FACULDADE PRESIDENTE ANTONIO CARLOS – FUPAC

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

ENGENHARIA QUÍMICA

KESLEI ROSENDO DA ROCHA

QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA

ANÁLISE SISTEMÁTICA DE CÁTIONS E ÂNIONS

IPATINGA

06/2014

KESLEI ROSENDO DA ROCHA

QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA

ANÁLISE SISTEMÁTICA DE CÁTIONS E ÂNIONS

Pesquisa temática sobre análise de cátions e ânions, com práticas realizadas no laboratório de química da instituição.

Professor: Tiago Marcel

IPATINGA

06/2014

RESUMO

A análise funcional e sistemática de uma solução deve ser iniciada pelos ensaios

preliminares, seguida de ensaios para ânions e separação e identificação dos cátions

presentes. Essa identificação é feita com a adição de reagentes específicos (ácido

clorídrico, gás sulfídrico, amônia, sulfeto de amônio ou carbonato de amônio) que

promoverá a formação de precipitados e em seguida eles são analisados. Os grupos de

cátions são classificados de acordo com a adição desses reagentes específicos. A

classificação dos ânions, adotada por Arthur Vogel, envolve a identificação por

produtos voláteis obtidos por tratamento com ácidos e os que dependem de reações em

solução. Este procedimento é chamado de ensaio.

O estudo da análise sistemática será iniciado através do estudo de cátions e ânions no

que consistem suas classificações e reações. Serão discutidos os procedimentos de como

tratar os produtos de cada reação no que tange diferenciação entre os cátions e ânions:

quais os reagentes que distingue um cátion de um mesmo grupo e quais procedimentos

e/ ou ensaios distinguem os ânions. Na classificação ainda dos ânions estão presentes as

reações que compõe os ensaios confirmatórios para ânions.

Palavras-chave: Vogel, qualitativo, sistemático, marcha.

Sumário

1 Análise de ânions......................................................................................................................6

1.1 Sulfatos (SO4-2)........................................................................................................................6

1.2 Carbonato (CO3-2)....................................................................................................................6

1.3 Fosfato (PO4-3).........................................................................................................................6

1.4 Cloreto (Cl-), iodeto (I-) e Brometo (Br-)..................................................................................7

1.5 Oxalato (C2O4-2).......................................................................................................................7

1.6 Cromato (CrO4-2).....................................................................................................................7

1.7 Nitrato (NO3-)..........................................................................................................................7

1.8 Ânions grupo I........................................................................................................................8

1.9 Carbonato...............................................................................................................................8

1.10 Sulfeto..................................................................................................................................9

1.11 Tiossulfato............................................................................................................................9

1.12 Sulfito.................................................................................................................................10

1.13 Nitrito.................................................................................................................................10

1.14 Ânions grupo II...................................................................................................................11

1.15 Oxalato...............................................................................................................................11

1.16 Fosfato...............................................................................................................................12

1.17 Sulfato................................................................................................................................12

1.18 Cromato e dicromato.........................................................................................................13

1.19 Ânions do grupo III.............................................................................................................14

1.20 Ferrocianeto.......................................................................................................................14

1.21 Tiocianato...........................................................................................................................14

1.22 Cloreto................................................................................................................................15

1.23 Brometo.............................................................................................................................15

1.24 Iodeto.................................................................................................................................16

1.25 Ânions do grupo IV.............................................................................................................16

1.26 Nitrato................................................................................................................................17

1.27 Acetato...............................................................................................................................17

2 Análise de cátions....................................................................................................................18

2.1 Grupo I.................................................................................................................................19

2.2 Grupo II................................................................................................................................20

2.3 Grupo III...............................................................................................................................24

2.4 Grupo IV...............................................................................................................................29

2.5 Grupo V................................................................................................................................31

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1 Análise de ânionsUma amostra a ser submetida à análise de ânions pode conter grande número destes. Mesmo assim a identificação de cada um dos ânions pode ser feita desde que se trabalhe nas condições adequadas para eliminar interferências.

Não existe um esquema definitivo que permita separar os ânions comuns em grupos. Na prática, a amostra analisada é submetida a uma série de "testes prévios", com o objetivo de eliminar alguns ânions com base na cor da amostra, na sua solubilidade em água, no valor do pH desta solução e em reações com certos compostos seletivos, como AgNO3 e BaCl2.

