SEPARAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO IIIA

Resumo

O Grupo IIIA é também chamado de grupo do sulfeto de amônio, pois os íons

desses metais se precipitam com sulfetos ou hidróxidos em uma solução tamponada

com NH4OH/NH4Cl. Os íons de metais de transição como o ferro, cromo e alumínio

apresentam grande tendência de formar complexos. Com isso, o experimento teve

como objetivo separar qualitativamente os cátions Al3+, Fe3+ e Cr3+ em uma amostra

por precipitação com NH4OH/NH4Cl na forma de hidróxidos. Para tanto, preparou-se

uma solução com os íons Al3+, Fe3+ e Cr3+ e com NH4Cl. Levou-se esta para o

aquecimento até atingir ebulição. Após isso, acrescentou-se NH4OH a solução,

mediu-se o pH com indicador, aqueceu-se esta, novamente, e filtrou-se para se

obter um precipitado. O precipitado obtido foi acrescido de soluções de NH4OH e

H2O2, levado ao aquecimento e, novamente, filtrado. O novo precipitado obtido foi

dissolvido em HCl e adicionado a ele gotas de KSCN. Já o sobrenadante obtido

dessa última filtração foi divido em duas amostras, onde a primeira foi acidificada

com CH3COOH, mediu-se o pH e foi acrescida de Pb(CH3COO)2; a segunda amostra

foi acidificada com HCl, mediu-se o pH, depois alcalinizou-se essa mesma amostra

e, também, mediu-se o pH. Todas as medições de pH foram realizadas com

indicador tornassol. Nos resultados observou-se uma coloração vermelho sangue

quando há presença de Fe3+ na amostra, formação de precipitado amarelo quando

há presença de Cr3+, e formação de um precipitado branco com aspecto gelatinoso

na presença de Al3+. Portanto, na separação de cátions do Grupo IIIA observa-se

uma mudança de coloração e aspecto da amostra na presença de cátions.

1) Resultados e discussões

Um grande número de reações utilizadas em análise qualitativa inorgânica

envolve a formação de precipitados. Um precipitado é uma substância que se

separa de uma solução, formando uma fase sólida. O precipitado pode ser cristalino

ou coloidal e pode ser removido da solução por filtração ou centrifugação. Forma-se

um precipitado, quando a solução se torna supersaturada com uma substância em

particular. A solubilidade (S) de um precipitado é, por definição, igual a concentração

molar da solução saturada. A solubilidade depende de várias circunstâncias, tais

como: temperatura, pressão, concentração de outros materiais na solução e da

composição do solvente (VOGEL et al., 1981). Dentre os fatores acima citados, a

temperatura é o de maior importância, já que, de modo geral, à medida que esta

aumenta tem-se o aumento da solubilidade.

A precipitação é provavelmente o método prático mais usado em análise

qualitativa. A ocorrência de um precipitado, como resultado da adição de um

determinado reagente, pode ser utilizada como teste para um íon específico. Em tais

casos, simplesmente observamos se o precipitado formado apresenta uma

coloração correta e aspecto geral previsto, e algumas vezes efetuamos testes com

reagentes adicionais, observando seus efeitos sobre o precipitado. Os precipitados

podem, no entanto, ser produzidos com intuito de separação. Procedendo dessa

maneira, um reagente apropriado é adicionado, com a finalidade de formar

precipitado (S), com somente um ou alguns dos íons presentes. Após a adição da

quantidade requerida do reagente, filtra-se e lava-se o precipitado formado. Alguns

íons permanecem dissolvidos, enquanto outros serão encontrados no precipitado. A

fim de obter o máximo possível de separação quantitativa, o precipitado deve ser

facilmente filtrável e deve ser isento de contaminação (VOGEL et al., 1981).

Os complexos são também largamente utilizados para extrair os cátions de

um solvente para outro e para dissolver precipitados insolúveis (SKOOG et al.,

2007).

A separação dos cátions dos elementos alumínio (III), ferro (III) e cromo (III)

forma hidróxidos muito pouco solúveis em solução alcalina. A maneira como esta

separação ocorre está representando na Figura 1.

