Análise de Cátions e Ânions por via úmida Dr. Endler Marcel Borges

Blumenau – SC

1. VOGEL, A. I. - Química Analítica Qualitativa, 5ª ed, Gimeno, A. (tradutor), Ed. Mestre Jou, São Paulo, 1981.2. BACCAN, N.; GODINHO, O. E. S.; ALEIXO, L. M.; STEIN, E. - Introdução à Semimicroanálise Qualitativa, 6ª ed., Ed. UNICAMP, Campinas, 1995.3. ALEXÉEV, V. - Semimicroanalisis Químico Cualitativo, Mendoza, U. V. (tradutor), Mir Publishers, 1975.4. de ABREU, D.G et al., Uma proposta para o ensino da Química Analítica Qualitativa Quim. 2006, 29(6) 1381-1386.

Referências Bibliográficas

Autores como Vogel, adotaram a mesma classificação, porém, com uma seqüência inversa à proposta por Fresenius: grupo I, Ag+, Pb2+ e Hg2

2+; grupo IIA, Hg2+, Pb2+, Bi(III), Cu2+ e Cd2+; grupo IIB, As(III), As(V), Sb(III), Sb(V), Sn2+ e Sn4+; grupo III, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ni2+, Co2+, Zn2+ e Mn2+; grupo IV, Mg2+, Ba2+, Ca2+ e Sr2+; grupo V, Na+, K+ e NH4

+.

Os íons dos metais alcalinos Na+ e K+ possuem carga pequena e a estrutura de gás nobre. Por esses motivos, têm uma fraca atração por ânions e moléculas, e como consequência a maioria de seus sais são solúveis em água e seus íons raramente formam complexos.

O íon amônio está incluído neste grupo porque apresenta propriedades semelhantes.

Este grupo de cátions não possui um reagente especifico para separá-los e a identificação de cada um deve ser feita em uma solução contendo os íons sem previa separação.

Cátions do Grupo I Na +, K +, NH4+

Na+ +Zn2+ +3UO22+ + 8C2H3O2 +9H2O →

NaZn(UO2)3(C2H3CO2)99H2O + H+ Os íons que podem interferir nestes teste, se presentes em concentrações relativamente altas são cobre, mercúrio, cádmio, alumínio, cobalto níquel manganês , zinco, cálcio, estrôncio, bário e amônio. O íon fosfato interente neste teste, dando precipitado com íon uranila,entretanto, tal interferência pode ser eliminada adicionando-se uma solução de acetato e evaporando-se até um volume de aproximadamente 0,5 ml. Excesso de ácido também interfere neste teste

Reações dos íons Na+

Reações dos íons potássio (K+)

3K+ + [Co(NO2)6]3- + → K3 [Co(NO2)6]3-

Para fazer este teste, junta-se 3 gotas de uma solução de cloreto potássio 0,2 M, 3 gotas de ácido acético 3 M e um mesmo volume de acetato de sódio 3 M num tubo de ensaio. Adiciona-se 6 gotas de solução de cobaltonitrito de sódio 0,2 M, recentemente preparada. Se o precipitado não se formar de imediato, deixa-se o tubo repousar por alguns minutos.

2K+ + Ag+ + [Co(NO2)6]3- + → K2Ag[Co(NO2)6]3-

2NO2- + 2H+ → NO + H2O + NO3

-

K+ + ClO4- → KClO4

Para o teste, adiciona-se um tubo de ensaio 3 gotas de uma solução de cloreto de potássio 0,2 e 5 gostas de uma solução de ácido perclórico 20%. Um precipitado branco, cristalino indica a presença de potássio

white crystalline precipitate of potassium perchlorate KClO4 from moderately dilute solutions. The precipitate is slightly soluble in water (3.2 g L-1 and 198 g L-1 at o °C and 100°C respectively), and virtually insoluble in absolute alcohol. The alcoholic solution should not be heated as a dangerous explosion may result. This reaction is unaffected by the presence of ammonium salts.

Tartaric acid solution (or sodium hydrogen tartrate solution) white crystalline precipitate of potassium hydrogen tartrate: If tartaric acid is used, the solution should be buffered with sodium acetate, because the strong acid, formed in reaction (a), dissolves the precipitate. Strong alkalis also dissolve the precipitate.The precipitate is slightly soluble in water (3.26 g L-1, Ks = 3 x 10-4), but quite insoluble in 50% ethanol. Precipitation is accelerated by vigorous agitation of the solution, by scratching the sides of the vessel with a glass rod, and by adding alcohol. Ammonium salts yield a similar precipitate and must be absent.

