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INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA LICENCIATURA EM QUÍMICA QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL Profa. Dra. Viviane Gomes Pereira Ribeiro ESTUDO DOS ÂNIONS SULFITO (SO32-) E SULFATO (SO42-) Bernardino Joaquim Caluaco Acarape 2019 IDENTIFICAÇÃO DOS ÂNIONS SULFITO (SO32-) E SULFATO (SO42-) Os princípios seguidos na análise de ânions não cumprem com passos tão sistemáticos à semelhança do que ocorre com os cátions. Os íons não são subdivididos em grupos como no caso dos cátions. Desconhece-se um mecanismo eficaz que permita a separação dos ânions em grupos principais, e que em seguida permita a separação, em cada grupo, de seus componentes independentes. Apesar do fato mencionado, tem que se referir que é possível separar os ânions em grupos principais, dependendo das solubilidades dos seus sais de prata, de cálcio ou de bário e dos sais de zinco; tendo em mente que esta classificação só é considerada útil para dar indicação das limitações do método e confirmação dos resultados obtidos por processos mais simples. (VOGEL, 1981) Na prática, toda amostra a ser analisada é submetida a uma série de “testes prévios” com o objetivo de eliminar alguns ânions, a partir das seguintes evidências: a) cor da amostra, b) solubilidade em água, c) valor do pH dessa solução, d) em reações com certos compostos específicos como AgNO3 e BaCl2 e e) resultados da própria análise de cátions. Por exemplo, se for confirmada a presença de íons Pb2+ pela análise dos cátions e notar-se que a amostra é solúvel em água, então o íon SO4 2- não estará presente. As informações obtidas por estes testes muitas vezes são suficientes para confirmar ou eliminar a presença de vários ânions e em seguida realizar os testes específicos para aqueles que não foram eliminados definitivamente. À medida que aumenta o número de espécies (cátions e ânions) na amostra, maior será a probabilidade da existência de pares de íons que formarão sais insolúveis e será menos provável de que o sólido seja solúvel em água ou até mesmo em ácidos. Por exemplo, o cátion Ag+ e os ânions Cl-, Br-, I- e S2- nunca serão encontrados juntos numa solução ácida. Também os íons Pb2+ e Ba2+ não podem coexistir com SO4 2- numa solução ácida, mas numa solução alcalina, onde o chumbo se encontra na forma de íon HPbO2 -, o SO4 2- pode coexistir. Ainda que numa solução alcalina a maioria dos ânions possam coexistir, a acidulação causará a perda de alguns íons, como por exemplo, o S2- e o CO3 2- que são removidos produzindo H2S e CO2, respectivamente. (KONDO; SILVA & ANDRADE, 2012, pág. 1) Após a realização dos testes prévios, torna-se necessário testar a amostra por meio de algumas reações específicas. Neste contexto, os íons estudados durante a aula foram o íon sulfito (SO3 2-) e o íon sulfato (SO4 2-). PROPRIEDADES DOS ÍONS 1. ÍON SULFITO (SO3 2-): O sulfito é um íon poliatômico, definido por Brown (2005, pág. 47) como íons constituídos de átomos unidos em uma molécula com carga líquida negativa. A terminação (sufixo) “ito” deve-se ao fato de ser um oxiânion que tem mesma carga que o sulfato, porém, com um átomo de oxigênio (O) a menos. Estrutura do ânion sulfito [SO3] 2- Figura 1: Estrutura do íon sulfito Fonte: Wikimedia Commons. Disponível em: https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfite Os sulfitos são bons agentes redutores. Segundo a teoria da repulsão de pares de elétrons de valência (VSEPR), o íon sulfito tem uma estrutura piramidal triangular com ligações deslocalizadas. A distância S-O é 151pm e o ângulo O-S-O é 106º. Quanto a solubilidade: Somente os sulfitos de matais alcalinos e de amônio são solúveis em água; os sulfitos dos outros metais são fracamente solúveis ou insolúveis. Os hidrogenossulfitos ou dissulfitos de metais alcalinos são solúveis em água; os hidrogenossulfitos (dissulfitos) de metais alcalino-terrosos são conhecidos somente em solução. (VOGEL, 1981) Para o estudo das reações do íon sulfito pode ser usada uma solução 0,5 molL-1 de sulfito de sódio hepta-hidratado, Na2SO3.7H2O. A seguir, descreveremos algumas propriedades deste íon quando submetido em diferentes meios reacionais, tal como é apresentado em Vogel (1981): Em meio ácido, com ácido