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.