.L-1
NH3 6,0 mol.L-1
NH4Cl 2,0 mol.L-1
NaOH 4,0 mol.L-1
H2O2 a 3%
NH4SCN 1,0 mol.L-1
HNO3 6,0 mol.L-1
PbO2 sólido
Água destilada
Centrífuga
Bico de Bunsen
Tornassol
3.2.2 Procedimento experimental
Colocar em um tubo de ensaio cerca de 20 gotas da amostra (ou, se for o caso, utilizar o sobrenadante da precipitação dos cloretos dos cátions Ag+, Pb2+ e Hg22+) e adicionar 10 gotas de HCl 6,0 mol.L-1 e em seguida NH3 6,0 mol.L-1gota a gota com agitação até o meio ficar básico (verifique com papel tornassol). Colocar duas gotas de NH3 6,0 mol.L-1 em excesso. Aquecer com cuidado durante um minuto, centrifugar e retirar o sobrenadante rapidamente, colocando-o em outro tubo de ensaio. Lavar o precipitado duas vezes com cerca de 2,0 ml de NH4Cl 2,0 mol.L-1. O precipitado conseguido será denominado Precipitado I e o líquido sobrenadante denominado Sobrenadante I.
O Precipitado I pode conter Fe(OH)3, Cr(Oh)3, Al(OH)3 e Mn(OH)2, enquanto o Sobrenadante I pode conter os íons Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.
PrecipitadoI
Adicionar ao precipitado 1,0 ml de NaOH 4,0 mol.L-1 e 1,0 ml de H2O2 3%, agitar bem e aquecer em banho-maria por cerca de 5 minutos até cessar o desprendimento de O2. Centrifugar e transferir o líquido sobrenadante para outro tubo de ensaio, denominando-o de Sobrenadante II. O sólido restante no primeiro tubo pode-se denominar de precipitado II.
Sobrenadante II
No sobrenadante II, uma cor amarela da solução serve para identificar a presença de crômio. Adicionar ao tubo de ensaio HCl 6,0 mol.L-1 até o meio ficar ácido (use papel tornassol) e em seguida adicionar algumas gotas de NH3 6,0 mol.L-1 até o meio ficar alcalino, agitar bem e aquecer com cuidado. A formação de um precipitado branco gelatinoso indica a presença de alumínio.
Precipitado II 
Lavar o Precipitado II duas vezes com água destilada quente e desprezar o sobrenadante. Dividir o precipitado em duas porções.
A uma delas, adicionar cerca de 3 gotas de HCl 6,0 mol.L-1 e juntar 2 gotas de solução de NH4SCN 1,0 mol.L-1. O aparecimento de uma cor vermelha intensa devido ao complexo Fe(SCN)63-, indica a presença de ferro.
À outra porção do precipitado, adicionar HNO3 6,0 mol.L-1 até dissolvê-lo e, em seguida, PbO2 sólido. Agitar e aquecer cuidadosamente diretamente na chama do bico de Bunsen durante 1-2 minutos. Diluir com água e deixar em repouso. O aparecimento de uma cor violeta na solução devido ao íon MnO4- indica a presença de manganês.
3.2.3 Fluxograma 
 
 	 	 Amostra (20 gotas)
))
 	 
								 10 gotas HCl 6,0 mol.L-1
								 NH3 6,0 mol.L-1 gota a gota sob agitação até
								 meio básico
								 2 gotas de NH3 6,0 mol.L-1 em excessoDurante 1 minuto
Aquecer
 		 									 
																																																																								Durante 1 minuto
Centrifugar
 Al3+ positivo
Precipitado II A
Precipitado II B
Centrifugar
Lavar/água destilada quente
Cr2+ positivo
Cor amarela
Sobrenadante II
Precipitado II
Centrifugar
Aquecer banho-maria
Precipitado I
Precipitado
Sobrenadante I
 Lavado duas vezes com 2,0 ml deNH4Cl 2,0 mol.L-1
 1 ml de NaOH 4 mol.L-1	
 1 ml de H2O2 3%	
 Agitar	
 Durante 5 minutos	
HCl 6 mol.L-1 até acidez do meio	 	
NH3 6,0 mol.L até meio alcalino	Aquecer
Precipitado branco 
gelatinoso
Agitar
Desprezar sobrenadante
Dividir em duas porções
	
	
 Fe3+ positivo
Cor vermelha intensa
Mn2+ positivo
Cor violeta
Solução em repouso
Diluir/água
Aquecer Bico de Bunsen
Solução
Precipitado II B
Precipitado II A
3 gotas de HCl 6,0 mol.L-1HNO3 6,0 mol.L-1 até dissolução
 2 gotas de NH4SCN PbO2 sólido
 1,0 mol.L-1								 Agitar
 1 a 2 minutos
3.2.4 Resultados e discussões
Os íons Fe3+, Cr3+, Al3+ e Mn2+ precipitam como sulfetos ou hidróxidos em uma solução tamponada com NH4OH/NH4Cl. O tamponamento ocorre quando na adição de substâncias ácidas e básicas, em pequenas porções, a uma amostra em estudo. É preciso aferir o pH da solução depois de cada adição para que o meio não se torne alcalino ou ácido demais. No presente experimento, foi preparada uma solução-problema contendo todos os cátions acima citados. Quando o precipitado foi obtido e separado por filtração da solução, obteve-se uma solução denominada sobrenadante, sendo esta descartada, devido à ausência dos íons de interesse.
A solução-problema foi tratada com HCl e NH3 em concentrações de 6,0 mol.L-1, aferindo o pH para que o meio estivesse alcalino. A alcalinidade foi alcançada após 19 gotas de NH3, obtendo um resultado de pH=10. Após aquecimento e centrifugação, lavou-se o precipitado com 2,0 ml de NH4Cl 2,0 mol.L-1, adquirindo o precipitado para estudo que pode conter Fe(OH)3, Cr(Oh)3, Al(OH)3 e Mn(OH)2.