clorídrico ou sulfúrico diluídos, o íon sulfito decompõe-se rapidamente liberando dióxido de enxofre (SO2), agindo como um forte agente redutor: SO3 2- + 2H+ → SO2↑ + H2O Precipita quando reage com compostos de bário e estrôncio (sulfato de bário ou de estrôncio causam este efeito). O precipitado branco dissolve-se em ácido clorídrico diluído, liberando SO2: SO3 2- + Ba2+ → BaSO3↓ BaSO3↓ + 2H + → Ba2+ + SO2↑ + H2O Também forma precipitado branco quando em solução de nitrato de prata; isto acontece apenas se haver muito reagente, verificando-se a formação de um precipitado cristalino instável, capaz de se desfazer se íons sulfitos estiverem em excesso na solução: SO3 2- + Ag+ → AgSO3↓ Uma propriedade muito conhecida deste íon é apresentada quando rege com compostos de permanganato, como o permanganato de sódio. Descolora por redução íons permanganato (intensamente púrpura) a íons manganês (II) (incolor): 5SO3 2- + 2MnO4 - + 6H+ → 2Mn2+ + 5SO4 2-+ 3H2O Ainda no contexto da descoloração, sulfitos neutros e dióxido de enxofre, o primeiro com mais eficácia, descolorem soluções diluídas de corantes de trifenilmetano, como fucsina e verde malaquita. Como um mecanismo de diferenciação com relação ao íon hidrogenossulfito, soluções de sulfitos alcalinos normais mostram uma reação alcalina contra o papel de tornassol, devido a hidrólise: SO3 2- + H2O ↔ HSO3 - + OH- https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfite 2. ÍON SULFATO (SO4 2-): O sulfato é um íon poliatômico, definido por Brown (2005, pág. 47) como íons constituídos de átomos unidos em uma molécula com carga líquida negativa. A terminação (sufixo) “ato” deve-se ao fato de ser o oxiânion mais comum do enxofre. O peso molecular ou massa molar do sulfato é de 96,056 g / mol. O sulfato é altamente abundante em nosso meio ambiente, encontrado naturalmente como minerais na terra. Segundo Brown (2005), sulfato é todo sal inorgânico de ácido sulfúrico, H2SO4. Estrutura do ânion sulfito [SO4] 2- Figura 2: Estrutura do íon Sulfato Fonte: Wikimedia Commons. Disponível em: https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfate No ânion sulfato, as distâncias de todas as quatro ligações S-O são iguais. A distância S-O é 149pm. Esta distância está relacionada com a deslocalização da carga. Segundo a teoria VSEPR, a geometria molecular do íon é tetraédrica. A sua simetria é igual à do metano. Quanto à solubilidade: Muitos sulfatos iónicos são conhecidos, e muitos deles são altamente solúveis em água. As exceções incluem o sulfato de cálcio, sulfato de estrôncio, sulfato de chumbo (II), e sulfato de bário, que são pouco solúveis, praticamente insolúveis. (VOGEL, 1981, pág. 378) Radium sulfato é o sulfato mais insolúvel conhecido. Para o estudo das reações do íon sulfato pode ser usada uma solução 0,1 molL-1 de sulfato de sódio deca-hidratado, Na2SO4.10H2O. A seguir, descreveremos algumas propriedades deste íon quando submetido em diferentes meios reacionais, tal como é apresentado em Vogel (1981): Uma das propriedades do sulfato é a sua capacidade de se ligar aos metais. Ao usar seus átomos de oxigênio como ligantes, ou braços, o íon sulfato alcançará um metal formando uma ponte ou conexão. Essa conexão de um composto químico ligado a um metal é chamada de quelato. Como exemplo, quando o sulfato toma o título de uma substância quelante, os átomos de oxigênio carregados negativamente vão alcançar o metal ferro, resultando na formação de um complexo de íon metálico chamado sulfato de ferro (II) ou FeSO4. Reagindo com soluções de bário, como cloreto de bário, é possível fazer-se a análisegravimétrica de íons sulfato, por causa do aparecimento de um precipitado branco, sulfato de bário, indicando que os ânions sulfato estão presentes na amostra analisada. SO4 2- + Ba2+ → BaSO4↓ Em reação solução de acetato de chumbo, forma-se um precipitado branco, sulfato de chumbo (PbSO4); este precipitado é solúvel em ácido sulfúrico concentrado a quente, https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfate https://pt.qwe.wiki/wiki/Solubility https://pt.qwe.wiki/wiki/Water em soluções de acetato de amônio, tartarato de amônio e em soluções de hidróxido de sódio formando-se tetrahidroxiplumbato (II) de sódio: SO4 2- + Pb2+ → PbSO4↓ Forma-se um precipitado da mesma