Análise sistemática do 2° grupo de cátions

Escrito por Artur Galiza

Introdução

Os cátions desse grupo são divididos em dois grupos IIA e IIB com base em sua solubilidade em polissulfeto de amônio $(NH4)_{2}S_{x}$. O grupo IIA consiste em mercúrio (II) $Hg^{2+}$, chumbo (II) $Pb^{2+}$ (mesmo sendo do grupo 1, traços de chumbo podem estar presentere), bismuto (III) $Bi^{3+}$, cobre (II) $Cu^{2+}$, cádmio (II) $Cd^{2+}$ e são insolúveis em polissulfeto de amônio. O grupo IIB consiste em arsênio (III) $As^{3+}$, arsênio (V) $As^{5+}$, antimônio (III) $Sb^{3+}$, antimônio (V) $Sb^{5+}$, estanho (II) $Sn^{2+}$ e estanho (IV) $Sn^{4+}$ e são solúveis em polissulfeto de amônio.

A separação dos grupos IIA e IIB

Após precipitar os cátions do grupo 2 com sulfetos em meio ácido, você coloca o filtrado em um tubo de ensaio e aqueça até quase ferver e, em seguida, passe gás $H_{2}S$ sob pressão em excesso (30 segundos a 1 minuto). Se os cátions do segundo grupo estiverem presentes, você obterá um precipitado colorido de sulfetos.
Precipitado preto: Sulfeto de mercúrio (II) HgS, sulfeto de chumbo (II) PbS, sulfeto de cobre (II) CuS.
Precipitado marrom: Sulfeto de bismuto(III) $Bi_{2}S_{3}$, sulfeto de estanho(II) SnS.
Precipitado amarelo: Sulfeto de cádmio(II) CdS, sulfeto de arsênio(III) $As_{2}S_{3}$, sulfeto de arsênio(V) $As_{2}S_{5}$, sulfeto de estanho(IV) $SnS_{2}$.
Precipitado laranja: Sulfeto de antimônio (III) $Sb_{2}S_{3}$, sulfeto de antimônio (V) $Sb_{2}S_{5}$.

Filtre o precipitado e lave com ácido clorídrico diluído HCl. O precipitado pode conter cátions IIA ou IIB ou ambos os cátions. Para diferenciá-los, adicione um excesso de (5 ml) de solução amarela de polissulfeto de amônio $(NH4)_{2}S_{x}$ e aqueça a 50-60°C por 3-4 minutos com agitação constante. Os sulfetos do subgrupo IIA (subgrupo Cu) são insolúveis em $(NH4)_{2}S_{x}$, enquanto os sulfetos do subgrupo IIB (subgrupo As) se dissolvem nele formando tiossais. Primeiro, testaremos o grupo IIA no precipitado e preservaremos o filtrado para o teste do grupo IIB.

O grupo IIA

Lave o precipitado com um pequeno volume de solução diluída (1+100 ml de água) de sulfeto de amônio $(NH4)_{2}S_{x}$ e, em seguida, com solução de nitrato de amônio $NH_{4}NO_3$ a 0,02 e rejeite todas as lavagens.
Entre os sulfetos de Cu do subgrupo IIA, o sulfeto de mercúrio (II) HgS é o sulfeto menos solúvel, ou pode-se dizer que seu produto de solubilidade é menor do que os outros. Ele é insolúvel em ácido nítrico e água.

 

caracterização dos componentes

Hg II

Teste de confirmação para Hg(II): Dissolver o precipitado HgS em água régia. Forma-se cloreto de mercúrio (II), que é solúvel.

 

$3HgS + 6HCl + 2HNO3 \longrightarrow 3HgCl_{2} + 3S + 2NO + 2H2O$

Divida essa solução em 3 partes.
Parte 1: Adicione uma solução de cloreto de estanho(II) $SnCl_{2}$. Forma-se um precipitado branco e sedoso de cloreto de mercúrio(I) $Hg_{2}Cl_{2}$.

