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RESUMO
No experimento realizado foi possível fazer a análise qualitativa dos cátions
do grupo II ( Mg2+, Ba2+, Ca2+ e Sr2+ ) por diferentes reações de identificação.
Estas por sua vez, indicam a presença dos cátions em questão de acordo
com suas características.
1. INTRODUÇÃO
Um cátion nada mais é que um átomo que perdeu elétrons em sua camada de
valência, ficando assim com carga positiva. A análise sistemática de cátions é
uma prática comum nos laboratórios de Química Analítica tanto na análise
qualitativa realizada no meio acadêmico quanto na indústria, na identificação
dos mais diferentes tipos de amostras desconhecidas. Esta prática é fruto de
um vasto conhecimento de química acumulado em décadas por inúmeros
pesquisadores e cientistas que conheciam a reatividade de muitas classes de
compostos orgânicos e inorgânicos, bem como a propriedade de muitos deles (
DANTAS, 2006 ).Para analisarmos determinados cátions precisamos saber de
suas propriedades, oSódio (Na) pertence ao grupo dos metais alcalinos(IA) da
tabela periódica. Em estado livre, é um metal prateado e branco. Mais leve que
a água e tão mole quanto o fósforo branco, pode ser cortado, a temperatura
ambiente, com uma faca. É encontrado em combinação com os elementos em
numerosos compostos naturais, como o sal de cozinha (NaCl, cloreto de
sódio). Inicialmente conhecido sob a forma de cloreto e carbonato de sódio, o
elemento metálico foi preparado pela primeira vez, em 1807, por HumpryDavy,
ao estudar a eletrólise (passagem decorrente elétrica) de soluções alcalinas,
principalmente as de soda cáustica (NaOH, hidróxido de sódio). É o sexto
elemento em abundância na natureza e constitui 2,8% da crosta terrestre.
Conduz facilmente o calor e a eletricidade e apresenta o efeito fotoelétrico, ou
seja, emite elétrons quando exposto à luz. Os sais de sódio são de colorações
branca e tipicamente solúveis em água. Em solução aquosa são quimicamente
inertes e não são reduzidos a seus íons metálicos. O hidróxido de sódio é
muito solúvel em água e é uma fonte comum de íons OH-. Os sais de sódio
frequentemente cristalizam como hidratos. Já o Potássio (Ka), é um metal
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branco-prateado e mole que pode ser cortado com faca. Sua luminosidade é
inferior à do lítio. Oxida-se facilmente em contato com o oxigênio da atmosfera,
e por isso deve ser guardado sobre querosene, isolado do ar. Sétimo metal em
abundância no planeta, o potássio constitui 2,6% das rochas magmáticas da
crosta terrestre, como a silvina e a carnalita. É também encontrado em
minérios como a kainita, schoemita, sinzenita, laugbeinita e polianita.
Importante nutriente vegetal, sua carência deve ser compensada com a adição
ao solo dos adubos potássicos, como a carnalita e a silvina.O potássio se
obtinha primitivamente por aquecimento do carbonato de potássio com carvão.
Do mesmo modo que se obtém o sódio a partir de seu hidróxido, pode-se
conseguir potássio por eletrólise do hidróxido de potássio fundido (KOH), mas
graças à maior facilidade com que o metal libertado se dissolve no álcali
fundido, o processo que alcança melhores resultados consiste em usar o
cloreto fundido, seja só, seja em mistura com o cloreto de cálcio. As
propriedades gerais dos sais de potássio são similares às do sódio. São
geralmente brancos e solúveis em água. O hidróxido de potássio é muito
solúvel em água e é uma base muito forte. E embora o íon amônio não seja um
cátion metálico, seus sais possuem propriedades semelhantes às dos metais
alcalinos e são geralmente incluídos neste grupo no esquema de análise
qualitativa.São de coloração branca e solúvel em água. Os sais de amônio são
muito importantes; sendo em sua maioria usados como adubos, por
restabelecerem a concentração de nitrogênio do solo. Os íons dos metais
alcalinos Na+ e K+ são os maiores cátions do período à que pertencem,
possuem carga pequena e a estrutura de gás nobre. Por esses motivos, têm
uma fraca atração por ânions e moléculas, e como consequência a maioria de
seus sais são solúveis em água e seus íons raramente formam complexos. O
íon amônio está incluído neste grupo porque apresenta propriedades
semelhantes. Este grupo de cátions não possui um reagente específico para
separá-los e a identificação de cada um deve ser feita numa solução contendo
todos os íons sem prévia separação.
