Centro Federal de Educao Tecnolgica do Par Gerncia dos Cursos Superiores Coordenao de Licenciatura Plena em Qumica Qumica Analtica Qualitativa C864TD

Relatrio de Qumica Analtica Qualitativa

Propriedades dos Ctions do Grupo I e II

Belm Pa Janeiro de 2008

Centro Federal de Educao Tecnolgica do Par Diretor: Edson Ary Professora: Adjair Corra Equipe: Raoni Sousa Ivoneide Barra Yanne Freitas Las Tavares Jean Paul 200386040 200786063 200486012 200686021 200786052

Belm Pa Janeiro de 2008

Introduo

Todos os elementos do Grupo I apresentam um eltron no orbital mais externo, tem eltron s no orbital esfrico. Suas configuraes eletrnicas semelhantes levam a supor semelhanas de comportamento qumico. Os elementos do Grupo I so metais moles, extremamente reativos, univalentes, que formam compostos inicos incolores. Os sais simples dos metais alcalinos so solveis em gua, seguindo, esta ordem: Cs + > Rb + > K + > Na + > Li + , em soluo aquosa. Seguindo a ordem inversa tem-se a hidratao, logo, muitos sais de sdio so hidratados, mais s poucos sai de potssio, e nenhum sal de rubdio ou de csio so hidratados. Os metais do Grupo I, em menor grau, Ca, Sr , Ba do Grupo II, se dissolvem diretamente, em concentrao elevada, em amnia lquida, conduzindo corrente eltrica, melhor que solues de qualquer sal em qualquer lquido. A conduo de eletricidade se deve essencialmente a presena de eltron. Dos elementos do Grupo II, o magnsio metal que apresenta propriedades mais diferenciadas do resto do grupo, devido ao pequeno tamanho a por esta razo, s vezes, no classificado junto com esses elementos no procedimento de separao analtica. Todas as solues dos ons do grupo II so incolores e seus sais apresentam carter inico e so brancos ou incolores, a menos que esteja presente um nion colorido. Os ons dos metais alcalinos terrosos no hidrolisam significativamente em soluo e seus ons so bivalentes. Os hidrxidos de clcio, estrncio e brio so bases fortes. Clcio, estrncio e brio formam carbonatos insolveis em soluo alcalina. O magnsio no precipita com hidrxido em presena de ons amnio que reduzem a concentrao dos ons hidroxila a um valor tal, que o produto de solubilidade do hidrxido de magnsio no atingido. O carbonato de magnsio tambm no precipita na presena de excesso de ons amnio. Esta propriedade permite separar os ons Mg2+ de Ca2+, Sr2+ e Ba2+.

II-Material Utilizado

Aparelhagens: Estante para tubos de ensaio Bico de Bunsen Tubos de ensaio Bquer de 250 ml Trip de ferro Pipeta

Reagentes: Soluo de cloreto de potssio 0,2 M - KCl Soluo de cido perclrico 20% - HClO4 Soluo de cloreto de amnio 0,2 M - NH 4Cl Soluo de hidrxido de sdio 4 M - NaOH Soluo de nitrato de magnsio 0,2 M - Mg ( NO3 ) 2 Soluo de hidrxido de amnio 6 M - NH 4OH Soluo de cloreto de amnio 2 M - NH 4Cl Soluo de cido clordrico 6 M - HCl Soluo de carbonato de amnio 1,5 M - ( NH 4 ) 2 CO3 Soluo de cido actico 6 M - C2 H 6O gua destilada - H 2O Soluo de fosfato bsico de sdio 3 M Soluo de nitrato de clcio - Ca ( NO3 ) 2 Soluo de nitrato de estrncio - SeNO3 Soluo de nitrato de brio - Ba( NO3 ) 2 Soluo de oxalato de amnio 0,3 M - ( NH 4 ) 2 C2O4 Soluo de acetato de sdio 3 M - NaOAc Soluo de dicromato de potssio 0,5 M - K 2Cr2O7 Soluo de sulfato de amnio 2,5 M - ( NH 4 ) 2 SO4

OBJETIVO:Esta prtica laboratorial tem como objetivo segregar os diversos grupos de ctions do Grupo I e II como: Cs+, Rb+, K+, Na+; Mg2+, Ca2+, Sr2+ e Ba2+. Identificando-os atravs de reaes seletivas e sensveis, buscando desta forma compreender a lgica de identificao de ctions em amostras reais.

