Separação de cations do grupo 3A

SEPARAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO IIIA

RESUMO

O grupo IIIA é também chamado de grupo do sulfeto de amônio, pois aos íons desses metais se precipitaram como sulfeto de amônio , pois os íons desses metais se precipitaram como sulfetos ou hidróxidos em uma solução tamponada com NH4OH/ NH4Cl. Dentro deste grupo tem-se os cátions: Al ³+ , Fe ³+ e Cr ³+. O ferro e o cromo são elementos de transição, e por esta razão pode-se esperar que suas propriedades sejam aquelas de elementos que tem uma camada interna de elétrons incompleta, isto é, valência variada, íons coloridos e forte tendência para formar íons complexos 2. No presente experimento, preparou-se uma amostra inicial contendo soluções de Cr(NO3)3, Fe(NO)3 e Al(NO3)3 com a adição de 0,2500 g de NH4Cl e NH4OH. Assim, ferveu-se e filtrou-se a amostra para obter o precipitado com os hidróxidos dos respectivos cátions do grupo IIIA  citados, com a formação de um precipitado e um sobrenadante. Ao precipitado, foi adicionado uma solução de NaOH e H2O2. Nisto ferveu-se e filtrou-se novamente, a fim de coletar o precipitado resultante da adição de base e peróxido. Ao sobrenadante, retiram-se duas alíquotas para analisar a presença de cátions alumínio e cromo. Para o primeiro, adicionou-se HCl e NH4OH, aferindo o pH depois de cada adição, sendo possível perceber o Al(OH)3. E na segunda alíquota, adicionou-se o meio com acido acético e gotejou-se acetato de chumbo até observar-se o cromato de chumbo. Observamos que esse foi um método eficiente para o teste qualitativo da presença dos metais em questão.

 1.     RESULTADOS E DISCUSSÃO

Em um béquer foram adicionados aproximadamente o mesmo volume (1mL) das seguintes soluções: nitrato de cromo [Cr(NO3)3], nitrato de ferro [Fe(NO3)3] e nitrato de alumínio [Al(NO3)3]. Neste mesmo béquer foi adicionado uma massa aproximada de 250mg de cloreto de amônio [NH4Cl]. Em seguida essa amostra inicial foi aquecida até entrar em ebulição.

Após isso, adicionou-se solução de hidróxido de amônio [NH4OH] de concentração 5,0 mol.L-1, resultando na formação de um tampão de hidróxido de amônio e seu ácido conjugado, o íon amônio (NH4-). A reação a seguir representa a formação do tampão.

Reação 1: [pic 1]

        Como mostra na equação, íons OH- são formados e estes reagem com os íons trivalente (Al3+, Fe3+ e Cr3+). Essa reação forma hidróxidos, são eles: Hidróxido de Alumínio (III), Al(OH)3, Hidróxido de Ferro (III), Fe(OH)3 e Hidróxido de Cromo (III), Cr(OH)3. A mistura foi aquecida previamente e posteriormente à adição do hidróxido de amônio, uma vez que o aquecimento favorece a cinética das reações entre esses cátions e os íons hidróxido.

Reação 2: [pic 2]

Reação 3: [pic 3]

Reação 4: [pic 4]

Sabendo que concentrações elevadas de íons hidroxila podem levar a formação de outras espécies em solução que não fossem os hidróxidos desejados, foi necessário usar o tampão NH4OH/NH4Cl para fornecer os íons hidroxila na solução. Então, o tampão funciona como consumidor do excesso de OH- que possa ser adicionado, até atingir a capacidade máxima de tamponamento do sistema. Compostos que poderiam ser formados devido ao excesso de íons hidroxila seriam o complexo tetrahidroxialuminato, [Al(OH)4]-, e o complexo  tetrahidroxicromato [Cr(OH)4]-. As reações desses complexos são descritas pela Reação 5 e pela Reação 6, respectivamente (HARRIS, 2005):

Reação 5: [pic 5]

Reação 6: [pic 6]

As formações desses complexos diminuiriam as quantidades de alumínio e cromo presentes no precipitado, pois eles são solúveis em água. Em uma análise quantitativa desses cátions, caso essas reações paralelas não fossem controladas, o erro gerado poderia ser bastante significativo.

Para retirar as impurezas, filtrou-se a solução ainda quente e lavou-se o precipitado com NH4Cl. A solução de cloreto de amônio foi utilizada para lavar o precipitado, pois se fosse outra substância, por exemplo, a água, os hidróxidos formados seriam solubilizados e consequentemente, perdidos na filtração. Posteriormente, transferiu-se o precipitado para um béquer com o auxílio de 5 mL de água e com o intuito de formar os complexos solúveis na água mencionados anteriormente, adicionou-se solução de NaOH 5,0 mol L-1, uma vez que estes complexos de alumínio e cromo são formados na presença de excesso de íons hidroxila. Em seguida, adicionou-se peróxido de hidrogênio, H2O2 3%, objetivando a oxidação do tetrahidroxicromato a íons cromato, CrO42-. A reação de oxidação do tetrahidroxicromato é representada pela Reação 7 (VOGEL, 1981):

Reação 7: [pic 7]

Ao ferver a solução, o excesso de peróxido de hidrogênio foi removido, o que causou desprendimento de oxigênio gasoso, O2, e favoreceu a formação de íons cromato. Esse excesso foi removido para que não houvesse oxidação de outros íons quaisquer que poderiam estar dissolvidos na solução e ocorresse a formação de substâncias não desejadas, as quais poderiam interferir no processo de determinação da presença dos cátions (VOGEL, 1981).

Após isso, a solução foi filtrada novamente e o precipitado contendo hidróxido de ferro (III) foi lavado com água quente, de forma que ao lavar o precipitado apenas o Fe(OH)3 ficou presente. Isso se explica devido ao baixo kps do hidróxido de ferro. Então, transferiu-se o precipitado para um béquer e adicionou-se HCl 5,0 mol L-1. Por ser um ácido forte, o ácido clorídrico se dissociou por completo e, portanto, todos seus íons H+ reagiram com os íons OH- do hidróxido de ferro (III), liberando os cátions ferro (Fe3+) e formando água. Para confirmar a presença desse cátion na solução, adicionou-se solução de tiocianato de potássio, KSCN com concentração de 5,0 mol L-1. A reação entre o cátion de ferro e este composto deu origem a um complexo de coloração vermelha intensa, cuja reação de formação é descrita pela Reação 8 (VOGEL, 1981):