2. OBJETIVO
Fazer análises qualitativas dos cátions do grupo II (Mg2+, Ba2+, Ca2+ e
Sr2+), por diferentes tipos reações de identificação.
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3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Materiais utilizados
Bico de bunsen
Tela de amianto
Vidros de relógio
Espátulas
Tubos de ensaio
Algodão
Bastões de vidros
3.2 Reagentes utilizados
NaCl(s)
KCl(s)
HCl concentrado
NH4Cl(l) 0,2 mol/L
NaOH 4 mol/L
KCl 0,2 mol/L
HClO4 20%
3.3 Procedimento
A princípio colocou-se uma pequena porção de Nitrato de Bário, Nitrato de
Cálcio e Nitrato de Estrôncio em vidros de relógio diferentes. Sendo estes,
levados a chama oxidante do bico de bunsen com o auxilio de bastões de
vidros molhados com ácido clorídrico concentrado. Na reação com base forte,
foram adicionados em um tubo de ensaio 5 gotas de MgNO3 0,2 mol/L e gotas
de NaOH 4 mol/L até o meio ficar alcalino, em seguida adicionou-se ao tubo
gotas de sais de amônio até a dissolução do precipitado. Para a reação com
Hidróxido de Amônio, foram adicionados 5 gotas de Mg(NO3)2 0,2 mol/L e 5
gotas de NH4Cl 0,2 mol/L e gotas de NH4OH até o meio ficar alcalino. Repetiu-
se o mesmo processo usando 3 gotas de HCl 6 mol/L, no lugar do Cloreto de
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Amônio. Sendo observado o que ocorreu em ambos os casos. Para a reação
com Carbonato de Amônio, foi colocado em tubos de ensaio separados e
marcados 5 gotas dos Nitratos 0,2 mol/L de cada cátion do grupo II (Mg2+, Ba2+,
Ca2+ e Sr2+) e 3 gotas de Carbonato de Amônio 1,5 mol/L. Cada tubo foi
aquecido na chama oxidante do bico de bunsen, sem deixar ocorrer fervura. Na
reação com Oxalato de Amônio, em tubos de ensaio separados, foram
adicionados 3 gotas de Nitratos 0,1 mol/L dos cátions (Ba2+, Ca2+ e Sr2+) do
grupo II, 5 gotas de Ácido Acético 6 mol/L e 6 gotas de Oxalato de Amônio 0,25
mol/L. Os mesmos foram aquecidos e observados o que ocorreu. Na reação do
Dicromato de Potássio, adicionou-se em tubos de ensaio separados 5 gotas de
Nitratos 0,2 mol/L dos cátions (Ba2+, Ca2+ e Sr2+) do grupo II, 3 gotas de Ácido
Acético 6 mol/L, 3 gotas de Acetato de Sódio 6 mol/L e 2 gotas de Dicromato
de Potássio 0,5 mol/L. Observando então a ocorrência de precipitado. A reação
de Sulfato de Amônio, foi realizada em duas etapas. Na primeira, colocou-se
em tubos de ensaio separados 3 gotas de Nitratos 0,2 mol/L dos cátions (Ba2+,
Ca2+ e Sr2+) do grupo II, 5 gotas de Ácido Acético 6 mol/L e 6 gotas de Sulfato
de Amônio 2,5 mol/L. Na segunda etapa, colocou-se 3 gotas de Nitratos 0,2
mol/L dos cátions (Ba2+, Ca2+ e Sr2+) do grupo II, gotas de NH4OH 6 mol/L até
o meio ficar básico e 6 gotas de Sulfato de Amônio 2,5 mol/L. Ambas as partes
foram aquecidas em banho Maria e observado os casos em que houve a
formação de precipitado.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A composição de uma substancia pode ser determinada pela análise
qualitativa, de modo geral a teoria da análise qualitativa representa um
estudo do comportamento de íons em solução aquosa (BACCAN, 1988).
Os resultados descritos abaixo estabelecem três desses tipos de
análises.
