RELATÓRIO DE EXPERIMENTO - ANÁLISE DOS CÁTIONS DO GRUPO IV - QUÍMICA ANALITICA QUALITATIVA

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UNIVERSIDADE CATOLICA DOM BOSCO- UCDB
Curso: Farmácia
Disciplina: Química Analítica Qualitativa
EXPERIMENTO 2 – ANÁLISE DOS CÁTIONS DO GRUPO IV
Relatório apresentado como exigência da disciplina de química analítica qualitativa para fins de estudo
Autores: 	 	 	 	 RA:	 
João Lucas dos Santos Reis	 182204
 Liryel Silva Gasparetto		 183053
Luís Henrique dos Santos da Rosa 181849
Matheus da Silva 			 181673
SUMÁRIO
Disciplina: Química Analítica Qualitativa	1
1. INTRODUÇÃO	3
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	4
2. OBJETIVO	6
3. METODOLOGIA	7
3.1 Substâncias e Reagentes	7
3.2. Materiais	11
3.3 Procedimentos e técnicas	11
4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS	14
5. CONCLUSÃO	17
6. REFERENCIAS	18
ANEXOS	19
	
Campo Grande-MS 
14/04/2021
1. INTRODUÇÃO
 Análise qualitativa é a identificação ou análise dos elementos ou íons que constituem uma substância. Quando preparamos uma amostra desconhecida, a primeira exigência é, de regra, determinar quais as substâncias que nela estão presentes. Este problema pode ser descoberto, 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 na autoridade da Análise Química Qualitativa. 
 Estávamos em busca dos seguintes cátions: Bismuto (Bi3+), Cobre (Cu2+) e Cádmio (Cd2+). Resíduos de tioacetamida são segregados para serem usados em passivações posteriores: tioacetamida hidrolisa em meio básico e ácido originando S2-, que precipita com os cátions do grupo IV-A. Por esse motivo, resíduos de tioacetamida podem ser utilizados para passivar resíduos contendo metais desses grupos, como Hg2+ e Pb2+, como ocorreu nos cátions do grupo V – Experimento I.
	
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Na análise química qualitativa, os cátions são divididos e classificados em cinco grupos, de acordo com a peculiaridade de reação de cada elemento a determinados reagentes, ou seja, no modo como eles reagem a reagentes específicos pela formação ou não de precipitados. Ao utilizar esses chamados ‘reagentes de grupo’ (que são específicos para cada grupo), podemos confirmar a presença ou a ausência de grupos de cátions e separa-los para posterior analise.
A identificação de uma substância (A) consiste em geral, na transformação da mesma em outra substância (B) com características conhecida. Para atingir tal resultado, um reagente específico (R), que deve reagir com a primeira substancia, deve ser adicionado a reação (A) + (R) = (B).
 Esse processo pode ser feito 1) por via úmida: reações feitas com substâncias em solução; 2) por via seca: ensaios de chama ou pérola de bórax por exemplo. Para as reações de identificação de solução são usadas em geral soluções que produzem um efeito macroscópico (mudança de cor, formação de precipitado, liberação de gás) facilmente visível ou que afetem o olfato, o qual representa o nosso caso.
O grupo IV-A (subgrupo do cobre), o qual será analisado neste experimento, é constituído pelos cátions Bi+3, Cu+2 e Cd+2, e possuem a característica em comum de que seus sulfetos são insolúveis em ácidos diluídos. Sendo assim, podem ser obtidos através da reação dos cátions com H2S (Ácido Sulfídrico), reagente no qual sediará ânions de S-2, que se juntarão aos cátions do grupo formando tais sulfetos insolúveis em meio ácido de HCl (Ácido Clorídrico). Em equações:
2Bi+3 + 3H2S  Bi2S3(s)↓ + 6H+
Cu+2 + H2S  CuS(s)↓ + 2H+
Cd+2 + H2S  CdS (s)↓ + 2H+
Uma solução de tioacetamida é utilizada ao invés de borbulhar o gás de ácido sulfídrico direto na reação devido às dificuldades inerentes ao uso de gás, principalmente em se tratando de um gás corrosivo e extremamente tóxico como o em questão (DOS SANTOS, 2015). Além disso, os precipitados obtidos dessa maneira serão mais finos e cristalinos, sendo mais facilmente sedimentados por meio de centrifugação.
 Tioacetamida				 Acetamida Ácido Sulfídrico
Com exceção dos metais alcalinos e metais alcalinos terrosos, a maioria dos cátions forma sulfetos muito pouco solúveis cujas solubilidades diferem grandemente entre si. Em virtude do fato de que é relativamente fácil controlar a concentração de íons sulfeto em uma solução aquosa de H2S pelo ajuste do pH, as separações baseadas na formação de sulfetos encontraram uso extensivo. Os sulfetos podem ser convenientemente precipitados a partir de uma solução homogênea, com o ânion sendo gerada pela hidrolise da tioacetamida (SKOOG, 2015).
 