A utilização do tampão NH4OH/NH4Cl para a obtenção dos hidróxidos desejados é de suma importância, pois auxilia na manutenção do pH reacional, consumindo os íons hidroxilas adicionados da base NH4OH. Assim, evita-se a produção de hidróxidos não desejados na prática, como o Al(OH)4 e Cr(OH)4, provenientes das reações 1 e 2 respectivamente. Nesse caso, o tampão funciona como um consumidor do excesso de OH- que possa ser adicionado até o limite da capacidade tamponante da solução (HARRIS,2005).
Reação 1: Al3+ (aq.) + 3 OH- (aq.) Al(OH)3(s) + OH- Al(OH)4(aq.)
Reação 2: Cr3+ (aq.) + 3 OH- (aq.) Cr(OH)3(s) + OH- Cr(OH)4(aq.)
Além disso, a dissociação dos nitratos adicionados na solução tampão favorece as seguintes reações (VOGEL,1981):
Reação 3: Cr3+(aq.) + 3NH3(g) + 3H2O(l) → Cr(OH)3(s) ↓ + 3 NH4+ (aq.)
Reação 4: Al3+(aq.) + 3NH3(g) + 3H2O(l) → Al(OH)3(s) ↓ + 3 NH4+ (aq.)
Reação 5: Fe3+(aq.) + 3NH3(g) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(s )↓ + 3 NH4+ (aq.)
Reação 6: Mn3+(aq.) + 2NH3(g) + 2H2O(l) → Mn(OH)2(s) ↓ + 2 NH4+ (aq.)
As reações 3, 4 e 5 mostram a produção dos hidróxidos desejados no experimento e presentes no precipitado formado.
Ao precipitado composto pelos hidróxidos Fe(OH)3, Cr(Oh)3, Al(OH)3 e Mn(OH)2, foi adicionado 1,0 ml de solução NaOH 4,0 mol.L-1 e 1,0 mL de solução de H2O2 3% para a oxidação do CrO2- a CrO42-. Após ferver e filtrar a solução obtida, teve-se um novo precipitado podendo conter o hidróxido de ferro e uma solução sobrenadante contendo CrO42- e Al(OH)4-. A adição da base forte NaOH fez-se necessária, a fim de solubilizar os íons cromito e aluminato na solução, pois cromo e alumínio possuem caráter anfótero (substância que pode se comportar como um ácido ou como uma base), diferentemente do ferro que por sua vez precipitou.
Para a análise do precipitado, separou-se duas alíquotas. A primeira dissolveu-a em solução de HCl 6,0 mol.L-1, para acelerar a dissociação do hidróxido de ferro na solução, e adicionou-se NH4SCN 1,0 mol.L-1 para reagir com Fe3+ dissociado. Após a adição desses reagentes, percebeu-se uma alteração na tonalidade de marrom para vermelho sangue, devido à formação do complexo não dissociado de tiocianato de ferro (III), confirmando a presença de ferro. A Reação 7 ilustra isto:
Reação 7: Fe3+ (aq.) + 3NH4SCN-(aq.) → Fe(SCN)3(aq.) + 3 NH4+ (aq.)
Para a segunda alíquota, adicionou-se HNO3 6,0 mol.L-1 até dissolução e em seguida PbO2 sólido. Após aquecimento na chama de 1 a 2 minutos, dilui-se com água e mantém-se em repouso. A adição de dióxido de chumbo se faz devido ao fato de ser um oxidante poderoso (conforme reação abaixo). O aparecimento de uma cor violeta constata a presença do íon MnO4-. 
Reação 8: Mn2+(aq.) + 2HNO3(l) + PbO2(s) → Pb(NO3)(aq.) + NO(aq.) + H2MnO4(aq.)
A continuação do experimento envolveu a identificação dos outros cátions por meio da solução sobrenadante produzida após a adição de hidróxido de sódio (NaOH) e peróxido de hidrogênio (H2O2), para verificar a existência de cromo e alumínio. No sobrenadante uma cor amarelada serve para identificar a presença de cromo.
Ao mesmo sobrenadante adicionaram-se 5 gotas de ácido clorídrico 6,0 mol.L-1 até o meio se tornar ácido (pH=2), avaliado com papel tornassol o pH. Logo depois, gotejou-se 5 gotas de NH3 obtendo um meio básico (pH=10). Logo após agitação e aquecimento tem-se a evidência de presença de alumínio com a aparição de pequenos precipitados gelatinosos brancos. Nesse caso, a utilização do ácido se deu para deslocar o equilíbrio da reação 8 para a direita, formando Al(OH)3 precipitado, mas excedendo um pouco pode-se observar a sua forma solúvel Al3+. Sendo assim, é importante adicionar pequenas quantidades de base a fim de deslocar o equilíbrio no sentido de consumir os íons hidroxila para predominar a forma precipitada (hidróxido de alumínio).
Reação 9: Al3+(aq.) + OH-(aq.) Al(OH)3(s) + OH- (aq.) AlO2- (aq.) + 2 H2O(l)
4 ANÁLISE DE CÁTIONS – GRUPO IV
4.1 Conceitos
Os elementos magnésio, cálcio, estrôncio e bário pertencem ao grupo II da Tabela Periódica apresentando configurações eletrônicas similares. Disto decorre a semelhança de suas propriedades. O magnésio, é o metal que apresenta propriedade mais diferenciada do restante do grupo, devido ao seu pequeno tamanho e por esta razão, às vezes não é classificado junto com esses elementos no processo de separação analítica.
O magnésio é um metal branco, maleável e dúctil. Funde a 650°C. Queima facilmente em ar ou oxigênio, formando o óxido (MgO) ou o nitreto (Mg3N2). Os íons Mg2+ apresentam-se incolores em soluções, seus sais são de caráter iônico, brancos ou incolores, ao menos que esteja presente um ânion colorido. Seu óxido, hidróxido, carbonato e fosfato são insolúveis, os outros sais são solúveis. 
