Identificação de Cátions do Grupo II

Identificação de Cátions do Grupo II

Universidade Federal de Alagoas

Unidade Acadêmica Centro de Tecnologia

Curso de Engenharia Química

Carlos Eduardo dos Santos Oliveira

Rhalf Edézio da Silva Santos

IDENTIFICAÇÃO DOS CÁTIONS DO GRUPO II

Maceió / Dezembro de 2009

Universidade Federal de Alagoas

Unidade Acadêmica Centro de Tecnologia

Curso de Engenharia Química

Carlos Eduardo dos Santos Oliveira

Rhalf Edézio da Silva Santos

IDENTIFICAÇÃO DOS CÁTIONS DO GRUPO II

Relatório referente ao experimento acima citado, realizado no Instituto de Química e Biotecnologia - IQB, sob a orientação da professora Cristiane Xavier Galhardo.

Maceió / Dezembro de 2009

SUMÁRIO

Objetivo..............................................................................................................04

Fundamentação Teórica....................................................................................05

Materiais e Reagentes Utilizados......................................................................07

Procedimentos Experimentais e Resultados.....................................................08

Conclusão..........................................................................................................12

Referências Bibliográficas.................................................................................13

1. Objetivo

A prática consiste em identificar os cátions: magnésio, cálcio, estrôncio e bário por meio de análises qualitativas e envolver os conceitos sobre reações de precipitação, ácidos e bases e solubilidade.

2. Fundamentação Teórica

Os elementos magnésio, cálcio, estrôncio e bário pertencem ao grupo II A da tabela periódica apresentando configurações eletrônicas similares. Disto decorre a semelhança de suas propriedades. O magnésio é o metal que apresenta propriedades mais diferenciadas de resto do grupo, devido ao seu pequeno tamanho e por essa razão, às vezes não é classificado junto com esses elementos no procedimento de separação analítica.

Propriedades dos cátions do Grupo II

Magnésio: Os íons magnésio apresentam-se incolores em soluções, seus sais são de caráter iônico brancos ou incolores, a menos que esteja presente um ânion colorido. O hidróxido de magnésio é um de seus compostos menos solúveis. A alta solubilidade de muitos compostos de magnésio é atribuída ao pequeno tamanho do íon Mg2+, o que favorece a sua hidratação.

Cálcio: O cálcio é o elemento mais abundante dos metais alcalinos terrosos. Seus compostos menos solúveis são os carbonatos e oxalatos. Os sai de cálcio dão à chama do bico de Bünsen uma coloração vermelho-tijolo.

Estrôncio: O estrôncio como pode se esperar de sua posição na tabela periódica, possui propriedades intermediárias entre o cálcio e o bário. Seus sais dão à chama do bico de Bünsen uma coloração vermelho-carmim.

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 encontrados na análise qualitativa. Os sais de bário emprestam uma coloração verde à chama do bico de Bünsen.

Todas as soluções dos íons desse grupo são incolores e seus sais apresentam caráter iônico e são brancos ou incolores, a menos que esteja presente um ânion colorido. Embora solúveis em água, os nitratos de estrôncio e bário podem ser precipitados pela adição de ácido nítrico concentrado.

Os íons dos metais alcalinos terrosos não hidrolisam significativamente em soluções e seus íons são bivalentes. Os hidróxidos de cálcio, estrôncio e bário são bases fortes.

Na tabela abaixosão apresentados os produtos de solubilidade de hidróxidos e de alguns sais dos metais alcalinos terrosos. O exame desta tabela permite ao estudante entender a escolha dos reagentes usados na separação dos cátions deste grupo

Ânions

Mg2+

Ca2+

Sr2+

Ba2+

OH-

5,9x10-12

-

-

-

CO32-

1,0x10-5

4,8x10-9

7,0x10-10

4,9x10-9

C2O42-

8,6x10-5

2,3x10-9

5,6x10-8

2,3x10-8

SO42-

-

6,1x10-5

2,8x10-7

1,0x10-10

CrO42-

-

7,1x10-4

3,6x10-6

1,2x10-10

Cálcio, estrôncio e bário formam carbonatos insolúveis em solução alcalina. O magnésio não precipita com hidróxido em presença de excesso de íons amônio que reduzem a concentração dos íons hidroxila a um valor tal, que o produto de solubilidade do hidróxido de magnésio não é atingido. Por razões semelhantes, o carbonato de magnésio não precipita na presença de excesso de íons amônio. Esta propriedade permite separar os íons Mg2+ de Ca2+, Sr2+ e Ba2+.

