·
Cursos Gerais ·
Outros
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Hussein Nedja Suely Fernandes Vivenciando a Química Ambiental D I S C I P L I N A Unidade 2 Análise sistemática de cátions e ânions Análise sistemática de cátions e ânions Autoras aula 04 Todos os direitos reservados Nenhuma parte deste material pode ser utilizada ou reproduzida sem a autorização expressa da UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da publicação na Fonte UFRNBiblioteca Central Zila Mamede Coordenadora da Produção dos Materiais Marta Maria Castanho Almeida Pernambuco Coordenador de Edição Ary Sergio Braga Olinisky Projeto Gráfi co Ivana Lima Revisores de Estrutura e Linguagem Jânio Gustavo Barbosa Eugenio Tavares Borges Thalyta Mabel Nobre Barbosa Revisores de Língua Portuguesa Janaina Tomaz Capistrano Sandra Cristinne Xavier da Câmara Revisora das Normas da ABNT Verônica Pinheiro da Silva Revisor Técnico Leonardo Chagas da Silva Revisora Tipográfi ca Nouraide Queiroz Ilustradora Carolina Costa Editoração de Imagens Adauto Harley Carolina Costa Diagramadores Bruno de Souza Melo Ivana Lima Johann Jean Evangelista de Melo Mariana Araújo de Brito Adaptação para Módulo Matemático Joacy Guilherme de A F Filho Leonardo Chagas da Silva Governo Federal Presidente da República Luiz Inácio Lula da Silva Ministro da Educação Fernando Haddad Secretário de Educação a Distância SEED Carlos Eduardo Bielschowsky Reitor José Ivonildo do Rêgo ViceReitora Ângela Maria Paiva Cruz Secretária de Educação a Distância Vera Lucia do Amaral Secretaria de Educação a Distância SEDIS Hussein Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Vivenciando a química ambiental Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Hussein Nedja Suely Fernandes Natal RN EDUFRN 2008 264 p ISBN 9788572734448 1 Equilíbrio químico 2 Análise Química 3 Análise Técnica 4 Técnicas instrumentais I Fernandes Nedja Suely II Título CDD 541392 RNUFBCZM 200870 CDU 54434 Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 1 Apresentação da unidade N as aulas 1 Precipitação e solubilidade 2 Hidrólise e 3 Soluçãotampão da unidade 1 você aprendeu conceitos importantes sobre produto de solubilidade kps solubilidade molar formação de precipitados técnicas semimicro de análises hidrólise e solução tampão Tais assuntos são fundamentais para o entendimento dos princípios da Análise Química e são necessários para que você realize as aulas experimentais com sucesso possibilitando um melhor entendimento desses conceitos Nesta unidade constituída pela aula 4 você aprenderá os princípios da análise qualitativa a partir do conhecimento de testes analíticos disponíveis para a identifi cação dos principais cátions e ânions seja utilizando reações químicas por via úmida ou identifi cação dos cátions utilizando o teste de chama Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 2 1 2 3 4 5 Apresentação E sta aula é constituída pela análise sistemática dos cinco grupos de cátions na qual será possível você aprender a identifi cálos a partir de reações específi cas Complementando esta unidade serão realizados dois experimentos o primeiro envolve a identifi cação de cátions do grupo IV constituído pelos íons Ca2 Sr2 e Ba2 e no segundo experimento será realizado testes de chama que permitirão a identifi cação de alguns cátions a partir das diferentes colorações apresentadas na chama Nesta unidade os demais experimentos serão visualizados por meio de vídeoaula tendo a participação de professores e alunos e serão disponibilizados para que ao término da unidade você tenha a capacidade de montar e realizar o experimento no laboratório Objetivos Conhecer a origem da análise química qualitativa Classifi car os cátions em relação aos seus grupos Saber como utilizar as técnicas semimicro de análises Saber identifi car os cátions do grupo IV Ca2 Sr2 e Ba2 no laboratório utilizando reações químicas específi cas Identifi car qualitativamente cátions a partir do ensaio por via seca teste de chama Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 3 Generalidades A Química Analítica é uma ciência que consiste em um conjunto de idéias e métodos poderosos úteis em todos os campos da ciência sendo observadas muitas vezes informações quantitativas e qualitativas durante uma análise A análise qualitativa estabelece a identidade química das espécies presentes em uma amostra e a análise quantitativa determina as quantidades relativas das espécies ou analitos em termos numéricos Nesta unidade será possível entender os princípios da análise qualitativa que utiliza dois tipos de ensaios reações por via úmida e reações por via seca As primeiras são aplicáveis às substâncias em solução e as últimas às substâncias sólidas A análise química qualitativa teve sua origem na Antiguidade Há cerca de 2000 anos Caius Plinius Secundus 23 79 dC fez o primeiro registro de um teste químico de análise qualitativa o qual consistia em detectar a contaminação de sulfato de ferro II em acetato de cobre II a partir do tratamento de uma tira de papiro embebida em extrato de noz de galha ácido tânico com a solução sob exame Se a tira adquirisse a cor preta indicava presença do sulfato de ferro II Na segunda metade do século XVII Robert Boyle 16271691 fez uso de reações químicas para identifi car várias substâncias e introduziu o volatile sulphureous spirit sulfeto de hidrogênio para fi ns analíticos Até essa época os métodos de análise por via úmida eram principalmente qualitativos e baseados nas propriedades químicas dos elementos Otto Tachenius aproximadamente em 1650 e Sigismund Andréas Marggraf 1709 1782 também contribuíram para que grande parte das reações químicas conhecidas e usadas em análise qualitativa inorgânica já tivesse sido descoberta até o fi m do século XVIII Entretanto somente no século XIX a análise sistemática dos elementos foi introduzida através dos trabalhos de Heinrich Rose 1795 1864 e de Carl Remigius Fresenius 1818 1897 publicados em 1829 e 1841 respectivamente A análise qualitativa apresentou avanços signifi cativos no fi nal do século XIX e no início do século XX respectivamente com os trabalhos de Theodor Heinrich Behrens 1843 1905 sobre técnicas microscópicas de análise e de Fritz Feigl 18911971 e colaboradores sobre os testes de toque spot tests Esses trabalhos publicados em livros vieram consolidar essa nova área da análise química Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 4 Atividade 1 A análise qualitativa revela a identidade dos elementos e compostos de uma amostra A análise quantitativa indica a quantidade de cada substância presente em uma amostra Os analitos são os componentes de uma amostra a serem determinados e sobre o qual informações analíticas estão sendo almejadas Pesquisa Pesquise na Internet sobre a vida e obra de Caius Plinius Secundus Carl Remigius Fresenius e Fritz Feig apresentando as principais contribuições desses pesquisadores na análise química sua resposta Quanto à particularidade do estudo da análise qualitativa é importante destacar as seguintes observações Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 5 1º Grupo de Cátions Grupo do Ácido Clorídrico Ag Hg2 2 e Pb 2 como Cloretos 2º Grupo de Cátions Grupo do Sulfeto de Hidrogêncio Ácido Seção do cobre Hg 2 Pb 2 Bi 3 Cu 2 Cd 2 Seção do Arsênio AsIII AsV SbIII SbV Sn 2 e Sn 4IV como Sulfetos 3º Grupo de Cátions Grupo do Sulfeto de Hidrogêncio Básico Ni 2 Co 2 Fe 2 Fe 3 Mn 2 Zn 2 como Sulfetos Al 3 e Cr 3 como hidróxidos 5º Grupo de Cátions O Grupo Solúvel Na K Mg 2 e NH4 4º Grupo de Cátions Grupo do Carbonato de Amônio Ca 2 Sr 2 e Ba 2 como Carbonatos Classifi cação dos cátions em grupos analíticos P ara fi ns de análise qualitativa sistemática os cátions são classifi cados em cinco grupos tomandose por base sua peculiaridade a determinados reagentes específi cos para cada grupo A partir do uso desses reagentes será possível tirar conclusões sobre a presença ou ausência de grupos de cátions além de separar tais conjuntos para uma posterior análise A classifi cação dos grupos com os respectivos cátions estão relacionados na Figura 1 Figura 1 Classifi cação sistemática dos cátions Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 6 Atividade 2 Análise qualitativa por via úmida Como você percebeu na classifi cação dos grupos de cátions que cada grupo com exceção daquele constituído pelos íons Na K e NH4 possui um reagente precipitante que formam compostos insolúveis com todos os cátions do grupo e que por esse motivo recebe o nome de reagente de grupo Alguns autores como N Bacan e V N Alexéiev adotam a seguinte classifi cação Grupo I Na K e NH 4 Grupo II Mg2 Ba2 Ca2 e Sr2 Grupo III Fe3 Al3 Cr3 Ni2 Co2 Zn2 e Mn2 Grupo IVA Hg2 Pb2 Bi 3 cu2 e Cd2 Grupo IVB As3 As5 Sb3 Sb5 Sn2 e Sn4 e Grupo V Ag Pb2 e Hg2 2 Tal classifi cação foi proposta inicialmente pelo alemão C R Fresenius 1818 1897 considerado o pai da análise qualitativa Autores como Vogel Moeller e OConnor e Curtman adotaram a mesma classifi cação porém com uma seqüência inversa à proposta por Fresenius conforme mostrado na Figura 1 Essa divisão dos grupos de cátions será utilizada nesta aula Na seqüência serão mostrados os procedimentos analíticos realizados na identifi cação dos diferentes grupos de cátions e dessa forma você será capaz de entender o funcionamento dessas separações 1º grupo de cátions O primeiro grupo de cátions é constituído pelos íons Ag Pb2 e Hg2 2 os quais são precipitados como cloretos insolúveis AgCl PbCl2 e Hg2Cl2 pela adição de pequeno excesso de ácido clorídrico diluído Todos esses cloretos tornamse mais solúveis com o aumento da temperatura mas o efeito só é pronunciado no caso do cloreto de chumbo Assim é possível separálo dos demais precipitados As principais reações envolvidas durante essa separação é mostrada a seguir Para complementar o aprendizado é necessário que você assista à vídeoaula 1 que mostra todas as etapas realizadas no laboratório para identifi cação dos cátions do grupo 1 após isso discuta os resultados com o tutor da disciplina Pesquisa Antes de você iniciar a discussão sobre a identifi cação dos cátions Ag Pb2 e H2 2 pesquise nas referências e na Internet