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Classificação dos Cátions em Grupos Analíticos
Introdução:
Um cátion é que um átomo que perdeu elétrons em sua camada de valência, ficando assim com carga positiva. É importante realizar a análise dos cátions, pois através desta pode-se identificar os íons ou elementos químicos que constituem uma determinada substância. Os cátions são divididos em cinco grupos essa divisão tem como objetivo facilitar a identificação dos cátions em solução.
A classificação é feita de acordo como eles reagem com outras substâncias observando se existe, ou não, a formação de precipitados. 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 na presença desses 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. Por exemplo, o Grupo I é conhecido como grupo do cloreto insolúvel e tem como reagente especifico ácido clorídrico diluído. Este relatório é referente ao experimento realizado com os elementos do Grupo I.
Grupo I : Os cátions deste grupo formam precipitado com Ácido Clorídrico diluído. Os íons deste grupo são: Pb +2, Hg 2 +2^ e Ag +. Todos precipitados são brancos.
Os cátions do Grupo I (Prata, Chumbo e Mercúrio), ou grupo dos cloretos insolúveis, consistem em íons que formam cloretos insolúveis. Podem ser identificados em uma solução por meio de reações de identificação onde as propriedades, como a solubilidade, dos elementos permitem a formação de precipitados, desprendimento de gases ou mudança de coloração (VOGEL, 1981). Os nitratos desses cátions são muito solúveis. Entre os sulfatos o mais insolúvel é o de chumbo, enquanto e de prata se dissolve mais facilmente. A solubilidade do sulfato de mercúrio (I) situa-se entre os dois. Os hidróxidos são precipitados com uma quantidade equivalente de reagente. Existem distinções também quanto aos seus comportamentos em relação à amônia.
A separação destes cátions é de grande importância para a indústria, como exemplos têm: a prata, utilizada para fabricação de jóias, aparelhos elétricos e moedas, o chumbo, utilizado na fabricação de tinta, e o mercúrio, utilizado na fabricação de espelhos.
Prata (Ag): é um metal nobre de cor brilhante, relativamente mole, e é o melhor condutor de calor e eletricidade, é pouco reativo, pertence ao Grupo 1B da tabela periódica, sua camada eletrônica externa possui uma estrutura 3d 10 , 4s^1 e pode atuar em seus compostos com estados de oxidação (I), (II), e (III), embora em meio aquoso, praticamente só encontra-se como monovalente (I). A maioria dos compostos de Ag é insolúvel em água, exceto o AgNO 3 e AgF, que são muito solúveis, e Ag (^) 2SO4, que é ligeiramente solúvel. A maior parte dos sais insolúveis de Ag dissolve-se em HNO 3 6M a frio.
A prata em solução forma íons monovalentes incolores. Os compostos de prata (II) não são estáveis, mas desempenham uma função importante nos processos de reações redox catalisados pela prata. O Nitrato de Prata é facilmente solúvel em água, e acetato, nitrito e sulfato de prata são menos solúveis, enquanto todos os outros compostos de prata são insolúveis. Os complexos de prata, não obstante, são solúveis. Os halogenetos de prata são sensíveis à luz, sendo essa característica amplamente utilizada em fotografias.
Mercúrio (Hg) : O mercúrio é um dos elementos mais antigos que se conhece, possivelmente porque se encontra nativo e porque é fácil de obtê-lo (aquecendo-o ao ar) a partir do cinábrio, HgS, seu mineral mais importante. Os alquimistas consideraram o Hg como uma qualidade inerente a todos os metais, aos que lhes conferiria o caráter metálico e a volatilidade.
É o único metal que em temperatura ambiente se encontra no estado líquido prateado e inodoro. É de cor branca, com brilho de prata, inalterável ao ar, inclusive em ambientes úmidos. O mercúrio pertence ao Grupo 2B na tabela periódica sua estrutura eletrônica externa é 5d 10 6s^2 e faz parte dos metais de transição. É insolúvel em água e solúvel em ácido nítrico. Quando a temperatura é aumentada transforma-se em vapores tóxicos e corrosivos mais densos que o ar. É um produto perigoso quando inalado, ingerido ou em contato. É compatível com o ácido nítrico concentrado, acetileno, amoníaco, cloro e com outros ametais. Seus Cátions são o Hg2+^ e o Hg 2 2+^.
À temperatura ambiente conduz mal a corrente elétrica, mas transforma-se em um excelente condutor nas proximidades do zero absoluto (supercondutor). Também a elevada temperatura, no estado de vapor, conduz a eletricidade (lâmpada de vapor de Hg, rica em raios ultravioleta). Seu coeficiente de dilatação térmica é praticamente uniforme entre 0 e 300 °C, pelo que se utiliza para fabricar termômetros. Por sua elevada densidade e baixa pressão de vapor emprega-se também em barômetros e bombas de vácuo. Liga-se facilmente com um grande número de metais (amálgamas); porém, apenas o faz com o ferro; por isso conserva-se e comercializa-se em frascos deste metal. Funciona com os estados de oxidação (I) e (II), originando compostos mercuriosos e mercúricos, respectivamente. O estado de oxidação (I) é só aparente.
O Hg líquido ingerido por via oral não é tóxico: no entanto seus vapores sim o são quando inalados. Mesmo pequenas quantidades de vapor de Hg na atmosfera dos laboratórios podem produzir, com o tempo, intoxicações graves, caracterizadas por cansaço, depressão, perda de memória e da capacidade de concentração, chagas na boca, inflamação das gengivas e amídalas, fraqueza de ouvido, etc. Por isto, deve-se manipular o Hg com as devidas precauções, visto que emite vapores à temperatura ambiente. Pequenas quantidades espalhadas no laboratório podem originar sério risco à saúde.