3. Materiais e Reagentes Utilizados

Materiais:

    1. Bastão de vidro;

    2. Béquer;

    3. Placa de aquecimento;

    4. Tubos de ensaio.

Reagentes:

    1. Ácido acético (CH3COOH);

    2. Ácido clorídrico concentrado;

    3. Ácido clorídrico (2mol/L);

    4. Ácido perclórico (KClO4);

    5. Carbonato de amônio ((NH4)2CO3 – 1,5mol/L);

    6. Cloreto de amônio (NH4Cl – 6mol/L);

    7. Cloreto de bário (BaCl2);

    8. Cloreto de cálcio (CaCl2);

    9. Cloreto de Estrôncio (SrCl2);

    10. Cloreto de magnésio (MgCl2);

    11. Cloreto de potássio (KCl);

    12. Hidróxido de amônio (NH4OH – 6mol/L);

    13. Hidróxido de sódio (NaOH – 50%);

    14. Hidróxido de sódio (NaOH – 2mol/L);

    15. Oxalato de amônio (NH4)2C2O4 (0,25mol/L).

4. Procedimentos Experimentais e Resultados

Identificação dos cátions do grupo II – Mg2+, Ba2+, Sr2+, Ca2+;

1) Reação do Mg+ com base forte: em um tubo de ensaio foram adicionadas 5 gotas de uma solução de cloreto de magnésio 0,25M (MgCl2), e 4 gotas uma solução de NaOH. Foi observado o que ocorreu;

2) Reação do Mg+ com base fraca: em um tubo de ensaio adicionadas 5 gotas de uma solução de cloreto de magnésio 0,25M (MgCl2), e algumas gotas de uma solução de NH4OH 6M. Foi observado o que ocorreu;

3) Reação do Mg+ com carbonato de amônio (NH4)2CO3 : foi adicionando em um tubo de ensaio 5 gotas de cloreto de magnésio 0,25M (MgCl2)e cerca de 3 gotas de solução de carbonato de amônio 1,5M. Uma parte deste foi tratado com ácido acético 6M e outra com NH4Cl 6M. Foi observado o que ocorreu;

4) Reação dos íons Ca2+, Ba2+ e Sr2+ com oxalato de amônio: Em tubos de ensaio separados, foram adicionados 3 gotas de M(Cl)2 0,25M (M2+ = Ca2+, Sr2+ e Ba2+), 5 gotas de ácido acético 6M e 6 gotas de oxalato de amônio 0,3M. Foi observado os casos em que houve formação de um precipitado branco;

5) Reação dos íons Ca2+, Ba2+ e Sr2+ com carbonato de amônio: Foi adicionado em tubos de ensaios separados, 10 gotas de M(Cl2) 0,25M (onde M2+ = Ca2+, Sr2+ ou Ba2+). Foi adicionado a seguir 3 gotas de solução de carbonato de amônio 1,5M.

Resultados

1) Foi possível observar a formação de um precipitado branco gelatinoso de Mg(OH)2.

Mg2+ + 2OH- ↔ Mg(OH)2 (s)

Este precipitado dissolve-se na presença de sais de amônio. A adição de sais de amônio resulta num aumento da concentração de íons NH4+ que ocasiona um deslocamento do equilíbrio da dissociação da amônia no sentido da formação de amônia não dissociada.

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-

Este deslocamento de equilíbrio implica numa diminuição da concentração de íons OH-. Quando a concentração de íons OH- ,for reduzida a um valor total tal que o produto de solubilidade do Mg(OH)2 não for mais atingido deve haver dissolução completa do precipitado.

2) Houve a formação de um precipitado branco gelatinoso de Mg(OH)2. Segundo a seguinte reação

NH3 + H2O   ↔ NH4+ + OH-

Mg2+ + 2OH- ↔ Mg(OH)2 (s)

3) Íons magnésio reagem com solução de carbonato de amônio, dando origem a um sal básico, branco, gelatinoso, de composição variável, quando se deixa a solução em repouso, ou quando de aquece:

5Mg2+ + 5CO32- + 6H2O ↔ 4MgCO3.Mg(OH)2.5H2O (s) + CO2

Quando esta solução é tratada com ácido acético deve-se observar a dissolução do precipitado, esta dissolução se dá devido à diminuição da concentração dos íons carbonato pela reação com íons hidrogênio, segundo a seguinte reação:

CO32- + H+ ↔ HCO3-

HCO3- + H+ ↔ H2CO3 Û CO2 + H2O

Observando-se os equilíbrios, nota-se que o aumento da concentração de H+ desloca os equilíbrios para a direita, diminuindo a concentração de CO32-. Já se a solução inicial for tratada com cloreto de amônio deve haver dissolução do precipitado. A dissolução do precipitado se dá devido à diminuição da concentração dos íons carbonato, de acordo com a equação:

CO32- + NH4+ ↔ HCO3- + NH3

4) Soluções neutras de oxalato de amônio formam precipitados com os íons dos metais alcalinos terrosos.