informações sobre os elementos químicos prata chumbo e mercúrio Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 7 Na análise dos cátions do grupo I inicialmente nas soluções contendo os cátions Ag Pb2 e Hg2 2 é adicionada uma solução de ácido clorídrico para formação dos respectivos cloretos de prata chumbo e mercúrio conforme reações relacionadas a seguir Ag aq Cl aq AgCls Pb2 aq 2Cl aq PbCl2s Hg2 2 aq 2Cl aq Hg2Cl2s Após o aquecimento dos precipitados formados em solução aquosa é possível perceber o aumento da solubilidade do PbCl2 uma vez que ele é facilmente convertido em PbCrO4 um precipitado amarelobrilhante conforme reações a seguir PbCl2s Δ Pb2aq 2Claq PbCl2 s CrO4 2 aq PbCrO4 s 2Cl aq O resíduo proveniente da extração com água quente é uma mistura do cloreto de prata e de mercúrio I Esses dois sólidos diferem na reação com a amônia o que torna possível a separação deles com esse reagente O cloreto de amônio é dissolvido na forma de um complexo de prata I com amônia fracamente dissociado denominado diaminprata I Veja a reação a seguir e faça uma revisão da aula 7 A história e nomenclatura dos compostos de coordenação a qual integra a disciplina Diversidade Química do Ambiente Aproveite e faça uma revisão sobre esse assunto AgCls 2NH3aq AgNH32 aq Cl aq Assim quando a solução do complexo é acidifi cada com ácido nítrico a amônia é convertida no íon amônio que não reage com íon prata e o cloreto de prata precipita novamente AgNH32 aq Ag aq 2NH3aq 2NH3 2Haq 2NH 4 aq Ag aq Claq AgCls A amônia provoca uma desproporcionação no cloreto de mercúrio I Metade do mercúrio I é reduzida a mercúrio livre que é preto e se apresenta numa forma fi namente dividida 2e Hg2Cl2 2Hgs 2Cl aq E a outra metade é oxidada a aminocloreto de mercúrio II NH3 Hg2Cl2s 2HgNH2Cls 2NH4 aq 2e A formação do resíduo preto é em geral uma indicação sufi ciente da presença original de mercúrio I Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 8 Atividade 3 Exercício de Fixação Agora assista à vídeoaula 1 Identifi cação dos cátions do grupo 1 e faça um resumo dos procedimentos realizados na identifi cação desses cátions apresentando as reações químicas envolvidas 2º grupo de cátions O segundo grupo de cátions é constituído pelos íons Hg2 Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 As III As V Sb III Sb V Sn2 e Sn4 e são precipitados como sulfeto pelo uso de uma solução saturada de sulfeto de hidrogênio H2S seja ela preparada a partir do gás ou pela hidrólise da tioacetamida CH3CSNH2 Como esse grupo é muito grande é conveniente dividilo tomando por base o caráter ácido ou básico dos sulfetos Assim a divisão fornece dois subgrupos denominados seção do cobre ou grupo IIA constituído pelos cátions Hg2 Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 e seção do arsênio ou grupo IIB representado pelos cátions As III As V Sb III Sb V Sn2 e Sn4 Uma base forte como o KOH 05 mol L1 dissolve os sulfetos ácidos de arsênio antimônio e de estanho com a conseqüente formação de oxi e tioânions As principais reações envolvidas durante essa separação é mostrada a seguir Para complementar o aprendizado é necessário que você assista à vídeoaula 2 que mostra todas as etapas realizadas no laboratório para identifi cação dos cátions do grupo II A e em seguida discuta os resultados com o tutor da disciplina A característica mais notável desses elementos é a afi nidade por sulfetos Os íons desse 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 desse grupo bem como do grupo I de cátions A formação dos sulfetos é demonstrada não só por sua precipitação conjunta como um grupo mas também pela ocorrência na natureza de muitos minerais de sulfetos como PbS galena CuFeS2 calcopirita HgS cinabre e Sb2S3 estibinita Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 9 Seção do cobre ou grupo IIA Os cátions desse grupo formam compostos insolúveis com o íon sulfeto ou íon hidróxido A separação dos cátions desses dois grupos é possível em função da solubilidade excepcionalmente baixa dos sulfetos conforme observado pelos valores da constante do produto de solubilidade visualizado na tabela a seguir Tabela 1 Características dos precipitados dos cátions da seção do cobre COMPOSTO COR HgS Preto PbS Preto CuS Preto CdS Amarelo Bi2S3 Marrom A formação dos sulfetos pode ser obtida a partir de uma solução saturada de H2S preparada a partir do gás ou pela hidrólise da tioacetamida permitindo na seqüência a reação com os diferentes cátions do grupo conforme mostrado a seguir Hidrólise da tioacetamida CH3 H CSNH2 H aq 2H2 H Ol CH3 H COOaq NH H4 aq H2 H Saq Reações iônicas para formação dos sulfetos metálicos 1 Cu2aq H2S CuSs 2Haq 2 Cd 2aq H2S CdSs 2Haq 3 Pb2aq H2S PbSs 2Haq 4 Hg2aq H2S HgSs 2Haq 5 2Bi3aq 3H2S Bi2S3 6Haq Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 10 Separação e identifi cação do mercúrio Na análise da seção do cobre após a formação dos respectivos sulfetos ocorre a separação do mercúrio II dos outros íons do grupo baseado na baixa solubilidade do HgS sulfeto de mercúrio em HNO3 Todos os sulfetos dessa seção se dissolvem nesse ácido diluído exceto o HgS devido a sua alta insolubilidade As reações referentes à dissolução dos sulfetos são as seguintes 1 3PbSs 2NH 3 aq 8Haq 3Pb2aq 2NOg 3Ss 4H2Ol 2 3CuSs 2NH 3 aq 8Haq 3Cu2aq 2NOg 3Ss 4H2Ol 3 3CdSs 2NH 3 aq 8Haq 3Cd2aq 2NOg 3Ss 4H2Ol 4 Bi2S3s 2NH 3 aq 8Haq 2Bi3aq 2NOg 3Ss 4H2Ol Após a separação do HgS ele é dissolvido em água régia mistura de HCl e HNO3 na proporção de 31 respectivamente Nessa etapa ocorre a oxidação do sulfeto a enxofre elementar removendo o Hg2 na forma do complexo HgCl42 fracamente dissociado Reação 3HgSs 2NH 3 aq 8Haq 12Claq 3HgCl42 aq 2NOg 3Ss 4H2Ol O mercúrio é identifi cado na solução utilizando o cloreto estanoso SnCl2 como agente redutor formando o Hg2Cl2 ou uma mistura cinza de Hg2Cl2 e mercúrio metálico O excesso de água régia interfere e deve ser removido por evaporação antes do teste Reações 2HgCl42 aq Sn2aq Hg2Cl2s SnCl2 6 aq Hg2Cl2s Sn2aq 4Claq 2Hgl SnCl2 6 aq Separação e identifi cação do chumbo Após a separação do íon Hg2 a solução dos sulfetos em meio nítrico contém os íons Pb2 Bi3 Cu2 Cd 2 e NO3 O chumbo é separado precipitandoo como sulfato de chumbo branco insolúvel por meio de ácido sulfúrico Os outros íons formam sulfatos solúveis no meio Pb2 aq SO4 2 aq PbSO4s Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 12 Atividade 5 Identifi cação do cobre Se a solução resultante da separação do BiOH3 for azul devido ao íon complexo CuNH34 2 esta é uma indicação sufi ciente da presença de cobre II Identifi cação do cádmio A cor amarela do CdS é bastante característica para ser usada como um teste de identifi cação do cádmio porém é facilmente encoberta pelo CuS preto que precipita simultaneamente Para separar o cobre do cádmio antes da precipitação do sulfeto é necessário reduzir o cobre II ao estado elementar com o íon ditionito S2O4 2 que não afeta o cádmio Na ausência do íon Cu2 a precipitação do CdS amarelo pela tioacetamida pode ser observada na equação a seguir CuNH342 aq S2O2 4 aq 2H2Ol Cus 2SO2 3 aq 4NH 4 aq CdNH342 aq H2S CdSs 2NH3 2NH 4 aq Nesta etapa você acompanhou as principais reações envolvidas na separação e identifi cação dos cátions do grupo II Seção do cobre Agora assista à vídeoaula 2 e acompanhe todas as etapas realizadas nessa identifi cação Pesquisa Agora pesquise as principais reações que envolvem a separação e identifi cação do grupo II B Seção do Arsênio utilizando as referências recomendadas e a Internet Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 13 3º grupo de cátions O terceiro grupo de cátions é constituído pelos íons Mn2 Ni2 Co2 Fe2 Fe3 Al3 Cr3 e Zn2 Exceto os íons Cr 3 e Al 3 os demais formam sulfetos insolúveis em meio alcalino a partir da utilização da hidrólise da tioacetamida em presença de um tampão alcalino NH3NH4Cl que você já estudou na aula 3 Soluçãotampão da unidade 1 Muitos dos íons do grupo III formam compostos coloridos e essa propriedade é empregada em suas identifi cações Os íons Al3 Cr3 e Fe3 são precipitados como hidróxidos enquanto os demais são precipitados como sulfetos Os íons Al 3 Cr3 e Zn2 são separados de outros íons usandose propriedades anfóteras de seus hidróxidos Os testes a seguir mostrarão como esses íons podem ser separados e identifi cados Anfótero ou anfi prótico é a substância que se comporta como um ácido ou base dependendo do outro reagente presente Se estiver na presença de ácido se comportará como uma base e por outro lado se estiver na presença de uma base comportarseá como um ácido Por exemplo H2O água HSO4 íon hidrogenossulfato Na Tabela 2 você obtém informações sobre as cores e produto de solubilidade dos compostos formados inicialmente em meio alcalino Tabela 2 Características dos precipitados dos cátions do grupo III COMPOSTO COR MnS Róseo NiS Preto FeS Preto Fe2S3 Preto CoS Preto AlOH3 Branco CrOH3 Verde ZnS Branco Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 14 Ni 2 2 2H CH3 C N OH CH3 C N OH C C O O O O C C N H H Ni N N N H3C H3C CH3 CH3 Reações iônicas para formação dos sulfetos e hidróxidos do grupo III 1 Mn2aq S2aq MnSs 2 Ni2aq S2aq NiSs 3 Fe2aq S2aq FeSs 4 2Fe3aq 3S2aq Fe2S3s 5 Co2aq S2aq CoSs 6 Zn2aq S2aq ZnSs 7 Cr3aq 3OHaq CrOH3s 8 Al3aq 3OHaq AlOH3s Identifi cação do cromo A presença do cromato CrO4 2 é facilmente identifi cado a partir da formação do cromato de chumbo precipitado amarelo brilhante Pb2 aq CrO4 2 aq PbCrO4 s Identifi cação do ferro e cobalto O ferro III forma um complexo vermelho escuro com o tiocianato de amônio Por outro lado o íon cobalto forma um complexo azul facilmente visualizado Fe3aq 6SCNaq FeSCN63 aq Co2aq 4SCNaq CoSCN42 aq Identifi cação do níquel O níquel é facilmente identifi cado na presença da dimetilglioxima C4H8O2N2 em meio alcalino a partir da formação de um precipitado vermelho de dimetilglioximato de níquel Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 15 Identifi cação do zinco O zinco é identifi cado pela formação de um precipitado branco de sulfeto de zinco branco Zn2aq S2aq ZnSs Identifi cação do manganês O íon manganês II é identifi cado através da oxidação a íon