Reao de Identificao para os Ctions do Grupo II PROCEDIMENTO EXPERIMENTALProcedimento 1: Reaes dos ons de Magnsio, Mg2+. Procedimento 1.a) Prova de Chama:Os sais de magnsio no proporcionam nenhuma colorao chama do bico de Bnsen. Assim a prova de chama no se presta para identificao dos ons deste elemento.

Resultados e Discusses:O magnsio o metal que apresenta propriedades mais diferenciadas do resto do grupo, devido ao seu pequeno tamanho. O Mg2+ no proporciona nenhuma colorao porque ele no atinge a luz do visvel devido a sua energia de ativao.

Procedimento 1.b) Reao com Base ForteAo adicionar em um tubo de ensaio contendo 5 gotas de uma soluo de nitrato de magnsio O,2M, uma soluo de hidrxido de sdio 4M, at o meio ficar alcalino. Devese observar a formao de um precipitado branco gelatinoso de Mg(OH)2.

Resultados e Discusses:Mg(NO3)2 + 2Na(OH) Mg(OH)2 + 2Na(NO3) OU

Mg2+ + 2 OH Mg(OH)2 Ao adicionar no precipitado formado algumas gotas de soluo 2M de NH4Cl at se observar a dissoluo do precipitado. Explicar:

-

Resultados e Discusses:Explicao: A adio de sais de amnio resulta num aumento da concentrao de ons NH4+ que ocasiona um deslocamento do equilbrio da dissociao da amnia no sentido da formao de amnia no dissociada. NH3 + H2O NH4+ + OH Este deslocamento de equilbrio implica numa diminuio da concentrao de ons OH-. Quando a concentrao de ons OH- for reduzida a um valor tal que o produto de solubilidade do Mg(OH)2 no for mais atingido deve haver dissoluo completa do precipitado. Neste caso ao adicionarmos uma quantidade equivalente de NH4Cl, obtemos um tampo amoniacal, do qual podemos calcular o pH a partir da formula :-

pH = - log pK log

Cacido

Csal

Se o pH de solubilidade fosse maior que 11,3 (precipitao completa)

a

precipitao do on Mg2+ seria mais completa, caso fosse menor que 11,3 a precipitao de Mg2+ seria incompleta. S que neste caso o pH foi menor que 9,3, neste pH a precipitao no se produzir. Conforme o exposto acima.

Procedimento 1.c) Reao com Hidrxido de AmnioProcedimento 1.C.1 - Ao adicionar a um tubo de ensaio 5 gotas de soluo de nitrato de magnsio O,2M e algumas gotas de hidrxido de amnio 6M. Comentar.

Resultados e Discusses:NH3 + H2O NH4 + + OH+

Mg2+ + 2 NH 4OH Mg(OH)2 (S) + 2 NH4

Observou-se a formao de um precipitado branco gelatinoso, neste caso o pH de solubilidade atingiu um valor acima de 9,3, que necessrio para ocorrer a precipitao, onde o Kps = 3,4 x 10-11 .

Procedimento 1.C.2 Ao adicionar a um tubo de ensaio 5 gotas de nitrato de magnsio O,2M, 5 gotas de soluo de cloreto de amnio 2M e a seguir hidrxido de amnio 6M at o meio ficar alcalino. Neste caso, no dever haver formao do precipitado. Comente:

Resultados e Discusses:A razo da no formao do precipitado de Mg(OH)2, na presena de NH4Cl, j foi explicada no procedimento 1.b.