2. OBJETIVO
 Identificar e caracterizar os cátions do Grupo IV A ou Sub-Grupo do Cobre, sendo eles Cu+2, Bi+3 e Cd+2, e de acordo com as substancias que estes cátions estão sendo inseridos observar a formação de possíveis novos produtos das reações. 
3. METODOLOGIA 
3.1 Substâncias e Reagentes
· Nitrato de Cobre [Cu(NO3)2]
Apresenta-se como um sólido cristalino azul na forma anidra, é solúvel em água, tem ponto de fusão em 114ºC e ponto de ebulição em 270ºC, sua densidade é de 3,05 g/cm³
Foi usado em estado líquido, fornecendo cátions de cobre (Cu+2), sendo uma peça principal para o desenvolvimento do experimento. 
 
· Nitrato de Bismuto [Bi(NO3)3]
A forma mais comum encontrada desse sal é a pentahidratada, tendo 2.90 g/cm3 de densidade na forma pentahydratada. É utilizado na síntese de vários compostos de bismuto. É o único sal de nitrato formado por elemento do grupo 15. 
É solúvel em acetona, ácido acético e glicerol, mas praticamente insolúvel em etanol e acetato de etila.
No experimento foi utilizado em estado líquido, fornecendo Bi+3 um dos cátions do subgrupo IV-A a serem analisados, sendo fundamental para o desenvolvimento do experimento como um todo.
 
· Nitrato de cádmio [Cd(NO3)2]
É um sal inorgânico, sólido inodoro não radioativo, de coloração branca. Não é inflamável, mas pode causar fogo se em contato com certos materiais: como madeira, materiais combustíveis, etc. Quando exposto ao fogo aumentará a intensidade e pode formar óxidos tóxicos de nitrogênio e cádmio. Tem seu ponto de fusão em 59ºC e ebulição em 132ºC e sua densidade é de 2.46 g/cm3, solido
No experimento dado, foi utilizado em estado líquido, junto ao nitrato de cobre e nitrato de bismuto, afim de fornecer cátions de Cd+2. 
· Ácido clorídrico (HCl) 6M
Apresenta coloração incolor a levemente amarelado, de odor pungente, corrosivo, tóxico, quando inalado pode provocar dificuldades respiratórias e em contato com a pele causa queimaduras. 
Seu ponto de ebulição e fusão varia de acordo com à sua concentração, no caso o que foi usado tem seu ponto de fusão em 59ºC e ebulição em 108ºC e sua densidade é de 1,098 kg/L na concentração de 6M.
Os cátions de metais do grupo IV precisam de um meio ácido para serem precipitados, o HCl junto com tioacetamida, que serve como fonte de ácido sulfídrico, foram usados para esta função.
 
· Tioacetamida (C2H5NS) 1M
É um composto organo-sulfuroso, cristalino incolor solúvel em água e serve como fonte de ácido sulfídrico. É usada largamente na análise qualitativa como uma fonte de íons sulfeto. Tem seu ponto de fusão em 115ºC e sua densidade é de 1,27 g/cm³.
Foi usado como fonte de ácido sulfídrico, sendo colocado tanto em soluções ácidas como também básicas, sendo usado como fonte de íons de sulfeto.
 
· Acetato de sódio (CH3COONa) 2M
Composto cristalino incolor, apresenta-se normalmente na forma de sal anidro ou trihidratado. Ambas as formas são solúveis em água e em etoxietano e ligeiramente solúveis em etanol. Tem o ponto de fusão em 324 °C e ebulição em 881,4 °C e densidade de 1,53 g/cm³
É um sal de uma base forte e de um ácido fraco, como uma base conjugada de um ácido fraco, pode atua como um tampão para manter um pH relativamente constante, sendo usado na formulação de tampões para controle de pH em muitas aplicações de laboratório.
É usado no experimento como uma solução tampão, sendo utilizado para deixar o pH da solução em 0,5.
 
