relatório analiítica cátions do grupo II

relatório analiítica cátions do grupo II

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

COLEGIADO DE QUÍMICA

ÁNALISE DOS CÁTIONS DO GRUPO II

Relatório apresentado ao Profº. Antônio Santana da disciplina Química Analítica Qualitativa pela a discente Samira Guissoni Bueno.

ILHÉUS/BA

Outubro de 2007

RESUMO

A prática consistiu em identificar os cátions magnésio, cálcio, estrôncio e bário, envolvendo os conceitos sobre reações de precipitação, ácidos e bases e solubilidade. Foi possível verificar através dos experimentos como o tamanho dos ânions influenciam na solubilidade quando os mesmos estão reagindo com os metais do grupo II.

INTRODUÇÃO

Os elementos magnésio, cálcio, estrôncio e bário pertencem ao grupo II da Tabela Periódica apresentando configurações eletrônicas similares. Disto decorre a semelhança de suas propriedades. O magnésio, é o metal que apresenta propriedade mais diferenciada do restante do grupo, devido ao seu pequeno tamanho e por esta razão, às vezes não é classificado junto com esses elementos no processo de separação analítica.1

O magnésio é um metal branco, maleável e dúctil. Funde a 650°C. Queima facilmente em ar ou oxigênio, formando o óxido MgO ou o nitreto Mg3N2. Os íons Mg2+ apresentam-se incolores em soluções, seus sais são de caráter iônico, brancos ou incolores, ao menos que esteja presente um ânion colorido. Seu óxido, hidróxido, carbonato e fosfato são insolúveis, os outros sais são solúveis. Eles têm sabor amargo. Alguns dos sais são higroscópicos. 2

O cálcio é um metal branco prateado, relativamente mole. Funde a 845°C. é atacado pelo o oxigênio atmosférico e pela umidade, formando o óxido e /ou o hidróxido de cálcio. O cálcio decompõe a água com formação de hidróxido de cálcio sólido e hidrogênio gasoso. O cálcio forma o cátion Ca2+, em soluções aquosas. Seus sais são normalmente pós brancos e formam soluções incolores a não ser que o ânion seja colorido. 2

O estrôncio é um metal branco prateado, maleável e dúctil, que é estável em ar seco. Seu íon é o Sr2+. Reage com a água no ar úmido, formando o óxido ou hidróxido. Funde a 771°C. Reage com a água formando o hidróxido de estrôncio e hidrogênio. Os ácidos diluídos dissolvem o estrôncio facilmente, com desprendimento de gás hidrogênio.

O bário tem propriedades análogas do estrôncio, apenas seu ponto de fusão diferencia sendo, 710°C.

Os sulfatos e cromatos dos metais alcalinos-terrosos apresentam tendências semelhantes de solubilidade, como pode ser visto na figura 1. A solubilidades desses dois sais diminuem a medida que o numero atômico do metal aumenta, e esse comportamento é oposto ao observado nos hidróxidos. A medida que avançamos na seqüência do MgSO4 até BaSO4, a entalpia de hidratação do íon positivo torna-se menor (menos negativa). Isso tende a tornar os sais dos íons metálicos pesados menos solúveis que os dos íons mais leves. As energias reticulares dos sulfatos, assim como dos cromatos, não variam tanto na seqüência do magnésio ao bário, pois as energias reticulares são determinadas principalmente pelo recíproco das somas dos raios iônicos, 1(r+ + r-). Essa quantidade muda um tanto lentamente nessa seqüência pois r-, o raio do íon negativo, é muito maior que qualquer um dos raios do íons positivos, e assim (r+ + r-) é pouco sensível as variações em r+. Portanto, a tendência nas solubilidades dos sais de metais do grupo II com ânions grandes, como SO42- e CrO42-, é ditada predominante pelas as variações nas entalpias de hidratação.

Na figura 1 pode ser visto que a tendência na solubilidade do íon OH- se opõe as do SO42- e do CrO42-. Visto que é um íon pequeno sua energia reticular deve mudar bastante em função do tamanho do cátion.

A seguir o gráfico de solubilidade para os cátions do grupo II com alguns ânions.