O cálcio é um metal branco prateado, relativamente mole. Funde a 845°C. É atacado pelo o oxigênio atmosférico e pela umidade, formando o óxido e /ou o hidróxido de cálcio. O cálcio decompõe a água com formação de hidróxido de cálcio sólido e hidrogênio gasoso. O cálcio forma o cátion Ca2+, em soluções aquosas. Seus sais são normalmente pós brancos e formam soluções incolores a não ser que o ânion seja colorido. Os ensaios de chama de sais de cálcio produzem uma chama de coloração vermelho - tijolo.
O estrôncio é um metal branco prateado, maleável e dúctil, que é estável em ar seco. Seu íon é o Sr2+. Reage com a água no ar úmido, formando o óxido ou hidróxido. Funde a 771°C. Reage com a água formando o hidróxido de estrôncio e hidrogênio. Os ácidos diluídos dissolvem o estrôncio facilmente, com desprendimento de gás hidrogênio.
O bário é o mais pesado de todos os quatro elementos que compõem o grupo IV de cátions, sendo que seus sais são muito tóxicos. Nos ensaios de chama os sais de bário apresentam chama de coloração verde.
A separação destes cátions a partir dos grupos anteriores, normalmente é realizada por meio da precipitação destes como carbonatos em meio amoniacal. O reagente do grupo é uma solução de carbonato de amônio [(NH4)2CO3] na presença de quantidades moderadas de amônia ou íons amônio ou solução de carbonato de sódio (Na2CO3) na presença de um sal de amônio (cloreto ou nitrato de amônio).
Os sulfatos e cromatos dos metais alcalino-terrosos apresentam tendências semelhantes de solubilidade. As solubilidades desses dois sais diminuem à medida que o numero atômico do metal aumenta, e esse comportamento é oposto ao observado nos hidróxidos. À medida que avançamos na sequência do MgSO4 até BaSO4, a entalpia de hidrataçãodo íon positivo torna-se menor (menos negativa). Isso tende a tornar os sais dos íons metálicos pesados menos solúveis que os dos íons mais leves. As energias reticulares dos sulfatos, assim como dos cromatos, não variam tanto na sequência do magnésio ao bário, pois as energias reticulares são determinadas principalmente pelo recíproco das somas dos raios iônicos, 1(r+ + r-). Essa quantidade muda um tanto lentamente nessa sequência pois r-, o raio do íon negativo, é muito maior que qualquer um dos raios do íons positivos, e assim (r+ + r-) é pouco sensível as variações em r+. Portanto, a tendência nas solubilidades dos sais de metais do grupo II com ânions grandes, como SO42- e CrO42-, é ditada predominante pelas as variações nas entalpias de hidratação.
4.2 DESENVOLVIMENTO
4.2.1 Materiais e reagentes utilizados:
Suporte para tubo de ensaio
Tubos de ensaio
Pipeta de Pasteur
Bastão de vidro
Vidro de relógio
Papel de tornassol vermelho
Alça de platina
Chapa elétrica
Centrífuga
Capela de exaustão
Carbonato de sódio 2,0 M
Solução Problema
Cloreto de amônio 5M;
Ácido acético 3M
Cromato de potássio 1M
Ácido clorídrico 12 M
Sulfato de amônio 5%
Oxalato de amônio 0,25 M
Hidróxido de amônio 12 M
Solução contendo cátions cálcio bivalente
Solução contendo cátions estrôncio bivalente
Solução contendo cátions bário bivalente
4.2.2 Procedimento experimental
Transferir 10 gotas de uma solução preparada para a análise dos cátions para um tubo de ensaio.
Aquecer esta solução até ebulição. Depois alcalinizar adicionando NH4OH concentrado aferindo o pH com papel tornassol e adicionar 5 gotas em excesso. Adicionar Na2CO3 2,0M até se completar a precipitação. Adicionar 5 gotas de NH4Cl 5M, aquecer sem deixar ferver e deixar em repouso por 5 minutos. Centrifugar separando o precipitado do sobrenadante e, logo após, descartar o sobrenadante.
Precipitado I
Lavar o precipitado uma vez com 1,0 mL de água destilada contendo 5 gotas de Na2CO3 2,0 M, centrifugar e separar o precipitado desprezando a água de lavagem. Dissolver o precipitado com ácido acético 3,0 M a quente. Diluir a solução com água destilada até 2,0 ml. Adicionar 10 gotas de K2CrO4 1,0 M e agitar bem por 1 minuto. Centrifugar e separar o sobrenadante denominando-o de Sobrenadante II, e o precipitado de Precipitado II.
Precipitado II
Lavar o precipitado 3 vezes com porções de 1 mL de água. Após adicionar 1 a 2 mL de HCl concentrado até solubilização do precipitado. Aquecer até redução do volume a aproximadamente 0,5 ml. Realizar o teste de chama, uma coloração verde da chama indica presença de Ba+2.
Sobrenadante II
Adicionar ao sobrenadante NH4OH concentrado até tornar a solução fortemente básica, aferindo com papel indicador. Adicionar 5 gotas de NA2CO3 e testar se a precipitação foi completa. Caso positivo, centrifugar e separar o sobrenadante do precipitado denominando-o de Sobrenadante III e Precipitado III. O sobrenadante III pode ser desprezado.
Precipitado III
Lavar o precipitado com 10 gotas de água destilada contendo 1 gota de NH4OH concentrado. Desprezar a água de lavagem. Dissolver o precipitado com ácido acético concentrado e diluir com 5 gotas de água destilada. Adicionar 5 gotas de (NH4)SO4 5%. Aquecer até fervura em banho-maria, deixar esfriar e centrifugar. Adicionar algumas gotas de (NH4)SO4 5% para testar se a precipitação foi completa. Centrifugar e separar o precipitado do sobrenadante, denominando-os em Precipitado IV e Sobrenadante IV.