· Cloreto de amônio(NH4Cl) 1M
É um sal cristalino e branco, altamente solúvel em água. Soluções de cloreto de amônio são levemente ácidas. Se decompõe em temperatura de 338 °C e tem densidade de 1,53 g/cm3.
Ao ser aquecida se decompõe produzindo fumaça tóxica. Reage com ácidos concentrados formando cloreto de hidrogênio e com bases fortes formando amoníaco. A dissolução em água produz um ácido fraco
 	Foi utilizado na lavagem dos precipitados formados no experimento, que podiam conter algum determinado sulfeto.
· Ácido nítrico concentrado (HNO3)
É um ácido de elevado grau de ionização e volátil à temperatura ambiente. É produzido industrialmente pelo processo Ostwald. Tem ponto de fusão em -42°C e ponto de ebulição de 83°C e sua densidade é de 1,51 g/cm3 (20 °C).
O ácido nítrico é considerado um ácido forte, sendo também bastante corrosivo.A temperatura ambiente libera fumaças (fumos) vermelhos ou amareladas. O ácido nítrico concentrado tinge a pele humana de amarelo ao contato, devido a uma reação com a cisteína presente na queratina da pele. A utilização do mesmo deve ser numa capela com a devida proteção pessoal.
O ácido nítrico foi usado para solubilizar o precipitado formado que continha algum sulfeto formado pelos procedimentos anteriores.
 
· Hidróxido de amônia (NH4OH)
É uma base solúvel e fraca, só existe em solução aquosa quando faz-se o borbulhamento de amônia (NH3) em água. Tem ponto de fusão -91,5°C e ponto de ebulição 24,7°C, sua densidade é de 880 g/cm3.
Dentre os seus riscos, é dado como um material nocivo quando ingerido, inalado e absorvido pela pele. Extremamente irritante para mucosas, sistema respiratório superior, olhos e pele.
No experimento, foi adicionado gota a gota com agitação à solução que havia sido solubilizada com ácido nítrico
 
· Cianeto de potássio (KCN)
 	É um composto químico altamente tóxico, o íon cianeto que causa a intoxicação, pois torna inerte a Citocromo c oxidase, impedindo a respiração celular, o que por sua vez acarreta em uma morte rápida. Deve-se ter extremo cuidado ao manipular esse composto, pois o contato com qualquer ácido converte esse composto ao ácido cianídrico (HCN), um composto letal. Ele é solúvel em água e tem o ponto de fusão e ebulição em 634.5 °C e 1625 °C respectivamente e sua densidade é de 1.52 g/cm3.
No experimento, de maneira liquida, foi utilizado o composto de gota a gota na solução que podia conter íons complexos de cobre-amônia e cádmio-amônia.
· Água destilada
Água destilada é a água obtida por meio da destilação (condensação do vapor de água obtido pela ebulição ou pela evaporação) de água não pura (que contém outras substâncias dissolvidas), e então condensada em outro recipiente. A água destilada é assim separada dos sais minerais, dos gases e outros produtos nela dissolvidos.
No experimento, é usado para se preparar reagentes e solventes e também para balancear a centrífuga nos momentos de utilização.
3.2. Materiais
· Bateria de reagentes
· Tubos de ensaio
· Becker
· Bico de Bunsen
· Tela de amianto
· Tripé de ferro
· Pipetas Pasteur (plástico e vidro) e borracha
· Pinça de madeira
· Centrífuga
 
