UNIVERDIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

IDENTIFICAÇÃO DOS CÁTIONS DO GRUPO III

Relatório apresentado ao Curso de Graduação em

Química, aos cuidados da docente da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná,

Professora Erika Felix, responsável por ministrar

a disciplina de Química Analítica1.

Alunos: Michele do Rocio G. Dias

Pedro Dini

Tassiane Andressa Jacon

CURITIBA

NOVEMBRO/2011

1. INTRODUÇÃO

Os cátions deste grupo são: Fe3+, Al3+, Cr3+, Ni2+, Co2+, Mn2+ e Zn2+. Cinco desses

elementos são elementos de transição, entre eles, cromo, manganês, ferro, cobalto e

níquel, e por esta razão pode-se esperar que suas propriedades sejam aquelas de

elementos que tem uma camada interna de elétrons incompleta, isto é, valência variada,

íons coloridos e forte tendência para formar íons complexos.

O zinco e o alumínio não são metais de transição, mas o íon Al3+ tem muitas

propriedades semelhantes as dos íons Cr3+ e Fe3+, o que pode ser explicado pelo fato

destes íons terem as mesmas cargas e raios aproximadamente iguais.

Os metais deste grupo não são precipitados pelos reagentes dos grupos I e II,

mas todos são precipitados pelo o gás sulfídrico, na presença do cloreto de amônio, a

partir de soluções tornadas alcalinas pela a amônia. Os metais, com exceção do

alumínio e do cromo que são precipitados como hidróxidos devido à hidrólise completa

dos sulfetos em solução aquosa, são precipitados como sulfetos.

2. OBJETIVO

Determinar a presença dos cátions do grupo III (ferro, alumínio, cromo, níquel,

cobalto, zinco, manganês).

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. Materiais e reagentes

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E REAGENTES 5 Tubos de ensaio 5 Tubos para centrífuga 3 Pipetas de Pasteur Estante para tubos de ensaio 1 Béquer de 50 mL 1 Béquer de 100 mL 1 Béquer de 250 mL 2 Pipetas graduadas de 5 mL Tripé Tela de amianto 1 Pinça de madeira

Solução de cátions do grupo III HCl 6 mol L-1

NH4OH 6 mol L-1

NH4Cl 2 mol L-1

NaOH 4 mol L-1

H2O2 3% Ba(NO3)2 0,1 mol L-1

NH4SCN 1 mol L-1

HNO3 concentrado PbO2 em pó

1 Bastão de vidro 1 Espátula 1 Cápsula de porcelana Centrífuga Bico de Bunsen Caixa de fósforo Frasco lavador Água destilada Papel indicador universal

(NH4)2S 1 mol L-1

HCl 1 mol L-1

Dimetilglioxima Acetona K4[Fe(CN)6] 0,2 mol L-1

3.2. Métodos

Foram seguidos os procedimentos da marcha analítica dos itens a até y.

a) Em um tubo de ensaio foram colocadas 5 gotas de solução de cátions ;

b) Em seguida foram adicionados 10 gotas de HCl 6 mol L-1 e NH4OH 6 mol L-1

gota a gota até o meio ficar alcalino (pH entre 8 e 9), e mais duas gotas em excesso.

Aqueceu-se na chama do bico de busen por 1 min;

c) Centrifugou-se e o liquido sobrenadante (chamado de Sobrenadante I) foi

transferido para outro tubo de ensaio;

d) O precipitado (chamado de Precipitado I) foi lavado com NH4Cl 2 mol L-1 ,

poderá conter hidróxidos de ferro, alumínio, crômio e manganês;

e) Ao Precipitado I foi adicionado 1 mL de NaOH 4 mol L-1 e 1 mL de H2O2

3%, após agitação foi aquecido em banho-maria por 5 min, até cessar o desprendimento

de O2;

f) Centrifugou-se, o sobrenadante foi separado do precipitado e reservado em um

tubo de ensaio;

g) O sobrenadante foi dividido em dois tubos com porções iguais;

h) Ao primeiro tubo foi adicionado 5 gotas de Ba(NO3)2 0,1 mol L-1, caso haja a

formação de um precipitado indicará a presença de crômio;

i) Ao segundo tubo foi adicionado gotas de HCl 6 mol L-1 até acidificação do

meio e em seguida adicionado gotas de NH4OH 6 mol L-1 até o meio ficar alcalino. Após