Procedimento 1.C.3 Repetindo o processo 1.C.2 usando 3 gotas de cido clordrico 6M, no lugar do cloreto de amnio. Aqui tambm no dever haver formao do precipitado. A razo a mesma do item anterior procedimento 1.b.

Resultados e Discusses:A razo da no formao do precipitado de Mg(OH)2, na presena de NH4Cl, j foi explicada no caso da reao do procedimento 1.b.

Procedimento 1.d) Reao com Carbonato de Amnioons magnsio reagem com soluo de carbonato de amnio, dando origem a um sal bsico, branco, gelatinoso, de composio varivel, quando se deixa a soluo em repouso, ou quando se aquece: 5 Mg2+ + 5 CO32 + 6 H2O 4 MgCO3 Mg (OH)2 5 H2O (S) + CO2 Procedimento 1.d.1: Fazer o teste, adicionando-se em um tubo de ensaio 5 gotas de nitrato de magnsio 0,2M e cerca de 3 gotas de soluo de carbonato de amnio 1,5M. Aquecer o tubo sem deixar ferver, repousar o precipitado e desprezar o sobrenadante.-

Separar o precipitado em duas partes. Tratando-se uma das partes do precipitado com soluo de cido actico 6M ( 3 gotas). Deve-se observar a dissoluo do precipitado. Comente o resultado.

Resultados e Discusses:O ons Mg+2 forma com o on CO32- um precipitado branco amorfo de Carbonato de Magnsio que pouco solvel em gua, mas na presena de cido actico solvel conforme o equilbrio abaixo: CO32 + H+ HCO3-

(1)

HCO3 + H+ H2CO3 CO2 + H2O (2) Observando-se os equilbrios (1) e (2), nota-se que o aumento da concentrao de H+ desloca os equilbrios para a direita, diminuindo a concentrao de CO32- .

Procedimento 1.d.2: Tratar a segunda parte do precipitado com uma soluo de cloreto de amnio 2M. Neste caso tambm deve haver dissoluo do precipitado. Porque?

Resultados e Discusses:Porque a concentrao do sal amoniacal foi aumentada com a adio de NH4Cl. Sabe-se que (NH4)2CO3 o reagente geral doas ctions do 2 Grupo, que os precipita sob a forma de carbonatos insolveis. Porm o precipitado solvel nas solues de sais amoniacais, Ento, dissoluo do precipitado se d devido diminuio da concentrao dos ons carbonatos, de acordo com a equao abaixo: CO32 + NH4 HCO3 + NH3-

+

-

Procedimento 2 - Reaes para Ca+2, Sr+2

e Ba+2Procedimento 2.a) Prova de Chama: Resultados e Discusses:Na prova de chama foi observado que os ons clcio proporcionam chama uma colorao vermelho tijolo, o brio, verde-amarelado e o estrncio, vermelho carmim. Ao fazer-se o teste de chama, deve-se sempre utilizar sais umedecidos com cido clordrico concentrado, isto porque nitratos e sulfatos no do chamas coloridas com a mesma intensidade daquela proveniente de cloretos. Nitratos e sulfatos decompem-se chama produzindo xidos que no volatilizam facilmente.

Procedimento 2.b) Reao com Carbonato de Amnio:Solues contendo ons de Ca2+, Sr2+ ou Ba2+ quando tratadas com soluo de carbonato de amnio do origem a formao de precipitados brancos de CaC0 3, SrC03 e 8aC03 respectivamente, que quando aquecidos se tornam gradativamente cristalinos. Ao adicionar em tubos de ensaios separados, 10 gotas de M(N03)2 0,2M (onde M2+ = Ca2+, Sr2+ ou Ba2+). Adicionar a seguir 3 gotas de soluo de carbonato de amnio 1 ,5M. Agitar, aquecer o tubo em banho-maria e deixar em repouso o precipitado. Aps desprezar o sobrenadante, separar os precipitados em 2 partes. Uma parte deve ser tratada com algumas gotas de cloreto de amnio 6M e a outra com algumas gotas de cido actico 6M. No caso do tratamento do precipitado com cloreto de amnio o precipitado dever permanecer inalterado enquanto no caso do tratamento com cido actico dever haver dissoluo do precipitado. Explique.