3.3 Procedimentos e técnicas
Antes de começar o experimento foi colocado em um Becker 600 ml de água sobre o bico de Bunsen em um tripé de ferro e uma tela de amianto para ser usado como banho maria.
1. Foi adicionado em um tubo de ensaio cinco gotas de cada uma das respectivas substancias Bi(NO3)3 (29*), Cu(NO3)2 (29*) e Cd(NO3)2 (25*).
2. No mesmo tubo de ensaio foram adicionadas gotas de HCl 6M, até testar pH 0,5 e após testar o determinado pH, foi adicionado mais 1mL de tioacetamida, dentro da capela.
3. A solução foi colocada para aquecer em banho maria por 10 minutos:
· Tubo de ensaio segurado por pinças de madeira para submeter ao banho maria.
4. Após o aquecimento foi preparado a centrifugação:
· Tubo de ensaio com a solução.
· Tubo de ensaio com água destilada com a mesma medida do tudo contendo a solução para obter um balanceamento na centrifuga.
5. Logo após a centrifugação foi retirado o sobrenadante do tubo e foi colocado em outro tubo de ensaio e foi verificado o pH do sobrenadante que havia sido colocado no outro tubo.
6. Foi adicionado 0,5 ml de tioacetamida ao tubo com o sobrenadante, e logo em seguida foi levado ao banho maria por 3 minutos, logo depois, foi levado a centrifuga, observando depois a formação de um precipitado e descartando o sobrenadante.
7. Os precipitados formados poderiam conter sulfetos de bismuto, cádmio ou cobre de acordo com a cor apresentada, então foram lavados com 1 mL de NH4Cl 1M (12) e após colocados em um mesmo tubo e assim lavados posteriormente com 10 gotas de água destilada.
8. Foi colocado na centrifuga e removido o sobrenadante, chamado de água de lavagem.
9. Adicionou-se a solução 10 gotas de HNO3 6M concentrado, procedimento feito na capela, e em seguida foi levado ao banho maria para aquecer por 10 minutos, após isso, levado a centrifuga e então retirado o sobrenadante.
10. O resíduo restante foi tratado com mais 10 gotas de HNO3 6M, e foi submetido ao mesmo procedimento até formar um precipitado (procedimento feito duas vezes) sendo retirados os sobrenadantes e colocados juntos.
11. No sobrenadante foram sendo adicionadas, gota a gota, de NH4OH até a formação de precipitados ou pH básico.
12. Após isso, foi centrifugado e retirado o sobrenadante e reservado em um outro tubo de ensaio.
13. O resíduo foi lavado com 5 gotas de água, colocado na centrifugado e retirada a água de lavagem, no resíduo poderia conter Hidróxido de bismuto, assim foi adicionado 1 ml de tioacetamida 1M.
14. O sobrenadante anterior reservado no tubo de ensaio foi dividido em dois tubos com medidas desiguais.
15. No tubo de maior quantidade foi adicionado à solução de KCN 1M (10*), até descorar a solução, com gotas em excesso.
16. Após isso, adicionou se mais 10 gotas de tioacetamida na solução.
 