Quando a identificação de um ânion é feita por meio de uma reação de precipitação, a mudança do pH do meio constitui uma forma de impedir que outros sais precipitem, além daqueles de interesse, tornando a reação, consequentemente, mais seletiva. Entretanto, em alguns casos, como na análise de halogenetos (Cl-, Br- e I-), torna-se necessária uma separação prévia de tais ânions, em razão das dificuldades de se eliminarem as interferências entre eles.

1.1 Sulfatos (SO4-2)

O ânion sulfato forma sais solúveis com a maioria dos cátions com exceção do Ba2+, Ca2+, Sr2+, e Pb2+. A reação de identificação do SO4

-2 pode ser feita por uma reação de precipitação com o íon Ba2+. O teste feito em meio ácido tem sua especificidade aumentada, uma vez que a solubilidade do precipitado de sulfato de bário (BaSO4) formado não é afetada significativamente pelo pH do meio.

Durante a identificação, observa-se que ao adicionar um composto contendo bário, há reação com o íon sulfato, que produz uma turvação esbranquiçada, característica da precipitação do sulfato de bário.

1.2 Carbonato (CO3-2)

O ânion carbonato forma como a maioria dos cátions compostos pouco solúveis. O teste de identificação do ânion carbonato, para que seja específico, deve ser feito depois de sua separação da solução da amostra. O ânion carbonato reage com ácidos formando ácido carbônico (H2CO3), um ácido fraco e instável, que se decompõe em CO2(g) e H2O. O gás carbônico produzido será conduzido a outro recipiente, que contém solução de hidróxido de bário (Ba(OH)2). A reação entre gás carbônico e hidróxido de bário forma um precipitado branco de carbonato de bário (BaCO3).

Ao adicionar um ácido sobre uma solução que contêm íons carbonato, observamos formação de bolhas, que são da liberação do CO2.

1.3 Fosfato (PO4-3)

O fosfato está disponível geralmente na forma de hidrogenofosfato (HPO4-2), devido à

hidrólise. A identificação do fosfato pode ser feita através da reação de precipitação do íon hidrogenofosfato com solução de molibdato de amônio ((NH4)2MoO4) em meio de ácido

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nítrico, quando ocorre a precipitação de um sal duplo chamado fosfomolibdato de amônio ((NH4)3PO4.12MoO3), de coloração amarela.

Quando adiciona-se solução de molibdato de amônio à uma amostra contendo íons fosfato, observa-se a aparição de precipitado amarelo, característico da presença de fosfato em meio ao molibdato.

1.4 Cloreto (Cl-), iodeto (I-) e Brometo (Br-)Para a identificação dos halogenetos (Cl-, I- e Br-), é necessário separar cada íons em razão das interferências mútuas. Este processo requer cuidados especiais. Os halogenetos reagem com o íon prata (Ag+), em meio ácido, produzindo compostos pouco solúveis, que em mistura, são difíceis de identificar.

Ao adicionar cada um dos íons quer separadamente ou juntos com uma solução contendo prata, observa-se turvação esbranquiçada, característica da formação de haletos de prata que são insolúveis em meio aquoso.

1.5 Oxalato (C2O4-2)

O íons oxalato pode ser identificado por uma reação de precipitado com íons cálcio (Ca 2+) em uma solução de ácido acético. O íon sulfato deve ser removido para não interferir na reação.

Ao adicionar uma amostra de oxalato em uma solução contendo íons cálcio, observa-se turvação esbranquiçada, característica da formação da substância insolúvel oxalato de cálcio.

1.6 Cromato (CrO4-2)

O íon cromato é amarelo em solução aquosa neutra, convertendo-se em dicromato (Cr2O7-2) de

cor laranja, quando se acidifica a solução original, o que pode facilitar a sua identificação. Em meio ácido, o íon dicromato na presença de peróxido de hidrogênio produz peróxido de crômio, azul, instável, de fórmula CrO5, que pode ser extraído com éter.

Quando adicionamos éter e peróxido de hidrogênio a uma solução contendo íons cromato, observamos uma turvação de cor azulada, que comprova a presença do íon cromato.

1.7 Nitrato (NO3-)

A presença de íons nitrato pode ser confirmada pela adição de ácido sulfúrico concentrado na presença de cobre metálico. O íons nitrato reage com o cobre metálico em meio ácido, liberando dióxido de nitrogênio (NO2), um gás marrom-avermelhado. A solução adquire uma cor azul devida à formação de cobre II.