coloração (branca) quando reagido com solução de nitrato de prata: SO4 2- + Ag+ → AgSO4↓ Diferente dos íons sulfitos, os sulfatos não descoloram permanganatos. Sulfatos aumentam a acidez da atmosfera, criando chuva ácida. O efeito Ttwomey, ou o efeito de aerossóis de sulfato na formação de nuvens, pode compensar o efeito de aquecimento dos gases de efeito estufa e ocorre em grande parte a jusante de áreas altamente industriais. CINCO APLICAÇÕES DE COMPOSTOS CONTENDO OS ÍONS EM ESTUDO ÍON SULFITO (SO3 2-) 1. Sulfitos são utilizados como conservante ou potenciador de alimento. Nesta categoria estão inseridos compostos como Bissulfito de potássio (KHSO3), metabissulfito de potássio (K2S2O5), bissulfito de sódio (NaHSO3), metabissulfito de sódio (Na2S2O5) e sulfito de sódio (Na2SO3); 2. Os sulfitos ocorrem naturalmente nos vinhos, porém em baixa escala, por isso, geralmente são adicionados ao vinho para exercer a função de conservante, evitando assim a deterioração e oxidação em várias fases da produção do vinho. Sem sulfitos, suco de uva se transformaria rapidamente em vinagre. Em geral, vinhos brancos contêm mais sulfitos do que vinhos tintos; 3. Também são usados como conservantes de frutos secos; 4. Apesar de muitas cervejeiras terem barrado a sua utilização, algumas sidras alcoólicas ainda usam sulfitos na sua produção; 5. Um outro uso dos sulfitos é no tratamento de camarão em navios de pesca, embora em muitos dos casos não apareça nos rótulos do produto Depois deste detalhamento, vale ressaltar que o uso de sulfito em alimentos é um assunto muito debatido pelo fato de muitas vezes ser prejudicial à saúde; os sulfitos são contados entre os nove principais alérgenos alimentares, pode causar dificuldade, em poucos minutos, para respirar depois de comer um alimento que o contenha. ÍON SULFATO (SO4 2-) 1. Sulfatos são usados na produção de Gesso (principalmente para indústria de construção). Neste processo se apresenta na forma mineral natural de sulfato de cálcio hidratado, CaSO4.nH2O. O sulfato de cobre também é usado como eletrólito em células galvânicas, e como constituinte de fungicidas; 2. O sulfato de amônio, (NH4)2SO4, é usado como adubo (fertilizante); 3. Sulfato de ferro (II), FeSO4, é usado como suplemento mineral para humanos, animais, plantas e solo; 4. Sulfato de magnésio (sal de Epsom), MgSO4, é usado em banhos terapêuticos; 5. Sulfato de sódio Laureth, CH3(CH2)11(OCH2CH2)nOSO3Na, é um detergente comum em formulações de shampoo. A presença de sulfatos nestes produtos torna-os muito eficientes, pois podem extrair muito óleo natural do cabelo e da pele. REFERÊNCIAS *VOGEL, Arthur Israel. Química Analítica Qualitativa. 5ª ed. São Paulo: Mestre Jou, 1981. *BROWN, Theodore L.; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9ª ed. São Paulo: Prentice Hall, 2005. *WIKI. Sulfito – Sulfite. Disponível em: <https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfite>. Acesso em: 12 jan. 2020. *WIKI. Sulfato – Sulfate. Disponível em: <https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfate>. Acesso em: 12 jan. 2020. *Grupo 16: Grupo dos calcogênios. Apresentação de Power Point. Disponível em: <http://www.ufjf.br/quimica/files/2017/08/Grupo-16-Grupo-dos-Calcog%C3%AAnios.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2020. *KONDO, Márcia Matiko; SILVA, Milady R. A.; ANDRADE, Sandro José de. Apostila de Química Analítica Qualitativa: Análise de Ânions. Disponível em: <http://files.quimica- licenciatura.webnode.com/2000000261579116735/Apostila%20%20%20%20%20_%C3%A 2nions.pdf>. Acesso em: 12 jan. 2020. *PORTAL SÃO FRANCISCO. Sulfatos. Disponível em: https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/sulfatos. Acesso em: 12 jan. 2020. https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfite https://pt.qwe.wiki/wiki/Sulfate http://www.ufjf.br/quimica/files/2017/08/Grupo-16-Grupo-dos-Calcog%C3%AAnios.pdf http://files.quimica-licenciatura.webnode.com/2000000261579116735/Apostila%20%20%20%20%20_%C3%A2nions.pdf http://files.quimica-licenciatura.webnode.com/2000000261579116735/Apostila%20%20%20%20%20_%C3%A2nions.pdf http://files.quimica-licenciatura.webnode.com/2000000261579116735/Apostila%20%20%20%20%20_%C3%A2nions.pdf https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/sulfatos