Reagent yellow precipitate of potassium hexachloroplatinate(IV).Precipitation is instantaneous from concentrated solutions; in dilute solutions, precipitation takes place slowly on standing, but may be hastened by cooling and by rubbing the sides of the vessel with a glass rod. The precipitate is slightly soluble in water, but is almost insoluble in 75% alcohol. Ammonium salts give a similar precipitate and must be absent. As it is expensive, only small quantities of the reagent should be employed and all precipitates placed in the platinum residues bottle.

Sodium tetraphenylboron test potassium forms a white precipitate in neutral solutions or in the presence of acetic acid. The precipitate is almost insoluble in water (0.053 g L-1 , Ks = 2.25 x 10-8 ); potassium is precipitated quantitatively if a small excess of the reagent is applied (0.1-0.2%). The precipitate is soluble in strong acids and alkalis, and also in acetone. Rubidium, caesium, thallium(I), and ammonium ions

Reações do íon amônio, NH4+

3NH4+ + [Co(NO2)6]3- + → (NH4)3 [Co(NO2)6]3-

NH4+ + OH- → NH3 + H2O

NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s)

1) Com qual cátion do Grupo 1 o íon amônio é semelhante? 2) Dar, pelo menos uma reação do ion NH4

+, que não ocorre com íon de metais alcalinos. 3) Por que deve-se remover os sais de amônio antes de se fazer os testes para o íon potássio? 4) Que tipos de engano levariam aos seguintes erros: 4a) No teste para íon potássio com cobaltonitrito de sódio obtém-se uma solução rosa, e nenhum precipitado, embora o íon potássio esteja presente. 4b) Neste mesmo teste para íons potássio com cobaltonitrito de sódio obtém-se uma grande quantidade de precipitado amarelo, embora o íon potássio não esteja presente.

Análise de cátion do Grupo II

Mg2+, Ba2+, Ca2+ e Sr2+

Magnésio: O hidróxido de magnésio é um de seus compostos menos solúveis. A alta solubilidade de muitos compostos de magnésio é atribuida ao pequeno tamanho do íon Mg2+. Cálcio: O cálcio é o elemento mais abundante dos metais alcalinos terrosos. Seus sais menos solúveis são carbonatos e oxalatos. Estrôncio: O estrôncio como pode se esperar de sua posição na tabela periódica, possui propriedades intermediárias entre o cálcio e o bário. Bário: O bário é o elemento mais pesado desses quatro elementos e seus íons são muito tóxicos. O cromato de bário é um dos compostos menos solúveis encontrados na análise qualitativa.

Produtos de solubilidade em água de alguns sais de magnésio, cálcio, estrôncio e bário

Reações dos íons Ca2+ , Sr2+ , Ba2+

Reação com carbonato de amônio

Ca2+ + CO32+ → CaCO3(s)

Sr2+ + CO32+ → SrCO3(s)

Ba2+ + CO32+ → BaCO3(s)

Reações com Oxalato de amônio

MC2O4 → M2+ + C2O42-

C2O42- + H+ → HC2O4

-

Reação com dicromato de potássio

Cr2O72- + H2O → 2CrO4

2- + 2H+

M2+ + CrO42- → MCrO4

Os íons bário formam como o cromato um precipitado amarelo de cromato de bário, BaCrO4. Os íons Sr2+ e Ca2+ não precipitam nas condições que foi feita a reação.

Reação com sulfato de amônio M2+ + SO4

2- → MSO4

Reação com base forte

Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2

NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Dissolução do precipitado na presença de NH4Cl 4 mol/L Reações com hidróxido de amônioMg2+ + 2OH- → Mg(OH)2(s)

Adição de NH4(OH) 6 M a Mg(NO3)2 0,2 M forma precipitado dissolução com adição de NH4Cl 6 M

5) Na separação de cátions do Grupo II, com soluções de carbonato de amônio qual é a função do cloreto de amônio?

6) Na separação de íons Ba2+ de íons Sr2+, explicar:

6a) Qual é a função do acetato de sódio?