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Figura1: Fluxograma da separação dos cátions Al3+, Fe3+ e Cr3+ em uma amostra por precipitação com NH4OH/NH4Cl

Notou-se na Figura 1 que a partir de uma amostra contendo uma mistura de

cátions do grupo (III) foi necessário adicionar NH4Cl e NH4OH para dar condições

favoráveis para ocorrer a precipitação desejada. Isso significa que avaliar o meio

reacional é muito importante para se compreender as condições em que

determinadas reações químicas ocorrem. Caso se adicionasse somente NH4Cl

haveria em solução quantidades suficientes de íons cloretos para interagir com íons

metálicos presentes e fornecer a formação CrCl3, FeCl3 e AlCl3. No entanto esses

cloretos são solúveis e assim não seria possível separar os íons entre si uma vez

que eles estão juntos em solução. Por outro lado, a adição de apenas NH4OH

forneceria quantidades suficientes de íons hidroxila para interagir com íons metálicos

presentes e favoreceria a formação de hidróxidos de todos os cátions presentes.

Estes hidróxidos iriam precipitar e, assim, não seria possível separar os íons entre

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si, pois permaneceria uma amostra sólida. Devido a essas considerações, é

necessário a adição conjunta de NH4Cl/NH4OH,formando um tampão ajustado a um

pH alcalino. Este tampão favorece a precipitação dos hidróxidos de alumínio, cromo

e ferro. Isso indica que existem íons hidroxila presentes em quantidade suficiente

para exceder os valores dos produtos de solubilidade destes sais e precipitá-los

como hidróxido separando-os dos demais íons que permaneceram na solução

sobrenadante formando complexos.

Ao reagir a solução contendo Cr(NO3)3, Fe(NO3)3 e Al(NO3)3 com NH4Cl, sob

aquecimento e em meio básico, verificou-se a ocorrência das seguintes reações:

Cr3+ + 3NH3 + 3H2O → Cr(OH)3↓ + 3NH4+

Fe3+ + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3NH4+

Al3+ + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4+

Esta solução foi filtrada e percebeu-se a formação de um precipitado de

coloração marrom e um sobrenadante incolor (A). Como o sobrenadante estava

isento de cátions, este foi descartado, já que não se relacionava ao objetivo da

análise.

Para a separação dos hidróxidos que constituem o precipitado (A), adicionou-

se o hidróxido de sódio concentrado (porque o excesso de base dissolve parte do

precipitado, complexando o íon alumínio e o íon cromo, separando-os do sólido que

permaneceu precipitado). Em seguida, adicionou-se também H2O2 (necessário na

identificação do íon cromato) e aqueceu-se a mistura até que cessasse o

desprendimento de O2. Da filtragem desta mistura obteve-se um sobrenadante (B) e

um precipitado (B). Este último apresenta coloração marrom avermelhada bem

característica do hidróxido de ferro (III), como mostra a equação:

Fe3+ + 3OH– ⇌ Fe(OH)3

O sobrenadante (B), de coloração amarela, continha as espécies CrO42- e

Al(OH)4-. A cor amarela evidencia a presença de CrO4

2- (VOGEL et al., 1981). As

reações para a formação do sobrenadante seguem abaixo:

2Cr(OH)3 + 2OH- ⇌ 2Cr(OH)4-

2Cr(OH)4- + 3H2O2 + 2OH- → 2(CrO4)2

- + 8H2O

Al(OH)3 + OH- ⇌ Al(OH)4-

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Adicionou-se ao precipitado (B) HCl (para baixar o pH e dissolver o mesmo) e

tiocianato de potássio. Em meio ligeiramente ácido, forma-se uma coloração de

vermelho intenso, devido à formação gradual dos seguintes complexos (VOGEL et

al., 1981):

Fe3+ + SCN- ⇌ [FeSCN]2+

[FeSCN]2+ + SCN- ⇌ [Fe(SCN)2]+

[Fe(SCN)2]+ + SCN- ⇌ [Fe(SCN)3]

[Fe(SCN)3] + SCN- ⇌ [Fe(SCN)4]-

[Fe(SCN)4]- + SCN- ⇌ [Fe(SCN)5]2-

[Fe(SCN)5]2-+ SCN- ⇌ [Fe(SCN)6]3-

A coloração vermelha sangue obtida confirmou a presença de Fe3+ no

precipitado (B).

