2º Relatório - Separação cations do grupo 3A

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI CAMPUS ALTO ALTO PARAOPEBA

SEPARAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO IIIA

ALEX JUNIOR (12.450.0054) ANA LUIZA QUEIROZ (10.455.0026) ANDRÉIA SEIXAS LEAL (10.455.0052)

Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina Química Analítica Experimental, sob orientação do professor Vagner Fernandes Knupp.

Ouro Branco - MG Dezembro de 2012

Resumo

A precipitação precipitação é um método útil para minimizar os erros em uma amostra, já que a torna livre de potenciais interferentes, ou seja, cátions, como Fe 3+, Al 3+, Cr 3+, Co2+, Mn2+, Zn2+ e Ni2+. Ao adicionar uma solução tampão de NH 3 e NH4Cl a alguma solução que contenha esses íons, os cátions trivalentes podem precipitar na forma de hidróxidos, enquanto os divalentes só precipitam como sulfetos, após a adição de H 2S. Por isso, há 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 formem íons complexos, assim como o Al 3+, que tem propriedades semelhantes, semelhantes, e tornase possível a separação por precipitação, já que são insolúveis, sendo este o objetivo da  prática.

1. Introdução

O tratamento da amostra realizado por métodos de separação é uma maneira importante de minimizar os erros devido a possíveis interferências na matriz da amostra. Técnicas como a precipitação é um método útil para tornar a amostra livre li vre de potenciais interferentes (BACCAN et al. 2001). Potenciais interferentes pertencem ao 3 o grupo. São eles: Fe3+, Al3+ e Cr3+ Co2+, Mn2+, Zn2+ e Ni2+

Quando se tem uma solução com os íons descritos acima, ao adicionar uma solução tampão de NH 3 e NH4Cl os cátions trivalentes podem precipitar como hidróxidos. Os cátions divalentes só precipitam como sulfetos, após adição de H 2S. Um excesso de NH 4Cl impede a precipitação dos cátions divalentes como hidróxidos (VOGEL, 1992). Com base nisso, alguns autores costumam dividir o 3 o grupo em dois subgrupos: subgrupo do FERRO ou (subgrupo 3-A), que é constituído pelos cátions que precipitam 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).

O cromo e o ferro são elementos de transição, por esta razão pode-se esperar que suas propriedades sejam valência variada, íons coloridos e forte tendência a formar íons complexos (BACCAN et al., 2001). O alumínio não é metal de transição, mas o íon Al 3+ tem muitas propriedades semelhantes as dos íons Cr 3+ e Fe3+, o que pode ser explicado pelo fato desses íons terem as mesmas cargas e raios aproximadamente iguais (BACCAN et al., 2001).

2. Objetivos

Separar qualitativamente os cátions Al 3+, Fe3+ e Cr 3+ em uma amostra por   precipitação com NH4OH/NH4Cl sob a forma de hidróxidos e posterior identificação individual de cada metal.

3. Materiais e Métodos 3.1. Materiais e Reagentes

- Cloreto de amônio puro; - Cr(NO3)3 5 M; - Fe(NO3)3 5 M; - Al(NO3)3 5 M; - NH4Cl 1% m/v; - NH4OH 5 M; - NaOH 5M; - H2O2 3% ; - HCl 5M; - K 4[Fe(CN)6]; - Papel tornassol (Vetec);

- Fósforo; - Béquer de 100 mL; - Papel de filtro (Qualy); - Suporte universal; - Lamparina; - Pisseta; - Espátula; - Funil de vidro; - Pipeta Pasteur; - Anel; - Balança. 3.2. Metodologia

Mediu-se 1,0 mL de Cr(NO 3)3 5 M, 1,0 mL de Fe(NO 3)3 5 M e 1,0 mL de Al(NO3)3 5 M e transferiu-se para um béquer de 100 mL. Em seguida adicionou-se 0,259 g de NH 4Cl 1% m/v e aqueceu-se a mistura até a ebulição. Adicionou-se  NH4OH 5 M (~1,5 mL) até pH alcalino (usou-se papel tornassol) e daí então mais 5 gotas de NH4OH 5 M, em excesso. Ferveu-se por 1 minuto e filtrou-se imediatamente. Lavou-se o precipitado com NH 4Cl 1% m/v (~1,5mL) e transferiu-se para outro béquer lavando-o com 5 mL de água. A seguir foi adicionado 1mLde NaOH 5M e 1 mL de H 2O2 3%. Ferveu-se suavemente até cessar o desprendimento de O 2 (2-3min). Lavou-se o precipitado com X mL de água quente e o transferiu para outro  béquer.  béquer. Dissolveu-se o precipitado em 6 mL de HCl 5 M e gotejou-se gotejou-se K 4[Fe(CN)6].

a) Acidificou-se de 0,5 em 0,5 mL de ácido acético 5 mol L -1 (testou-se em papel tornassol) e gotejou-se sal de acetato de chumbo 1% m/v até haver formação de  precipitado amarelo, amarelo, indicando a presença de Cr 3+.  b) Acidificou-se de 0,5 em 0,5 mL de HCl 5 mol L -1 (testou-se em papel tornassol). Alcalinizou-se de 0,5 em 0,5 mL de NH 4OH 5 mol L-1 (testou-se em papel tornassol) e adicionou-se mais 2 gotas em excesso. Aqueceu-se à ebulição e filtrou-se.