6b) Por que deve ser evitada uma alta concentração de íons H+

Cátions do Grupo III Fe3+, Al3+, Cr3+, Ni2+, Zn2+ e Mn2+

O grupo III, também chamado de grupo do sulfeto de amônio compõe-se de íons de sete metais que são precipitados como hidróxido ou sulfetos em uma solução tamponada com NH4(OH)/NH4Cl, contendo (NH4)2S. O zinco e o alumínio são metais de transição, mas íons Al3+ tem muitas propriedades semelhantes as dos íons Cr3+ e Fe3+, o que pode ser explicado pelo fato destes íons terem a mesma carga raios aproximadamente iguais. Os hidróxidos de zinco, crômio e alumínio são anfóteros. Deve-se evitar a precipitação de cátions do Grupo II, Destes íons, somente o Mg2+ pode precipitar como hidróxido em presença de NH4OH, mas o NH4Cl impede essa precipitação.

Reações com NaOHCr3+ + 3OH- → Cr(OH)3(s) Al3+ + 3OH- → Al(OH)3(s) Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3(s) Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2(s) Mn2+ + 2OH- → Mn(OH)2(s) Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2(s) Co2+ + 3OH- → Co(OH)2(s) Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)2(s)

Cr(OH)3(s) + OH- → Cr(OH)4-

Al(OH)3(s) + OH- → Al(OH)4-

Zn(OH)2(s) + OH- → Zn(OH)42-

Reações com NH4(OH)Mn2+ + 2NH4(OH) → Mn(OH)2

Zn2+ + 2NH4(OH) → Zn(OH)2

Ni2+ + 2NH4(OH) → Ni(OH)2

Co2+ + 2NH4(OH) → Co(OH)2

Fe3+ + 3NH4(OH) → Fe(OH)3

Cr3+ + 3NH4(OH) → Cr(OH)3

Al3+ + 3NH4(OH) → Al(OH)3

Zn(OH)2 + 4NH3→ Zn(NH3)42+ + 2OH-

Co(OH)2 + 4NH3→ Co(NH3)62+ + 2OH-

Ni(OH)2 +4NH3→ Ni(NH3)62+ + 2OH-

Cr(OH)3 + 6NH3→ Cr(NH3)63+ + 2OH-

Reações com NH4OH em presença de NH4Cl

Formação penas de Fe(OH)3 e Al(OH)3 e Cr(OH)3

Reações com sulfetos de amônio em presença de NH4OH e NH4Cl

A tioacetamida produz ion S2- em meio alcalino de acordo com a equaçãoCH3CSNH2 + 3OH- → CH3COO- + S2- + H2O

Mn2+ + S2-→ MnSZn2+ + S2- → ZnSNi2+ + S2- → NiSCo2+ + S2- → CoS

MnS + 2H+ → Mn2+ + S2-

ZnS + 2H+ → Zn2+ + S2-

NiS + NO3- + 4H+ → Ni2+ + 2NO2 + 2H2O + S

NiS + NO3- + 4H+ → Ni2+ + 2NO2 + 2H2O + S

Identificação do Fe3+

Fe3+ + 6SCN- → Fe(SCN)63-

2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe2+ 2H2O

Crômio, Cr3+

2Cr(OH)4- + 3H2O2 + 2OH- → 2CrO4

-2 + 8H2O

Cobalto, Co2+

Co2+ + 4SCN- → Co(SCN)42-

Níquel, Ni2+

Reação com dimetilglioxima

7) Que propriedades dos cátions Al3+, Cr3+ e Fe2+ é utilizada para separá-los dos demais íons do Grupo III? 8) Uma liga metálica constituída de Fe, Cr, Zn e Ni necessita ser analisada. Propor um procedimento para análise qualitativa completa dessa liga.

Cátions do grupo IV

Hg2+, Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+, As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+ e Sn4+.

Os cátions de metais do grupo IV apresentam como característica importante, o fato de seus sulfetos serem insolúveis em ácidos minerais diluídos, ao contrário de sulfetos dos grupos III que são solúveis neste meio. Esta diferença de comportamento é usada para separar os íons deste grupo dos íons dos grupos anteriores.

Cátions do grupo IV

Grupo IV A ou sub grupo do cobre Hg2+, Pb2+, Bi3+, Cu2+ e Cd2+.