permanganato púrpura pelo bismutato de sódio NaBiO3 em presença de ácido nítrico diluído Mn2aq5NaBiO3s14Haq 2MnO 4 aq5Bi3aq5Naaq7H2Ol Você acompanhou as principais reações envolvidas na separação e identifi cação dos cátions do grupo III Agora assista à vídeoaula 3 e acompanhe todas as etapas realizadas nessa identifi cação 4º grupo de cátions O quarto grupo de cátions é constituído pelos íons Ca2 Sr2 e Ba2 Os três íons desse grupo formam carbonatos que são precipitados pelo carbonato de amônio NH42CO3 em presença de uma soluçãotampão amôniacloreto de amônio NH3NH4Cl No fi nal dessa aula você realizará um experimento referente à identifi cação dos cátions do grupo IV Separação e identifi cação do cálcio O oxalato de cálcio é muito insolúvel e portanto o íon cálcio pode ser identifi cado a partir da reação com oxalato de amônio NH42C2O4 formando o oxalato de cálcio branco que em seguida poderá ser dissolvido em ácido clorídrico formando o CaCl2 Veja as reações Ca2aq C2O2 4 aq CaC2O4H2Os CaC2O4H2Os 2HCl CaCl2aq HC2O 4 aq H2Ol Separação e identifi cação do estrôncio É possível separar o íon estrôncio do cálcio com base na baixa solubilidade do nitrato de estrôncio em HNO3 concentrado Sr2 aq 2HNO3 conc SrNO32 s Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 16 Após essa separação o nitrato de estrôncio é dissolvido em água e em seguida identifi cado por precipitação do sulfato de estrôncio composto branco Caso algum traço do íon cálcio esteja presente pode ser utilizado a trietanolamina como agente complexante para separálo do estrôncio Esse íon apresenta uma menor tendência em formar complexo devido ao seu maior raio iônico quando comparado ao íon ca2 Veja as reações SrNO32s Sr2aq 2NO 3 aq Ca2aq 2NC2H4OH3 CaNC2H4OH32 2 aq Sr2aq SO42 aq SrSO4s Separação e identifi cação do bário A identifi cação do íon bário envolve a dissolução do carbonato de bário BaCO3 em ácido acético e precipitação desse íon como cromato de bário amarelopálido conforme reação abaixo BaCO3s 2CH3COOHaq Ba2aq 2CH3COOaq CO2g H2Ol Ba2aq CrO42 aq BaCrO4s Também é possível identifi car o bário como sulfato de bário BaSO4 uma vez que esse composto é bastante insolúvel Assim um ácido forte como o HCl dissolverá o cromato de bário reduzindo a concentração de íon cromato a um valor muito baixo 2BaCrO4s 2Haq 2Ba2aq Cr2O72 aq H2Ol Confi rmase a presença de bário precipitandose o sulfato de bário branco nesta solução Ba2aq SO42 aq BaSO4s 5º grupo de cátions O quinto grupo de cátions grupo dos solúveis é constituído pelos íons Mg2 NH4 Na e K Todos os cátions estudados até agora formam numerosos compostos muito insolúveis vários deles formam íons complexos de colorações características Diferentemente desses grupos não existe um reagente precipitante característico de todo o grupo e para a identifi cação desses cátions é necessário reações individuais conforme mostraremos nos subitens a seguir Começaremos a verifi cação dessa propriedade pela identifi cação do íon amônio Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 17 Identifi cação do ion amônio O íon amônio é identifi cado convertendoo em amônia por meio de um excesso de base forte NH4 aq OHaq NH3g H2Ol A amônia liberada é então detectada absorvendoa em um algodão umedecido com um indicador ácido base como a fenolftaleína que irá mostrar uma coloração rósea ou fazendo uso de um papel de tornassol vermelho umedecido que muda de cor para azul Identifi cação do magnésio A identifi cação do íon magnésio é efetuada precipitandoo inicialmente como fosfato de magnésio e amônio branco Mg2 aq NH3 HPO42 aq 6H2Ol MgNH4PO46H2Os O precipitado resultante fosfato de amônio e magnésio hexahidratado é dissolvido em ácido clorídrico diluído conforme reação química visualizada a seguir MgNH4PO46H2Os 2Haq Mg2 aq NH4 aq H2PO4 aq 6H2Ol O íon magnésio é precipitado novamente como hidróxido por meio de NaOH na presença do reagente de magnésio pnitrobenzenoazoresorcinol um corante laranjaavermelhado que é adsorvido pelo hidróxido de magnésio gelatinoso formando uma camada azul Mg2 aq 2OHaq MgOH2s Identifi cação do sódio e potássio Diferentemente dos demais cátions os íons sódio e potássio formam apenas um ou dois compostos sufi cientemente insolúveis para serem considerados em sua separação e identifi cação Assim os testes de precipitação não são muito satisfatórios No entanto é importante salientar que estes elementos podem ser identifi cados efi cazmente pelo teste de chama Durante a identifi cação do sódio e potássio caso haja a presença do íon amônio é necessário que ele seja eliminado da solução uma vez que esse cátion causa interferência na identifi cação dos íons K A solubilidade dos sais de amônio é quase idêntica a dos compostos de potássio por causa da similaridade de raios iônicos entre K e NH4 Portanto o íon amônio deve ser removido antes da detecção do potássio A interferência do íon amônio é eliminada por decomposição térmica conforme reações a seguir Papel de tornassol Papel de tornassol é utilizado quando se quer determinar simplesmente se a solução é ácida ou básica Tornase vermelho em condições ácidas e azul em condições básicas Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 18 Reação de decomposição NH4Cls NH3g HClg NH42SO4s 2NH3g SO3g H2Og NH42C2O4s 2NH3g CO2g COg H2Og Identifi cação do íon sódio O íon sódio pode ser identifi cado precipitandoo como NaZnUO23C2H3O296H2O amarelo pálido pelo reagente de sódio uma solução saturada de acetato de zinco e acetato de uranila em ácido acético Naaq Zn2aq 3UO22 aq 9CH3COOaq 6H2Ol NaZnUO23C2H3O296H2Os Como os íons Mg2 K e NH4 não formam precipitados com o reagente de sódio o teste de identifi cação pode ser efetuado na presença desses cátions Identifi cação do íon potássio Embora existam vários sais de potássio pouco solúveis com ânions de grande massa o íon potássio é preferentemente identifi cado precipitadoo como K2NaCoNO26H2O amarelo pelo íon hexanitrocobaltato III 2Kaq Naaq CoNO26 3 aq H2O K2NaCoNO26H2Os A solubilidade do K2NaCoNO26H2O é cerca de 044 mgmL permitindo que concentrações de potássio muito baixas possam ser detectadas Os íons interferentes são a o NH4 que forma um precipitado semelhante NH42NaCoNO26H2O b o H proveniente de um ácido forte que decompõe o nitrito e reduz o cobalto III a cobalto II róseo c o OH de uma base forte que precipita o CoOH3 negro e d os agentes oxidantes ou redutores que destroem o reagente 3NO2 aq 2Haq 2NOg NO3 aq H2Ol Você acompanhou as principais reações envolvidas na separação e identifi cação dos cátions do grupo V Agora assista à vídeoaula 4 e acompanhe todas as etapas realizadas nessa identifi cação Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 19 Atividade 6 Pesquisa Você aprendeu algumas reações características dos cátions dos grupos I II III IV e V Nesse momento para complementar o tópico sobre análise qualitativa por via úmida pesquise utilizando as referências recomendadas as principais reações dos seguintes ânions F fl uoreto Cl cloreto Br brometo I iodeto NO2 nitrito NO3 nitrato S 2 sulfeto SO3 2 sulfi to SO4 2 sulfato CO3 2 carbonato C2O4 2 oxalato CrO4 2 cromato e SCN tiocianato Análise por via seca Teste de chama U ma das mais importantes propriedades dos elétrons no átomo é que suas energias são quantizadas isto é um elétron ocupa sempre um nível energético bem defi nido e não um valor qualquer de energia Se no entanto um elétron for submetido a uma fonte de energia adequada calor luz etc pode sofrer uma mudança de um nível mais baixo para outro de energia mais alto excitação O estado excitado é metaestável de curtíssima duração e assim o elétron retorna imediatamente ao seu estado fundamental A energia absorvida durante a excitação pode ser emitida na forma de radiação visível do espectro eletromagnético que o olho humano é capaz de detectar ou não Como o elemento emite uma quantidade de energia radiante característica ela pode ser usada como método analítico mais informações sobre absorção e emissão de radiação será vista na unidade 6 dessa disciplina A temperatura da chama do bico de bunsen é sufi ciente para excitar uma quantidade de elétrons de certos elementos que emitem luz ao retornarem ao estado fundamental de cor e intensidade que podem ser detectados com considerável clareza e sensibilidade através da observação visual da chama Na Figura 2 é mostrada uma representação de uma chama e as suas diferentes zonas de temperatura e a Tabela 3 mostra a cor observada durante o teste de chama para alguns cátions Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 20 Atividade 7 Zona oxidante superior d C D E F A B Zona redutora superior e Porção mais quente da chama b Zona oxidante inferior c Zona redutora inferior f Zona de temperatura mais baixa a Figura 2 Representação de uma chama e as suas diferentes zonas de temperatura Fonte 2 Vogel 1981 Tabela 3 Cor apresentada por alguns cátions durante o teste de chama CÁTION COLORAÇÃO Sódio Na Amarelo intenso Potássio K Violeta Cálcio Ca2 Vermelho tijolo Estrôncio Sr2 Vermelho carmim Bário Ba2 Verde amarelado Cobre Cu2 Verde esmeralda Chumbo Pb2 Azul pálido Bismuto Bi3 Branco Pesquisa Faça uma pesquisa na Internet sobre a vida e obra de Robert Wilhelm Eberhard Bunsen Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 21 Experimento 1 separação e identifi cação dos cátions do grupo IV via úmida A gora você realizará dois experimentos referentes ao conteúdo trabalhado anteriormente O primeiro envolve a análise qualitativa via úmida denominado Separação e identifi cação dos cátions do grupo IV e o segundo corresponde ao teste de chama por via seca Para realizálos é imprescindível que você não esqueça de utilizar os Equipamentos de Proteção Individual EPIs como jaleco luvas e óculos de proteção além dos Equipamentos de Proteção Coletiva EPCs como capela de exaustão É importante seguir todos os cuidados necessários aos manuseios de reagentes vidrarias e materiais existentes no laboratório conforme você estudou na disciplina Medidas e Transformações Químicas Os materiais reagentes e equipamentos que serão utilizados na realização desse experimento estão relacionados nas Tabelas 4 5 e 6 respectivamente Tabela 4 