Precipitado IV
Lavar 3 vezes o Precipitado IV com porções de 1,0 ml de água destilada quente e desprezar as águas de lavagem. Adicionar HCl concentrado até solubilização do precipitado. Aquecer a solução até que o volume se reduza a aproximadamente 0,5 ml. Realizando o teste de chama, uma chama cor vermelho carmim confirma a presença de estrôncio.
Sobrenadante IV
Adicionar 5 gotas de (NH4)2C2O4 0,25 M e aquecer em banho-maria até fervura. Centrifugar e isolar o precipitado denominando- de Precipitado V.
Precipitado V
Lavar com 0,5 ml de água destilada e desprezar água de lavagem. Adicionar HCl concentrado e concentrar a solução obtida diretamente na chama. Realizar o teste de chama com a alça de platina. Uma chama de cor vermelho-tijolo confirma a presença do cálcio.
4.2.3 Fluxograma
Amostra
		 
 Aquecer até ebulição	
Alcalinizar com NH4OH em excesso
Adicionar Na2CO3 5% até precipitação
Adicionar 5 gotas de NH4Cl
Aquecer 
Deixar em repouso
Centrifugar
Água de lavagem
Precipitado I
 Lavar com água destilada contendo 5 gotas de Na2CO3 3M
 Centrifugar
Água de lavagem
Precipitado I (lavado)
 Dissolver em ácido acético 3M
 Aquecer em banho-maria
 		 Diluir para 2,0 ml
 Adicionar 10 gotas de K2CrO4 3M
 Agitar 
 Centrifugar
Precipitado II
Sobrenadante II
Adicionar NH4OH até meio básico						 Lavar com água destilada
 Adicionar 5 gotas de Na2Co3 5% 
 Centrifugar	Centrifugar e desprezar a água de lavagem
Adicionar 2,0 de HCl
Aquecer
Realizar teste de chama
							Precipitado III
Sobrenadante III
Cor verde: Ba2+
							
							
Lavar com água destilada com 1 gota de NH4OH
							Centrifugar e desprezar a água de lavagem
Dissolver em ácido acético 3M
Diluir
Aquecer e centrifugar
Precipitado IV
Sobrenadante IV
Adicionar 5 gotas de 
(NH4)2C2O2 0,25M 	 Lavar com água destilada quente
Aquecer até fervura 	 Centrifugar e desprezar a água de lavagem
 Centrifugar 						 	 Aquecer até diminuir o volume a 0,5 ml
 	 Realizar o teste de chama
Cor vermelho carmim: Sr2+
Sobrenadante v
Precipitado V
Lavar com 0,5 ml de água
Centrifugar e desprezar a água de lavagem
Adicionar HCl concentrado
Aquecer até diminuição de volume
Realizar o teste de chama										Cor vermelho-tijolo: Ca2+
Alcalinizar com NH4OH em excesso
Adicionar Na2CO3 5% até precipitação
Adicionar 5 gotas de NH4Cl
Aquecer 
Deixar em repouso
Centrifugar
4.2.4 Resultados e discussões
A fim de separar e identificar os cátions do grupo IV em uma amostra líquida de sais realizou-se uma rota analítica. Os cátions do grupo IV formam carbonatos praticamente insolúveis em água então a formação desses compostos será interessante para separar as espécies químicas do grupo. Inicialmente aqueceu-se a solução até ebulição a fim de remover todo o gás carbônico que porventura esteja na solução. Esse gás em contato com a água produz o ácido carbônico que abaixa o pH da solução. Não é interessante realizar o procedimento em meio ácido, pois em meios ácidos o magnésio também pode precipitar e assim poderá ocorrer um resultado falso na análise.
Adiciona-se então hidróxido de amônio para alcalinizar o meio e garantir que o magnésio não precipite.Com a adição de carbonato de amônio na solução problema, os Kps dos carbonatos de bário, cálcio e estrôncio são atingidos e esses precipitam, o que pode ser facilmente visualizado pela deposição de um precipitado branco no sistema. Essas reações podem ser representadas pelas equações químicas simplificadas abaixo:
Cálcio - Ca2+(aq) +CO32-(aq) → CaCO3(s)
Estrôncio - Sr2+(aq) + CO32-(aq) → Sr CO3(s
Bário - Ba2+(aq) + CO32-(aq) → BaCO3(s)
Novamente o íon amônio é adicionado a fim de evitar que o kps do carbonato de magnésio seja atingido impossibilitando assim a interferência do cátion bivalente magnésio no resultado do procedimento. A lavagem do precipitado é acompanhada pela adição de íons carbonato no sistema para garantir que todos os cátions de interesse fossem precipitados na formade carbonatos. No precipitado lavado é adicionado ácido acético e o produto da ionização deste na água forma o íon acetato que reage tanto com o cálcio quanto com o estrôncio separando- os do precipitado. As reações que descrevem esse processo estão descritas abaixo: 
CaCO3(aq) + 2CH3COOH(aqBr) → Ca2+(aq) + CO2(g) + H2O(l) +2CH3COO-(aq)
Sr CO3(aq) +2CH3COOH(aq) → Sr2+(aq) + CO2(g) + H2O(l) +2CH3COO-(aq)
Para garantir que todo o bário está no precipitado adiciona-se cromato de potássio ao sistema e esse reage com os cátions do grupo. Porém os produtos da reação do cromato com o cálcio e o estrôncio são solúveis em ácido acético diluído. A reação do bário com o produto da dissociação do sal dicromato de potássio é:
Ba2+(aq) + CrO42-(aq) → BaCrO4(s)
Essa reação foi evidenciada pelo colora mento amarelado que tomou a solução depois da adição do sal. Separou-se o precipitado contendo cromato de bário do sobrenadante contendo cálcio e estrôncio e àquele foi adicionado ácido clorídrico concentrado .O produto de ionização desse ácido ao entrar em contato com o cromato de bário presente no precipitado causa a mudança da coloração da solução de amarelo para laranja-avermelhado devido à formação do íon bivalente dicromato. Simultaneamente, os íons cloreto provenientes do ácido reagem com o bário formando o precipitado cloreto de bário que pode ser testado na chama com o aparecimento da coloração verde na mesma. A reação do ácido clorídrico com o dicromato de bário ésta descrita a seguir:
2BaCrO4 (s) + 2 HCl (conc) → 2BaCl2 (aq) + Cr2O72- (aq) + H2O
O teste de chama apresentou a coloração desejada. Ao sobrenadante separado anteriormente adicionou-se hidróxido de amônio para alcalinizar o sistema e garantir a não interferência do magnésio no procedimento. Ao adicionar carbonato de sódio, tanto o íon bivalente cálcio quanto o estrôncio precipitaram na forma de carbonatos. Com a adição de acido acético ao sistema os dois cátions cálcio e estrôncio foram solubilizados. Adiciona-se então sulfato de amônio à solução. O produto da dissociação desse sal reage com o estrôncio para formar o sulfato de estrôncio insolúvel em água separando-se assim do precipitado uma espécie de interesse. O cálcio também reage com o sulfato formando o sulfato de cálcio solúvel em água. Ao sulfato de estrôncio adiciona-se ácido clorídrico concentrado, que forma o cloreto de estrôncio passível de ser identificado no teste de chama como uma coloração vermelho carmim. A reação do sulfato de estrôncio e do ácido clorídrico está representada abaixo:
SrSO4 (s) + 2 HCl (conc) → 2 SrCl2 (aq) + 2 H3O+ (aq)+ SO42- (aq)
O teste de chama não apresentou a coloração desejada uma vez que o procedimento de redução de volume a fim de aumentar a concentração das espécies não foi realizado. A redução de volume nesse caso foi impraticável por questão de segurança, pois com o aquecimento da solução formavam-se vapores de ácido clorídrico no ambiente. Sabe-se que a exposição à vapores desse ácido pode causar irritamento de olhos e garganta e assim, o procedimento deveria ter sido realizado dentro do exaustor, porém isso não foi indicado no procedimento.
Ao sobrenadante proveniente da reação anterior adicionou-se oxalato de amônio, que ao entrar em contato com o íon bivalente cálcio formou oxalato de cálcio segundo a simplificada abaixo:
Ca2+(aq) + C2O42-(aq) → CaC2O4(s)
Essa reação foi evidenciada pela formação de um sólido branco pouco solúvel em ácido acético. A confirmação da presença do cálcio na solução foi feita reagindo-se o mesmo com ácido clorídrico concentrado para formar o cloreto de cálcio e ácido oxálico. O teste de chama pode ser utilizado para a identificação do cálcio no sistema, pois esse ao entrar em contato com a chama libera cor vermelho tijolo. Essa reação está representada abaixo:
CaC2O4 (s) + HCl → Ca2+ (aq) + HC2O4- (aq)
CaC2O4 (s) + 2HCl → CaCl2 (aq) + H2C2O4 (aq)
O teste de chama não apresentou a coloração desejada, uma vez que o procedimento de se reduzir o volume da amostra a fim de aumentar a concentração do cloreto de cálcio não foi feito corretamente pelos mesmos motivos que o teste de chama do estrôncio não foi realizado. Como os testes de todos os grupos que realizaram a prática deram errado, pode-se inferir também que a concentração utilizada na amostra seja muito baixa e que seja muito pouco provável que a quantidade utilizada na amostra dê um teste positivo na chama. 
5 ANÁLISE DE CÁTIONS – GRUPO V
5.1 Conceitos
Ao grupo V pertencem os cátions Li+, Na+, K , NH4+ e Mg2+ e outros elementos raros (Rb+ e Cs+ ). A maioria de seus compostos são solúveis em água. Devido a isto, eles não precipitam sob a ação de íons Cl -. Desta forma, não existe um reagente de grupo. Por outro lado, não formam espécies complexas. O potássio e o sódio pertencem ao Grupo IA do sistema periódico dos elementos e são metais alcalinos fortemente reativos. Decompõem energicamente à água a temperatura ambiente, liberando hidrogênio e formando os hidróxidos correspondentes. A identificação final dos cátions é feita com o Teste de chama.
O cátion amônio está contido neste grupo por não precipitar com nenhum dos reagentes dos grupos anteriores. Os cátions de metais alcalinos terrosos também podem conter pequenas quantidades de íons amônio decorrentes da pequena solubilidade de seus carbonatos em cloreto de amônio, quando estão sendo separados pela precipitação na forma de sulfatos.
O íon magnésio, pelo fato de ser precipitado na forma de fosfato duplo de magnésio e amônio, principalmente em soluções supersaturadas, pode estar presente na solução para analise proveniente do sobrenadante obtido após a precipitação dos cátions do grupo IV.O procedimento mais rápido para se reconhecer os metais alcalinos é fazer a identificação direta de cada um deles, utilizando- se de um ensaio isolado por via seca, ou seja, fazendo o teste de chama.
5.2 NDESENVOLVIMENTO
5.2.1 Materiais e reagentes utilizados
Suporte para tubo de ensaio
Tubos de ensaio
Pipeta de Pasteur
Bastão de vidro
Vidro de relógio
Papel de tornassol vermelho
Papel indicador de pH
Banho-maria
Centrífuga
Capela de exaustão
Hidróxido de sódio 3 M
Solução Problema
Ácido clorídrico 12 M
Ácido perclórico concentrado
Água destilada
Ácido acético 3 M
Acetato de sódio 3 M
Cobalto-nitrato de sódio 2 M
5.2.2 Procedimento experimental
Para identificação do potássio, adicionar 5 gotas de ácido perclórico concentrado, logo após medir o pH. A presença de um precipitado branco indica a presença de potássio. Após verificar se a precipitação do sobrenadante foi completa. Se positivo, centrifugar. Separar o precipitado do sobrenadante. O sobrenadante pode ser descartado. 