agitação, o tubo foi aquecido em bico de busen, caso haja a formação de um precipitado

branco gelatinoso indicará a presença do alumínio;

j) O precipitado do item f, foi lavado duas vezes com água destilada quente e o

sobrenadante descartado. Foi adicionado 1ml de água sob agitação, e separado em dois

tubos com porções iguais;

k) Ao primeiro tubo foi adicionado 3 gotas de HCl 6 mol L -1 e 2 gotas de

NH4SCN 1 mol L-1. Caso haja o aparecimento de uma cor vermelha indicara a presença

de ferro III;

l) Ao segundo tubo foi adicionado 10 gotas de HNO3 concentrado e uma “ponta

de espátula” de PbO2. Aqueceu-se em banho-maria, e após agitação foi aquecido

novamente. Caso haja o aparecimento de uma cor violeta indicará a presença do

manganês;

m) O Sobrenadante I do item c foi aquecido no bico de busen e adicionado 10

gotas de (NH4)2S sob agitação. Aqueceu-se novamente em banho-maria durante 10 min;

n) Centrifugou-se e adicionou-se 2 gotas de (NH4)2S, para verificar se a

precipitação foi completa, o sobrenadante foi descartado;

o) O precipitado (chamado de Precipitado II) foi lavado 2 vezes com NH4Cl 2

mol L-1 ;

p) Ao Precipitado II foi adicionado 1 mL de HCl 1 mol L-1, agitado e deixado

em repouso por 5 min;

q) Centrifugou-se e o liquido sobrenadante (chamado de Sobrenadante II), foi

transferido para outro tubo de ensaio, o precipitado restante foi chamado de Precipitado

III;

r) Ao Precipitado III foram adicionadas algumas gotas de HNO3 concentrado e

aquecido em banho-maria até a dissolução;

s) A solução restante foi divida em dois tubos com porções iguais;

t) Ao primeiro tubo foi adicionado sob agitação NH4OH 6 mol L-1 até o meio

ficar alcalino. Em seguida, adicionado algumas gotas de dimetilglioxima. Caso haja a

formação de um precipitado vermelho indicará a presença do níquel;

u) Ao segundo tubo foi adicionado 5 gotas de NH4SCN 1 mol L-1 e 10 gotas de

acetona. Caso haja o aparecimento de uma coloração azul indicará a presença do

cobalto;

v) O Sobrenadante II foi aquecido em uma capsula de porcelana para eliminar

o H2S, após resfriar foi adicionado 1 mL de NaOH 4 mol L-1 e transferido para um tubo;

w) Centrifugou-se e o liquido sobrenadante, foi transferido para outro tubo de

ensaio;

x) Foi adicionado ao liquido sobrenadante HCl 6 mol L -1, até meio ligeiramente

ácido, em seguida adicionado 3 gotas de K4[Fe(CN)6] 0,2 mol L-1. Caso haja a formação

de um precipitado indicará a presença de zinco;

y) Foi seguido o mesmo procedimento do passo l.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Após seguir a marcha analítica para determinação da presença de cátions do

grupo III, são feitas as seguintes notações:

O uso de HCl 6 mol/L e NH₄OH 6 mol/L em meio alcalino fez com que o grupo

de cátions se subdividisse em 2 (sobrenadante I e precipitado I); o IIIA.(ferro, alumínio,

crômio e manganês) e o IIIB. (níquel, cobalto e zinco). Primeiramente o IIIA –

Precipitado I:

A adição de NaOH 4 mol/L e do H₂O₂ 03% e posteriormente o aquecimento

separou o subgrupo de forma que os cátions Fe3⁺ e Mn²⁺ pudessem ser encontrados no

precipitado e os cátions Al3⁺ e Cr3⁺ no sobrenadante. Em uma das partes do precipitado

dividido, após adição de gotas de HCl 6 mol/L (tornando o meio acido) e gotas de

NH₄SCN 1 mol/L apareceu uma cor vermelha, o que comprovou a presença de Fe3⁺ pois formou um complexo não dissociado de tiocianato de ferro (III)

Fe3⁺+ 3 SCN¯ → Fe(SCN)₃ Na outra parte do precipitado foi adicionado gotas do HNO₃ concentrado e o