 *Obs: números entre parênteses se referem á localização de cada item na bateria de reagentes.
4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Neste experimento várias reações são realizadas com o intuito de identificar e separar os cátions do grupo IV, que podem ser precipitados a partir da formação de sulfetos.
Diante a tal hipótese, foram adicionadas 3 gotas de HCl, na solução contendo de Nitrato de Cobre, Nitrato de Bismuto e Nitrato de Cádmium (Imagem 1), a fim de acidificar a solução até atingir um pH de 0,5 (Imagem 2), tornando o meio ácido, necessário para a realização do experimento. Em seguida, a tioacetamida foi adicionada a reação, como fonte de íons S+2, fazendo com que o liquido no tubo se tornasse marrom claro, um pouco turvo (Imagem 3).
 Tioacetamida		 		 Acetamida Ácido Sulfídrico
 Em soluções de ácido diluído, a formação de H2S pode ser acelerada com o aumento da temperatura, portanto o tubo de ensaio é colocado em banho-maria para potencializar e acelerar tal processo. Após 10 minutos, era possível observar uma coloração muito escura, caracterizando a precipitação dos cátions trabalhados (Imagem 4).
Ao se misturar com a solução pré-existente no tubo, os íons 2H+1 e S+2 se dissociam, fazendo com que o meio fique ainda mais acidificado, por conta do aumento do número de hidrogênios, e fazendo com que o enxofre entre em contato com os cátions já preexistentes (Bi+3, Cu+2 e Cd+2), formando sulfetos dos mesmos. Após a centrifugação, é possível ver com clareza o precipitado (Imagem 5), que foi formado de acordo com as seguintes reações:
2Bi+3 (aq) + 3H2S  Bi2S3(s)↓ + 6H+
Cu+2 (aq) + H2S  CuS(s) ↓ + 2H+
Cd+2 (aq) + H2S  CdS (s) ↓ + 2H+
O sobrenadante foi então retirado do tubo, e a ele, foi adicionado mais tioacetamida, que foi aquecida e centrifugada novamente, para ter certeza de que os sulfetos foram inteiramente precipitados (Imagem 6).
Após remover e desprezar o sobrenadante, os dois precipitados foram juntados em um único tubo de ensaio, e então lavados com NH4Cl e depois disso, lavados com 10 gotas de água destilada, centrifugadoe o sobrenadante foi desprezado.
Em seguida, devemos tratar o resíduo com 10 gotas de Ácido Nítrico (HNO3). Ao adiciona-lo, percebeu-se a presença de um liquido incolor e um precipitado preto, e ao colocá-lo em banho-maria a cor se alterou virando azul claro (Imagem 7). Esse processo foi repetido três vezes, até o resíduo inteiro ser solubilizado. Na segunda vez que colocado no banho-maria, a solução azul clara se transformou em amarelada, e até as bordas do tubo de ensaio coraram, caracterizando a evaporação de um gás (Imagem 8). Tal processo foi executado para que ao reagir com o ácido nítrico, houvesse a solubilização dos precipitados, da seguinte maneira:
Bi2S3 + 8 HNO3  2 Bi(NO3)3 + 2 NO + 3 S + 4 H2O
3 CuS + 8 HNO3  3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 3 S + 4 H2O
3 CdS + 8 HNO3  3 Cd(NO3)2 + 2 NO + 3 S + 4 H2O
No sobrenadante retirado do passo anterior, foi adicionado várias gotas da base NH3. Ocorreu então uma reação ácido-base, caracterizada pela saída de fumaça e embaçamento do tubo (Imagem 9). Quanto mais gotas de Hidróxido de amônio eram adicionadas, a cor da solução ia mudando, primeiro azul claro, depois esbranquiçado e por fim azul mais vivo (Imagem 10, Imagem 11, Imagem 12), e foi observado a formação de um precipitado de cor branca. Ao perceber a presença do precipitado, adicionou algumas gotas em excesso de NH3, e ao testar o pH, obtivemos um resultado básico (Imagem 12;09 ph). A solução então foi centrifugada, obtendo um liquido de tonalidade azul royal e um precipitado branco (Imagem 14).
A explicação para tais mudanças de cores é o fato de que, ao adicionar NH3 a solução, formava-se os complexos cobre-amônia [Cu(NH3)4]+2 e o complexo de cádmio-amônia [Cd(NH3)4]+2. A coloração azul da solução confirma a ocorrência de tal reação, assim como confirma a presença de Cobre (Imagem 14). Essa solução azul foi então transferida para outro tubo de ensaio para ser usado posteriormente.
O precipitado branco é o Hidróxido de Bismuto Bi(OH)3, formado a partir da adição de NH3 na solução, a partir da equação:
Bi(NO3)3 + 3 NH3 + H2O ® Bi(OH)3↓ + 3 NH4NO3
Para testar se o precipitado de fato era bismuto, o mesmo foi lavado e então 5 gotas de tioacetamida foram adicionadas no precipitado. A tonalidade marrom confirmou a presença do bismuto (Imagem 15). A razão pela qual os outros dois cátions permaneceram na solução e apenas o bismuto foi precipitado, é o fato de que os outros dois se solubilizaram com o excesso de NH3, já com o bismuto, isso não acontece.
Na solução azul, mantida anteriormente, será então dividida em dois tubos de ensaio. Um deles será deixado como está, pois a coloração azul confirma a presença de cobre, já o outro será utilizado para confirmar a presença de cádmio.
Neste segundo tubo, adiciona-se Cianeto de Potássio (KCN), até descorar a solução (Imagem 16), formando o complexo tetracianocuprato(I) [Cu(CN)4]3-, altamente estável, de modo que, ao adicionar H2S posteriormente, não produzirá nenhum precipitado com o cobre. Feito isso, adicionou-se 10 gotas de tioacetamida, fornecedora de H2S e o tubo foi aquecido. A formação de um precipitado amarelo confirmou a presença do íon cadmio (CdS) (Imagem 17)
	No final do experimento, tínhamos três tubos os quais confirmavam a presença dos cátions do grupo IV-A (Imagem 18), na esquerda, o precipitado marrom indica a presença de bismuto, ao meio, o líquido azul indica a presença de cobre, e a esquerda o líquido amarelo indica a presença de cádmio.
5. CONCLUSÃO
Mediante a realização do experimento 2, o qual tinha por objetivo identificar e caracterizar os cátions do Grupo IV A ou Sub-Grupo do Cobre, além de adquirir conhecimento, foi um sucesso. Pois conseguimos realizar e analisar a formação de novos produtos das reações. 
Isto é, notamos a formação de sulfetos dentre eles os sulfetos de bismuto, cádmio e cobre, (Bi+3, Cu+2 e Cd+2), de modo que no término do experimento, conseguimos ver todos os precipitados encontrados (Imagem 18). Tivemos uma leve dificuldade na hora de adicionar Hidróxido de amônio, pois a quantidade era maior do que imaginávamos, no entanto o grupo conseguiu concluir o experimento com êxito.
6. REFERENCIAS 
 DOS SANTOS, C. V. P.; Marcha Analítica de Cátions - Grupo IIB, O Mundo da Química (https://www.omundodaquimica.com.br/academica/cations_grupo2b), acessado em 12 de abril de 2021. 
 
SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R. Fundamentos de Química Analítica: Tradução da 9ª edição norte-americana. [Digite o Local da Editora]: Cengage Learning Brasil, 2015. 9788522121373. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522121373/. Acesso em: 12 Apr 2021. 
ANEXOS
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