UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI

CAMPUS ALTO PARAOPEBA

SEPARAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO IIIA

ALEX JUNIOR (12.450.0054)

ANA LUIZA QUEIROZ (10.455.0026)

ANDRÉIA SEIXAS LEAL (10.455.0052)

Ouro Branco - MG

Dezembro de 2012

Relatório apresentado como parte das

exigências da disciplina Química

Analítica Experimental, sob orientação

do professor Vagner Fernandes Knupp.

Resumo

A precipitação é um método útil para minimizar os erros em uma amostra, já que

a torna livre de potenciais interferentes, ou seja, cátions, como Fe3+, Al3+, Cr3+, Co2+,

Mn2+, Zn2+ e Ni2+. Ao adicionar uma solução tampão de NH3 e NH4Cl a alguma solução

que contenha esses íons, os cátions trivalentes podem precipitar na forma de hidróxidos,

enquanto os divalentes só precipitam como sulfetos, após a adição de H2S. Por isso, há

separação entre subgrupo 3-A (do ferro) e subgrupo 3-B (do zinco). Por serem

elementos de transição, espera-se que o cromo e o ferro apresentem íons coloridos e

formem íons complexos, assim como o Al3+, que tem propriedades semelhantes, e torna-

se possível a separação por precipitação, já que são insolúveis, sendo este o objetivo da

prática.

1. Introdução

O tratamento da amostra realizado por métodos de separação é uma maneira

importante de minimizar os erros devido a possíveis interferências na matriz da amostra.

Técnicas como a precipitação é um método útil para tornar a amostra livre de potenciais

interferentes (BACCAN et al. 2001).

Potenciais interferentes pertencem ao 3o grupo. São eles:

Fe3+, Al3+ e Cr3+

Co2+, Mn2+, Zn2+ e Ni2+

Quando se tem uma solução com os íons descritos acima, ao adicionar uma

solução tampão de NH3 e NH4Cl os cátions trivalentes podem precipitar como

hidróxidos. Os cátions divalentes só precipitam como sulfetos, após adição de H2S. Um

excesso de NH4Cl impede a precipitação dos cátions divalentes como hidróxidos

(VOGEL, 1992).

        Com base nisso, alguns autores costumam dividir o 3o grupo em dois subgrupos:

subgrupo do FERRO ou (subgrupo 3-A), que é constituído pelos cátions que precipitam

sob a forma de hidróxido quando tratados pela amônia em cloreto de amônio, como o

ferro, alumínio e o cromo e subgrupo do ZINCO ou (subgrupo 3-B) (VOGEL, 1992).

O cromo e o ferro são elementos de transição, por esta razão pode-se esperar que

suas propriedades sejam valência variada, íons coloridos e forte tendência a formar íons

complexos (BACCAN et al., 2001).

O alumínio não é metal de transição, mas o íon Al3+ tem muitas propriedades

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

as mesmas cargas e raios aproximadamente iguais (BACCAN et al., 2001).

2. Objetivos

Separar qualitativamente os cátions Al3+, Fe3+ e Cr3+ em uma amostra por

precipitação com NH4OH/NH4Cl sob a forma de hidróxidos e posterior identificação

individual de cada metal.

3. Materiais e Métodos

3.1. Materiais e Reagentes

- Cloreto de amônio puro;

- Cr(NO3)3 5 M;

- Fe(NO3)3 5 M;

- Al(NO3)3 5 M;

- NH4Cl 1% m/v;

- NH4OH 5 M;

- NaOH 5M;

- H2O2 3% ;

- HCl 5M;

- K4[Fe(CN)6];

- Papel tornassol (Vetec);

- Fósforo;

- Béquer de 100 mL;

- Papel de filtro (Qualy);

- Suporte universal;

- Lamparina;

- Pisseta;

- Espátula;

- Funil de vidro;

- Pipeta Pasteur;

- Anel;

- Balança.

3.2. Metodologia

Mediu-se 1,0 mL de Cr(NO3)3 5 M, 1,0 mL de Fe(NO3)3 5 M e 1,0 mL de

Al(NO3)3 5 M e transferiu-se para um béquer de 100 mL. Em seguida adicionou-se

0,259 g de NH4Cl 1% m/v e aqueceu-se a mistura até a ebulição. Adicionou-se

NH4OH 5 M (~1,5 mL) até pH alcalino (usou-se papel tornassol) e daí então mais 5

gotas de NH4OH 5 M, em excesso. Ferveu-se por 1 minuto e filtrou-se

imediatamente.