Grupo IV B ou sub grupo do arsênio As3+, As5+, Sb3+, Sb5+, Sn2+ e Sn4+.

Os sulfetos do subgrupo do cobre são insolúveis numa solução de hidróxido de sódio, enquanto os sulfetos do subgrupo do arsênio são solúveis. Esta diferença de comportamento é usada para separar os cátions do grupo do cobre dos cátions do grupo do arsênio.

É possível ver na Tabela que se [H+] for muito grande, pode haver uma precipitação incompleta de Pb2+ e Cd2+. Por outro lado se [H+] for muito baixa, pode permitir o ínicio da precipitação do níquel, cobalto e zinco, que são cátions do grupo III.

Dissolução de sulfetos Conforme já visto anteriormente, um alta concentração de H+ diminui a concentração de íons S2-. Esta diminuição pode ser suficiente para dissolver sulfetos, como por exemplo CdS e PbS. O íon NO3- a quente em solução ácida, oxida o S2- a S, o que resulta na dissolução de certos sulfetos metálicos. Na separação dos cátions do grupo IV A, utiliza-se uma solução de HNO3 4 M para dissolver CdS, PBS, Bi2S3 e CuS. Dessa maneira esses metais são separados do HgS que não dissolve neste meio. Uma alta concentração de agente complexante pode diminuir a concentração de íons metálicos a tal ponto que sulfeto metálico dissolve-se. Um exemplo, é a dissolução do CdS em soluções contendo altas concentrações de Cl-, com formação do complexo CdCl4

-2

Hg2+ + (NH4)2S → HgS(s) + 2NH4+

Pb2+ + (NH4)2S → PbS(s) + 2NH4+

Cu2+ + (NH4)2S → CuS(s) + 2NH4+

2Bi3+ + (NH4)2S → Bi2S3(s) + 6NH4+

Cd2+ + (NH4)2S → CdS(s) + 2NH4+

3PbS(s) + 2NO3- + 8H+ → 3Pb2+ + 3S + 2NO + 4H2O

3CuS(s) + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 3S + 2NO + 4H2O

3CdS(s) + 2NO3- + 8H+ → 3Cd2+ + 3S + 2NO + 4H2O

Bi2S3(s) + 2NO3- + 8H+ → 2Bi3+ + 3S + 2NO + 4H2O

Reação com S2-

O HgS não deverá dissolver neste meio

Reação com sulfato de amônio

Pb2+ + SO42- → PbSO4

Reações com NH4OH

Bi3+ + 3NH4OH → Bi(OH)3(s) + 3NH4+

Pb2+ + 2NH4OH → Pb(OH)3(s) + 2NH4+

Cu2+ + 3NH4OH → Cu(OH)2(s) + 2NH4+

Cd2+ + 2NH4OH → Cd(OH)3(s) + 2NH4+

Os hidróxidos de Cu2+ e Cd2+ deveram dissolver-se no excesso do reagente com formação dos complexos Cu(NH3)4

2+ que apresenta coloração azul intensa o Cd(NH3)4

2+ é incolor

Reação com o cobre

Observe que a lâmina adquire um aspecto prateadoO íon Hg2+ é reduzido pelo Cu através da reação

Hg2+ + Cu → Hg + Cu2+

Reação com cloreto estanoso

2HgCl2 + SnCl2 → Hg + SnCl4

Chumbo (II)

Cr2O72- + H2O → 2CrO4

2- + 2H+

Pb2+ + CrO42- → PbCrO4(s) precipitado amarelo

Bismuto (III) Reação com estanito de sódio O precipitado de Bi(OH)3 obtido pela reação de Bi3+ com NH4OH, deve ser centrifugado e separado do sobrenadante. O precipitado deverá ser tratado com solução de estanito de sódio no próprio tubo de ensaio. Deverá haver a formação de um precipitado preto de bismuto elementar.

2Bi(OH)3(s) + 3Sn(OH)42- →2Bi(s) + 3Sn(OH)6

-2

Cobre (II)

Reação com Ferrocianeto de potássio formando um precipitado castanho avermelhado

2Cu2+ + [Fe(CN)6]4- → Cu2[Fe(CN)6](s)

Determinação de Cd2+ na presença de Cu2+

Análise de cátions do grupo V: Hg22+,

Ag+, Pb2+