UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
CAMPUS
CAMPUS ALALTO TO PPARAOPEBAARAOPEBA
SEPARAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO IIIA SEPARAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO IIIA
ALEX JUNIOR
ALEX JUNIOR (12.450.0054)(12.450.0054) ANA LUIZA QUEIROZ (10.455.0026) ANA LUIZA QUEIROZ (10.455.0026) ANDRÉIA SEIXAS LEAL (10.455.0052) ANDRÉIA SEIXAS LEAL (10.455.0052)
Ouro Branco - MG Ouro Branco - MG Dezembro de 2012 Dezembro de 2012
Relatório apresentado como parte das Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina Química exigências da disciplina Química Analítica Experimental, sob orientação Analítica Experimental, sob orientação do professor Vagner Fernandes Knupp. do professor Vagner Fernandes Knupp.
Resumo Resumo
A precipitaç
A precipitação é um método ão é um método útil para minimizar os erros útil para minimizar os erros em uma amostra, já queem uma amostra, já que a torna livre de potenciais interferentes, ou seja, cátions, como Fe
a torna livre de potenciais interferentes, ou seja, cátions, como Fe3+3+, Al, Al3+3+, , Cr Cr 3+3+, , CoCo2+2+,, Mn
Mn2+2+, Zn, Zn2+2+ e Nie Ni2+2+. Ao adicionar uma solução tampão de NH. Ao adicionar uma solução tampão de NH33 e NHe NH44Cl a alguma soluçãoCl a alguma solução
que contenha esses íons, os cátions trivalentes podem precipitar na
que contenha esses íons, os cátions trivalentes podem precipitar na forma de hidróxidos,forma de hidróxidos, enquanto os divalentes só precipitam como sulfetos, após a adição de H
enquanto os divalentes só precipitam como sulfetos, após a adição de H22S. Por isso, háS. Por isso, há
separação entre subgrupo 3-A (do ferro) e subgrupo 3-B (do zinco). Por serem separação entre subgrupo 3-A (do ferro) e subgrupo 3-B (do zinco). Por serem elementos de transição, espera-se que o cromo e o ferro apresentem íons coloridos e elementos de transição, espera-se que o cromo e o ferro apresentem íons coloridos e formem íons complexos, assim como o Al
formem íons complexos, assim como o Al3+3+, que tem , que tem propriedades semelhantepropriedades semelhantes, e torna-s, e torna-se possível a torna-separação por precipitação, já que são insolúveis, torna-sendo este o objetivo da se possível a separação por precipitação, já que são insolúveis, sendo este o objetivo da prática.
prática.
1. Introdução 1. Introdução
O tratamento da amostra realizado por métodos de separação é uma maneira O tratamento da amostra realizado por métodos de separação é uma maneira importante de minimizar os
importante de minimizar os erros devido a possíveis interferências na matriz erros devido a possíveis interferências na matriz da amostra.da amostra. Técnicas como a precipitação é um método útil para tornar a amostra li
Técnicas como a precipitação é um método útil para tornar a amostra livre de potenciaisvre de potenciais interferentes (BACCAN et al.
interferentes (BACCAN et al. 2001).2001).
Potenciais interferentes pertencem ao 3
Potenciais interferentes pertencem ao 3oogrupo. São eles:grupo. São eles:
Fe
Fe3+3+, Al, Al3+3+ e Cre Cr3+3+
Co
Co2+2+, Mn, Mn2+2+, Zn, Zn2+2+ e Nie Ni2+2+
Quando se tem uma solução com os íons descritos acima, ao adicionar uma Quando se tem uma solução com os íons descritos acima, ao adicionar uma solução tampão de NH
solução tampão de NH33 e e NHNH44Cl os cátions trivalentes podem precipitar comoCl os cátions trivalentes podem precipitar como
hidróxidos. Os cátions divalentes só precipitam como sulfetos, após adição de H
hidróxidos. Os cátions divalentes só precipitam como sulfetos, após adição de H22S. UmS. Um
excesso de NH
excesso de NH44Cl impede a precipitação dos cátions divalentes como hidróxidosCl impede a precipitação dos cátions divalentes como hidróxidos
(VOGEL, 1992). (VOGEL, 1992).