$2Hg^{2+} + Sn^{2+} + 2Cl^{-} \longrightarrow Hg2Cl2_{(s)} + Sn^{4+}$

Esse é um exemplo de reação de oxidação-redução. Onde o Hg(II) é reduzido a Hg(I) e o Sn(II) é oxidado a Sn(IV). Se mais SnCl2 for adicionado, o precipitado branco se transforma em preto porque o Hg(I) é reduzido ainda mais a Hg(0) metálico.

$HgCl_{2} + Sn^{2+} \longrightarrow Hg_{(s)} + Sn^{4+} + Cl^{-}$

Parte 2: Adicione uma solução de hidróxido de sódio NaOH em pequena quantidade, será obtido um precipitado vermelho-amarronzado e, ao adicionar mais NaOH, será obtido um precipitado amarelo de óxido de mercúrio(II) HgO.

$Hg^{2+} + 2OH^{-} \longrightarrow HgO_{(s)} + H_{2}O$

Essa reação é a característica dos íons de mercúrio(II). Você pode usá-la para diferenciar o Hg(II) do Hg(I).
Parte 3: Adicione lentamente a solução de iodeto de potássio KI, formando um precipitado vermelho de iodeto de mercúrio (II).

$Hg^{2+} + 2I^{-} \longrightarrow HgI_{2}(s)$

Ao adicionar mais KI, o precipitado será dissolvido pela formação do íon tetraiodomercurato(II) incolor.

$HgI_{2} (s) + 2I^{-} \longrightarrow [HgI_{4}]^{2-}$

Pegue o filtrado, ele pode conter nitratos de outros cátions do grupo IIA, Pb(II), Bi(III), Cu(II), Cd(II). Primeiro, vamos separar o chumbo Pb(II). Teste uma pequena porção do filtrado e adicione ácido sulfúrico diluído $H_{2}SO_4$ e álcool. Se for obtido um precipitado branco de sulfato de chumbo $PbSO_4$ (menos solúvel na presença de álcool), pegue o filtrado restante e adicione ácido sulfúrico 1M $H_{2}SO_4$. Concentre em uma capela de fumaça até que apareçam fumaças brancas devido à decomposição do ácido sulfúrico. Deixe esfriar e adicione 10 ml de água, mexa e deixe assentar. Será obtido um precipitado branco de sulfato de chumbo $PbSO_4$. Filtre o precipitado e mantenha o filtrado para testar outros cátions.

$Pb^{2+} + SO_{4}^{2-} \longrightarrow PbSO4_{(s)}$

Confirmação Pb II

Ao precipitado de sulfato de chumbo $PbSO_4$, adicione 2 ml de solução de acetato de amônio 6M $CH_{3}COONH_4$; o precipitado será dissolvido pela formação do íon tetraacetoplumbato (II).

$PbSO4 + 4CH_{3}COO^{-} \longrightarrow [Pb(CH3COO)_{4}]^{2-} + SO_{4}^{2-}$

Adicione algumas gotas de ácido acético 2M e, em seguida, uma solução 0,1M de cromato de potássio $K_{2}CrO_{4}$, e será obtido um precipitado amarelo de cromato de chumbo $PbCrO_{4}$.

$Pb^{2+} + CrO_{4}^{2-} \longrightarrow PbCrO_{4}$

O filtrado pode conter nitratos ou sulfatos de Bi(III), Cu(II) e Cd(II). Adicione solução de amônia concentrada em excesso. Cobre e Cádmio complexam com amônia e formam sais solúveis, mas apenas o sal de bismuto é insolúvel em excesso de amônia. Você obterá um precipitado branco de sal básico de bismuto.

$Bi^{3+} + NO_{3}^{-} + 2NH_{3} + 2H_{2}O \longrightarrow Bi(OH)_{2}NO_{3} + 2NH_{4}^{+}$

Identificação do Bi III

Dissolva o precipitado em um pequeno volume de ácido clorídrico diluído HCl e despeje em tetrahidroxestanato de sódio (II) frio recém-preparado (2 ml de cloreto de estanho (II) 0,25M e 2 ml de hidróxido de sódio 2M). Será obtido um precipitado preto de bismuto metálico.