Quando adicionamos uma solução contendo íons nitrato a uma solução com ácido sulfúrico e cobre e observamos a liberação de um vapor acastanhado, comprovamos a existência dos íons nitrato.

Se ao tentar solubilizar amostra e esta formar uma suspensão é um indicativo que a amostra é insolúvel e provavelmente terá a presença de cátions pesados. A concentração ideal para o

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ensaio de análise de ânions está na faixa de 1,0-1,5% (m/v). Levando-se em conta uma amostra de 1g, o quarto da amostra é de massa 0,125g e a partir desta porção solubilizá-la com aproximadamente 10mL de água destilada, obtendo-se assim uma solução na concentração desejada. Os ânions são separados em quatro grupos:

1.8 Ânions grupo I

Fluxograma 1 - Preparo da solução de análise de ânions do grupo I

1.9 Carbonato

Fluxograma 2 - Análise do íon carbonato

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1.10 Sulfeto

Fluxograma 3 - Análise do íon sulfeto

1.11 Tiossulfato

Fluxograma 4 - Análise do íon tiossulfato

10

1.12 Sulfito

Fluxograma 5 - Análise do íon sulfito

1.13 Nitrito

Fluxograma 6 - Análise íon nitrito

11

1.14 Ânions grupo II

Fluxograma 7 - Preparo da solução para análise do grupo II

1.15 Oxalato

Fluxograma 8 - Análise do íon oxalato

12

1.16 Fosfato

Fluxograma 9 - Análise do íon fosfato

1.17 Sulfato

Fluxograma 10 - Análise do íon sulfato

13

1.18 Cromato e dicromato

Fluxograma 11 - Análise do íon cromato de dicromato

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1.19 Ânions do grupo IIIOs ânions do grupo III possuem certa tendência na formação de precipitados na presença de sais solúveis de prata, e são os ânions ferrocianeto, tiocianato, ferrocianeto, brometo, cloreto e iodeto.

1.20 Ferrocianeto

Fluxograma 12 - Análise do íon ferrocianeto

1.21 Tiocianato

Fluxograma 13 - Análise do íon tiocianato

15

1.22 Cloreto

Fluxograma 14 - Análise do íon cloreto

1.23 Brometo

Fluxograma 15 - Análise do íon brometo

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1.24 Iodeto

Fluxograma 16 - Análise do íon iodeto

1.25 Ânions do grupo IV

Este grupo também conhecido como grupo solúvel, é formado por ânions que não produzem gases na presença de soluções de ácidos diluídos e nem são precipitados na presença de sais solúveis de bário, cálcio e prata; não havendo precipitação ou desprendimento de gases, é provável a presença de ânions do grupo solúvel.

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1.26 Nitrato

Fluxograma 17 - Análise do íon nitrato

1.27 Acetato

Fluxograma 18 - Análise do íon acetato

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2 Análise de cátions

A importância da análise de cátions é a identificação ou pesquisa dos elementos ou íons que constituem uma substância. Quando dispomos de uma amostra desconhecida, a primeira exigência é, geralmente, determinar quais as substâncias que nela estão presentes. Este problema pode ser encontrado, em alguns casos, na forma modificada de identificarem-se as impurezas presentes numa amostra ou, talvez, de confirmar-se a ausência de algumas impurezas especificadas. A resolução destes problemas está no domínio da Análise Química Qualitativa.

Os métodos descritos para análise de cátions são sistemáticos, os cátions são classificados em cinco grupos, tomando-se por base sua peculiaridade a determinados reagentes. Pelo emprego sistemático desses assim chamados reagentes de grupo (que são específicos de cada grupo), podemos tirar conclusões sobre a presença ou ausência de grupos de cátions e também separar tais conjuntos para uma analise posterior.

Os reagentes usados para classificação de cátions mais comuns são o ácido Clorídrico, o ácido Sulfúrico, o sulfeto de amônio e o carbonato de amônio. A classificação baseia-se no modo como os cátions reagem a tais reagentes pela formação ou não de precipitado. Por isso, pode-se dizer que a classificação dos íons mais comuns é baseada nas diferenças de solubilidade de seus cloretos, sulfetos e carbonatos.

Grupo I- Os cátions deste grupo formam precipitado com ácido. Clorídrico diluído. Os íons deste grupo são: Pb+2, Hg2

2+ e Ag+. Todos precipitados são brancos.

