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Identificação de cátions em
amostras desconhecidas
Introdução
Íons carregados negativamente são conhecidos como ânions, enquanto íons com carga positiva são denominados cátions. Esse conceito leva à compreensão de vários fenômenos químicos, como a solubilidade do íon ferro. Quando o íon ferro está na forma férrica (Fe3+), sua solubilidade é menos intensa, pois forma minerais como óxidos ou hidróxidos pouco solúveis. Já na forma ferrosa (Fe2+), tende a formar compostos mais solúveis. Dessa forma, a solubilidade do mesmo íon pode ser alterada de acordo com a variação de sua carga.
Solubilidade
A solubilidade é a capacidade de uma substância (solvente) dissolver outra (soluto). Ela depende de fatores como a natureza das partículas do solvente e do soluto, as interações entre elas e a temperatura. Ao adicionar um soluto a um solvente, de acordo com a concentração e a solubilidade que este apresenta na mistura, forma-se um sistema que pode ou não conter precipitado.
Deve-se considerar a solubilidade de todos os compostos formados por reações químicas, sendo a precipitação de um sólido pouco solúvel uma das evidências mais comuns de tais transformações. Só há formação de precipitado quando a concentração do composto supera a sua solubilidade nas condições da reação. Sabendo quais compostos são solúveis ou não, é possível prever se haverá formação de precipitado. A solubilidade dos precipitados pode variar com a temperatura, com a composição do solvente e com os íons que o formam.
Reações Via Seca e Via Úmida
Na química analítica, normalmente, são utilizados dois métodos para realizar as reações: o método por "via úmida" e o método por "via seca". No método por "via úmida", a amostra é solubilizada e colocada em solução. Esse tipo de reação geralmente produz evidências facilmente perceptíveis, com funções organolépticas, e são comumente realizadas entre íons simples ou complexos, devido à maioria das reações estarem em meio aquoso. Através do auxílio de reagentes específicos, é possível a identificação da presença ou ausência do elemento em estudo.
Já no método por "via seca", as amostras e os reagentes são utilizados no estado sólido, e a reação é executada em altas temperaturas, para que ocorra a formação de compostos que facilitem a identificação de substâncias desconhecidas.
Tipos de Precipitado
Conhecer as características físicas dos precipitados formados é de extrema importância quando se deseja realizar determinadas operações, como a filtração dos produtos da reação. Os precipitados podem se distinguir pelo tamanho das partículas que os constituem, o que define a qualidade dos mesmos quanto ao processo de filtração.
As partículas do precipitado cristalino são bem definidas, densas e sedimentam rapidamente, sendo ideais para a filtração, por se constituírem de partículas sólidas maiores. Em geral, não se deixam contaminar. Quanto mais demorada for a formação deste tipo de precipitado, mais cristalino ele será. Assim, para serem filtrados, utilizam-se agentes que os aglomeram em coágulos, resultando em partículas maiores.
Já o precipitado coagulado possui partículas de tamanhos muito pequenos, não sendo possível filtrá-las. Para tornar possível a filtração, as partículas são aglomeradas até atingirem um maior tamanho, formando grumos.
Velocidade das Reações
A velocidade em que ocorrem as reações pode ser afetada por diversos fatores, como a pressão, a temperatura, a superfície de contato e a ação de catalisadores. Além disso, cada reação tem uma energia de ativação específica, isto é, algumas transformações químicas podem ser mais lentas que outras. Dessa forma, ao efetuar uma análise qualitativa, é necessário favorecer todos os fatores possíveis para a velocidade das reações e aguardar certo tempo para que as transformações ocorram e as evidências sejam visualizadas, possibilitando assim a redução dos erros.
Divisão do Grupo de Cátions
Para melhor estudo dos diversos cátions existentes, estes foram divididos em grupos que se diferenciam pela reação entre eles com o reagente de grupo. Esse reagente interage de modo a formar um precipitado com característica comum a todos os cátions do grupo. Essa divisão pode ser observada na Tabela 1.
A separação em níveis destes grupos tem um propósito: evitar a perda de um cátion presente na solução problema, pois quando se começa adicionando ao analito o reagente de grupo do grupo IV, se perde todos os cátions que formam precipitados e não pertencem ao grupo IV. Ou seja, a sequência de utilização dos reagentes de grupo deve sempre ser seguida, já que os reagentes dos grupos de menor número não reagem com os de maior número.
Teste da Chama
O teste da chama tem a finalidade de identificar a existência de um elemento químico na amostra a partir da observação da cor produzida pela sua queima. O teste é baseado no fato de que, quando a energia em forma
O CaCl2 é um composto solúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente. O Ca(OH)2 é um hidróxido ligeiramente solúvel, sendo coerente à solução esbranquiçada observada experimentalmente. A reação com o cobre metálico não ocorre, pois o cobre é mais nobre do que o cálcio. O CaI2 é um iodeto solúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente. O CaSO4 é um composto pouco solúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente.