$Bi^{3+} + 3OH^{-} \longrightarrow Bi(OH)_{3}$

O hidróxido de sódio presente no reagente reage primeiro com o Bi(III) e, em seguida, o íon tetrahidroxestanato(II) reduz o Bi(III) a Bi(0) metálico.

$2Bi(OH)_{3} + 3[Sn(OH)_{4}]^{2-} \longrightarrow 2Bi + 3[Sn(OH)_{6}]^{2-}$

Pegue o filtrado, que pode conter tetraminocuprato (II) e tetraminocadmiato (II). Se ele tiver uma coloração azul profunda, então a cor azul se deve à presença de Cu(II). Caso contrário, teste-o para Cd(II). Divida o filtrado em duas partes para testar o Cu(II) e o Cd(II) separadamente.

Identificação do Cu II

Teste de confirmação para Cu(II): pegue a primeira parte e acidifique-a com ácido acético diluído e adicione solução de hexacianoferrato(II) de potássio $K_{2}[Fe(CN)_{6}]$. Será obtido um precipitado marrom avermelhado de hexacianoferrato de cobre (II).

$Cu^{2+} + [Fe(CN)_{6}]^{2-} \longrightarrow Cu[Fe(CN)_{6}]$

 

Identificação do Cd II

Teste de confirmação para Cd(II): Pegue a segunda parte e adicione solução de cianeto de potássio KCN, gota a gota, até que a cor desapareça e, em seguida, adicione mais 1 ml. Passe gás $H_{2}S$ de sulfeto de hidrogênio por 30 segundos. Será obtido um precipitado amarelo de CdS.

$Cd^{2+} + 2CN^{-} \longrightarrow Cd(CN)-{2}$

Quando adicionamos KCN, forma-se um precipitado branco de cianeto de cádmio que se dissolve em excesso de reagente, formando o íon tetracianocadmiato(II).

$Cd(CN)_{2} (s)+ 2CN^{-} \longrightarrow [Cd(CN)_{4}]^{2-}$

Esse é um íon complexo incolor que produz um precipitado de sulfeto de cádmio CdS de cor amarela ao passar gás $#H_{2}S#$.

$[Cd(CN)_{4}]^{2-} + H_{2}S \longrightarrow CdS + 2H^{+} + 4CN^{-}$

 

Grupo IIB

Separamos os cátions do grupo IIB dos cátions IIA usando uma solução amarela de polissulfeto de amônio $(NH4)_{2}S_{x}$, que dissolve os cátions IIB. Ao fazer isso, obtivemos os cátions na forma de filtrado. No filtrado, os cátions estão na forma de tiossais $(NH_{4})_{3}AsS_{4}, (NH4)_{2}SbS_{4} e (NH4)_{2}SnS_{3}$ e, para análise posterior, temos de dissociar os sais, remover o excesso de enxofre e reprecipitar os cátions.
Como reprecipitar os cátions IIB: Adicione ácido clorídrico HCl ao filtrado até que ele se torne ligeiramente ácido (teste com papel de tornassol, o ácido torna o tornassol azul em vermelho) e, em seguida, aqueça-o e mexa por 1 a 2 minutos. Ele dissocia os tiossais e precipita o excesso de enxofre na forma de um precipitado fino branco ou amarelo. Se for obtido um precipitado coloidal amarelo ou laranja, ele pode conter $As_{2}S_{5}, As_{2}S_{3}, Sb_{2}S_{5}$ e enxofre S. Lave o precipitado com um pouco de água com sulfeto de hidrogênio $H_{2}S$ e rejeite a lavagem.