Com base nisso, alguns autores costumam dividir o 3
Com base nisso, alguns autores costumam dividir o 3oo grupo em dois grupo em dois subgrupos:subgrupos: subgrupo do FERRO ou (subgrupo 3-A),
subgrupo do FERRO ou (subgrupo 3-A), que é constituído pelos cátions que que é constituído pelos cátions que precipitamprecipitam sob a forma de hidróxido quando tratados pela amônia em cloreto de amônio, como o sob a forma de hidróxido quando tratados pela amônia em cloreto de amônio, como o ferro, alumínio e o cromo e subgrupo do ZINCO ou (subgrupo 3-B) (VOGEL, 1992). ferro, alumínio e o cromo e subgrupo do ZINCO ou (subgrupo 3-B) (VOGEL, 1992).
O cromo e o
O cromo e o ferro são elementos de transição, por esta ferro são elementos de transição, por esta razão pode-se esperar querazão pode-se esperar que suas propriedades sejam valência variada, íons coloridos e forte
suas propriedades sejam valência variada, íons coloridos e forte tendência a formar íonstendência a formar íons complexos (BACCAN et al., 2001).
complexos (BACCAN et al., 2001).
O alumínio não é metal de transição, mas o íon Al
O alumínio não é metal de transição, mas o íon Al3+3+ tem muitas propriedadestem muitas propriedades semelhantes as dos íons Cr
semelhantes as dos íons Cr 3+3+ e e FeFe3+3+, o que pode ser explicado pelo fato desses íons, o que pode ser explicado pelo fato desses íons terem as mesmas cargas e raios aproximadamente iguais (BACCAN et al.,
terem as mesmas cargas e raios aproximadamente iguais (BACCAN et al., 2001).2001).
2. Objetivos 2. Objetivos
Separar qualitativamente os cátions Al
Separar qualitativamente os cátions Al3+3+, , FeFe3+3+ e e Cr Cr 3+3+ em uma amostra por em uma amostra por precipitação
precipitação com com NHNH44OH/NHOH/NH44Cl sob a forma de hidróxidos e posterior identificaçãoCl sob a forma de hidróxidos e posterior identificação
individual de cada metal. individual de cada metal.
3. Materiais e Métodos 3. Materiais e Métodos
3.1. Materiais e Reagentes 3.1. Materiais e Reagentes
- Cloreto de amônio puro; - Cloreto de amônio puro; - Cr(NO - Cr(NO33))335 M;5 M; - Fe(NO - Fe(NO33))335 M;5 M; - Al(NO - Al(NO33))335 M;5 M; - NH - NH44Cl 1% m/v;Cl 1% m/v; - NH - NH44OH 5 M;OH 5 M; - NaOH 5M; - NaOH 5M; - H - H22OO223% ;3% ; - HCl 5M; - HCl 5M; - K - K 44[Fe(CN)[Fe(CN)66];];
- Papel tornassol (Vetec); - Papel tornassol (Vetec);
- Fósforo; - Fósforo;
- Béquer de 100 mL; - Béquer de 100 mL; - Papel de filtro (Qualy); - Papel de filtro (Qualy); - Suporte universal; - Suporte universal; - Lamparina; - Lamparina; - Pisseta; - Pisseta; - Espátula; - Espátula; - Funil de vidro; - Funil de vidro; - Pipeta Pasteur; - Pipeta Pasteur; - Anel; - Anel; - Balança. - Balança. 3.2. Metodologia 3.2. Metodologia Mediu-se 1,0 mL de Cr(NO
Mediu-se 1,0 mL de Cr(NO33))33 5 M, 1,0 mL de Fe(NO5 M, 1,0 mL de Fe(NO33))33 5 M e 1,0 mL de5 M e 1,0 mL de
Al(NO
Al(NO33))335 M e transferiu-se para um béquer de 100 mL. Em seguida adicionou-se5 M e transferiu-se para um béquer de 100 mL. Em seguida adicionou-se
0,259 g de NH
0,259 g de NH44Cl 1% m/v e aqueceu-se Cl 1% m/v e aqueceu-se a mistura até a mistura até a ebulição. a ebulição. Adicionou-seAdicionou-se
NH
NH44OH 5 M (~1,5 mL) até pH alcalino (usou-se papel tornassol) e daí então mais 5OH 5 M (~1,5 mL) até pH alcalino (usou-se papel tornassol) e daí então mais 5
gotas de NH
gotas de NH44OH 5 M, em excesso. Ferveu-se por 1 minuto e filtrou-seOH 5 M, em excesso. Ferveu-se por 1 minuto e filtrou-se
imediatamente. imediatamente.