Grupo II- Os cátions deste grupo não reagem com ácido clorídrico, mas formam precipitado com ácido Sulfídrico em meio ácido mineral diluído. Os íons desse grupo são: Hg +2, Bi+3, Pb+2, Cu+2, Cd+2. Todos precipitados são pretos, exceto o CdS que é amarelo.

Grupo III- Os cátions deste grupo não reagem nem com ácido Clorídrico nem com ácido Sulfídrico em meio acido mineral diluído. Todavia formam precipitados com sulfeto de amônio em meio amoniacal e fortemente eletrolítico. Os cátions deste grupo podem ser subdivididos em 3A e 3B. Os íons do grupo 3A são: Fe+3, Cr+3, Al+3. Precipitados: Fe(OH)3 castanho, Cr(OH)3

verde claro e Al(OH)3 branco. Os íons do grupo 3B são: Fe+2, Mn+2, Zn+2, Co+2, Ni+2. Todos precipitados são pretos, exceto ZnS que é branco e MnS que é rosado.

Grupo IV- Os cátions deste grupo não reagem nem com reagente do grupo I, nem do II, nem do III. Eles formam precipitado com carbonato de amônio na presença de cloreto de amônio em meio neutro ou levemente ácido. Os cátions desse grupo são: Ba+2, Ca+2, Sr+2. Todos precipitados são brancos.

Grupo V- Os cátions deste grupo não apresentam reagente geral. São solúveis nos precipitantes de outros grupos, fato pelo qual estão sempre em solução. O único íon do grupo que necessita de precipitação para sua confirmação é o magnésio, sendo que os íons sódio e potássio serão analisados pela coloração na chama do bico de Bunsen. A análise do íon amônio será efetuada, tirando partido da volatilização do amoníaco. Os cátions desse grupo são: Mg +2,

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K+, Na+, NH4+. Precipitados: Mg(OH)2 azul, chama violeta, Na chama amarela, NH4 teste fenolftaleína.

2.1 Grupo I

Fluxograma 19 - Análise sistemática dos cátions do grupo I

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2.2 Grupo II

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Fluxograma 20 - Análise sistemática dos cátions do grupo IIA

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Fluxograma 20 - Continuação

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Fluxograma 21 - Análise sistemática dos grupos IIB

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2.3 Grupo III

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Fluxograma 22 - Análise sistemática dos cátions do grupo IIIA

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Fluxograma 22 - Continuação - Análise sistemática dos cátions do grupo IIIA

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Fluxograma 23 - Análise sistemática dos cátions do grupo IIIB

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Fluxograma 23 - Continuação - Análise sistemática dos cátions do grupo IIIB

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2.4 Grupo IV

Os cátions do grupo solúvel são os oriundos do grupo 2 da tabela periódica, os alcalinos terrosos; estes estão normalmente em estado de oxidação 2+ e são em maioria incolores quando o ânion é colorido, os de maior número atômico (Ca2+, Ba2+, Sr2+) formam compostos insolúveis com a maioria dos ânions. A similaridade química encontrada em todo grupo dos alcalinos terrosos faz com que os íons magnésio, cálcio, estrôncio e bário sejam classificados no grupo IV. Os cátions deste grupo não reagem com HCl, H2S e (NH4)2S e a separação deles com os cátions dos demais grupos é feita com a precipitação destes como carbonatos em meio amoniacal. Uma vez precipitados estes compostos são solubilizados para identificação por teste de chama em alça de platina sendo que o cálcio resulta cor vermelho-tijolo, ao ser submetido no bico de Bunsen, o estrôncio, por sua vez, vermelho-carmim e o bário coloração verde. O magnésio é identificado com reação com parabenzenoazorcianol (PNBA), em meio alcalino, conferindo uma coloração que vai de azul escuro à violeta.

Fluxograma 24 - Análise sistemática dos cátions do grupo IV

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Fluxograma 24 - Continuação - Análise sistemática dos cátions do grupo IV

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2.5 Grupo V

Fluxograma 25 - Análise sistemática dos cátions do grupo V

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Bibliografia

TAVARES, Maria Gizelda de Oliveira. ANTONIOSI Filho, Nelson Roberto. GAMA, Romualdo. Práticas em Química Analítica Qualitativa, Volumes I e II. Editora UFG. Goiânia, 2007.