Resultados e Discusses:Observou-se que ambas as reaes, formou-se um precipitado branco, conforme abaixo: Tubo 1 : Ca2+ + CO32 CaCO3 (S)-

Tubo 2: Sr2+ + CO32-

-

SrCO

3 (S)

Tubo 3: Ba2+ + CO32 BaCO3 (S) Dadas as reaes acima e considerando M = ( M2+ = Ca2+, Sr2+ e Ba2+). Considere os seguintes equilbrios: MCO3 (S) M2+ + CO32 CO32 + H+ HCO3-

(1) (2)

-

HCO3 + H+ H2CO3 H2O + CO2 (3) Aps desprezar o sobrenadante e separar os precipitados em duas parte dos tubos 1, 2 e 3 observou-se que: A parte que foi tratada com cloreto de amnio e observou-se que o precipitado ficou inalterado. Porque na presena de ons amnio, h uma diminuio da concentrao de CO32-, A concentrao de CO32- no suficiente para atingir o produto de solubilidade do MgCO3 que por esta razo solvel em soluo de NH4Cl. CO32- + NH4 + HCO3- + NH3 No caso da outra parte tratada com acido actico houve dissoluo do precipitado. Pois os precipitados so solveis em cidos, principalmente cido actico. Isso ocorreu porque os equilbrios acima (1), (2) e (3) so deslocados para a direita, dissolvendo o precipitado. O SrCO3 menos solvel que o BaCO3 Obs.: Ao serem aquecidos os tubos, o precipitado aparece devido o dixido de carbono ser removido durante o processo e a reao processa-se para a esquerda.

Procedimento 2.c) Reao com Oxalato de AmnioEm tubos de ensaio separados, adicionar 3 gotas de M(N03)2 0,2M (onde M2+ = Ca2+, Sr2+ ou Ba2+), 5 gotas de cido actico 6M e 6 gotas de oxalato de amnio 0,3M. Aquecer e observar os casos em que h formao de um precipitado branco.

Resultados e Discusses:Observou-se que as reaes Tubo 1 e 2, formou-se um precipitado branco, conforme abaixo e tubo 3 no precipitou. Tubo 1 : Ca2+ + C2O4 CaC2O4 -

Tubo 2: Sr2+ + C2O4 SrC2O4 Tubo 3: Ba2+ + C2O4 BaC2O4 Ao serem aquecidos observou-se: Tubo 1: Ca2+ Com a presena da amnia o precipitado facilitado e ao ser adicionado o cido actico que um cido fraco, este no suficiente para deslocar o equilbrio e dissolver o precipitado no caso do clcio, que insolvel na presena do mesmo. importante frisar que esta reao a mais importante qualitativa do ons de Ca2+ . O oxalato de clcio tem um comportamento diferente do Ba 2+ e Sr2+ , em relao aos cidos fortes e ao cido actico. Pois para que o precipitado se dissolva, necessrio que um on que ele ceda soluo forme um composto pouco dissociado com um dos ons do reagente que deve dissolver o precipitado. Tubo 2 : Sr2+ O cido actico no ataca o precipitado. Tubo3: Ba2+ No houve precipitao devido o brio ser facilmente dissolvido por cido actico diludo a quente. Entretanto solues neutras de oxalato de amnio ou de sdio formam precipitados com os ons dos metais alcalinos terrosos. O precipitado formado a frio finamente dividido e difcil de centrifugar e decantar, entretanto, quente, formam-se cristais grandes. Os oxalatos dissolvem-se em solues de cidos fortes, devido formao dos ons HC2O4-. Considere-se M = ( M2+ = Ca2+, Sr2+ e Ba2+). MC2O4 M2+ + C2O4-

-

C2O4 + H+ HC2O4

Estes se dissolvem na presena do cido actico. A solubilidade dos oxalatos aumentam na ordem Ca2+ ,Sr2+ e Ba2+

Procedimento 2.d) Reao com Dicromato de PotssioAo adicionar em tubos de ensaio 5 gotas de M(N03)2 0,2M (onde M2+ = Ca2+, Sr2+ ou Ba2+),3 gotas de cido actico 6M, 3 gotas de acetato de sdio 3M e 2 gotas de dicromato de potssio 0,5M. Observar onde h formao de precipitado. Comente de acordo com o Kps.