Chumbo (Pb) : o chumbo é um dos metais conhecidos e usados desde os tempos mais antigos; os egípcios o utilizaram faz uns 5.000 anos. Nas tumbas de alguns reis do antigo Egito tem-se achado tijolos do metal. Mesmo que ele não se encontre nativo, a facilidade com a que se pode obter de seus minérios, por simples redução com carvão, explica o uso tão antigo do chumbo.
Etapa1: Misturou-se as soluções de AgNO 3 (Nitrato de Prata), Pb(NO (^) 3) 2 (Nitrato de Chumbo) e Hg2(NO3) 2 (Nitrato de Mercúrio) e adicionou-se HCl (acido clorídrico) diluído. Logo após filtrou-se a solução. Houve o filtrado 1, e o retido1 (para melhor entendimento optei por colocar numerações nos filtrados e resíduos).
Etapa 2: Desprezou-se o filtrado 1e lavou-se retido 1 com água quente e filtrou- se obtendo-se, assim, o filtrado 2 e o retido 2. Dividiu-se o filtrado 2 em duas porções. Na primeira porção, adicionou-se a solução de K (^) 2CrO4(Cromato de Potássio). Já na
segunda, aguardou-se enquanto a solução esfriava. No retido 2, adicionou-se a solução de NH4OH (Hidróxido de Amônia) e logo após filtrou-se. Obteve-se, assim, o filtrado 3 e o retido3.
Resultados e Discussões:
Na etapa 1, quando adicionou-se o HCl, houve uma reação instantânea com formação de precipitado. As equações dessa reação são as seguintes:
- AgNO 3 + HCl → AgCl↓ + HNO (^3)
Nitrato de Prata reagindo com Ácido Clorídrico produzindo Cloreto de Prata (precipitado) e Ácido Nítrico. A precipitação não acontece com acido clorídrico concentrado.
- Pb(NO (^) 3) 2 + 2HCl → PbCl 2 ↓ + 2HNO 3
Nitrato de Chumbo reagindo com Ácido Clorídrico produzindo Cloreto de Chumbo (precipitado) e Ácido Nítrico. O precipitado formado é branco em solução fria, é solúvel em água quente, mas separa-se novamente, formando cristais em forma de agulhas por resfriamento. Esse precipitado também é solúvel em ácido clorídrico concentrado ou KCl ( cloreto de potássio) concentrado.
- Hg (^) 2(NO3) 2 + 2HCl → Hg2Cl 2 ↓ + 2HNO 3
Nitrato de Mercúrio reagindo com Ácido Clorídrico produzindo Cloreto de Mercúrio (precipitado) e Ácido Nítrico.
O ácido nítrico (HNO (^) 3) era o filtrado 1 que foi desprezível. Já o retido1 era os cloretos: AgCl↓, PbCl 2 ↓ e Hg (^) 2Cl 2 ↓.
Na primeira porção da etapa 2, quando adicionou K (^) 2CrO 4 (Cromato de Potássio)
houve, de imediato a formação de um precipitado amarelo que indica a presença de chumbo. A equação é a que segue:
- PbCl 2 ↓ + K2CrO 4 → PbCrO 4 ↓ + 2KCl
Cloreto de Chumbo (precipitado) reagindo com Cromato de Potássio produzindo Cromato de Chumbo (precipitado amarelo) e Cloreto de Potássio.
Na segunda porção da etapa 2, deixamos a solução esfriar, uma vez que o íon Pb2+^ é solúvel em água quente e quando a água esfria ele volta precipitado.
No retido 2 , após a lavagem com NH (^) 4OH (Hidróxido de Amônia) observamos que a prata (Ag) oxidou adquirindo uma cor parda. A equação é a seguinte:
- AgCl↓ + 2NH4OH → Ag(NH (^) 3) (^) 2Cl↓ + 2H2O
Cloreto de Prata (precipitado) reagindo com Hidróxido de Amônia produzindo diaminoargentato (precipitado) e água. Quando filtrou a solução contendo hidróxido de amônia aconteceu a seguinte reação:
- Ag(NH (^) 3) (^) 2Cl↓ + 2HNO 3 → AgCl↓ + 2NH4NO (^3)
Diaminoargentato (precipitado branco) reagindo com ácido nítrico produzindo Cloreto de Prata (precipitado) e Nitrato de Amônia.
No retido 3 estava um complexo amidocloreto de mercúrio (II), Hg↓ + Hg(NH (^) 2)Cl↓, um precipitado cinza, mas o mercúrio torna-o preto brilhante.
Considerações Finais:
O experimento realizado abordou a identificação dos Cátions do Grupo I através de propriedades especificas dos elementos químicos. Através de conceitos como solubilidade em água e reagentes específicos pode-se realizar a separação dos cátions.
Observou-se que ao adicionar HCl (acido clorídrico) diluído nos íons desse grupo eles se precipitam em forma de cloretos insolúveis o que permitiu a identificação e confirmação dos cátions do grupo em questão. Por conseguinte, pode-se observar que os resultados obtidos foram os propostos nos objetivos.
Referências Bibliográficas:
[1] ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de Química. 1º Ed. Porto Alegre, Editora Bookman, 2001.
[2] VOGEL, A. I. ; Química Analítica Qualitativa. Ed. Mestre Jou, 1981.
[3] http://www.cdcc.usp.br/exper/medio/quimica/4solucaog_1.pdf Acessado em: 22/07/2011 as 22:00h
[4] http://www.deboni.he.com.br/tq/analitica/grupoi.htm
Acessado em: 22/07/2011 às 23:07h
[5]http://www.deboni.he.com.br/tq/analitica/grupoi.htm Acessado em: 23/07/2011 às 18:50h