Lavou-se o precipitado com NH4Cl 1% m/v (~1,5mL) e transferiu-se para

outro béquer lavando-o com 5 mL de água. A seguir foi adicionado 1mLde NaOH

5M e 1 mL de H2O2 3%. Ferveu-se suavemente até cessar o desprendimento de O2

(2-3min).

Lavou-se o precipitado com X mL de água quente e o transferiu para outro

béquer. Dissolveu-se o precipitado em 6 mL de HCl 5 M e gotejou-se K4[Fe(CN)6].

a) Acidificou-se de 0,5 em 0,5 mL de ácido acético 5 mol L-1 (testou-se em papel

tornassol) e gotejou-se sal de acetato de chumbo 1% m/v até haver formação de

precipitado amarelo, indicando a presença de Cr3+.

b) Acidificou-se de 0,5 em 0,5 mL de HCl 5 mol L -1 (testou-se em papel

tornassol). Alcalinizou-se de 0,5 em 0,5 mL de NH4OH 5 mol L-1 (testou-se em papel

tornassol) e adicionou-se mais 2 gotas em excesso. Aqueceu-se à ebulição e filtrou-se.

4. Resultados e Discussão

As soluções aquosas de nitrato de ferro, nitrato de cromo e nitrato de alumínio,

apresentam os seguintes equilíbrios de dissociação:

Fe(NO¿¿3)3(aq)⇌Fe(aq)3+¿+3NO3(aq)

−¿¿ ¿¿ (1.1)

Al(NO¿¿3)3(aq)⇌ Al(aq)3+¿+3 NO3( aq)

−¿ ¿ ¿¿ (1.2)

Cr (NO¿¿3)3 (aq)⇌Cr(aq)3+¿+3NO3(aq )

−¿ ¿ ¿¿ (1.3)

Ao adicionar cloreto de amônio à mistura destas soluções, seguido da adição de

hidróxido de amônio e elevação da temperatura, são formados os hidróxidos de

ferro(III), alumínio(III) e cromo(III) no estado sólido. Isto se deve às constantes de

produto solubilidade destes serem muito baixas, (1.4) a (1.6), ou seja, os hidróxidos

formados por estes metais do grupo III são pouco solúveis.

Fe(aq)3+¿+3OH (aq)

−¿⇌ Fe(OH )3(s ) ¿¿

K ps=¿ (1.4)

Al(aq)3+¿+3OH(aq)

−¿⇌ Al (OH )3(s) ¿ ¿

K ps=¿ (1.5)

Cr(aq)3+¿+3OH (aq)

−¿⇌ Cr (OH )3( s) ¿ ¿

K ps=¿ (1.6)

Também é levado em conta a tendência destes cátions do grupo IIIA em

precipitar na faixa de pH alcalino, mantida pelo tampão N H 4OH (aq)/N H 4Cl(aq). A

confirmação do meio básico foi obtida com a mudança de coloração no papel de

tornassol. Obteve-se, com excesso de N H 4OH(aq):

Fe(aq)3+¿+3N H 3(aq)+3H 2O(l)⇌Fe(OH )3(s )↓+3NH 4(aq )

+¿¿ ¿ (1.7)

Depois do aquecimento, forma-se o hidróxido de cromo que é um pouco solúvel

em hidróxido de amônio em excesso. Porém, quando a solução é levada à ebulição, há

queda da solubilidade, possibilitando a precipitação (1.8).

Cr(aq)3+¿+3 NH 3( aq)+3 H2O(l)⇌Cr(OH )3( s)↓+3 NH4 (aq)

+¿¿ ¿ (1.8)

Ocorreu também a precipitação da reação (1.9), mas uma pequena parte do sólido

passou para a solução como hidróxido de alumínio coloidal. Ele foi precipitado quando a

solução sofreu ebulição em conjunto.

Al(aq)3+¿+3N H 3(aq)+3H 2O(l)⇌ Al(OH )3( s)↓+3 NH4( aq)

+¿ ¿ ¿ (1.9)

Então, obteve-se um precipitado que contém Fe(OH )3(s), Al(OH )3(s) e

Cr (OH )3 (s) e um sobrenadante livre de cátions que foi descartado. Depois de lavar o

precipitado com N H 4Cl(aq), ao adicionar hidróxido de sódio, obteve-se a dissolução dos

hidróxidos de cromo(III) e de alumínio(III).