Materiais Material Capacidade Quantidade Bastão de vidro 01 Tubos de ensaio 5 mL 10 Estante de madeira 01 Pipeta de pasteur 03 Pegador de madeira 01 Vidro de relógio Tamanho médio 01 Tabela 5 Reagentes Reagentes Concentação molL Acetato de amônio CH3COONH4 3 molL Ácido acético CH3COOH 6 molL Ácido clorídrico HCl 6 molL Ácido sulfúrico H2SO4 1 molL Amônia NH3 6 molL Carbonato de amônio NH42CO3 2 molL Cloreto de amônio NH4Cl 6 molL Cloreto de bário BaCl2 05 molL Cloreto de cálcio CaCl2 05 molL Cloreto de estrôncio SrCl2 05 molL Cromato de potássio K2CrO4 05 molL Hidróxido de sódio NaOH 6 molL Oxalato de amônio NH42C2O4 025 molL Sulfato de amônio NH42SO4 25 molL Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 22 Ca2 SrSO4 Branco CaC2O4 Branco Ca2 Sr2 Ba2 CaCO3 SrCO3 BaCO3 Ca2 Sr2 Ba2 Ca2 e Sr2 BaCrO4 Amarelo Ba2 BaSO4 Branco NaOH 6 molL NH42C2O4 025 molL H2SO4 1 molL HCI 6 molL NaOH 6 molL NH42SO4 25 molL CH3COONH4 3 molL K2CrO4 05 molL CH3COOH 6 molL NH42CO3 2 molL NH3NH4CI 6 molL Tabela 6 Equipamentos Equipamentos Quantidade Banho maria 01 Centrífuga 01 Chapa aquecedora 01 Na Figura 3 a seguir está o fl uxograma para realização das etapas de separação e identifi cação dos cátions do grupo IV O procedimento para essas etapas será descrito logo após a fi gura Figura 3 Esquema geral da separação e identifi cação dos cátions de grupo IV Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 23 Procedimento para separação e identifi cação dos cátions do grupo IV A partir da visualização da Figura 3 e das informações anteriores relativas aos materiais reagentes e equipamentos necessários para a realização do experimento inicie o procedimento para separação e identifi cação dos cátions do grupo IV A cada etapa faça as observações e anote no espaço reservado a elas 1 Inicialmente adicione em um mesmo tubo de ensaio 15 gotas de cada solução de reagentes contendo os cátions Ca2 Sr2 e Ba2 ou seja as soluções dos cloretos de cálcio estrôncio e bário Em seguida adicione uma gota da solução de cloreto de amônio e NH3 6 molL até alcalinizar faça o teste com a fenolftaleína Na seqüência adicione 5 gotas da solução de carbonato de amônio NH42CO3 2 molL 2 Centrifugue e separe o sobrenadante do precipitado que você obteve Agora adicione gotas da solução de ácido acético CH3COOH 6 mol L lentamente e sob agitação até dissolver o precipitado 3 Após a centrifugação adicione 5 gotas da solução de acetato de amônio CH3COONH4 3 molL e 6 gotas da solução de cromato de potássio K2CrO4 05 mol L Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 24 4 Após a centrifugação adicione 5 gotas da solução de acetato de amônio CH3COONH4 3 molL e 6 gotas da solução de cromato de potássio K2CrO4 05 molL e observe a formação de um precipitado amarelo brilhante 5 Centrifugue e em seguida separe o sobrenadante do precipitado No tubo de ensaio contendo o precipitado adicione a solução de ácido clorídrico HCl 6 molL até dissolver o precipitado e na seqüência adicione gotas da solução de ácido sulfúrico H2SO4 1 molL até observar a formação de um precipitado branco 6 No sobrenadante separado do item 5 adicione a solução de hidróxido de sódio NaOH 6 molL até alcalinizar a solução realizando o teste da acidez com o indicador ácido base fenolftaleína Na seqüência adicione a solução de sulfato de amônio NH42SO4 lentamente e observe a formação de um precipitado branco 7 Centrifugue e no sobrenadante separado adicione a solução de hidróxido de sódio NaOH 6 molL até alcalinizar a solução realizando o teste da acidez com o indicador ácido base fenolftaleína Na seqüência adicione a solução de sulfato de amônio NH42C2O4 lentamente e observe a formação de um precipitado branco Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 25 Experimento 2 teste de chama via seca Os materiais e reagentes que serão utilizados na realização desse experimento estão relacionados nas Tabelas 7 e 8 respectivamente Tabela 7 Materiais Material Capacidade Quantidade Alça de níquelcromo 01 Bico de bunsen 01 Vidro de relógio Tamanho médio 08 Tabela 8 Reagentes Reagentes Quantidade Ácido clorídrico concentrado HCl 100 mL Cloreto de bário BaCl2 5 g Cloreto de estrôncio SrCl2 5 g Cloreto de potássio KCl 5 g Cloreto de sódio NaCl 5 g Nitrato de bismuto BiNO33 5 g Nitrato de chumbo PbNO32 5 g Sulfato de cobre CuSO4 5 g Procedimento para o teste de chama Efetue primeiramente a limpeza do fi o de níquelcromo imergindoo em ácido clorídrico concentrado contido em um becker e faça uma aquecimento na porção mais quente zona de fusão da chama não luminosa do bico de bunsen até que nenhuma coloração seja transmitida à chama Após isso mergulhe novamente o fi o no ácido clorídrico e em seguida numa porção da substância sais metálicos conforme relacionados na Tabela 8 e que estão nos respectivos vidros de relógio Leve o fi o à zona de temperatura mais baixa da chama a fi m de transmitirlhe a cor característica do íon metálico sob análise Anote os resultados no campo destinado às observações para cada teste realizado Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 26 a Prova de chama para o sódio Na Coloque uma pequena porção de cloreto de sódio num vidro de relógio Em seguida mergulhe o fi o de níquelcromo no ácido clorídrico concentrado e misture com o sal de sódio Leve o fi o para a chama oxidante do bico de Bunsen e observe a coloração amarela intensa produzida Para a realização deste teste utilize cloreto de sódio sólido Este teste é altamente sensível e permite detectar concentrações de sódio tão baixas como 1 µgmL 5105 molL Observações b Teste de chama para o sódio k O teste de chama para o íon potássio é menos sensível do que o teste para o sódio O potássio mostra uma coloração violeta que se extingue rapidamente à chama e é facilmente mascarada pelo sódio Podese utilizar um vidro azul de cobalto para absorver a luz amarela do sódio e permitir que a cor da chama do potássio seja observada O vidro transmite a luz somente nos extremos do espectro visível exatamente onde se encontram as linhas espectrais do potássio Siga o procedimento anterior e faça o teste para o íon cobalto O teste da chama para o potássio pode ser feito usandose cloreto de potássio sólido Observações Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 27 Resumo 1 2 3 Nesta aula foi possível você empregar os conhecimentos obtidos na aula 1 desta disciplina por meio da utilização das técnicas semimicro de análises Na presente aula você aprendeu a classifi car os cátions e suas principais reações como também a identifi car alguns cátions usando o teste de chama O experimento foi realizado apenas para o grupo IV de cátions que possibilitou mostrar os procedimentos principais em uma análise química de natureza qualitativa No teste de chama foi possível verifi car a simplicidade na identifi cação de certos cátions a partir da visualização das diferentes cores apresentadas em uma chama e que pode ser facilmente demonstrada em aulas experimentais de Química c Prova de chama para o Ca2 Sr2 Ba2 Cu2 Pb2 e Bi3 O procedimento para os testes de chama para esses íons é idêntico ao descrito para íons sódio e potássio Para a realização do referido teste utilize CaCl2 SrCl2 BaCl2 CuSO4 PbNO32 e BiNO33 Observações Autoavaliação O que você entende por precipitação Em uma amostra desconhecida foi adicionado HCl 6 molL observandose a formação de um precipitado Quais os possíveis cátions presentes nesta amostra Dentre estes qual o solúvel em água quente e de que forma essa propriedade é usada na análise do grupo Qual a infl uência da temperatura sobre os cátions do 1o grupo de cátions Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 28 4 5 Em uma amostra desconhecida foi adicionado NH42CO3 NH3NH4Cl observandose a formação de um precipitado branco Quais os possíveis cátions presentes nessa amostra Quais os cátions pertencentes à seção do cobre e que compostos são formados pela adição da tioacetamida em meio ácido Referências ALVIM T R ANDRADE J C A importância da química analítica qualitativa nos cursos de química das instituições de ensino superior brasileiras Química Nova v 29 n 1 p 168 172 2006 ATKINS P JONES L Princípios da química Porto Alegre Bookman 2001 BACCAN N et al Introdução à semimicroanálise qualitativa 7 ed Campinas Ed UNICAMP 1997 ESPINOLA A Fritz Feigl sua obra e novos campos tecnocientífi cos por ela originados Química Nova v 27 n 1 p 169 176 2004 KING E J Análise qualitativa reações separações e experiências Rio de Janeiro Interamericana 1981 ROSSETI Dicionário quimicamente falando Disponível em httpwwwrossettietibr dicuserindex2asp Acesso em 19 nov 2007 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ Faculdade de Química Disponível em httpwww ufpabrccenquimica Acesso em 14 nov 2007 VAITSMAN Delmo S Ensaios químicos qualitativos Rio de Janeiro Editora Interciências 1995 VOGEL A l Química analítica qualitativa 5 ed São Paulo Editora Mestre Jou 1981 WIKIPEDIA a enciclopédia livre Azul de tornassol Disponível em httpptwikipediaorg wikiAzuldetornassol Acesso em 17 nov 2007 EMENTA Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Hussein Nedja Suely Fernandes Integração múltipla Integral de linha Teorema de Green Integrais de superfícies Teoremas de Stokes e Gauss Aplicações Resgate histórico Equações diferenciais não lineares estudo qualitativo e analítico NOME DA DISCIPLINA NOME DO CURSO AUTORES AULAS 01 Precipitação e Solubilidade 02 Hidrólise 03 Solução tampão 04 Análise Sistemática de cátions ânions e teste de chama 05 Amostragem precisão e exatidão erros e tratamentos estatísticos 06 Gravimetria 07 Volumetria ácidobase 08 Volumetria de precipitação 09 Volumetria de complexação 10 Volumetria de óxidoredução 11 Espectroscopia de absorção na região UVVis 12 Determinação de nitrato em águas utilizando a espectroscopia de absorção na região do uvvisível 13 Potenciometria Unidade 2 Análise Sistemática de Cátions e Ânions Unidade 3 Amostragem e Tratamento Estatístico de Dados Unidade 4 Técnicas Clássicas de Análise Parte I Unidade 5 Técnicas Clássicas de Análise Parte II Unidade 1 Aspectos Importantes do Equilíbrio Químico em Solução Aquosa Unidade 6 Técnicas Instrumentais