4. Resultados e Discussão

As soluções aquosas de nitrato de ferro, nitrato de cromo e nitrato de alumínio, apresentam os seguintes equilíbrios de dissociação: + − ( )() ⇌ ()  3()

(1.1)

+ −  ( )() ⇌ ()  3()

(1.2)

+ − ( )() ⇌ ()  3()

(1.3)

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 ferro(III), alumínio(III) e cromo(III) no estado sólido. Isto se deve às constantes de  produto solubilidade destes serem muito baixas, (1.4) a (1.6), ou seja, os hidróxidos formados por estes metais do grupo III são pouco solúveis. + − ()  3() ⇌ ()()

 = [ + ][−] = 2 × 10−9

(1.4)

+ −  ()  3() ⇌ ()()

 = [ + ][−] = 2 × 10−

(1.5)

+ − ()  3() ⇌ ()()

][−] = 2 × 10−  = [ +][

(1.6)

Também é levado em conta a tendência destes cátions do grupo IIIA em  precipitar na faixa de pH alcalino, mantida pelo tampão  ()/ (). A confirmação do meio básico foi obtida com a mudança de coloração no papel de tornassol. Obteve-se, com excesso de  (): + + ()  3()  3 () ⇌ ()() ↓  3()

(1.7)

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 queda da solubilidade, possibilitando a precipitação (1.8). + + ()  3()  3 () ⇌ ()() ↓  3()

(1.8)

Ocorreu também a precipitação da reação (1.9), mas uma pequena parte do sólido  passou para a solução como hidróxido de alumínio coloidal. Ele foi precipitado quando a solução sofreu ebulição em conjunto. + +  ()  3()  3 () ⇌ ()() ↓  3()

(1.9)

Então, obteve-se um precipitado que contém ()() ,  () () e () () e um sobrenadante livre de cátions que foi descartado. Depois de lavar o

 precipitado com  (), ao adicionar hidróxido de sódio, obteve-se a dissolução dos hidróxidos de cromo(III) e de alumínio(III). − −  () ()  () ⇌ ( ()  )()

(1.10)

− − ()()  () ⇌ (()  )()

(1.11)

Como o  para o ()() , (1.4), é muito menor que aquele para o  () () e () () , (1.5) e (1.6), ele é o último a ser solubilizado a uma − concentração baixa de () . Portanto, através de uma filtração foi possível separar o

 precipitado, ()() , que se manteve sólido, de uma solução aquosa que contém − − ( ()  )() e (() )() .

O precipitado, quando lavado com água quente, (1.12), e em presença de K 4[Fe(CN)6], apresentou coloração avermelhada, (1.13). Isto indica a presença de + () , ou seja, confirma que o precipitado era composto por  ()().

+ − ()() ⇌ ()  3()

(1.12) −

+ (()6 )() ⇌ ()  ( () )6 ()

(1.13)

Avermelhado

Em seguida, a solução aquosa resultante da filtração que separou o precipitado utilizado acima desta, foi dividida em duas.  Na primeira parte da solução, a acidificação do meio com ácido acético e adição de gotas de acetato de chumbo, teve como propósito a precipitação do (), (1.14). Pois o hidróxido de cromo tem maior   , então precipita primeiro à uma concentração +  baixa de () . − + (() )()  () ⇌ ()()   ()

(1.14)

Coloração amarela

 Na outra parte da solução resultante foi acidificada, (1.15). Apesar da reação ocorrer com pH alcalino, é preciso acidificar o meio para diminuir a concentração de hidroxila. Em seguida, a solução é alcalinizada com excesso de  () , (1.16). + Então, é adicionado hidróxido de amônio ao íon  () , (1.17). A adição de  ()

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 esquerda em (1.16), precipitando  () (). Porém, não houve a formação do  precipitado. Os prováveis motivos são: acidificação insuficiente, alcalinização com  NaOH antes de utilizar   () , porque este estava em falta no laboratório.

− + ( () )()  () ⇌ ()()   ()

(1.15)

− −  () ()  () ⇌ ( ()  )()   ()

(1.16)

− + − ( ()  )() ⇌  ()  4()

(1.17)

+  ()  3 () ⇌ ()()

(1.18)

Sólido branco gelatinoso

5. Conclusão

O experimento realizado evidencia que é possível identificar a presença de íons do grupo IIIA (Fe 3+, Al3+ r Cr 3+) em uma amostra desconhecida. A analise qualitativa das amostras foi feita através da precipitação das mesmas com NH 4OH/ NH4Cl sob a forma de hidróxidos. Posteriormente, ficou simples identificar cada metal individualmente. Através do experimento foi possível, também, verificar como os metais do grupo IIIA formam complexos coloridos e estáveis. Além disso, durante a  prática, foi imprescindível ter um conhecimento prévio a cerca das diferentes solubilidades que os hidróxidos desses metais possuem, além de conhecer a importância da manutenção do pH do meio na identificação dos íons.

6. Referências Bibliográficas

BACCAN, N.; ANDRADE, J.C.; GODINHO, O.E.S.; BARONE, J.S. Química Analítica Quantitativa Elementar. 3ª edição. Campinas: Unicamp. 324 p.

VOGEL, A.I. Química Analítica Quantitativa. 5ª edição, Rio de Janeiro: Guanabara, 1992. 712 p.