Al(OH )3(s)+OH (aq )−¿⇌ (Al (OH )4)(aq)

−¿ ¿¿ (1.10)

Cr (OH )3 (s)+OH (aq)−¿⇌ (Cr(OH )4)(aq)

−¿¿¿ (1.11)

Como o K ps para o Fe(OH )3(s), (1.4), é muito menor que aquele para o

Al(OH )3(s) e Cr (OH )3 (s), (1.5) e (1.6), ele é o último a ser solubilizado a uma

concentração baixa de OH (aq)−¿¿

. Portanto, através de uma filtração foi possível separar o

precipitado, Fe(OH )3(s), que se manteve sólido, de uma solução aquosa que contém

(Al (OH )4 )(aq)−¿¿

e (Cr (OH )4 )(aq )−¿ ¿

.

O precipitado, quando lavado com água quente, (1.12), e em presença de

K4[Fe(CN)6], apresentou coloração avermelhada, (1.13). Isto indica a presença de Fe(aq)3+¿¿

, ou seja, confirma que o precipitado era composto por Fe(OH )3(s).

Fe(OH )3(s)⇌Fe(aq)3+¿+3OH( aq)

−¿¿ ¿ (1.12)

Fe (Fe(CN )6 )( s)⇌Fe(aq)3+¿+Fe(CN )6(aq)

−4 ¿ (1.13)

Avermelhado

Em seguida, a solução aquosa resultante da filtração que separou o precipitado

utilizado acima desta, foi dividida em duas.

Na primeira parte da solução, a acidificação do meio com ácido acético e adição

de gotas de acetato de chumbo, teve como propósito a precipitação do Cr (OH )3, (1.14).

Pois o hidróxido de cromo tem maior K ps, então precipita primeiro à uma concentração

baixa de H (aq)+¿¿

.

(Cr (OH )4 )(aq )−¿+H( aq)

+¿⇌ Cr (OH )3(s)+H2

O(l) ¿ ¿ (1.14)

Coloração amarela

Na outra parte da solução resultante foi acidificada, (1.15). Apesar da reação

ocorrer com pH alcalino, é preciso acidificar o meio para diminuir a concentração de

hidroxila. Em seguida, a solução é alcalinizada com excesso de N H 4OH(aq), (1.16).

Então, é adicionado hidróxido de amônio ao íon Al(aq)3+¿¿, (1.17). A adição de N H 4OH(aq)

em excesso, (1.18), deveria resultar na precipitação do hidróxido de alumínio presente

na solução, considerando que a adição de hidroxila em excesso desloca o equilíbrio para

esquerda em (1.16), precipitando Al(OH )3(s). Porém, não houve a formação do

precipitado. Os prováveis motivos são: acidificação insuficiente, alcalinização com

NaOH antes de utilizar N H 4OH(aq), porque este estava em falta no laboratório.

(Al (OH )4 )(aq)−¿+H (aq)

+¿⇌ Al (OH )3(s )+H 2

O(l) ¿ ¿ (1.15)

Al(OH )3(s)+OH (aq )−¿⇌ (Al (OH )4)(aq)

−¿+H 2O( l) ¿¿ (1.16)

(Al (OH )4 )(aq)−¿⇌ Al(aq)

3+¿+4OH (aq )−¿ ¿¿

¿ (1.17)

Al(aq)3+¿+3N H 4OH( aq)⇌ Al(OH )3(s )¿ (1.18)

Sólido branco gelatinoso

5. Conclusão

O experimento realizado evidencia que é possível identificar a presença de íons

do grupo IIIA (Fe3+, Al3+ r Cr3+) em uma amostra desconhecida. A analise qualitativa

das amostras foi feita através da precipitação das mesmas com NH4OH/ NH4Cl sob a

forma de hidróxidos. Posteriormente, ficou simples identificar cada metal

individualmente. Através do experimento foi possível, também, verificar como os

metais do grupo IIIA formam complexos coloridos e estáveis. Além disso, durante a

prática, foi imprescindível ter um conhecimento prévio a cerca das diferentes

solubilidades que os hidróxidos desses metais possuem, além de conhecer a importância

da manutenção do pH do meio na identificação dos íons.

6. Referências Bibliográficas

BACCAN, N.; ANDRADE, J.C.; GODINHO, O.E.S.; BARONE, J.S. Química

Analítica Quantitativa Elementar. 3ª edição. Campinas: Unicamp. 324 p.

VOGEL, A.I. Química Analítica Quantitativa. 5ª edição, Rio de Janeiro:

Guanabara, 1992. 712 p.