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Texto de pré-visualização
Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Hussein Nedja Suely Fernandes Vivenciando a Química Ambiental D I S C I P L I N A Unidade 2 Análise sistemática de cátions e ânions Análise sistemática de cátions e ânions Autoras aula 04 Todos os direitos reservados Nenhuma parte deste material pode ser utilizada ou reproduzida sem a autorização expressa da UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da publicação na Fonte UFRNBiblioteca Central Zila Mamede Coordenadora da Produção dos Materiais Marta Maria Castanho Almeida Pernambuco Coordenador de Edição Ary Sergio Braga Olinisky Projeto Gráfi co Ivana Lima Revisores de Estrutura e Linguagem Jânio Gustavo Barbosa Eugenio Tavares Borges Thalyta Mabel Nobre Barbosa Revisores de Língua Portuguesa Janaina Tomaz Capistrano Sandra Cristinne Xavier da Câmara Revisora das Normas da ABNT Verônica Pinheiro da Silva Revisor Técnico Leonardo Chagas da Silva Revisora Tipográfi ca Nouraide Queiroz Ilustradora Carolina Costa Editoração de Imagens Adauto Harley Carolina Costa Diagramadores Bruno de Souza Melo Ivana Lima Johann Jean Evangelista de Melo Mariana Araújo de Brito Adaptação para Módulo Matemático Joacy Guilherme de A F Filho Leonardo Chagas da Silva Governo Federal Presidente da República Luiz Inácio Lula da Silva Ministro da Educação Fernando Haddad Secretário de Educação a Distância SEED Carlos Eduardo Bielschowsky Reitor José Ivonildo do Rêgo ViceReitora Ângela Maria Paiva Cruz Secretária de Educação a Distância Vera Lucia do Amaral Secretaria de Educação a Distância SEDIS Hussein Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Vivenciando a química ambiental Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Hussein Nedja Suely Fernandes Natal RN EDUFRN 2008 264 p ISBN 9788572734448 1 Equilíbrio químico 2 Análise Química 3 Análise Técnica 4 Técnicas instrumentais I Fernandes Nedja Suely II Título CDD 541392 RNUFBCZM 200870 CDU 54434 Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 1 Apresentação da unidade N as aulas 1 Precipitação e solubilidade 2 Hidrólise e 3 Soluçãotampão da unidade 1 você aprendeu conceitos importantes sobre produto de solubilidade kps solubilidade molar formação de precipitados técnicas semimicro de análises hidrólise e solução tampão Tais assuntos são fundamentais para o entendimento dos princípios da Análise Química e são necessários para que você realize as aulas experimentais com sucesso possibilitando um melhor entendimento desses conceitos Nesta unidade constituída pela aula 4 você aprenderá os princípios da análise qualitativa a partir do conhecimento de testes analíticos disponíveis para a identifi cação dos principais cátions e ânions seja utilizando reações químicas por via úmida ou identifi cação dos cátions utilizando o teste de chama Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 2 1 2 3 4 5 Apresentação E sta aula é constituída pela análise sistemática dos cinco grupos de cátions na qual será possível você aprender a identifi cálos a partir de reações específi cas Complementando esta unidade serão realizados dois experimentos o primeiro envolve a identifi cação de cátions do grupo IV constituído pelos íons Ca2 Sr2 e Ba2 e no segundo experimento será realizado testes de chama que permitirão a identifi cação de alguns cátions a partir das diferentes colorações apresentadas na chama Nesta unidade os demais experimentos serão visualizados por meio de vídeoaula tendo a participação de professores e alunos e serão disponibilizados para que ao término da unidade você tenha a capacidade de montar e realizar o experimento no laboratório Objetivos Conhecer a origem da análise química qualitativa Classifi car os cátions em relação aos seus grupos Saber como utilizar as técnicas semimicro de análises Saber identifi car os cátions do grupo IV Ca2 Sr2 e Ba2 no laboratório utilizando reações químicas específi cas Identifi car qualitativamente cátions a partir do ensaio por via seca teste de chama Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 3 Generalidades A Química Analítica é uma ciência que consiste em um conjunto de idéias e métodos poderosos úteis em todos os campos da ciência sendo observadas muitas vezes informações quantitativas e qualitativas durante uma análise A análise qualitativa estabelece a identidade química das espécies presentes em uma amostra e a análise quantitativa determina as quantidades relativas das espécies ou analitos em termos numéricos Nesta unidade será possível entender os princípios da análise qualitativa que utiliza dois tipos de ensaios reações por via úmida e reações por via seca As primeiras são aplicáveis às substâncias em solução e as últimas às substâncias sólidas A análise química qualitativa teve sua origem na Antiguidade Há cerca de 2000 anos Caius Plinius Secundus 23 79 dC fez o primeiro registro de um teste químico de análise qualitativa o qual consistia em detectar a contaminação de sulfato de ferro II em acetato de cobre II a partir do tratamento de uma tira de papiro embebida em extrato de noz de galha ácido tânico com a solução sob exame Se a tira adquirisse a cor preta indicava presença do sulfato de ferro II Na segunda metade do século XVII Robert Boyle 16271691 fez uso de reações químicas para identifi car várias substâncias e introduziu o volatile sulphureous spirit sulfeto de hidrogênio para fi ns analíticos Até essa época os métodos de análise por via úmida eram principalmente qualitativos e baseados nas propriedades químicas dos elementos Otto Tachenius aproximadamente em 1650 e Sigismund Andréas Marggraf 1709 1782 também contribuíram para que grande parte das reações químicas conhecidas e usadas em análise qualitativa inorgânica já tivesse sido descoberta até o fi m do século XVIII Entretanto somente no século XIX a análise sistemática dos elementos foi introduzida através dos trabalhos de Heinrich Rose 1795 1864 e de Carl Remigius Fresenius 1818 1897 publicados em 1829 e 1841 respectivamente A análise qualitativa apresentou avanços signifi cativos no fi nal do século XIX e no início do século XX respectivamente com os trabalhos de Theodor Heinrich Behrens 1843 1905 sobre técnicas microscópicas de análise e de Fritz Feigl 18911971 e colaboradores sobre os testes de toque spot tests Esses trabalhos publicados em livros vieram consolidar essa nova área da análise química Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 4 Atividade 1 A análise qualitativa revela a identidade dos elementos e compostos de uma amostra A análise quantitativa indica a quantidade de cada substância presente em uma amostra Os analitos são os componentes de uma amostra a serem determinados e sobre o qual informações analíticas estão sendo almejadas Pesquisa Pesquise na Internet sobre a vida e obra de Caius Plinius Secundus Carl Remigius Fresenius e Fritz Feig apresentando as principais contribuições desses pesquisadores na análise química sua resposta Quanto à particularidade do estudo da análise qualitativa é importante destacar as seguintes observações Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 5 1º Grupo de Cátions Grupo do Ácido Clorídrico Ag Hg2 2 e Pb 2 como Cloretos 2º Grupo de Cátions Grupo do Sulfeto de Hidrogêncio Ácido Seção do cobre Hg 2 Pb 2 Bi 3 Cu 2 Cd 2 Seção do Arsênio AsIII AsV SbIII SbV Sn 2 e Sn 4IV como Sulfetos 3º Grupo de Cátions Grupo do Sulfeto de Hidrogêncio Básico Ni 2 Co 2 Fe 2 Fe 3 Mn 2 Zn 2 como Sulfetos Al 3 e Cr 3 como hidróxidos 5º Grupo de Cátions O Grupo Solúvel Na K Mg 2 e NH4 4º Grupo de Cátions Grupo do Carbonato de Amônio Ca 2 Sr 2 e Ba 2 como Carbonatos Classifi cação dos cátions em grupos analíticos P ara fi ns de análise qualitativa sistemática os cátions são classifi cados em cinco grupos tomandose por base sua peculiaridade a determinados reagentes específi cos para cada grupo A partir do uso desses reagentes será possível tirar conclusões sobre a presença ou ausência de grupos de cátions além de separar tais conjuntos para uma posterior análise A classifi cação dos grupos com os respectivos cátions estão relacionados na Figura 1 Figura 1 Classifi cação sistemática dos cátions Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 6 Atividade 2 Análise qualitativa por via úmida Como você percebeu na classifi cação dos grupos de cátions que cada grupo com exceção daquele constituído pelos íons Na K e NH4 possui um reagente precipitante que formam compostos insolúveis com todos os cátions do grupo e que por esse motivo recebe o nome de reagente de grupo Alguns autores como N Bacan e V N Alexéiev adotam a seguinte classifi cação Grupo I Na K e NH 4 Grupo II Mg2 Ba2 Ca2 e Sr2 Grupo III Fe3 Al3 Cr3 Ni2 Co2 Zn2 e Mn2 Grupo IVA Hg2 Pb2 Bi 3 cu2 e Cd2 Grupo IVB As3 As5 Sb3 Sb5 Sn2 e Sn4 e Grupo V Ag Pb2 e Hg2 2 Tal classifi cação foi proposta inicialmente pelo alemão C R Fresenius 1818 1897 considerado o pai da análise qualitativa Autores como Vogel Moeller e OConnor e Curtman adotaram a mesma classifi cação porém com uma seqüência inversa à proposta por Fresenius conforme mostrado na Figura 1 Essa divisão dos grupos de cátions será utilizada nesta aula Na seqüência serão mostrados os procedimentos analíticos realizados na identifi cação dos diferentes grupos de cátions e dessa forma você será capaz de entender o funcionamento dessas separações 1º grupo de cátions O primeiro grupo de cátions é constituído pelos íons Ag Pb2 e Hg2 2 os quais são precipitados como cloretos insolúveis AgCl PbCl2 e Hg2Cl2 pela adição de pequeno excesso de ácido clorídrico diluído Todos esses cloretos tornamse mais solúveis com o aumento da temperatura mas o efeito só é pronunciado no caso do cloreto de chumbo Assim é possível separálo dos demais precipitados As principais reações envolvidas durante essa separação é mostrada a seguir Para complementar o aprendizado é necessário que você assista à vídeoaula 1 que mostra todas as etapas realizadas no laboratório para identifi cação dos cátions do grupo 1 após isso discuta os resultados com o tutor da disciplina Pesquisa Antes de você iniciar a discussão sobre a identifi cação dos cátions Ag Pb2 e