  Os oxalatos dissolvem-se em soluções de ácidos fortes, devido à formação dos íons HC2O4-.

MC2O4 (s) ↔ M2+ + C2O42-

C2O42- + H+ ↔ HC2O4-

 

Um ácido fraco, tal como o ácido acético não é suficiente para deslocar o equilíbrio e dissolver o precipitado no caso do cálcio. A solubilidade dos oxalatos aumenta na ordem Ca2+, Sr2+ e Ba2+;

5) Soluções contendo íons de Ca2+, Sr2+ ou Ba2+ quando tratadas com solução de carbonato de amônio dão origem a formação de precipitados brancos de CaCO3, SrCO3 e BaCO3 respectivamente.

Ca2+ + CO32- ↔ CaCO3(s)

Sr2+ + CO32- ↔ SrCO3(s)

Ba2+ + CO32- ↔ BaCO3(s)

4.1. Procedimentos Experimentais e Resultados

1)Reação com cromato de potássio K2CrO4 : em cada tubo de ensaio foram adicionadas 5 gotas do cátion desejado, uma solução tampão (3 gotas de ácido acético 6M, 3 gotas de acetato de sódio 6M) e, por fim, 2 gotas de cromato de potássio 0,1M. Foi observado o que ocorreu;

2)Reação com sulfato de amônio (NH4)2SO4 : em cada tubo de ensaio adicionamos, conforme item (i), 3 gotas do cátion desejado, 5 gotas de ácido acético e 6 gotas de sulfato de amônio. Foi observado o que ocorreu;

3)Reação com os cátions do grupo II: em um único tubo de ensaio foram adicionadas 5 gotas de cada cátion (Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+), 3 gotas de HCl 6M e uma certa quantidade de hidróxido de amônio até o meio se tornar básico. Foi observado o que aconteceu. Agora, foi adicionado ao meio ácido acético até ser completada a dissolução.

4.1.2. Resultados

1)Os íons bário formam com o cromato um precipitado de cromato de bário, BaCrO4 neste meio, porém, solúvel em ácidos fortes. Os íons Sr2+ e Ca2+ não precipitam nas condições em que foi feita a reação.

Ba2+ + CrO42- ↔ BaCrO4 (s)

A precipitação do BaCrO4 pode ser total se for adicionado acetato de sódio à solução, que reagirá com os íons H+ resultante da reação de precipitação, no sentido de formação de ácido acético, mantendo a concentração de H+ baixa.

Os íons cálcio e estrôncio não formam precipitados com os íons cromato nestas condições;

2)O íons sulfato provém de um ácido relativamente forte, HSO4- de tal modo que há pouca tendência para os íons H+ e SO42- se combinarem.

Deste modo, a dissolução do precipitado em qualquer ácido, requer uma concentração alta de íons hidrogênio.

MSO4(s) + H+ ↔ M2+ + HSO4- ,onde M é o cátion utilizado

No caso de Ba2+ e Sr2+ deverá haver formação de precipitados, enquanto que Ca2+ não deverá precipitar neste meio;

3)Após a decantação, observou-se um precipitado branco contendo os carbonatos de cálcio, estrôncio e bário. O líquido sobrenadante deve conter os íons de magnésio.

5. Conclusão

Na prática do teste de identificação dos cátions do grupo II, com a ocorrência ou não de precipitados foi provado que mesmo os cátions com diferentes características de solubilidade e precipitação, ainda apresentam algumas propriedades semelhantes que os permitem fazer parte do mesmo grupo da tabela periódica.

6. Referências Bibliográficas

. Brady, James E. - Humiston, Gerard E. (1996). Química Geral; vol. I, 2. Edição;

. http://wwwp.fc.unesp.br/~galhiane/index.htm;

. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa, Editora Mestre Jou, São Paulo, 1981.

19

Comentários