Lavou-se o precipitado com NH
Lavou-se o precipitado com NH44Cl 1% m/v (~1,5mL) e transferiu-se paraCl 1% m/v (~1,5mL) e transferiu-se para
outro béquer lavando-o com 5 mL de água. A seguir foi adicionado 1mLde NaOH outro béquer lavando-o com 5 mL de água. A seguir foi adicionado 1mLde NaOH 5M e 1 mL de H
5M e 1 mL de H22OO223%. Ferveu-se suavemente até cessar o desprendimento de O3%. Ferveu-se suavemente até cessar o desprendimento de O22
(2-3min). (2-3min).
Lavou-se o precipitado com
Lavou-se o precipitado com X X mLmL de água quente e o transferiu para outrode água quente e o transferiu para outro béquer
a) Acidificou-se de 0,5 em 0,5 mL de ácido acético 5 mol L
a) Acidificou-se de 0,5 em 0,5 mL de ácido acético 5 mol L-1-1(testou-se em papel(testou-se em papel tornassol) e gotejou-se sal de acetato de chumbo 1% m/v até haver formação de tornassol) e gotejou-se sal de acetato de chumbo 1% m/v até haver formação de precipitado amare
precipitado amarelo, indicando a lo, indicando a presença de presença de Cr Cr 3+3+.. b)
b) Acidificou-se Acidificou-se de de 0,5 0,5 em em 0,5 0,5 mL mL de de HCl HCl 5 5 mol mol LL-1-1 (testou-se em papel(testou-se em papel tornassol). Alcalinizou-se de 0,5 em 0,5 mL de NH
tornassol). Alcalinizou-se de 0,5 em 0,5 mL de NH44OH 5 mol LOH 5 mol L-1-1 (testou-se em papel(testou-se em papel
tornassol) e adicionou-se mais 2 gotas em
tornassol) e adicionou-se mais 2 gotas em excesso. excesso. Aqueceu-se à ebulição e filtrou-se.Aqueceu-se à ebulição e filtrou-se.
4. Resultados e Discussão 4. Resultados e Discussão
As soluções aquosas de nitrato de ferro, nitrato de cromo e nitrato de alumínio, As soluções aquosas de nitrato de ferro, nitrato de cromo e nitrato de alumínio, apresentam os seguintes equilíbrios de
apresentam os seguintes equilíbrios de dissociação:dissociação:
( ())()() ⇌ ⇌ ()()++ 33()()−− (1.1)(1.1) ( ())()() ⇌ ⇌ ()()++ 33()()−− (1.2)(1.2) ( ())()() ⇌ ⇌ ()()++ 33()()−− (1.3)(1.3)
Ao adicionar cloreto de amônio à mistura destas soluções, seguido da adição de Ao adicionar cloreto de amônio à mistura destas soluções, seguido da adição de hidróxido de amônio e elevação da temperatura, são formados os hidróxidos de hidróxido de amônio e elevação da temperatura, são formados os hidróxidos de ferro(III), alumínio(III) e cromo(III) no estado sólido. Isto se deve às constantes de ferro(III), alumínio(III) e cromo(III) no estado sólido. Isto se deve às constantes de produto
produto solubilidade solubilidade destes destes serem serem muito muito baixas, baixas, (1.4) (1.4) a a (1.6), (1.6), ou ou seja, seja, os os hidróxidoshidróxidos formados por estes metais do
formados por estes metais do grupo III são pouco solúveis.grupo III são pouco solúveis.