TABELA 01-Características dos cátions quando submetidos ao teste da
chama.
CÁTION RESULTADO (COR)
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Na+ Amarelo
K+ Lilás
FONTE: Autores.
De acordo com a análise da tabela 01, é possível observar que ao
aquecer os sais cloreto de sódio e potássio, estes apresentaram respectivas
cores característica, na qual a reação dos íons sódio ocorre devido ao
fornecimento de grandes quantidades de energia. Elétrons da camada de
valência absorvem energia e excitados passam para uma camada mais
elevada, por não conseguirem manter-se nesta camada que não é a de origem
ao retornar pro seu estado fundamental, emitem uma quantidade de energia
radiante, igual a aquela absorvida, através do aquecimento com o bico de
bunsen e observação visual é possível detectamos a coloração amarelada na
chama, estas características apontam que o elemento é o Sódio.No caso do
Potássio quando aquecido liberou coloração violeta, mas neste caso o teste de
chama não é tão conclusivo, mas um ótimo complemento para o teste de
precipitação.O teste de precipitação consiste em adicionar uma solução de
cloreto de potássio e cobaltonitrito de sódio resulta em precipitado
amarelo.Este que éresultado da seguinte equação:
3K++ [CO (NO2)63-] → K3[CO(NO2)6]
Também é possível fazer o teste para o potássio na presença de sódio.
Prepara-se uma mistura de cloreto de sódio e cloreto de potássio e observa-se
a chama através do vidro de cobalto, este se torna necessário por o vidro
transmite a luz somente nos extremos do espectro visível, exatamente onde se
encontra as linhas espectrais do potássio assim detectaríamos a coloração
violeta de sua chama.
O resultado do teste da chama para os dois sais estão sendo mostrados na
figura 01.
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Fonte: Autores.
FIGURA 01-Característica dos cátions sódio e potássio no teste da chama.
Reação com base forte
NH4Cl + NaOH → NH3+↑ + H2O + NaCl
Na reação acima, o cloreto de sódio (base forte) reage com o cloreto de
amônio (ácido de Ahrenius) formando amônia, água e o cloreto de sódio.
Fonte: Autores.
FIGURA 02 -Processo de reação com base forte.
Como mostra a figura 02, a amônia que é desprendida da solução entra em
contato com o ácido clorídrico havendo a formação de fumos brancos, pois
como o ácido clorídrico é volátil seus vapores combinam-se, formando o cloreto
de amônio sólido. A reação abaixo descreve este processo.
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NH3↑ + 2HCl → NH4Cl + HCl
Reação com HClO4
KCl + HClO4 -----> KClO4 + HCl
Nesta reação ocorre a formação e precipitação do perclorato de
potássio, através da união do íon potássio com o íon perclorato na
solução não muito diluída, sendo este precipitado ligeiramente solúvel
em água, porem insolúvel em álcool absoluto (VOGEL, 1981). Cujo
precipitado está representado na figura 03.
Fonte: Autores.
FIGURA 03 - Formação do perclorato de potássio.
5. CONCLUSÃO
Portanto os resultados qualitativos encontrados neste experimento corroboram
com a literatura, visto que, a análise qualitativa nos proporciona uma visão
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geral do que está sendo analisado e separado. Pois a análise dos cátions Na+,
K+ e NH4+, nos proporcionaram um entendimento sobre o que é, realmente, o
principal foco da química analítica qualitativa.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a
ciência central. 9ª edição. Prentice-Hall, 2005.451 p.
BACCAN, et. al. Introdução à semimicroanálise qualitativa. 2ª edição.
Campinas: editora da Unicamp, 1988.
DANTAS, Josivânia Maria. Uma interpretação Microscópica para a Análise
Sistemática de Cátions. 2006. Tese (Doutorado em Química) – Universidade
Estadual de Campinas, São Paulo, 2006.
VOGEL, Arthur Israel, Química Analítica Qualitativa. 5ª edição. São Paulo:
Mestre Jou, 1981.
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ANEXOS
A figura abaixo mostra o equipamento criado por um integrante do grupo que
foi utilizado para medir o comprimento de onda dos cátions (Na+ e K+), que
foram submetidos ao teste da cama, que foi uma das técnicas realizadas neste
experimento.
Fonte: Autores.
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Fonte: Autores.