Lavar o precipitado duas vezes com 0,5 ml de água destilada. Adicionar 10 gotas de HCl concentrado. Realizar o teste da chama. Uma coloração violeta indica a presença de potássio.
À mesma amostra adicionar 3 gotas de ácido acético 3M e o mesmo para o acetado de sódio 3M. Agitar bem e adicionar mais 6 gotas de cobalto-nitrato de sódio 2M. Caso não forme precipitado, deixar em repouso até precipitado se formar. A formação de um precipitado amarelo confirma a presença de potássio.
Para identificação de amônio, adicionar 10 gotas de NaOH 3M à amostra. Aquecer em banho-maria. Mudança para vermelho-azul indica a presença de NH+.
Para identificação do íon sódio, adicionar à amostra 5 gotas de HCl concentrado. Logo após realizar o teste de chama. Uma coloração amarela indica a presença de Na+.
5.2.3 Fluxograma
 Amostra
 Adicionar 3 gotas de ácido acético 3M		 Medir o pH
Adicionar 3 gotas de acetado de sódio 3M Adicionar 5 gotas de ácido prclórico conc.
 Agitar Precipitado branco indica presença de potássio
 Adicionar 6 gotas de cobalto-nitratode sódio 2M Verificar se precipitação foi completa
 Deixar em repouso Centrifugar
 Precipitado
 Sobrenadante
 Lavar o precipitado duas vezes 									 com 0,5 ml de água destilada
 Descartar
Precipitado amarelo: K+
 Adicionar 10 gotas de HCl conc.
 Realizar teste de chama
Coloração violeta: K+
					
Amostra
 Adicionar 10 gotas de NaOH 3M
 Aquecer em banho-maria
						 Colocar fota de tornassol vermelhoMudança de vermelho-azul: NH+
Amostra
 Adicionar 5 gotas de HCl conc.
 Realizar teste de chamaAmarelo intenso: Na+
5.2.4 Resultados e discussões
A fim de realizar a separação e posterior identificação dos cátions de uma solução salina, efetuou-se uma rota analítica. Inicialmente foi feita a identificação do cátion monovalente potássio na solução. Adicionou-se ácido perclórico na solução e o produto da ionização desse ácido reagiu com o potássio para formar o perclorato de potássio. Ele tem um Kps muito baixo sendo possível nessa etapa visualizá-lo sob a forma de um precipitado branco cristalino. Adiciona-se então ácido clorídrico concentrado, que por sua vez que age com o íon potássio na solução para formar o cloreto de potássio, identificado facilmente no Teste de chama ao liberar uma coloração violeta. Abaixo está representada a reação simplificada do perclorato de potássio e o acido clorídrico.
KClO4(s) + HCl(aq) → KCl(aq) + HClO4(aq)
Outra separação possível do potássio da amostra problema foi realizada adicionando-se à mesma ácido acético e acetato de sódio. Esses reagentes funcionam como um tampão ácido da solução e ao mesmo tempo insere íons sódio na solução. Dependendo da concentração deste, o produto da reação do potássio com o cobalto-nitrito de sódio. A reação do cátion potássio e o cobalto-nitrito está representada abaixo:
3K+(s) + [Co(NO2)6]3-(aq) → K3[Co(NO2)6]3-(s)
A evidência dessa reação que comprovou a presença de cátions potássio na solução foi à formação do precipitado amarelo cobalto-nitrito de potássio. O cátion amônio foi detectado na amostra original a partir da formação de amônia volátil que pode ser identificada pela mudança de cor do papel de tornassol previamente umedecido. A formação dessa amônia ocorreu devido à reação entre o amônio e o produto da dissociação do hidróxido de sódio adicionado na solução, foi utilizado o aquecimento a fim de acelerar a reação. A reação entre o amônio e a hidroxila está representada abaixo:
NH4+(aq) + OH-(aq) → NH3(g) + H2O(l)
A identificação do íon sódio foi direta. Adicionou-se ácido clorídrico à solução e realizou-se o teste de chama. O aparecimento de uma coloração amarela indicou a presença de íons sódio na solução-problema.
6 ANÁLISE DE ÂNIONS
6.1 Conceitos
A determinação analítica de ânions encontra extensa aplicação em vários segmentos da indústria (química, farmacêutica, alimentícia, etc.), bem como na caracterização de amostras biológicas e ambientais. A análise individual de ânions pode ser feita por métodos volumétricos, gravimétricos, espectrofotométricos e eletroanalíticos. Já para análise simultânea de ânions, geralmente são empregados métodos cromatográficos. A cromatografia iônica (CI)4 com detecção condutométrica é empregada principalmente para ânions inorgânicos e alguns orgânicos de cadeia curta, enquanto que, para os ânions derivados de ácidos orgânicos de cadeias maiores, é utilizada a cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE).
Um esquema de classificação que tem sido proposto é apresentado a seguir, embora não seja muito usado por não ser único, variando muito conforme os autores. 
Grupo I – Ânions que desprendem gases quando tratados com HCl ou H2SO4 diluído: Carbonato CO32- , bicarbonato HCO3-, Sulfito SO32-, tiossulfato S2O32-, sulfeto S2-, nitrito NO2-, hipoclorito OCl-, cianeto CN- e cianato OCN-.
Grupo II – Ânions que desprendem gases quando tratados com H2SO4 concentrado: todos os do grupo I e mais: fluoreto F-, hexafluorsilicato [SiF6]2-, cloreto Cl-, brometo Br-, iodeto I-, nitrato NO3-, clorato ClO3-, perclorato ClO4-, permanganato MnO4-, bromato BrO3, borato BO33- ou B4O72-ou BO2-, oxalato C2O42-, tartarato [C4H4O6]2-, acetato CH3COO-, hexacianoferrato II [Fe(CN)6]4-, hexacianoferrato III [Fe(CN)6]3-, tiocianato SCN-, formiato HCOO- e citrato [C6H5O7]3-. 