Fig. 1: Solubilidades de vários sais do grupo IIA.3

OBJETIVO

O objetivo da prática consiste em identificar por meio de análises qualitativas os cátions do grupo II, os metais: Mg2+, Ca2+, Sr2+ e Ba2+

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

I) Reações com o íon Mg 2+ com base forte:

II) Reações dos cátions: Ca2+, Sr2+ e Ba2+:

a) Reações com o carbonato de amônio:

b) Reação com o oxalato de amônio:

c) Reação com o dicromato de potássio:

d) Reação com o sulfato de amônio:

RESULTADOS E DISCUSSÕES

I) Reações com o íon Mg 2+ com base forte:

Considere o equilíbrio a seguir:

Mg2+ + 2OH- ↔ Mg(OH)2 (s)

Este precipitado deve dissolver-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.

II) Reações dos cátions: Ca2+, Sr2+ e Ba2+:

a) Reação com Carbonato de Amônio

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, que quando aquecidos se tornam gradativamente cristalinos.

Ca2+ + CO32- ↔ CaCO3 (s)

Sr2+ + CO32- ↔ SrCO3 (s)

Ba2+ + CO32- ↔ BaCO3 (s)

No caso do tratamento do precipitado com ácido acético deverá haver dissolução do precipitado. Considerem-se os equilíbrios:

 

MCO3 (s) ↔M2+ + CO32- (1)

CO32- + H+ ↔HCO3- (2)

HCO3- + H+ ↔ H2CO3 ↔ H2O + CO2 (3)

Na presença de ácido acético, HAc, os equilíbrios (1), (2) e (3) são deslocados para a direita, dissolvendo o precipitado.

Na presença de íons amônio, há uma diminuição da concentração de CO32-, mas que ainda é suficiente para atingir o produto de solubilidade destes carbonatos (Kps da ordem de 10-9). Entretanto, esta concentração de CO32- não é suficiente para atingir o produto de solubilidade do MgCO3 que por esta razão é solúvel em solução de NH4Cl.

CO32- + NH4+ ↔ HCO3- + NH3

b) Reação com Oxalato de Amônio

Soluções neutras de oxalato de amônio ou de sódio formam precipitados com os íons dos metais alcalinos terrosos. O precipitado formado à frio é finamente dividido e difícil de centrifugar e decantar, entretanto, à quente, formam-se cristais grandes.

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

MC2O4 (s) ↔ M2+ + C242-

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+.

c) Reação com Dicromato de Potássio

Considere os equilíbrios:

Cr2O72- + H2O ↔ 2CrO42- + 2H+ (1)

M2+ + CrO42- ↔ McrO4 (s) (2)

Os íons bário formam com o cromato um precipitado amarelo 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.

Em soluções neutras, a reação de precipitação do bário com o dicromato não é completa, porque um ácido forte é formado, como resultado da própria reação de precipitação, como pode ser vista na equação abaixo que é a soma de (1) e (2) onde M = Ba2+.

Cr2O72- + 2Ba2+ + H2O ↔ 2BaCrO4 + 2H+ (3)

      Contudo, 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.

d)   Reação com Sulfato de Amônio

e.1) 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- (1)

e.2) No caso de Ba2+ e Sr2+ deverá haver formação de precipitados, enquanto que Ca2+ não deverá precipitar neste meio (1).

CONCLUSÃO

A prática para testar a identificação dos cátions do grupo II foi positiva, a ocorrência ou não de precipitados foi correspondente, para cada grupo de ânion testado, com os resultados encontrados na bibliografia.

A Análise Qualitativa, através do teste de precipitados, se mostrou eficiente na identificação dos cátions do grupo II.

BIBLIOGRAFIA

  1. BACCAN, N. ;GODINHO, O. E. S. ;ALEIXO, L. M. ;STEIN, E. . Introdução à Semimicroanálise Qualitativa. 2.a. ed. Campinas (SP): Editora da Unicamp, 1997. v. -. 295 p.

  2. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa, Editora Mestre Jou, São Paulo, 1981, 227 p.

  3. MAHAN, B.M. e MYERS, R.J. Química Um Curso Universitário – Editora Edgard Blücher LTDA. 1987. São Paulo – SP.

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