H2 2 pesquise nas referências e na Internet informações sobre os elementos químicos prata chumbo e mercúrio Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 7 Na análise dos cátions do grupo I inicialmente nas soluções contendo os cátions Ag Pb2 e Hg2 2 é adicionada uma solução de ácido clorídrico para formação dos respectivos cloretos de prata chumbo e mercúrio conforme reações relacionadas a seguir Ag aq Cl aq AgCls Pb2 aq 2Cl aq PbCl2s Hg2 2 aq 2Cl aq Hg2Cl2s Após o aquecimento dos precipitados formados em solução aquosa é possível perceber o aumento da solubilidade do PbCl2 uma vez que ele é facilmente convertido em PbCrO4 um precipitado amarelobrilhante conforme reações a seguir PbCl2s Δ Pb2aq 2Claq PbCl2 s CrO4 2 aq PbCrO4 s 2Cl aq O resíduo proveniente da extração com água quente é uma mistura do cloreto de prata e de mercúrio I Esses dois sólidos diferem na reação com a amônia o que torna possível a separação deles com esse reagente O cloreto de amônio é dissolvido na forma de um complexo de prata I com amônia fracamente dissociado denominado diaminprata I Veja a reação a seguir e faça uma revisão da aula 7 A história e nomenclatura dos compostos de coordenação a qual integra a disciplina Diversidade Química do Ambiente Aproveite e faça uma revisão sobre esse assunto AgCls 2NH3aq AgNH32 aq Cl aq Assim quando a solução do complexo é acidifi cada com ácido nítrico a amônia é convertida no íon amônio que não reage com íon prata e o cloreto de prata precipita novamente AgNH32 aq Ag aq 2NH3aq 2NH3 2Haq 2NH 4 aq Ag aq Claq AgCls A amônia provoca uma desproporcionação no cloreto de mercúrio I Metade do mercúrio I é reduzida a mercúrio livre que é preto e se apresenta numa forma fi namente dividida 2e Hg2Cl2 2Hgs 2Cl aq E a outra metade é oxidada a aminocloreto de mercúrio II NH3 Hg2Cl2s 2HgNH2Cls 2NH4 aq 2e A formação do resíduo preto é em geral uma indicação sufi ciente da presença original de mercúrio I Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 8 Atividade 3 Exercício de Fixação Agora assista à vídeoaula 1 Identifi cação dos cátions do grupo 1 e faça um resumo dos procedimentos realizados na identifi cação desses cátions apresentando as reações químicas envolvidas 2º grupo de cátions O segundo grupo de cátions é constituído pelos íons Hg2 Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 As III As V Sb III Sb V Sn2 e Sn4 e são precipitados como sulfeto pelo uso de uma solução saturada de sulfeto de hidrogênio H2S seja ela preparada a partir do gás ou pela hidrólise da tioacetamida CH3CSNH2 Como esse grupo é muito grande é conveniente dividilo tomando por base o caráter ácido ou básico dos sulfetos Assim a divisão fornece dois subgrupos denominados seção do cobre ou grupo IIA constituído pelos cátions Hg2 Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 e seção do arsênio ou grupo IIB representado pelos cátions As III As V Sb III Sb V Sn2 e Sn4 Uma base forte como o KOH 05 mol L1 dissolve os sulfetos ácidos de arsênio antimônio e de estanho com a conseqüente formação de oxi e tioânions As principais reações envolvidas durante essa separação é mostrada a seguir Para complementar o aprendizado é necessário que você assista à vídeoaula 2 que mostra todas as etapas realizadas no laboratório para identifi cação dos cátions do grupo II A e em seguida discuta os resultados com o tutor da disciplina A característica mais notável desses elementos é a afi nidade por sulfetos Os íons desse 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 desse grupo bem como do grupo I de cátions A formação dos sulfetos é demonstrada não só por sua precipitação conjunta como um grupo mas também pela ocorrência na natureza de muitos minerais de sulfetos como PbS galena CuFeS2 calcopirita HgS cinabre e Sb2S3 estibinita Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 9 Seção do cobre ou grupo IIA Os cátions desse grupo formam compostos insolúveis com o íon sulfeto ou íon hidróxido A separação dos cátions desses dois grupos é possível em função da solubilidade excepcionalmente baixa dos sulfetos conforme observado pelos valores da constante do produto de solubilidade visualizado na tabela a seguir Tabela 1 Características dos precipitados dos cátions da seção do cobre COMPOSTO COR HgS Preto PbS Preto CuS Preto CdS Amarelo Bi2S3 Marrom A formação dos sulfetos pode ser obtida a partir de uma solução saturada de H2S preparada a partir do gás ou pela hidrólise da tioacetamida permitindo na seqüência a reação com os diferentes cátions do grupo conforme mostrado a seguir Hidrólise da tioacetamida CH3 H CSNH2 H aq 2H2 H Ol CH3 H COOaq NH H4 aq H2 H Saq Reações iônicas para formação dos sulfetos metálicos 1 Cu2aq H2S CuSs 2Haq 2 Cd 2aq H2S CdSs 2Haq 3 Pb2aq H2S PbSs 2Haq 4 Hg2aq H2S HgSs 2Haq 5 2Bi3aq 3H2S Bi2S3 6Haq Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 10 Separação e identifi cação do mercúrio Na análise da seção do cobre após a formação dos respectivos sulfetos ocorre a separação do mercúrio II dos outros íons do grupo baseado na baixa solubilidade do HgS sulfeto de mercúrio em HNO3 Todos os sulfetos dessa seção se dissolvem nesse ácido diluído exceto o HgS devido a sua alta insolubilidade As reações referentes à dissolução dos sulfetos são as seguintes 1 3PbSs 2NH 3 aq 8Haq 3Pb2aq 2NOg 3Ss 4H2Ol 2 3CuSs 2NH 3 aq 8Haq 3Cu2aq 2NOg 3Ss 4H2Ol 3 3CdSs 2NH 3 aq 8Haq 3Cd2aq 2NOg 3Ss 4H2Ol 4 Bi2S3s 2NH 3 aq 8Haq 2Bi3aq 2NOg 3Ss 4H2Ol Após a separação do HgS ele é dissolvido em água régia mistura de HCl e HNO3 na proporção de 31 respectivamente Nessa etapa ocorre a oxidação do sulfeto a enxofre elementar removendo o Hg2 na forma do complexo HgCl42 fracamente dissociado Reação 3HgSs 2NH 3 aq 8Haq 12Claq 3HgCl42 aq 2NOg 3Ss 4H2Ol O mercúrio é identifi cado na solução utilizando o cloreto estanoso SnCl2 como agente redutor formando o Hg2Cl2 ou uma mistura cinza de Hg2Cl2 e mercúrio metálico O excesso de água régia interfere e deve ser removido por evaporação antes do teste Reações 2HgCl42 aq Sn2aq Hg2Cl2s SnCl2 6 aq Hg2Cl2s Sn2aq 4Claq 2Hgl SnCl2 6 aq Separação e identifi cação do chumbo Após a separação do íon Hg2 a solução dos sulfetos em meio nítrico contém os íons Pb2 Bi3 Cu2 Cd 2 e NO3 O chumbo é separado precipitandoo como sulfato de chumbo branco insolúvel por meio de ácido sulfúrico Os outros íons formam sulfatos solúveis no meio Pb2 aq SO4 2 aq PbSO4s Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 12 Atividade 5 Identifi cação do cobre Se a solução resultante da separação do BiOH3 for azul devido ao íon complexo CuNH34 2 esta é uma indicação sufi ciente da presença de cobre II Identifi cação do cádmio A cor amarela do CdS é bastante característica para ser usada como um teste de identifi cação do cádmio porém é facilmente encoberta pelo CuS preto que precipita simultaneamente Para separar o cobre do cádmio antes da precipitação do sulfeto é necessário reduzir o cobre II ao estado elementar com o íon ditionito S2O4 2 que não afeta o cádmio Na ausência do íon Cu2 a precipitação do CdS amarelo pela tioacetamida pode ser observada na equação a seguir CuNH342 aq S2O2 4 aq 2H2Ol Cus 2SO2 3 aq 4NH 4 aq CdNH342 aq H2S CdSs 2NH3 2NH 4 aq Nesta etapa você acompanhou as principais reações envolvidas na separação e identifi cação dos cátions do grupo II Seção do cobre Agora assista à vídeoaula 2 e acompanhe todas as etapas realizadas nessa identifi cação Pesquisa Agora pesquise as principais reações que envolvem a separação e identifi cação do grupo II B Seção do Arsênio utilizando as referências recomendadas e a Internet Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 13 3º grupo de cátions O terceiro grupo de cátions é constituído pelos íons Mn2 Ni2 Co2 Fe2 Fe3 Al3 Cr3 e Zn2 Exceto os íons Cr 3 e Al 3 os demais formam sulfetos insolúveis em meio alcalino a partir da utilização da hidrólise da tioacetamida em presença de um tampão alcalino NH3NH4Cl que você já estudou na aula 3 Soluçãotampão da unidade 1 Muitos dos íons do grupo III formam compostos coloridos e essa propriedade é empregada em suas identifi cações Os íons Al3 Cr3 e Fe3 são precipitados como hidróxidos enquanto os demais são precipitados como sulfetos Os íons Al 3 Cr3 e Zn2 são separados de outros íons usandose propriedades anfóteras de seus hidróxidos Os testes a seguir mostrarão como esses íons podem ser separados e identifi cados Anfótero ou anfi prótico é a substância que se comporta como um ácido ou base dependendo do outro reagente presente Se estiver na presença de ácido se comportará como uma base e por outro lado se estiver na presença de uma base comportarseá como um ácido Por exemplo H2O água HSO4 íon hidrogenossulfato Na Tabela 2 você obtém informações sobre as cores e produto de solubilidade dos compostos formados inicialmente em meio alcalino Tabela 2 Características dos precipitados dos cátions do grupo III COMPOSTO COR MnS Róseo NiS Preto FeS Preto Fe2S3 Preto CoS Preto AlOH3 Branco CrOH3 Verde ZnS Branco Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 14 Ni 2 2 2H CH3 C N OH CH3 C N OH C C O O O O C C N H H Ni N N N H3C H3C CH3 CH3 Reações iônicas para formação dos sulfetos e hidróxidos do grupo III 1 Mn2aq S2aq MnSs 2 Ni2aq S2aq NiSs 3 Fe2aq S2aq FeSs 4 2Fe3aq 3S2aq Fe2S3s 5 Co2aq S2aq CoSs 6 Zn2aq S2aq ZnSs 7 Cr3aq 3OHaq CrOH3s 8 Al3aq 3OHaq AlOH3s Identifi cação do cromo A presença do cromato CrO4 2 é facilmente identifi cado a partir da formação do cromato de chumbo precipitado amarelo brilhante Pb2 aq CrO4 2 aq PbCrO4 s Identifi cação do ferro e cobalto O ferro III forma um complexo vermelho escuro com o tiocianato de amônio Por outro lado o íon cobalto forma um complexo azul facilmente visualizado Fe3aq 6SCNaq FeSCN63 aq Co2aq 4SCNaq CoSCN42 aq Identifi cação do níquel O níquel é facilmente identifi cado na presença da dimetilglioxima C4H8O2N2 em meio alcalino a partir da formação de um precipitado vermelho de dimetilglioximato de níquel Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 15 Identifi cação do zinco O zinco é identifi cado pela formação de um precipitado branco de sulfeto de zinco branco Zn2aq S2aq ZnSs Identifi cação do manganês O íon manganês II é