 

$2AsS-{4}^{3-} + 6H^{+} \longrightarrow As_{2}S_{5} + 3H_{2}S$

$2SbS_{4}^{3-} + 6H^{+} \longrightarrow Sb_{2}S_{5} + 3H_{2}S$

$SnS_{3}^{2-} +2H^{+} \longrightarrow SnS_{2} + H_{2}S$

 

Caraterização dos componentes

Identificação do As

Separação de arsênio: Os sulfetos de arsênio são insolúveis em ácido clorídrico concentrado HCl, enquanto os sulfetos de antimônio e estanho são solúveis nesse ácido, formando cloretos. Transfira o precipitado para um frasco cônico e adicione 5-10 ml de ácido clorídrico concentrado HCl e, em seguida, coloque um funil na boca do frasco. Ferva suavemente por 5 minutos. Os sulfetos de antimônio e estanho se dissolverão e você obterá o sulfeto de arsênio como resíduo. Para reprecipitá-lo, adicione 2-3 ml de água e passe gás sulfídrico $H_{2}S$ por 1 minuto. Mantenha o filtrado para testar o antimônio e o estanho.

Testes para arsênio: O arsênio é encontrado em dois estados: As(III) e As(V). Em meio fortemente ácido, o As(III) é estável e, em meio fortemente alcalino, predomina o As(V). O As(V) existe em soluções como íon $AsO_{4}^{3-}$.

Dissolva o precipitado em 3-4 ml de solução morna de amônia $NH_3$. Adicione 3-4 ml de solução de peróxido de hidrogênio $H_{2}O_{2}$ a 0,03 e aqueça por alguns minutos, pois isso oxida o arsenito As(III) em arsenato As(V). Adicione 1-2 ml de reagente de nitrato de magnésio (uma solução de $Mg(NO_{3})_{2}, NH_{4}Cl$ e um pouco de $NH_3$). Obtém-se um precipitado branco de Arsenato de magnésio e amônio $Mg(NH_{4})AsO_{4}\cdot 6H_{2}O$.

$AsO_{4}^{3-} + Mg^{2+} +NH_{4}^{+} \longrightarrow Mg(NH_{4})AsO_{4}$

Filtre esse precipitado branco e adicione 1 ml de solução de nitrato de prata $AgNO_3$ contendo 6-7 gotas de ácido acético 2M. Forma-se um precipitado vermelho de arseniato de prata $Ag_{3}AsO_{4}$.

$Mg(NH_{4})AsO_{4} + 3Ag^{+} \longrightarrow Ag_{3}AsO_{4} + Mg^{2+} + NH_{4}^{+}$

Identificação de Sb e Sn

Pegue o filtrado para testar o Sb e o Sn. Ferva para expelir o gás $H_{2}S$ e depois resfrie. Divida a solução em três partes. Em duas partes, testaremos o Sb e, na terceira parte, o Sn.

Parte 1: adicione uma solução 2M de amônia $NH_3$ para torná-la apenas alcalina. Ignore qualquer precipitação leve e adicione 1-2g de ácido oxálico sólido $(COOH)_2$, ferva e passe gás $H_{2}S$ por 1 minuto na solução quente. Obtém-se um precipitado laranja de $Sb_{2}S_{3}$.

Parte 2: coloque 1 ml de solução em uma placa de ponto e adicione um cristal minúsculo de nitrito de sódio $NaNO_2$ para oxidar o Sb(III) para o estado Sb(V). Adicione 1 ml de reagente Rodamina-B (tetraetilrodamina). A cor vermelha brilhante do reagente é alterada para violeta.

Parte 3: Neutralize parcialmente a solução com uma solução de amônia $NH_3$ 2M. Pegue 1 m de solução, adicione 1 cm de fio de ferro limpo e aqueça suavemente para reduzir Sn(IV) a Sn(II).

$Sn^{4+} + Fe \longrightarrow Fe^{2+} + Sn^{2+}$

Filtre e despeje em uma solução de cloreto de mercúrio (II). O estanho reduz o Hg(II) ao estado Hg(I) e você obterá um precipitado branco de cloreto de mercúrio(I) $Hg2Cl2$.

$Sn^{2+} + 2HgCl_{2} \longrightarrow Hg_{2}Cl_{2} + Sn^{4+} + 2Cl^-$

Se os íons $Sn^{2+}$ estiverem em excesso, o precipitado se torna cinza com o aquecimento, devido à redução adicional do íon Hg(I) a Hg metálico.

$Sn^{2+} + Hg_{2}Cl_{2} \longrightarrow Hg + Sn^{4+} + 2Cl^-$

Com isso terminamos o grupo II de cátions