()()++ 33()()−− ⇌ ()⇌ ()()() == [[++][][−−]] = = 22 ×× 1100−9−9 (1.4)(1.4) ()()++ 33()()−− ⇌ ()⇌ ()()() == [[ ++][][−−]] = = 22 ×× 1100−− (1.5)(1.5) ()()++ 33()()−− ⇌ ()⇌ ()()() == [[++][][−−]] = = 22 ×× 1100−− (1.6)(1.6)
Também é levado em conta a tendência destes cátions do grupo IIIA em Também é levado em conta a tendência destes cátions do grupo IIIA em precipitar
precipitar na na faixa faixa de de pH pH alcalino, alcalino, mantida mantida pelo pelo tampãotampão ()()//()(). . AA
confirmação do meio básico foi obtida com a mudança de coloração no papel de confirmação do meio básico foi obtida com a mudança de coloração no papel de tornassol. Obteve-se, com excesso de
tornassol. Obteve-se, com excesso de ()()::
()()++ 33()() 33()() ⇌ ()⇌ ()()() ↓ 3↓ 3()()++ (1.7)(1.7)
Depois do aquecimento, forma-se o hidróxido de cromo que é um pouco solúvel Depois do aquecimento, forma-se o hidróxido de cromo que é um pouco solúvel em hidróxido de amônio em excesso. Porém, quando a solução é levada à ebulição, há em hidróxido de amônio em excesso. Porém, quando a solução é levada à ebulição, há queda da solubilidade, possibilitando a
queda da solubilidade, possibilitando a precipitação (1.8).precipitação (1.8).
()()++ 33()() 33()() ⇌ ()⇌ ()()() ↓ 3↓ 3()()++ (1.8)(1.8)
Ocorreu também a precipitação da reação (1.9), mas uma pequena parte do sólido Ocorreu também a precipitação da reação (1.9), mas uma pequena parte do sólido passou
passou para para a a solução solução como como hidróxido hidróxido de de alumínio alumínio coloidal. coloidal. Ele Ele foi foi precipitado precipitado quando quando aa solução sofreu ebulição em
solução sofreu ebulição em conjunto.conjunto.
()()++ 33()() 33()() ⇌ ()⇌ ()()() ↓ 3↓ 3()()++ (1.9)(1.9)
Então, obteve-se um precipitado que contém
Então, obteve-se um precipitado que contém ()()()(),, () ()()() ee ()
()()() e um sobrenadante livre de cátions que foi descartado. Depois de lavar oe um sobrenadante livre de cátions que foi descartado. Depois de lavar o
precipitado com
precipitado com ()(), ao adicionar hidróxido de sódio, obteve-se a , ao adicionar hidróxido de sódio, obteve-se a dissolução dosdissolução dos
hidróxidos de cromo(III) e de alumínio(III). hidróxidos de cromo(III) e de alumínio(III).
()
()()() ()()−− ⇌ (( ()⇌ ()))()()−− (1.10)(1.10)
()
()()() ()()−− ⇌ ((()⇌ ()))()()−− (1.11)(1.11)
Como o
Como o para opara o ()()()(), (1.4), é muito menor que aquele para o, (1.4), é muito menor que aquele para o ()
()()() ee ()()()(), (1.5) e (1.6), ele é o último a ser solubilizado a uma, (1.5) e (1.6), ele é o último a ser solubilizado a uma
concentração baixa de
concentração baixa de ()()−− . Portanto, através de uma filtração foi possível separar o. Portanto, através de uma filtração foi possível separar o
precipitado,
precipitado, ()()()(), que se manteve sólido, de uma solução aquosa que contém, que se manteve sólido, de uma solução aquosa que contém (( () ()))()()−− ee ((()()))()()−− ..
O precipitado, quando lavado com água quente, (1.12), e em presença de O precipitado, quando lavado com água quente, (1.12), e em presença de K
K 44[Fe(CN)[Fe(CN)66], apresentou coloração avermelhada, (1.13). Isto indica a presença de], apresentou coloração avermelhada, (1.13). Isto indica a presença de
() ()()() ⇌ ⇌ ()()++ 33()()−− (1.12)(1.12) ((()()66))(()) ⇌ ⇌ ()()++ (())66()()−− (1.13)(1.13) Avermelhado Avermelhado
Em seguida, a solução aquosa resultante da filtração que separou o precipitado Em seguida, a solução aquosa resultante da filtração que separou o precipitado utilizado acima desta, foi dividida em
utilizado acima desta, foi dividida em duas.duas.
Na primeira parte da solução, a acidificação do meio
Na primeira parte da solução, a acidificação do meio com ácido acético e adiçãocom ácido acético e adição de gotas de acetato de chumbo, teve como propósito a precipitação do
de gotas de acetato de chumbo, teve como propósito a precipitação do ()(), (1.14)., (1.14).