identifi cado através da oxidação a íon permanganato púrpura pelo bismutato de sódio NaBiO3 em presença de ácido nítrico diluído Mn2aq5NaBiO3s14Haq 2MnO 4 aq5Bi3aq5Naaq7H2Ol Você acompanhou as principais reações envolvidas na separação e identifi cação dos cátions do grupo III Agora assista à vídeoaula 3 e acompanhe todas as etapas realizadas nessa identifi cação 4º grupo de cátions O quarto grupo de cátions é constituído pelos íons Ca2 Sr2 e Ba2 Os três íons desse grupo formam carbonatos que são precipitados pelo carbonato de amônio NH42CO3 em presença de uma soluçãotampão amôniacloreto de amônio NH3NH4Cl No fi nal dessa aula você realizará um experimento referente à identifi cação dos cátions do grupo IV Separação e identifi cação do cálcio O oxalato de cálcio é muito insolúvel e portanto o íon cálcio pode ser identifi cado a partir da reação com oxalato de amônio NH42C2O4 formando o oxalato de cálcio branco que em seguida poderá ser dissolvido em ácido clorídrico formando o CaCl2 Veja as reações Ca2aq C2O2 4 aq CaC2O4H2Os CaC2O4H2Os 2HCl CaCl2aq HC2O 4 aq H2Ol Separação e identifi cação do estrôncio É possível separar o íon estrôncio do cálcio com base na baixa solubilidade do nitrato de estrôncio em HNO3 concentrado Sr2 aq 2HNO3 conc SrNO32 s Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 16 Após essa separação o nitrato de estrôncio é dissolvido em água e em seguida identifi cado por precipitação do sulfato de estrôncio composto branco Caso algum traço do íon cálcio esteja presente pode ser utilizado a trietanolamina como agente complexante para separálo do estrôncio Esse íon apresenta uma menor tendência em formar complexo devido ao seu maior raio iônico quando comparado ao íon ca2 Veja as reações SrNO32s Sr2aq 2NO 3 aq Ca2aq 2NC2H4OH3 CaNC2H4OH32 2 aq Sr2aq SO42 aq SrSO4s Separação e identifi cação do bário A identifi cação do íon bário envolve a dissolução do carbonato de bário BaCO3 em ácido acético e precipitação desse íon como cromato de bário amarelopálido conforme reação abaixo BaCO3s 2CH3COOHaq Ba2aq 2CH3COOaq CO2g H2Ol Ba2aq CrO42 aq BaCrO4s Também é possível identifi car o bário como sulfato de bário BaSO4 uma vez que esse composto é bastante insolúvel Assim um ácido forte como o HCl dissolverá o cromato de bário reduzindo a concentração de íon cromato a um valor muito baixo 2BaCrO4s 2Haq 2Ba2aq Cr2O72 aq H2Ol Confi rmase a presença de bário precipitandose o sulfato de bário branco nesta solução Ba2aq SO42 aq BaSO4s 5º grupo de cátions O quinto grupo de cátions grupo dos solúveis é constituído pelos íons Mg2 NH4 Na e K Todos os cátions estudados até agora formam numerosos compostos muito insolúveis vários deles formam íons complexos de colorações características Diferentemente desses grupos não existe um reagente precipitante característico de todo o grupo e para a identifi cação desses cátions é necessário reações individuais conforme mostraremos nos subitens a seguir Começaremos a verifi cação dessa propriedade pela identifi cação do íon amônio Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 17 Identifi cação do ion amônio O íon amônio é identifi cado convertendoo em amônia por meio de um excesso de base forte NH4 aq OHaq NH3g H2Ol A amônia liberada é então detectada absorvendoa em um algodão umedecido com um indicador ácido base como a fenolftaleína que irá mostrar uma coloração rósea ou fazendo uso de um papel de tornassol vermelho umedecido que muda de cor para azul Identifi cação do magnésio A identifi cação do íon magnésio é efetuada precipitandoo inicialmente como fosfato de magnésio e amônio branco Mg2 aq NH3 HPO42 aq 6H2Ol MgNH4PO46H2Os O precipitado resultante fosfato de amônio e magnésio hexahidratado é dissolvido em ácido clorídrico diluído conforme reação química visualizada a seguir MgNH4PO46H2Os 2Haq Mg2 aq NH4 aq H2PO4 aq 6H2Ol O íon magnésio é precipitado novamente como hidróxido por meio de NaOH na presença do reagente de magnésio pnitrobenzenoazoresorcinol um corante laranjaavermelhado que é adsorvido pelo hidróxido de magnésio gelatinoso formando uma camada azul Mg2 aq 2OHaq MgOH2s Identifi cação do sódio e potássio Diferentemente dos demais cátions os íons sódio e potássio formam apenas um ou dois compostos sufi cientemente insolúveis para serem considerados em sua separação e identifi cação Assim os testes de precipitação não são muito satisfatórios No entanto é importante salientar que estes elementos podem ser identifi cados efi cazmente pelo teste de chama Durante a identifi cação do sódio e potássio caso haja a presença do íon amônio é necessário que ele seja eliminado da solução uma vez que esse cátion causa interferência na identifi cação dos íons K A solubilidade dos sais de amônio é quase idêntica a dos compostos de potássio por causa da similaridade de raios iônicos entre K e NH4 Portanto o íon amônio deve ser removido antes da detecção do potássio A interferência do íon amônio é eliminada por decomposição térmica conforme reações a seguir Papel de tornassol Papel de tornassol é utilizado quando se quer determinar simplesmente se a solução é ácida ou básica Tornase vermelho em condições ácidas e azul em condições básicas Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 18 Reação de decomposição NH4Cls NH3g HClg NH42SO4s 2NH3g SO3g H2Og NH42C2O4s 2NH3g CO2g COg H2Og Identifi cação do íon sódio O íon sódio pode ser identifi cado precipitandoo como NaZnUO23C2H3O296H2O amarelo pálido pelo reagente de sódio uma solução saturada de acetato de zinco e acetato de uranila em ácido acético Naaq Zn2aq 3UO22 aq 9CH3COOaq 6H2Ol NaZnUO23C2H3O296H2Os Como os íons Mg2 K e NH4 não formam precipitados com o reagente de sódio o teste de identifi cação pode ser efetuado na presença desses cátions Identifi cação do íon potássio Embora existam vários sais de potássio pouco solúveis com ânions de grande massa o íon potássio é preferentemente identifi cado precipitadoo como K2NaCoNO26H2O amarelo pelo íon hexanitrocobaltato III 2Kaq Naaq CoNO26 3 aq H2O K2NaCoNO26H2Os A solubilidade do K2NaCoNO26H2O é cerca de 044 mgmL permitindo que concentrações de potássio muito baixas possam ser detectadas Os íons interferentes são a o NH4 que forma um precipitado semelhante NH42NaCoNO26H2O b o H proveniente de um ácido forte que decompõe o nitrito e reduz o cobalto III a cobalto II róseo c o OH de uma base forte que precipita o CoOH3 negro e d os agentes oxidantes ou redutores que destroem o reagente 3NO2 aq 2Haq 2NOg NO3 aq H2Ol Você acompanhou as principais reações envolvidas na separação e identifi cação dos cátions do grupo V Agora assista à vídeoaula 4 e acompanhe todas as etapas realizadas nessa identifi cação Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 19 Atividade 6 Pesquisa Você aprendeu algumas reações características dos cátions dos grupos I II III IV e V Nesse momento para complementar o tópico sobre análise qualitativa por via úmida pesquise utilizando as referências recomendadas as principais reações dos seguintes ânions F fl uoreto Cl cloreto Br brometo I iodeto NO2 nitrito NO3 nitrato S 2 sulfeto SO3 2 sulfi to SO4 2 sulfato CO3 2 carbonato C2O4 2 oxalato CrO4 2 cromato e SCN tiocianato Análise por via seca Teste de chama U ma das mais importantes propriedades dos elétrons no átomo é que suas energias são quantizadas isto é um elétron ocupa sempre um nível energético bem defi nido e não um valor qualquer de energia Se no entanto um elétron for submetido a uma fonte de energia adequada calor luz etc pode sofrer uma mudança de um nível mais baixo para outro de energia mais alto excitação O estado excitado é metaestável de curtíssima duração e assim o elétron retorna imediatamente ao seu estado fundamental A energia absorvida durante a excitação pode ser emitida na forma de radiação visível do espectro eletromagnético que o olho humano é capaz de detectar ou não Como o elemento emite uma quantidade de energia radiante característica ela pode ser usada como método analítico mais informações sobre absorção e emissão de radiação será vista na unidade 6 dessa disciplina A temperatura da chama do bico de bunsen é sufi ciente para excitar uma quantidade de elétrons de certos elementos que emitem luz ao retornarem ao estado fundamental de cor e intensidade que podem ser detectados com considerável clareza e sensibilidade através da observação visual da chama Na Figura 2 é mostrada uma representação de uma chama e as suas diferentes zonas de temperatura e a Tabela 3 mostra a cor observada durante o teste de chama para alguns cátions Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 20 Atividade 7 Zona oxidante superior d C D E F A B Zona redutora superior e Porção mais quente da chama b Zona oxidante inferior c Zona redutora inferior f Zona de temperatura mais baixa a Figura 2 Representação de uma chama e as suas diferentes zonas de temperatura Fonte 2 Vogel 1981 Tabela 3 Cor apresentada por alguns cátions durante o teste de chama CÁTION COLORAÇÃO Sódio Na Amarelo intenso Potássio K Violeta Cálcio Ca2 Vermelho tijolo Estrôncio Sr2 Vermelho carmim Bário Ba2 Verde amarelado Cobre Cu2 Verde esmeralda Chumbo Pb2 Azul pálido Bismuto Bi3 Branco Pesquisa Faça uma pesquisa na Internet sobre a vida e obra de Robert Wilhelm Eberhard Bunsen Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 21 Experimento 1 separação e identifi cação dos cátions do grupo IV via úmida A gora você realizará dois experimentos referentes ao conteúdo trabalhado anteriormente O primeiro envolve a análise qualitativa via úmida denominado Separação e identifi cação dos cátions do grupo IV e o segundo corresponde ao teste de chama por via seca Para realizálos é imprescindível que você não esqueça de utilizar os Equipamentos de Proteção Individual EPIs como jaleco luvas e óculos de proteção além dos Equipamentos de Proteção Coletiva EPCs como capela de exaustão É importante seguir todos os cuidados necessários aos manuseios de reagentes vidrarias e materiais existentes no laboratório conforme você estudou na disciplina Medidas e Transformações Químicas Os materiais reagentes e equipamentos que serão utilizados na realização desse experimento estão relacionados nas