Análises Qualitativas: Bário, Estrôncio e Cálcio

Análises Qualitativas: Bário, Estrôncio e Cálcio

Bário (Ba2+), Estrôncio (Sr2+) e Cálcio (Ca2+):

  • Bário (Ba2+):

  1. Teste de chama:

Os sais de bário, quando aquecidos na chama não-luminosa do bico de Bunsen, conferem uma cor verde amarelada à chama. Visto que a maioria dos sais de bário, com exceção do cloreto, é não-volátil, o fio de platina é umedecido com ácido clorídrico concentrado antes de ser mergulhado na substância. O sulfato é primeiramente reduzido a sulfeto na chama, então umedecido com ácido clorídrico concentrado e reintroduzido na chama.

  1. Solução de carbonato de amônio:

Precipitado branco de carbonato de bário solúvel em ácido acético e em ácidos minerais diluídos:

Ba2+ + CO32- BaCO3(s)

O ppt é ligeiramente solúvel em soluções de sais de amônio de ácidos fortes; isso se deve ao íon amônio que, sendo um ácido forte, reage com a base, o íon carbonato, CO32-, conduzindo à formação do íon hidrogenocarbonato, HCO3-, e por isso a concentração do íon carbonato da solução diminui:

NH4+ + BaCO3(s) NH3(g) + HCO3-

Se a quantidade de carbonato de bário for muito pequena, ele poderá dissolver-se completamente em altas concentrações de sais de amônio.

Procedimento:

Adicionar em tubos de ensaio separados, 10 gotas de M(NO3)2, onde M2+ = Ba2+, Sr2+ ou Ca2+. Adicionar a seguir 3 gotas de solução de carbonato de amônio. Agitar, aquecer o tubo em banho-maria e centrifugar o ppt. Após desprezar o sobrenadante, separar os precipitados em 2 partes. Uma parte deve ser tratada com algumas gotas de cloreto de amônio e a outra com algumas gotas de ácido acético. No caso do tratamento do ppt com cloreto de amônio o ppt deverá permanecer inalterado enquanto no caso do tratamento com ácido acético deverá haver dissolução do ppt. Considere os equilíbrios:

MCO3(s) M2+ + CO32- (1)

CO32- + H+ HCO3- (2)

HCO3- + H+ H2CO3 H2O + CO2(g) (3)

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

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. Entretanto, esta concentração de CO32- não é suficiente para atingir o produto de solubilidade de MgCO3 que por esta razão é solúvel em solução de NH4Cl.

CO32- + NH4+ HCO3- + NH3(g)

  1. Solução de sulfato de amônio:

Precipitação imediata de sulfato de bário branco.

A explicação dessas reações é a seguinte: dos três sulfatos alcalino-terrosos, o sulfato de bário é o menos solúvel. Em soluções saturadas de sulfato de amônio, a concentração dos íons sulfato é suficientemente elevada para ocasionar a precipitação com maiores quantidades de bário, porque o produto das concentrações iônicas excede o valor do produto de solubilidade:

SO42- + Ba2+ BaSO4(s)

Procedimento:

3.a. Adicionar em tubos de ensaio separados 3 gotas de M(NO3)2, onde M2+ = Ba2+, Sr2+ ou Ca2+, 5 gotas de ácido acético e 6 gotas de sulfato de amônio e aquecer em banho-maria. Observar os casos em que há formação de ppt.

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

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

MSO4(s) + H+ M2+ + HSO4-

3.b. Em tubos de ensaio separados adicionar 3 gotas de M(NO3)2, NH4OH até o meio se tornar alcalino e 6 gotas de sulfato de amônio e aquecer em banho-maria. Observar os casos em que há formação de ppt.

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

  1. Solução de cromato de potássio:

Precipitado amarelo de cromato de bário, praticamente insolúvel em água.

Ba2+ + CrO42- BaCrO4(s)

O ppt é insolúvel em ácido acético diluído, mas facilmente solúvel em ácidos minerais.

A adição de ácido à solução de cromato de potássio ocasiona a mudança da cor amarela da solução para laranja avermelhada, devido á formação do dicromato:

2CrO42- + 2H+ Cr2O72- + H2O

Adicionando uma base (por exemplo, íons OH-) às soluções de dicromato, a reação ocorrerá da direita pra esquerda, pois os íons hidrogênio são removidos, e assim formará o cromato. Na presença de uma grande concentração de íons hidrogênio, a concentração do íon cromato será reduzida a uma valor tal que o produto de solubilidade do BaCrO4 não será alcançado. Por isso, para precipitar íons Ba2+ como BaCrO4, os ácidos fortes devem ser removidos ou neutralizados. A adição de acetato de sódio atua como um tampão, reduzindo a concentração do íon H+, e a completa precipitação do BaCrO4 ocorrerá.

Os produtos de solubilidade de SrCrO4 e CaCrO4 são maiores que os de BaCrO4 e por isso eles requerem uma maior concentração de íons CrO42- para precipitá-los. A adição do ácido acético à solução de K2CrO4 baixa a concentração do íon CrO42-, suficientemente, para impedir a precipitação do SrCrO4 e do CaCrO4, mas é mantida elevada o bastante para precipitar o BaCrO4.

