Análise sistemática do 4° grupo de cátions

Escrito por: Artur Galiza

 

Introdução

Os cátions do grupo 4 são cálcio (II) $Ca^{2+}$, estrôncio (II) $Sr^{2+}$ e bário (II) $Ba^{2+}$. Seu reagente de grupo é uma solução 1M de carbonato de amônio $(NH_{4})_{2}CO_{3}$ em meio neutro ou alcalino. O meio precisa ser neutro ou alcalino porque ele é facilmente decomposto até mesmo por ácidos fracos, como o ácido acético.

$CO_{3}^{2-} + CH_{3}COOH \longrightarrow CO_{2} + H_{2}O + CH+{3}COO^{-}$

Esse reagente é facilmente hidrolisado, mas em meio alcalino, o equilíbrio se desloca para trás e o reagente permanece sem hidrólise.

$CO_{3}^{2-} +H_{2}O \leftrightarrow HCO_{3}^{-} + OH^-$

Os cátions do grupo IV precipitam na forma de carbonato. Para o teste dos cátions do grupo IV, pegue o filtrado do grupo III(B) e siga estas etapas:

1.Transfira o filtrado de III(B) para um prato de porcelana e acidifique-o com ácido acético diluído. Evapore-o até formar uma massa pastosa e deixe esfriar.

2.Adicione 3-4 ml de ácido nítrico concentrado $HNO_3$ e aqueça até que a mistura fique seca. Em seguida, aqueça mais fortemente até que todos os sais de amônio sejam volatilizados e deixe esfriar.
Adicione 3 ml de ácido clorídrico 2M HCl e 10 ml de água e aqueça até ficar morno, mexendo para dissolver o sal.

3.Adicione 0,25 g de cloreto de amônio sólido $NH_{4}Cl$ e adicione uma solução concentrada de amônia $NH_3$ para torná-la alcalina e adicione o reagente de grupo carbonato de amônio 1M $(NH_{4})_{2}CO_{3}$ em ligeiro excesso.

4.Coloque-o em banho-maria a 50-60°C por 5 minutos e continue mexendo. A fervura do reagente é necessária para a remoção do hidrogenocarbonato de amônio $(NH_{4})HCO_{3}$ e do carbamato de amônio $NH_{4}ONH_{4}CO_{3}$. Esses sais estão presentes como impurezas no $(NH_{4})_{2}CO_{3}$ comercial e podem interferir na análise, pois são solúveis em água.

5.Filtre e lave com um pouco de água quente. O precipitado pode conter carbonato de bário $BaCO_3$, carbonato de estrôncio $SrCO_3$ e carbonato de cálcio $CaCO_3$.

$Ba^{2+} + CO_{3}^{2-} \longrightarrow BaCO_{3}$

$Ca^{2+} + CO_{3}^{2-} \longrightarrow CaCO_{3}$

$Sr^{2+} + CO_{3}^{2-} \longrightarrow SrCO_{3}$

 

Separação de Ba2+ de Sr2+ e Ca2+

Os carbonatos de todos os três cátions são insolúveis em água, mas solúveis em ácido acético e em ácido mineral diluído. Portanto, podemos dissolver o precipitado dos cátions do grupo IV em ácido acético diluído.

$BaCO_{3} + H^{+} \longrightarrow Ba^{2+} + H_{2}O + CO_2$

$CaCO_{3} + H^{+} \longrightarrow Ca^{2+} + H_{2}O + CO_2$

$SrCO_{3} + H^{+} \longrightarrow Sr^{2+} + H_{2}O + CO_2$

Dessa forma, obtemos a solução de cátions do grupo IV, vamos chamá-la de solução (A). Esses cátions formam um sal de cromato ao reagir com a solução de cromato de potássio. Esses sais de cromato têm solubilidades diferentes; o cromato de bário é insolúvel em ácido acético diluído, enquanto os outros dois são solúveis. Usando essa diferença de solubilidade, podemos separar o $Ba^{2+}$ dos outros.

Teste uma pequena quantidade de solução com solução de cromato de potássio $K_{2}CrO_{4}$; um precipitado amarelo indica $Ba^{2+}$. O produto de solubilidade do $SrCrO_{4}$ e do $CaCrO_{4}$ é muito maior do que o do $BaCrO_{4}$ , portanto, eles precisam de uma concentração muito maior de íons $CrO_{4}^{2-}$ para precipitá-los. É por isso que eles não podem ser precipitados a partir de uma solução diluída.