Grupo I – Ânions que apresentam reações de precipitação: sulfato SO42-, persulfato S2O82, fosfato PO43-, fosfito HPO32-, hipofosfito H2PO3-, arseniato AsO43-, arsenito AsO33-, cromato CrO42-, dicromato Cr2O72-, silicato SiO32-, hexafluorsilicato [SiF6]2-, salicilato C6H4(OH)COO-, benzoato C6H5COO- e succinato C4H4O42-.
Grupo II – Ânion que apresentam reações de oxidação e redução: Manganato MnO42-, permanganato MnO4-, cromato CrO42- e dicromato Cr2O72-. 
udadas a seguir. 
As análises serão realizadas utilizando-se tanto amostra sólida como uma solução tratada com carbonato. Serão alvo deste estudo os seguintes ânions: C2O42-, CrO42-, SO42-, CO32-, PO43-, Cl-, Br-, I-, NO3-. 
6.2 DESENVOLVIMENTO
6.2.1 Materiais e reagentes utilizados:
Bastão de Vidro
Fita indicadora de pH
Pipeta de Vidro
Pipeta Descartável
Fio de Cobre
Papel de Tornassol
Seringa Hipodérmica
Tubo de Polietileno
Tubo de Ensaio
Solução de HCl 1mol.L-1
Solução de hidróxido de bário
Solução de Sulfato, carbonato, fosfato, cloreto, brometo, iodeto, oxalato, cromato, nitrato
Solução de BaCl2.2H2O 0,1 mol.L-1
Solução de molibidato de amônio 0,1 mol.L-1
Solução de ácido nítrico 6 mol.L-1
Solução de nitrato de prata 0,01 mol.L-1
Solução de ácido acético 1mol.L-1
Solução de cloreto de cálcio 0,1 mol.L-1
Solução de ácido sulfúrico 6 mol.L-1
Solução de éter etílico
Solução de Peróxido de hidrogênio (3%)
Solução de amônia concentrada
Amostra desconhecida
Solução de KMnO4 0,01 mol.L-1l
Solução de iodeto de potássio 0,1 mo.L-1
Solução de ácido sulfúrico concentrado
6.2.2 Procedimento experimental
Sulfato (SO4²ˉ)
Adicionar em um tubo de ensaio cerca de 1 ml de solução contendo íons SO4²ˉ, 1 ml de solução de BaCl2.2H2O 0,1 mol.L-1e 1 ml de HCl 1 mol.L-1.
Carbonato (CO3²ˉ)
Utilizar um sistema com dois tubos de ensaio interligados por um tubo de polietileno. Adicionar vagarosamente, no tubo B cerca de 1 ml de solução contendo Ba(OH)2 e conectar de modo que a parte mais longa do tubo plástico ficou dentro da solução. No tubo A foi adicionar cerca de 1 ml da solução contendo o íon CO3²ˉ e fechando o tubo. Com o auxílio de uma seringa hipodérmica adicionar cerca de 1 ml de solução de ácido clorídrico1:1 (v/v).
Fosfato (PO4³ˉ)
Adicionar em um tubo de ensaio cerca de 1 ml de solução contendo íons HPO43ˉ, 1 ml de solução de (NH4)2MoO4 0,1 mol/L e 1 ml de solução de HNO3 6 mol/L.
Cloreto (Clˉ), Brometo (Br ˉ) e Iodeto (Iˉ)
Colocar em um suporte três tubos de ensaio. Ao primeiro, adiciona-se cerca de 1 ml da solução contendo o íon Clˉ; ao segundo adiciona-se cerca de 1 ml da solução contendo o íon Brˉ e, ao terceiro, adiciona-se cerca de 1ml de solução contendo o íon Iˉ. A cada um deles adicionar cerca de 1 ml da solução de nitrato de prata 0,01 M e 0,5 ml de HNO3 6 M.
Oxalato (C2O4²ˉ)
Adicionar a um tubo de ensaio cerca de 1 ml de solução contendo íons C2O ²ˉ, cerca de 1 ml de solução de ácido acético (CH3COOH) 1 mol/L, e cerca de 1 ml de solução de CaCl2 0,1 M.
Cromato (CrO4²ˉ)
Na capela com o sistema de exaustão ligado adicionar a um tubo de ensaio cerca de 2 ml de solução contendo íons CrO4²ˉ, 1 ml de solução de H2SO4 6 M, 1 ml de éter etílico e 2 ml de solução de H2O2 a 10 volumes (3%). Agitar com cuidado.
Nitrato (NO3ˉ)
Adicionar a um tubo de ensaio cerca de 1ml da solução contendo íons NO3ˉ. Mergulhar na solução em fio de cobre metálico bem limpo. Adicionar lentamente, pela parede interna do tubo, gotas de H2SO4 concentrado até o início do desprendimento gasoso marrom–avermelhado na superfície do fio de cobre.
Detecção de ânions de ácidos voláteis
A um tubo de ensaio adicionar cerca de 2 ml da solução amostra e 1 ml de solução de H2SO4 6 M, nesta ordem, e agitar a solução resultante.
Detecção de ânions oxidantes
A um tubo de ensaio adicionar cerca de 2 ml da solução amostra, 1 ml de solução de HCl 1M e 1 ml de solução de KI 1M, nesta ordem, agitar a solução resultante.
Detecção de ânions redutores
A um tubo de ensaio adicionar cerca de 2 ml da solução amostra, cerca de 1 ml de solução de H2SO4 6 M e 5 gotas de solução de KMnO4 0,01 M, nesta ordem, e agitar a solução resultante.
Detecção de ânions que precipitam com o íon Ba²+ 
A um tubo de ensaio adicionar cerca de 2 ml da solução amostra, 1 ml de solução de HCl 1:1 (v/v) e NH3 concentrada, gota a gota, até o meio se tornar básico (verificar com o papel tornassol). Em seguida, adicionar cerca de 1 ml de solução de BaCl2.2H2O 0,1 M.