Procedimento:

Adicionar em tubos de ensaio separados 5 gotas de M(NO3)2, onde M2+ = Ba2+, Sr2+ ou Ca2+, 3 gotas de ácido acético, 3 gotas de acetato de sódio e 2 gotas de dicromato de potássio. Observar onde há formação de ppt.

Cr2O72- + H2O 2CrO22- + 2H+ (1)

M2+ + CrO42- MCrO4(s) (2)

Os íons bário formam com o cromato um ppt 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 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 foram precipitados com os íons cromato nestas condições.

  1. Solução de oxalato de amônio:

Precipitado branco de oxalato de bário Ba(COO)2, ligeiramente solúvel em água, mas facilmente solúvel em ácido acético diluído a quente (distinção do cálcio) e por ácidos minerais.

Ba2+ + (COO)22- Ba(COO)2(s)

Procedimento:

Em tubos de ensaio separados, adicionar 3 gotas de M(NO3)2, onde M2+ = Ba2+, Sr2+ ou Ca2+, 5 gotas de ácido acético e 6 gotas de oxalato de amônio. Aquecer e observar os casos em que há formação de um ppt branco.

Soluções neutras de oxalato de amônio ou de sódio, formam precipitados com íons dos metais alcalinos terrosos. O ppt 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+ + C2O42-

C2O42- + H+ HC2O4-

Um ácido fraco, tal como o ácido acético não é suficiente para deslocar o equilíbrio e dissolver o ppt no caso do cálcio.

A solubilidade dos oxalatos aumentam na ordem Ca2+, Sr2+ e Ba2+.

  • Estrôncio (Sr2+):

  1. Teste de chama:

Os compostos voláteis de estrôncio, especialmente o cloreto, conferem uma cor vermelho-carmim característica à chama não-luminosa do bico de Bunsen.

  1. Solução de carbonato de amônio:

Precipitado branco de carbonato de estrôncio:

Sr2+ + CO32- SrCO3(s)

O carbonato de estrôncio é um tanto menos solúvel que o carbonato de bário; fora disso, suas características (ligeira solubilidade em sais de amônio, decomposição com ácidos) são semelhantes às deste último.

  1. Solução de sulfato de amônio:

Precipitado branco de sulfato de estrôncio, formado lentamente a frio, mas muito rapidamente por ebulição (distinção do bário).

  1. Solução de cromato de potássio:

Precipitado amarelo de cromato de estrôncio:

Sr2+ + CrO42- SrCrO4(s)

O precipitado é consideravelmente solúvel em água; com soluções diluídas de estrôncio, portanto, nenhum precipitado ocorre. O ppt é solúvel em ácido acético (distinção do bário) e em ácidos minerais, pelas mesmas razões descritas na seção referente ao bário.

  1. Solução de oxalato de amônio:

Precipitado branco de oxalato de estrôncio:

Sr2+ + (COO)22- Sr(COO)2(s)

O ppt é escassamente solúvel em água. O ácido acético não o ataca; os ácidos minerais, contudo, dissolvem o ppt.

  • Cálcio (Ca2+):

  1. Teste de chama:

Os compostos voláteis de cálcio conferem uma cor vermelha amarelada á chama do bico de Bunsen.

  1. Solução de carbonato de amônio:

Precipitado branco amorfo de carbonato de cálcio:

Ca2+ + CO32- CaCO3(s)

Que, por ebulição, se torna cristalino. O ppt é solúvel em água que contenha um excesso de ácido carbônico (por exemplo, água de soda recém-preparada), devido à formação de hidrogenocarbonato de cálcio solúvel:

CaCO3(s) + H2O + CO2(g) Ca2+ + 2HCO3-

Fervendo, o ppt reaparece, porque o dióxido de carbono é removido durante o processo e a reação processa-se para a esquerda. Os íons bário e estrôncio reagem do mesmo modo.

O ppt é solúvel em ácidos, principalmente em ácido acético:

CaCO3(s) + 2H+ Ca2+ + H2O + CO2(g)

CaCO3(s) + 2CH3COOH Ca2+ + H2O + CO2(g) + 2CH3COO-

O carbonato de cálcio é ligeiramente solúvel em soluções de sais de amônio de ácidos fortes.

  1. Solução de sulfato de amônio:

Nenhum precipitado é formado (diferença do estrôncio e bário).

  1. Solução de cromato de potássio:

Nenhum precipitado com soluções diluídas e nem com soluções concentradas na presença de ácido acético.

  1. Solução de oxalato de amônio:

Precipitado branco de oxalato de cálcio, imediatamente de soluções concentradas e lentamente de soluções diluídas:

Ca2+ + (COO)22- Ca(COO)2(s)

A precipitação é facilitada, tornando a solução alcalina com amônia. O precipitado é praticamente insolúvel em água, insolúvel em ácido acético, mas facilmente solúvel em ácidos minerais.

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