Resultados e Discusses:Tubo 1: Ca2+ + Cr 2O4-2 CaCr O4 Tubo 2: Sr2+ + Cr 2O4-2 Sr Cr O4 Tubo 3: Ba2+ + Cr 2O4-2 BaCr O4 Com relao aos tubos 1, 2 e 3, todas as solues so de cor amarela devido ao cromato. Os ons brio formam com o cromato um precipitado amarelo de cromato de brio, 2BaCrO4 neste meio, porm, solvel em cidos fortes. Os ons Sr2 + e Ca2 + no formam precipitados com os ons cromato nestas condies, principalmente pela presena do cido actico. No caso do Brio ocorre que a soluo de K2Cr2O7 contm, alm dos ons

K2Cr2O72-, uma fraca concentrao de ons CrO42- , que se formam por interao de ons Cr2O72- e gua. A concentrao dos ons CrO42- contudo suficiente para que o produto de solubilidade de BaCrO4 seja ultrapassado e isto antes que seja atingido o produto de solubilidade do dicromato de brio BaCr2O7. Assim, BaCrO4 eu precipita. Conforme reaes abaixo:

Cr2O72 + H2O 2 CrO42 + 2 H+ Ba2+ + CrO42 BaCrO4 (S) -

-

-

(1) (2)

Em solues neutras, a reao de precipitao do brio com o dicromato no completa, porque um cido forte formado, como resultado da prpria reao de precipitao, como pode ser vista na equao abaixo que a soma de (1) e (2). Cr2O72 + 2 Ba2+ + H2O 2 BaCrO4 + 2 H+ (3) Contudo, a precipitao do BaCrO4 pode ser total se for adicionado acetato de sdio soluo, que reagir com os ons H+

-

resultante da reao de precipitao, no

sentido de formao de cido actico, mantendo a concentrao de H+ baixa. Tudo isso ocorre porque na presena de uma grande concentrao de ons hidrognio, a concentrao do on cromato ser reduzida a um valor tal que o produto de solubilidade do BaCrO4 no ser alcanado. Por isso, para precipitar ons Ba 2+ como BaCrO4, os cidos fortes devem ser removidos ou neutralizados. A adio de acetato de sdio atua como um tampo, reduzindo a concentrao do on hidrognio, e a completa precipitao do BaCr04 ocorrer. Os produtos de solubilidade de SrCrO4 e CaCrO4 so muito maiores que o de BaCr04 e por isso eles requerem uma maior concentrao do on CrO42- para precipit-los. A adio do cido actico soluo de K2CrO4 baixa a concentrao do on CrO42- , suficientemente, para impedir a precipitao do SrCr04 e do CaCr04, mas mantida elevada o bastante para precipitar o BaCr04.

Procedimento 2.e) Reao com Sulfato de AmnioProcedimento 2.e.1) Adicionar em tubos de ensaio 3 gotas de M(N03)2 0,2M (onde M2+ = Ca2+, Sr2+ ou Ba2+), 5 gotas de cido actico 6M e 6 gotas de sulfato de amnio 2,5M e aquecer em banho-maria. Observar os casos em que h formao de precipitado.