Tabelas 4 5 e 6 respectivamente Tabela 4 Materiais Material Capacidade Quantidade Bastão de vidro 01 Tubos de ensaio 5 mL 10 Estante de madeira 01 Pipeta de pasteur 03 Pegador de madeira 01 Vidro de relógio Tamanho médio 01 Tabela 5 Reagentes Reagentes Concentação molL Acetato de amônio CH3COONH4 3 molL Ácido acético CH3COOH 6 molL Ácido clorídrico HCl 6 molL Ácido sulfúrico H2SO4 1 molL Amônia NH3 6 molL Carbonato de amônio NH42CO3 2 molL Cloreto de amônio NH4Cl 6 molL Cloreto de bário BaCl2 05 molL Cloreto de cálcio CaCl2 05 molL Cloreto de estrôncio SrCl2 05 molL Cromato de potássio K2CrO4 05 molL Hidróxido de sódio NaOH 6 molL Oxalato de amônio NH42C2O4 025 molL Sulfato de amônio NH42SO4 25 molL Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 22 Ca2 SrSO4 Branco CaC2O4 Branco Ca2 Sr2 Ba2 CaCO3 SrCO3 BaCO3 Ca2 Sr2 Ba2 Ca2 e Sr2 BaCrO4 Amarelo Ba2 BaSO4 Branco NaOH 6 molL NH42C2O4 025 molL H2SO4 1 molL HCI 6 molL NaOH 6 molL NH42SO4 25 molL CH3COONH4 3 molL K2CrO4 05 molL CH3COOH 6 molL NH42CO3 2 molL NH3NH4CI 6 molL Tabela 6 Equipamentos Equipamentos Quantidade Banho maria 01 Centrífuga 01 Chapa aquecedora 01 Na Figura 3 a seguir está o fl uxograma para realização das etapas de separação e identifi cação dos cátions do grupo IV O procedimento para essas etapas será descrito logo após a fi gura Figura 3 Esquema geral da separação e identifi cação dos cátions de grupo IV Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 23 Procedimento para separação e identifi cação dos cátions do grupo IV A partir da visualização da Figura 3 e das informações anteriores relativas aos materiais reagentes e equipamentos necessários para a realização do experimento inicie o procedimento para separação e identifi cação dos cátions do grupo IV A cada etapa faça as observações e anote no espaço reservado a elas 1 Inicialmente adicione em um mesmo tubo de ensaio 15 gotas de cada solução de reagentes contendo os cátions Ca2 Sr2 e Ba2 ou seja as soluções dos cloretos de cálcio estrôncio e bário Em seguida adicione uma gota da solução de cloreto de amônio e NH3 6 molL até alcalinizar faça o teste com a fenolftaleína Na seqüência adicione 5 gotas da solução de carbonato de amônio NH42CO3 2 molL 2 Centrifugue e separe o sobrenadante do precipitado que você obteve Agora adicione gotas da solução de ácido acético CH3COOH 6 mol L lentamente e sob agitação até dissolver o precipitado 3 Após a centrifugação adicione 5 gotas da solução de acetato de amônio CH3COONH4 3 molL e 6 gotas da solução de cromato de potássio K2CrO4 05 mol L Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 24 4 Após a centrifugação adicione 5 gotas da solução de acetato de amônio CH3COONH4 3 molL e 6 gotas da solução de cromato de potássio K2CrO4 05 molL e observe a formação de um precipitado amarelo brilhante 5 Centrifugue e em seguida separe o sobrenadante do precipitado No tubo de ensaio contendo o precipitado adicione a solução de ácido clorídrico HCl 6 molL até dissolver o precipitado e na seqüência adicione gotas da solução de ácido sulfúrico H2SO4 1 molL até observar a formação de um precipitado branco 6 No sobrenadante separado do item 5 adicione a solução de hidróxido de sódio NaOH 6 molL até alcalinizar a solução realizando o teste da acidez com o indicador ácido base fenolftaleína Na seqüência adicione a solução de sulfato de amônio NH42SO4 lentamente e observe a formação de um precipitado branco 7 Centrifugue e no sobrenadante separado adicione a solução de hidróxido de sódio NaOH 6 molL até alcalinizar a solução realizando o teste da acidez com o indicador ácido base fenolftaleína Na seqüência adicione a solução de sulfato de amônio NH42C2O4 lentamente e observe a formação de um precipitado branco Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 25 Experimento 2 teste de chama via seca Os materiais e reagentes que serão utilizados na realização desse experimento estão relacionados nas Tabelas 7 e 8 respectivamente Tabela 7 Materiais Material Capacidade Quantidade Alça de níquelcromo 01 Bico de bunsen 01 Vidro de relógio Tamanho médio 08 Tabela 8 Reagentes Reagentes Quantidade Ácido clorídrico concentrado HCl 100 mL Cloreto de bário BaCl2 5 g Cloreto de estrôncio SrCl2 5 g Cloreto de potássio KCl 5 g Cloreto de sódio NaCl 5 g Nitrato de bismuto BiNO33 5 g Nitrato de chumbo PbNO32 5 g Sulfato de cobre CuSO4 5 g Procedimento para o teste de chama Efetue primeiramente a limpeza do fi o de níquelcromo imergindoo em ácido clorídrico concentrado contido em um becker e faça uma aquecimento na porção mais quente zona de fusão da chama não luminosa do bico de bunsen até que nenhuma coloração seja transmitida à chama Após isso mergulhe novamente o fi o no ácido clorídrico e em seguida numa porção da substância sais metálicos conforme relacionados na Tabela 8 e que estão nos respectivos vidros de relógio Leve o fi o à zona de temperatura mais baixa da chama a fi m de transmitirlhe a cor característica do íon metálico sob análise Anote os resultados no campo destinado às observações para cada teste realizado Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 26 a Prova de chama para o sódio Na Coloque uma pequena porção de cloreto de sódio num vidro de relógio Em seguida mergulhe o fi o de níquelcromo no ácido clorídrico concentrado e misture com o sal de sódio Leve o fi o para a chama oxidante do bico de Bunsen e observe a coloração amarela intensa produzida Para a realização deste teste utilize cloreto de sódio sólido Este teste é altamente sensível e permite detectar concentrações de sódio tão baixas como 1 µgmL 5105 molL Observações b Teste de chama para o sódio k O teste de chama para o íon potássio é menos sensível do que o teste para o sódio O potássio mostra uma coloração violeta que se extingue rapidamente à chama e é facilmente mascarada pelo sódio Podese utilizar um vidro azul de cobalto para absorver a luz amarela do sódio e permitir que a cor da chama do potássio seja observada O vidro transmite a luz somente nos extremos do espectro visível exatamente onde se encontram as linhas espectrais do potássio Siga o procedimento anterior e faça o teste para o íon cobalto O teste da chama para o potássio pode ser feito usandose cloreto de potássio sólido Observações Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 27 Resumo 1 2 3 Nesta aula foi possível você empregar os conhecimentos obtidos na aula 1 desta disciplina por meio da utilização das técnicas semimicro de análises Na presente aula você aprendeu a classifi car os cátions e suas principais reações como também a identifi car alguns cátions usando o teste de chama O experimento foi realizado apenas para o grupo IV de cátions que possibilitou mostrar os procedimentos principais em uma análise química de natureza qualitativa No teste de chama foi possível verifi car a simplicidade na identifi cação de certos cátions a partir da visualização das diferentes cores apresentadas em uma chama e que pode ser facilmente demonstrada em aulas experimentais de Química c Prova de chama para o Ca2 Sr2 Ba2 Cu2 Pb2 e Bi3 O procedimento para os testes de chama para esses íons é idêntico ao descrito para íons sódio e potássio Para a realização do referido teste utilize CaCl2 SrCl2 BaCl2 CuSO4 PbNO32 e BiNO33 Observações Autoavaliação O que você entende por precipitação Em uma amostra desconhecida foi adicionado HCl 6 molL observandose a formação de um precipitado Quais os possíveis cátions presentes nesta amostra Dentre estes qual o solúvel em água quente e de que forma essa propriedade é usada na análise do grupo Qual a infl uência da temperatura sobre os cátions do 1o grupo de cátions Aula 04 Vivenciando a Química Ambiental 28 4 5 Em uma amostra desconhecida foi adicionado NH42CO3 NH3NH4Cl observandose a formação de um precipitado branco Quais os possíveis cátions presentes nessa amostra Quais os cátions pertencentes à seção do cobre e que compostos são formados pela adição da tioacetamida em meio ácido Referências ALVIM T R ANDRADE J C A importância da química analítica qualitativa nos cursos de química das instituições de ensino superior brasileiras Química Nova v 29 n 1 p 168 172 2006 ATKINS P JONES L Princípios da química Porto Alegre Bookman 2001 BACCAN N et al Introdução à semimicroanálise qualitativa 7 ed Campinas Ed UNICAMP 1997 ESPINOLA A Fritz Feigl sua obra e novos campos tecnocientífi cos por ela originados Química Nova v 27 n 1 p 169 176 2004 KING E J Análise qualitativa reações separações e experiências Rio de Janeiro Interamericana 1981 ROSSETI Dicionário quimicamente falando Disponível em httpwwwrossettietibr dicuserindex2asp Acesso em 19 nov 2007 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ Faculdade de Química Disponível em httpwww ufpabrccenquimica Acesso em 14 nov 2007 VAITSMAN Delmo S Ensaios químicos qualitativos Rio de Janeiro Editora Interciências 1995 VOGEL A l Química analítica qualitativa 5 ed São Paulo Editora Mestre Jou 1981 WIKIPEDIA a enciclopédia livre Azul de tornassol Disponível em httpptwikipediaorg wikiAzuldetornassol Acesso em 17 nov 2007 EMENTA Fabiana Roberta Gonçalves e Silva Hussein Nedja Suely Fernandes Integração múltipla Integral de linha Teorema de Green Integrais de superfícies Teoremas de Stokes e Gauss Aplicações Resgate histórico Equações diferenciais não lineares estudo qualitativo e analítico NOME DA DISCIPLINA NOME DO CURSO AUTORES AULAS 01 Precipitação e Solubilidade 02 Hidrólise 03 Solução tampão 04 Análise Sistemática de cátions ânions e teste de chama 05 Amostragem precisão e exatidão erros e tratamentos estatísticos 06 Gravimetria 07 Volumetria ácidobase 08 Volumetria de precipitação 09 Volumetria de complexação 10 Volumetria de óxidoredução 11 Espectroscopia de absorção na região UVVis 12 Determinação de nitrato em águas utilizando a espectroscopia de absorção na região do uvvisível 13 Potenciometria Unidade 2 Análise Sistemática de Cátions e Ânions Unidade 3 Amostragem e Tratamento Estatístico de Dados Unidade 4 Técnicas Clássicas de Análise Parte I Unidade 5 Técnicas Clássicas de Análise Parte II Unidade 1 Aspectos Importantes do Equilíbrio Químico em Solução Aquosa Unidade 6 Técnicas Instrumentais