PbO₂ com ausência de cloretos; após o aquecimento a solução adquiriu uma cor violeta,

comprovando a presença de manganês na forma de MnO⁴¯

5 PbO₂ + 2 Mn²⁺ + 4 H⁺ → 2 MnO⁴¯ + 5 Pb²⁺ + 2 H₂O Em uma das partes do sobrenadante, também dividido em duas partes iguais, foi

adicionado gotas do Ba(NO₃)₂ 0,1 mol/L que reagiu com o cromo e formou um

precipitado, comprovando a presença de cromo na forma de BaCrO₄

Ba²⁺ + CrO₄²¯ → BaCrO₄ ↓

Na outra parte do sobrenadante foi adicionado gotas de HCl 6 mol/L (tornando

meio acido), depois gotas NH₄OH 6 mol/L (tornando o meio alcalino) e aquecido com

cuidado formando um precipitado gelatinoso e branco, o que comprovou a presença de

alumínio na forma de Al(OH)₃ Al3⁺ + 3 NH₃ + 3 H₂O → Al(OH) ₃ ↓ + 3 NH⁴⁺ O Sobrenadande I – IIIB:

Após a centrifugação do sobrenadante I, foram adicionadas duas gotas de

(NH4)S, e verificado que a precipitação foi completa. Como não haveria análise do

grupo IV, o sobrenadante após a centrifugação foi descartado.

O precipitado resultado do item n (Precipitado II) foi lavado duas vezes com

NH4CL 2mol/l.

Foi adicionado ao precipitado II 1ml de HCl 1mol/l , agitado e deixado em

repouso por 5 minutos. O manganês e o zinco foram solubilizados (Sobrenadante II), o

níquel e o cobalto continuaram precipitados como sulfeto (Precipitado III).

Após a centrifugação o liquido sobrenadante foi transferido para outro tubo de

ensaio.

Ao Precipitado III foram adicionadas algumas gotas de HNO3 concentrado e

aquecido em banho banho-maria até a dissolução.

A solução foi dividida em duas partes iguais. A primeira porção foi usada para a

identificação do níquel (passo t), a segunda porção foi usada para identificar o cobalto

(passo u).

Para a identificação do níquel, foi adicionado NH4OH sob agitação constante até

o meio tornar-se alcalino. Em seguida foram adicionadas algumas gotas de

dimetilglioxina. A formação de um precipitado vermelho indicou a formação de níquel.

Solução com sulfeto de amônio: precipito preto de sulfeto de níquel a partir de

soluções neutras ou ligeiramente alcalinas:

Ni2+ + S2- →NiS↓

O sulfeto de níquel é praticamente insolúvel em ácido clorídrico diluído a frio

(distinção dos sulfetos de manganês e zinco) e em ácido acético, mas dissolve-se em

ácido nítrico concentrado e em água-régia, com separação de enxofre:

NiS ↓ + HNO3 + 3 HCl → Ni2+ + S ↓ + NOCl ↑ + Cl- + 2 H2O

Sob aquecimento mais prolongado, o enxofre dissolve-se e a solução torna-se

clara:

S↓ + 3 HNO3 + 9 HCl → SO42- + 6 Cl- + 3 NOCl ↑ + 8 H+ + 2 H2O

Reagente dimetilglioxima (C6H8O2N2): precipitado vermelho de

dimetilglioxima de níquel de soluções minimamente alcalinizadas com amônia, ou

soluções ácidas tamponadas com acetato de sódio:

Para a identificação do cobalto foram adicionadas 5 gotas de NH4SCN 1 mol/l e

10 gotas de acetona. O aparecimento de uma coloração azul indicou a presença de

cobalto.

Solução de sulfeto de amônio: precipitado preto de sulfeto de cobalto (II) de

solução neutra ou alcalina:

Co2+ + S2- → CoS↓

O precipitado é insolúvel em ácidos clorídrico ou acético diluídos (embora a

precipitação não ocorra em tal meio). O ácido nítrico concentrado. A quente, ou água-

régia dissolvem o precipitado, restando enxofre branco:

CoS↓ + HNO3 + 3 HCl→ Co2+ + S↓ + NOCl ↑ + 2 Cl-

Por aquecimento mais prolongado, a mistura vai clareando, devido à oxidação

do enxofre a sulfato:

S↓ + 3 HNO3 + 9 HCl → SO42- + 6 Cl- + 3 NOCl ↑ + 8 H+ +2 H2O

Ensaio de tiocianato de amônio (reação de Vogel): adicionando tiocianato de

amônio a uma solução neutra ou ácida de cobalto (II), aparece uma cor azul, devida à

formação de íons tetracianatocobalto (II):

Co2+ + 4 SCN- →[Co(SCN)4]2-

O Sobrenadante II foi aquecido em uma cápsula de porcelana para eliminar o

H2S. Após o resfriamento foi adicionado 1 ml de NaOH 4mol/l.