A partir dos resultados, há grande possibilidade do íon desconhecido presente na amostra I ser o cálcio.
Lítio (Li+):
O LiCl é um composto solúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente. O LiOH é um composto solúvel, diferindo-se do observado experimentalmente, que foi a formação de um precipitado branco.
Dessa forma, descarta-se a possibilidade do cátion desconhecido ser o lítio.
Ferro (Fe2+):
O FeCl2 é um composto solúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente. O Fe(OH)2 é um composto insolúvel, diferindo-se do observado experimentalmente, que resultou na formação de um produto pouco solúvel.
Dessa forma, descarta-se a possibilidade do cátion desconhecido ser o ferro.
Prata (Ag+):
O AgCl é um composto insolúvel, diferindo-se do observado experimentalmente, que resultou na formação de um produto solúvel. Dessa forma, descarta-se a possibilidade do cátion desconhecido ser a prata.
Portanto, com base nas evidências observadas e na análise realizada, há grande possibilidade do íon desconhecido presente na amostra I ser o cálcio (Ca2+).
Evidências das Reações Envolvendo a Amostra II
As evidências observadas durante os testes realizados com a amostra II estão apresentadas na Tabela 4.
Análise dos Resultados da Amostra II
Com base nas evidências observadas e nos dados literários, foi possível realizar uma análise dos possíveis cátions presentes na amostra II, conforme apresentado a seguir:
Ferro (Fe2+): O FeCl2 é um composto solúvel, diferindo-se observado experimentalmente, que resultou na formação de um precipitado grumoso branco. Dessa forma, descarta-se a possibilidade do cátion desconhecido ser o ferro.
Infelizmente, não foi possível identificar com certeza o cátion presente na amostra II com base nas evidências observadas e nos testes realizados.
Identificação de Cátions Desconhecidos
Prata
Testes realizados:
HCl(aq) + Ag⁺(s) → AgCl(s) + H⁺
O cloreto de prata é um composto insolúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente.
NaOH(aq) + Ag⁺(s) → Ag(OH)(s) + Na⁺
O hidróxido de prata é um composto insolúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente.
2Ag⁺(s) + Cu⁰(s) → 2Ag⁰(s) + Cu²⁺(aq)
De acordo com a fila de reatividade, a reação deveria ter ocorrido, porém não foram observadas evidências durante o experimento.
2Ag⁺(s) + 2I⁻(aq) → 2AgI(s)
O produto formado, iodeto de prata, é um composto insolúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente.
H₂SO₄(aq) + 2Ag⁺(s) → Ag₂SO₄(aq) + 2H⁺
O sulfato de prata é um composto pouco solúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente.
(NH₄)₂SO₄(aq) + Ag⁺(s) → Ag₂SO₄(aq) + 2NH₄⁺
O sulfato de prata é um composto pouco solúvel, sendo coerente ao observado experimentalmente.
Dessa forma, descarta-se a possibilidade do cátion desconhecido ser o magnésio.
Considerações Finais
A partir do experimento, foi possível a identificação de cátions presentes em amostras desconhecidas através de soluções conhecidas, denominadas soluções teste. O teste da chama limitou consideravelmente os prováveis cátions presentes nas amostras. O conhecimento sobre a solubilidade dos possíveis produtos formados teoricamente possibilitou a comparação com os produtos formados experimentalmente, sendo possível eliminar a probabilidade da existência de cátions nas amostras. O conhecimento específico sobre alguns precipitados formados tornou possível a confirmação final dos cátions, descartando as demais possibilidades. A falta de evidências na reação da prata com o cobre pode ser explicada pela proximidade dos mesmos na fila de reatividade. As demais falhas nos resultados podem ter sido ocasionadas por erros de visualização durante as análises.
Referências
http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php? midia=epc&cod=_testedachama http://wmnett.com.br/quimica/pt/velocidade-das-reacoes-quimicas/ http://alkimia.tripod.com/gravimetria.htm http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAuXUAE/experimento-quimica http://pt.wikipedia.org/wiki/Teste_da_chama http://www.ebah.com.br/content/ABAAABLtIAC/teste-chama?part= http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc23/a11.pdf http://profs.ccems.pt/PauloPortugal/CFQ/Espectros/Espectros.html http://www2.ufpa.br/quimdist/livros_2/livro_quim_inorg_experimental/ 8a%20aula_ed_caracteriza%E7%E3o.pdf