Pois o hidróxido de cromo tem maior
Pois o hidróxido de cromo tem maior , então precipita primeiro à uma concentração, então precipita primeiro à uma concentração
baixa de baixa de()()++ .. ((()()))()()−− ()()++ ⇌ ()⇌ ()()() ()() (1.14)(1.14) Coloração amarela Coloração amarela Na
Na outra outra parte parte da da solução solução resultante resultante foi foi acidificada, acidificada, (1.15). (1.15). Apesar Apesar da da reaçãoreação ocorrer com pH alcalino, é preciso acidificar o meio para diminuir a concentração de ocorrer com pH alcalino, é preciso acidificar o meio para diminuir a concentração de hidroxila. Em seguida, a solução é alcalinizada com excesso de
hidroxila. Em seguida, a solução é alcalinizada com excesso de ()(), (1.16)., (1.16).
Então, é adicionado hidróxido de amônio ao íon
Então, é adicionado hidróxido de amônio ao íon ()()++ , (1.17). A adição de, (1.17). A adição de ()()
em excesso, (1.18), deveria resultar na precipitação do hidróxido de alumínio presente em excesso, (1.18), deveria resultar na precipitação do hidróxido de alumínio presente na solução, considerando que a adição de hidroxila em excesso desloca o equilíbrio para na solução, considerando que a adição de hidroxila em excesso desloca o equilíbrio para esquerda em (1.16), precipitando
esquerda em (1.16), precipitando () ()()().. Porém, não houve a formação doPorém, não houve a formação do
precipitado.
precipitado. Os Os prováveis prováveis motivos motivos são: são: acidificação acidificação insuficiente, insuficiente, alcalinização alcalinização comcom NaOH antes de
NaOH antes de utilizar utilizar ()(), porque este estava em falta , porque este estava em falta no laboratório.no laboratório.
(( () ()))()()−− ()()++ ⇌ ()⇌ ()()() ()() (1.15)(1.15) () ()()() ()()−− ⇌⇌ (( () ()))()()−− ()() (1.16)(1.16) (( () ()))()()−− ⇌ ⇌ ()()++ 44()()−− (1.17)(1.17) ()()++ 33()() ⇌ ()⇌ ()()() (1.18)(1.18) Sólido branco gelatinoso
5. Conclusão 5. Conclusão
O experimento realizado evidencia que é possível identificar a presença de íons O experimento realizado evidencia que é possível identificar a presença de íons do grupo IIIA (Fe
do grupo IIIA (Fe3+3+, , AlAl3+3+ r r Cr Cr 3+3+) em uma amostra desconhecida. A analise qualitativa) em uma amostra desconhecida. A analise qualitativa das amostras foi feita através da precipitação das mesmas com NH
das amostras foi feita através da precipitação das mesmas com NH44OH/ NHOH/ NH44Cl sob aCl sob a
forma de hidróxidos. Posteriormente, ficou simples identificar cada metal forma de hidróxidos. Posteriormente, ficou simples identificar cada metal individualmente. Através do experimento foi possível, também, verificar como os individualmente. Através do experimento foi possível, também, verificar como os metais do grupo IIIA formam complexos coloridos e estáveis. Além disso, durante a metais do grupo IIIA formam complexos coloridos e estáveis. Além disso, durante a prática,
prática, foi foi imprescindível imprescindível ter ter um um conhecimento conhecimento prévio prévio a a cerca cerca das das diferentesdiferentes solubilidades que os hidróxidos desses metais possuem, além de conhecer a
solubilidades que os hidróxidos desses metais possuem, além de conhecer a importânciaimportância da manutenção do pH do meio
da manutenção do pH do meio na identificação dos íons.na identificação dos íons.
6. Referências Bibliográficas 6. Referências Bibliográficas
BACCAN, N.; ANDRADE, J.C.; GODINHO, O.E.S.; BARONE, J.S.
BACCAN, N.; ANDRADE, J.C.; GODINHO, O.E.S.; BARONE, J.S. QuímicaQuímica Analítica Quantitativa Elementar
Analítica Quantitativa Elementar. 3ª edição. Campinas: Unicamp. 324 p.. 3ª edição. Campinas: Unicamp. 324 p.
VOGEL, A.I.
VOGEL, A.I. Química Analítica Quantitativa.Química Analítica Quantitativa. 5ª edição, Rio de Janeiro:5ª edição, Rio de Janeiro:
Guanabara, 1992. 712 p. Guanabara, 1992. 712 p.