Resultados e Discusses:Tubo 1: Ca2+ + SO42 CaSO4 Tubo 2: Sr2+ + SO42 SrSO4 Tubo 3: Ba2+ + SO42 BaSO4 Observou-se que nos tubo 2 e 3 houve precipitado branco e no tubo 1 no houve precipitado, pois este solvel em (NH4)2SO4 contrrio de Sr2+ e Ba2+). O on sulfato provm de um cido relativamente forte, HSO4- de tal modo que h pouca tendncia para os ons H+ e SO42- se combinarem. Deste modo, a dissoluo do precipitado em qualquer cido, requer uma concentrao alta de ons hidrognio, Considere-se M = ( M2+ = Ca2+, Sr2+ e Ba2+) temos: MS04(S) + H+ M2+ + HSO4 Procedimento 2.e.2) Em tubos de ensaio separados adicionar 3 gotas de M(N03)2 0,2M (onde M2+ = Ca2+, Sr2+ ou Ba2+), NH40H 6M at o meio se tornar alcalino e 6 gotas-

em virtude da formao de um sal

complexo. A soluo aquosa de gipso no forma turvao com os sais de clcio ( Ao

de sulfato de amnio 2,5M e aquecer em banho-maria. Observar os casos em que h formao de precipitado.

Resultados e Discusses:Tubo 1: Ca2+ + SO42 CaSO4 Tubo 2: Sr2+ + SO42 SrSO4 Tubo 3: Ba2+ + SO42 BaSO4 Observou-se que no caso dos tubos 2 e 3 ( Sr2+ e Ba2+ ) houve a formao de precipitados, enquanto que Ca2+ no dever precipitar neste meio, pois o on de Ca 2+, cujo sulfato solvel em (NH4)2SO4 , fica na sua maior parte na soluo.-

Prova de ChamaO procedimento para os testes de chama para esses ons idntico ao descrito para ons sdio e ons potssio. Estes ons originam as seguintes coloraes chama do bico de Bnsen: Os ons clcio proporcionam chama uma colorao vermelho tijolo, o brio, verde-amarelado e o estrncio, vermelho carmim. Devemos tomar o cuidado para no confundir a colorao verde-amarelado produzida por um sal de brio, com a colorao verde de um sal de cobre. Os sais de magnsio no proporcionam nenhuma colorao chama do bico de Bnsen. Assim a prova de chama no se presta para identificao dos ons deste elemento. Ao fazer-se o teste de chama, deve-se sempre utilizar sais umedecidos com cido clordrico concentrado, isto porque nitratos e sulfatos no do chamas coloridas com a mesma intensidade daquela proveniente de cloretos. Nitratos e sulfatos decompem-se chama produzindo xidos que no volatilizam facilmente.

CONCLUSO

Na aula prtica em laboratrio, os professores-alunos desenvolveram habilidades de manipulao de substncias qumicas inorgnicas atravs de realizao de reaes qumicas, as quais foram utilizados elementos do Grupo II, tais como o Magnsio, Clcio,

Brio e Estrncio. Deixando os professores-alunos aptos a entender os princpios que regem as anlises qualitativas, ou seja, as separaes do Grupo II, suas propriedades e a identificao dos diferentes ons. Tais como os ctions (Mg2+, Ca2+, Sr2+ e Ba2+) e os anions ( OH-, CO32-, C2O4- , Cr 2O4-2 , SO42- ). Estimulando desta forma a capacidade de observao, o esprito crtico e a criatividade atravs da anlise qualitativa de amostras qumicas. Podendo a equipe relacionar o contedo especfico aos princpios bsicos de tratamento ou descarte dos resduos qumicos gerados nos experimentos executados.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: VOGEL, A. Qumica Analtica Qualitativa: 5 edio. Editora Mestre Jou. MAHAN. Qumica: Um curso universitrio: 2 edio. Editora Edgard Blucher Ltda, 1991 FELTRE, Ricardo.Qumica: Fsico-Qumica 2 srie 2: 6 edio: Editora Moderna, 2004 ROZENBERG, I. M. Qumica Geral: 1 edio. Editora Edgard Blucher Ltda, 2002 AJIEKCEEB, B. H. Analise Qualitativa: 1 edio. Editora Lopes da Silva. 1982