O líquido resultante do item v, foi centrifugado e o sobrenadante transferido

para outro tubo de ensaio, para ser utilizado na identificação do zinco (passo x). O

precipitado resultante da centrifugação foi utilizado para a identificação do manganês

(passo y).

Ao líquido sobrenadante foi adicionado HCl 1mol/l até o meio tornar-se

ligeiramente ácido. Após a adição de 3 gotas de K4[Fe(CN)6] 0,2 mol/l, foi observada a

precipitação do zinco.

O metal puro dissolve-se muito lentamente em ácidos e em álcalis; a presença de

impurezas ou contato com platina ou cobre, produzidas por adição de algumas gotas de

soluções dos sais destes metais, acelera a reação. Isso explica a solubilidade do zinco

comercial. Este se dissolve facilmente em ácido clorídrico diluído e em ácido sulfúrico

diluído, com liberação de hidrogênio:

Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2↑

Solução de sulfeto de amônio: precipitado branco de sulfeto de zinco, ZnS, a

partir de soluções neutras ou alcalinas; é insolúvel em excesso de reagente, em ácido

acético e em soluções de álcalis cáusticos, mas dissolve-se em ácidos minerais diluídos.

O precipitado assim obtido é parcialmente coloidal; ele é difícil de lavar e tende a

escorrer através do papel de filtro, particularmente nas lavagens. Pra obter sulfeto de

zinco em uma forma que possa ser facilmente filtrado, a precipitação deve ser efetuada

em solução fervente, na presença de excesso de cloreto de amônio, e o precipitado

lavado com solução de cloreto de amônio diluído, contendo um pouco de sulfato de

amônio.

Zn2+ + S2- → ZnS↓

Solução de hexacianoferrato (II) de potássio: precipitado branco de composição

variável; se o reagente for adicionado em excesso, a composição do precipitado será

K2Zn3[Fe(CN)6]2:

3 Zn2+ + 2 K+ + 2 [Fe(CN)6]4- → K2Zn3[Fe(CN)6]2

O precipitado é insolúvel em ácidos diluídos, mas dissolve-se facilmente em

hidróxido de sódio:

K2Zn3[Fe(CN)6]2 + 12 OH- → 2 [Fe(CN)6]4- + 3 [Zn(OH)4]2- + 2 K+

Essa reação pode ser empregada para distinguir zinco de alumínio.

Para a identificação do manganês foi seguido o mesmo procedimento descrito

no passo l, porém não houve a identificação, pois este já havia sido encontrado.

5. CONCLUSÕES

Após a marcha analítica realizada para o Grupo 3, verificou-se que os cátions

(ferro, alumínio e cromo) desse grupo precipitam na forma de hidróxido na presença de

solução de amônia com a presença de cloreto de amônio. Enquanto os outros metais do

grupo permanecem em solução. Após a adição de certos reagentes são separados em

dois subgrupos, subgrupo IIIA e subgrupo IIIB.

No grupo IIIA temos o ferro, alumínio, crômio e manganês; esses cátions foram

identificados através dos produtos: tiocianato de ferro (III), hidróxido de alumínio,

cromato de bário e ácido permanganico.

No grupo IIIB temos o níquel, cobalto e zinco; esses cátions foram identificados

através dos produtos: dimetilglioxima de níquel, tetracianatocobalto (II) e

K2Zn3[Fe(CN)6]2. Na pratica realizada observamos que a formação de cobalto foi bem

pequena visto que a coloração azul foi bem fraca.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

VOGEL A. I. Química Analítica Qualitativa. 5ª Ed. São Paulo: Editora Mestre Jou,

1981.

BACCAN, N. GODINHO, O. E. S. ALEIXO, L. M. STEIN, E. . Introdução à

Semimicroanálise Qualitativa. 2.a. ed. Campinas (SP): Editora da Unicamp, 1997.