$Ba^{2+} + CrO_{4}^{2-} \longrightarrow BaCrO_4$

Se o bário estiver ausente, prossiga sem adicionar cromato de potássio à solução inteira. Se o bário estiver presente, aqueça o restante da solução (A) até a ebulição e adicione um pequeno excesso de solução de cromato de potássio $K^{2}CrO_{4}$ 0,1M até que a solução adquira coloração amarela e a precipitação esteja completa. Filtre e lave o precipitado com um pouco de água quente. O precipitado contém $BaCrO_{4}$. Mantenha o filtrado (B) e as lavagens para o teste de $Sr^{2+}$ e $Ca^{2+}$.

Confirmação de Ba (II)

Lave o precipitado com água quente. Dissolva-o em ácido clorídrico HCl concentrado. O HCl converte o cromato de bário em dicromato solúvel. Divida a solução em duas partes.

$BaCrO_{4} + H^{+} \longrightarrow BaCr_{2}O_{7} (aq) + H_{2}O$

Parte 1: Dilua a solução com água e adicione ácido sulfúrico $H_{2}SO_{4}$ diluído. Forma-se um precipitado branco de sulfato de bário que é insolúvel em ácidos diluídos, mas solúvel em ácido sulfúrico concentrado. Isso confirma o $Ba^{2+}$.

$BaCr_{2}O_{7} + H_{2}SO_{4} \longrightarrow BaSO_{4} + H_{2}Cr_{2}O_{7}$

Parte 2: Evapore a solução até a secura e aplique o teste de chama. A chama verde ou verde-amarelada confirma o $Ba^{2+}$.

Teste para Sr (II) e Ca (II)

Se $Ba^{2+}$ estiver ausente: Ferva a solução (a) por 1 minuto para expelir o excesso de $CO_2$ e teste para $Sr^{2+}$ e $Ca^{2+}$.
Se o $Ba^{2+}$ estiver presente: Pegue o filtrado (b), que guardamos após a remoção do $Ba^{2+}$ com cromato, e neutralize-o com solução de amônia $NH_3$ 2M e adicione excesso de solução de carbonato de amônio, $(NH_{4})_{2}CO_{3}$, ou adicione um pouco de carbonato de sódio sólido $Na_{2}CO_{3}$. Um precipitado branco indica a presença de $SrCO_{3}$ ou $CaCO_{3}$ ou ambos. Lave o precipitado com água quente e dissolva-o em 4 ml de ácido acético e ferva para remover o excesso de $CO_2$.

Adicione 2 ml de solução saturada de sulfato de amônio $(NH_{4})_{2}SO_{4}$, seguido de 0,2 g de tiossulfato de sódio $Na_{2}S_{2}O_{3}$ e aqueça em banho-maria por 5 minutos, deixe repousar por alguns minutos e filtre. São formados sulfatos de $Sr^{2+}$ e $Ca^{2+}$. O sulfato de estrôncio é insolúvel em solução de sulfato de amônio, portanto, o precipitado branco que obtemos aqui é o sulfato de estrôncio e o sulfato de cálcio vai para o filtrado.

$Sr^{2+} + SO_{4}^{2-} \longrightarrow SrSO_{4}$

Teste de confirmação para Sr II

Transfira o precipitado branco junto com o papel de filtro para um cadinho pequeno e aqueça até que o precipitado esteja carbonizado. Umedeça as cinzas com HCl concentrado e aplique o teste de chama. A chama vermelha confirma o $Sr^{2+}$.

Teste de confirmação para Ca II

Pegue o filtrado e adicione um pouco de solução de oxalato de amônio 0,1M $(NH_{4})_{2}C_{2}O_{4}$ e 2 ml de ácido acético 2M, aqueça a solução em banho-maria. Forma-se um precipitado branco de oxalato de cálcio que é insolúvel em água e em ácido acético. Esse precipitado branco de oxalato de cálcio $CaC_{2}O_4$ confirma $Ca^{2+}$.

$Ca^{2+} + (COO)_{2}^{2-} \longrightarrow Ca(COO)_{2} (s)$

Separamos com sucesso os cátions do grupo IV.