Detecção de ânions que precipitaram com o íon Ag+
A um tubo de ensaio adicionar cerca de 2 ml da solução amostra, 1 ml de solução de H2SO4 6 M e 0,5 ml de solução de AgNO3 0,01M, nesta ordem.
6.2.3 Resultados e discussões
Durante a identificação de ânions de sulfato (SO42-), notou-se que ao misturar o cloreto de bário, a substância obteve uma cor leitosa, sendo assim, insolúvel em ácido clorídrico.
Ba2+ + SO4 2- → BaSO4 (s)(precipitado branco)
Na identificação do ânion Carbonato (CO32-) foi injetado ácido clorídrico em um tubo de ensaio fechado, notou-se que no tubo A ocorreu fervura, ficando assim, incolor. Já no tubo B que continha hidróxido de sódio, borbulhou e formou-se um precipitado na parede.
CO2(g) +Ba2+(aq) + 2OH- → BaCO3(s) +H2O(l) (precipitado branco)
Para identificação do ânion Fosfato (PO43-), quando ao reagir os íons fosfato com o molibidato de amônio, formou-se uma precipitação esbranquiçada, que ao reagir com ácido nítrico apresentou-se uma coloração amarelada, confirmando assim, a presença do íon sulfato.
PO43-(aq)+ 3NH4+(aq) + 12 MoO42-(aq) + 24 H+ → 12H2O(l) +(NH4)3PO4.12MoO3 (precipitado amarelo.)
No tubo que continha o íon cloreto, ao reagir com o nitrato de prata obteve uma cor esbranquiçada, que ao reagir com o ácido nítrico formou-se um precipitado.
Ag+ (aq) +Cl-(aqb) → AgCl (s)
No tubo que continha íon Brometo, ao reagir com o nitrato de prata formou-se um precipitado amarelo leitoso e, ao adicionar o ácido nítrico formou-se um precipitado verde claro.
Ag+ (aq) + Br-(aq) → AgBr (s)
No tubo que continha íon iodeto, ao reagir com o nitrato de prata formou-se uma solução de cor amarelo claro e, ao adicionar o ácido nítrico formou-se uma solução amarelo um pouco mais escuro e um precipitado amarelado.
Ag+ (aq) + I-(aq ) → AgI (s)
Na identificação do ânion Oxalato (C2O42-), ao reagir o íon oxalato com o ácido acético formou-se um precipitado branco no fundo, que ao reagir com o cloreto de cálcio formou-se uma cor leitosa com precipitado esbranquiçado.
C2O42-(aq) + Ca2+ → CaC2O4(s) (precipitado branco). Possível interferente: SO4 2-
Ao reagir o íon cromato com ácido sulfúrico, a solução ficou quente e ocorreu a formação de duas fases, amarela embaixo e vermelha em cima. Ao reagir com o éter de etílico, formaram-se três fases, amarela embaixo, vermelha no meio e escura por cima. Houve a formação de gás e a solução permaneceu quente. Após a adição do peróxido de hidrogênio também houve formação de gás, a última fase ficou verde e, após agitação, a solução tornou-se verde escura e continuou quente.
CrO42-(aq) + 2 H+ → Cr2O72-(aq) + H2O (l)
Na identificação do ânion Nitrato (NO3) quando ao mergulhar o fio de cobre em uma solução que continha nitrato de sódio, nada ocorreu. Após adição de ácido sulfúrico, a solução ficou quente e amarelada, em seguida a solução tornou-se verde clara e ocorreu desprendimento de um gás marrom. Envolta do fio de cobre, houve a formação de um precipitado branco e o fio tornou-se fosco.
2NO3- (aq) + 8H+(aq) + 3Cu (s) → 3Cu2+(aq) + 4H2O (l) + 2NO(g)
Detecção de ânions de ácidos voláteis
Ao reagir a solução da amostra com ácido sulfúrico houve efervescência, constatando assim a presença de CO3-; não houve odor desprendido, sendo assim, não houve presença de SO32-, S2- e CH3COO-.
Detecção de ânions oxidantes
Ao reagir a solução da amostra com HCl e KI, não houve coloração castanho amarelada, sendo assim, não houve a presença de CrO42-, NO2-, ClO3- e NO3-.
Detecção de ânions redutores
Ao reagir a solução da amostra com ácido sulfúrico e KMnO4, não houve descoramento e nem mudança de cor na solução, portanto, não houve presença de I-, Br-, S2-, C2O42-, SO32-, SCN- e NO2-.
Detecção de ânions que precipitam com o íon Ba2+
Ao reagir a solução da amostra com HCl 1:1 (v/v) e NH3 concentrada e BaCl2.2H2O, ocorreu formação de precipitado, o que significa que poderiam estar presentes os ânions CO32-, SO42-, CrO42-, PO43-, C2O42- e SO32-. Após realizado o teste de identificação de cada ânion, exceto CO32- pois já havia sido identificado anteriormente, constatou-se que o ânion presente era o PO43-.
Detecção de ânions que precipitam com o íon Ag+
Ao reagir a solução da amostra com ácido sulfúrico e AgNO3, ocorreu formação de precipitado, o que significa que poderiam estar presentes os ânions Cl-, Br-, I-, S2- e SCN-. Após realizado o teste de identificação de cada ânion, constatou-se que o ânion presente era o Cl-.
CONCLUSÃO
O enfoque principal desse estudo é demonstrar os métodos de separação e identificação dos cátions e ânions presentes numa amostra desconhecida. Isso foi realizado através da reação da amostra com alguns tipos específicos de soluções pré-determinadas e preparadas. Foi seguido um esquema de identificação proposto, que tornou a identificação dos cátions e ânions muito mais fácil já que os testes realizados e apresentados no estudo demonstram a objetividade na análise. A análise qualitativa nos proporciona uma visão geral do que estamos analisando e separando. Em suma, os testes expostos nos resultados, nos proporcionaram uma ampla visão do que é, realmente, o principal foco da química analítica qualitativa.
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