O sobrenadante (B) continha íons cromato e complexo de alumínio. Essa

solução foi dividida em duas porções (1 e 2), e os íons identificados individualmente.

A porção 1, cujo meio se encontrava básico devido a adição de NaOH, foi

tratada com H2O2, um forte agente oxidante. Os íons tetrahidroxicromato (III) foram

oxidados a íon cromato. Após acidificar a solução com ácido acético e adicionar

solução de acetato de chumbo formou-se um precipitado amarelo de cromato de

chumbo, conforme as seguintes reações:

Pb(C2H3O2)2 ⇌ Pb2+ + C2H3O2-

Pb2+ + (CrO4)2- ⇌ PbCrO4↓

A coloração amarela obtida confirmou a presença de Cr3+ no precipitado (B).

A porção 2 foi acidificada com ácido clorídrico concentrado para neutralizar o

excesso de hidróxido de sódio no meio reacional e dissolver o complexo de

alumínio. A adição de hidróxido de amônia precipitou o hidróxido de alumínio de

aspecto branco gelatinoso, conforme reação abaixo:

HCl + NH4OH ⇌ NH4+ + Cl-+ H2O

Al(OH)4- + NH4

+ → Al(OH)3↓ + NH3↑+ H2O

A coloração e o aspecto obtidos confirmaram a presença de Al3+ no

precipitado (B).

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Os testes utilizados na separação dos cátions do Grupo IIIA, são decorrentes

dos diferentes valores do produto de solubilidade, Kps, dos hidróxidos formados e

também, devido à formação de complexos.

2) Conclusão

Nesse experimento utilizou-se uma sucessão de reações de identificação dos

cátions, estabelecendo-se uma análise qualitativa de separação. A identificação de

cada cátion só foi possível após ter sido descartada da solução todos os outros

cátions que impediam sua identificação, sendo estes os complexos (sobrenadante).

Já a separação dos cátions foi possível devido à diferença de solubilidade dos

mesmos, permitindo que estes pudessem se precipitar, podendo assim ser

separados por filtração.

Uma completa separação dos cátions requer quantidades suficientes de

reagentes, como H2O2, que evita a redução do cromato, e principalmente a variação

da temperatura, a medida que esta aumenta há o aumento da solubilidade dos

precipitados (como alumínio e cromo).

Os cátions também podem ser separados através da formação de complexos,

sendo estes identificados pelas suas cores e formação de hidróxidos insolúveis. O

KSCN foi utilizado para detecção de íons Fe3+, devido a formação de um complexo

de coloração vermelho intenso. A solução resultante da filtração, depois de

acidificada, foi dividida em duas, na primeira ocorreu a formação do precipitado de

coloração amarela, comprovando a presença Cr3+. Já na segunda, ocorreu a

formação de um precipitado gelatinoso esbranquiçado, confirmando a presença de

Al3+.

Portanto é necessário ter o conhecimento de todas as etapas para a

separação das espécies desejadas, visto que se alguma etapa da separação tiver

sido realizada incorretamente, não se obterá a separação completa de cada cátion e

sua respectiva coloração.

3) Referências bibliográficas

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DANTAS, J.M.; SILVA, M.G.L.; FILHO, P.F.S. Um estudo em química

analítica e a identificação de cátions do grupo III. Educación Química em Línea.

México, 2011. Disponível em: < http://www.educacionquimica.info/index.php >.

Acesso em: < 27 julho 2013 >.

SKOOG, D. A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R..Fundamentos

de Química Analítica.8 ed., São Paulo: Thomson Laerning, 2007. 999 p.

VOGEL, A. Química Analítica Qualitativa, Rio de Janeiro: Editora

MestreJou,1981. 921 p.

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