Separação e Identificação de Cátions do Grupo III

1. INTRODUÇÃO

Cátions são átomos que perderam elétrons da camada de valência e por isso assumem carga positiva. A análise dessas espécies é muito realizada na química analítica, tanto no meio acadêmico quanto nas indústrias, para identificação de diferentes tipos de amostras (LEE, 2000).

A importância da análise de cátions é a identificação dos íons que compõem as substâncias. Quando temos de analisar uma amostra desconhecida o primeiro passo é identificar quais as substâncias que compõem essa mesma amostra (BACCAN, 1988).

Os métodos utilizados para identificar os cátions são sistemáticos. Os cátions são classificados em cinco grupos e levando em conta a semelhança de suas propriedades (ALEXÉEV, 1982).

O grupo de elementos constituintes do bloco d que estão, na tabela periódica, entre o bloco s e o bloco p são denominados como elementos de transição. Em elementos do bloco s e p, os elétrons são adicionados ao nível mais externo, porém nos elementos do bloco d a adição de elétrons ocorre no penúltimo nível, e assim, tais elementos possuem nível eletrônico d não preenchido totalmente (LEE, 2000).

Os elementos Fe, Al, Zn, Mn e Ni pertencem ao grupo III de cátions. Dentre estes, três (Fe, Mn e Ni) são elementos de transição e é de se esperar que possuam características de elementos com a camada interna de elétrons incompleta, como íons coloridos e grande tendência a formar íons complexos. Os demais (Al e Zn), não são metais de transição, mas o íon Al3+ tem muita semelhança ao íon Fe3+, que se explica por terem a mesma carga e raios aproximados. Os hidróxidos de Zn e Al são anfóteros, ou seja, podem se comportar como ácidos ou bases (BACCAN, 1988).

Os cátions do grupo III diferenciam-se dos do grupo I e II, pois seus sulfetos são praticamente insolúveis em água, mas são dissolvidos em solução ácido ou decompõem-se pela ação da água formando hidróxidos solúveis em nos ácidos (ALEXÉEV, 1982).

O Ferro, Fe, é um metal branco prateado, dúctil e tenaz, que funde a 1535 ºC. É quimicamente puro, porém sua forma comercial é muito dificilmente encontrada pura, pois há adição de pequenas quantidades de carbureto, sulfeto, grafite, dentre outros, que servem para aumentar a resistência de estruturas metálicas de ferro. Ácido sulfúrico diluído e ácido clorídrico concentrado ou diluído o dissolvem, formando assim sais de Fe (II) e (III) (VOGEL, 1981):

     2 Fe(s)  +  3 H2SO4(aq)  +  6 H+(aq)           2 Fe3+(aq)  +  3 SO2(g)  +  6 H2O(l)[pic 1][pic 2]

                          Fe(s)  +  2 HCl(aq)           Fe2+(aq)  +  2 Cl-(aq)  +  H2(g)[pic 3][pic 4]

O ferro forma compostos em dois estados oxidados, são eles o Fe2+ (ferroso) e o Fe3+ (férrico). Em solução, o Fe2+ tende a oxidar-se à Fe3+ em contato com o O2 do ar. Os sais de Fe2+ são geralmente esverdeados enquanto os de F3+ são marrom-amarelados (BACCAN, 1988).

Os compostos ferrosos, que em sua maioria apresentam coloração esverdeada, são difíceis de se obter na forma pura e são facilmente oxidados. Entretanto, o sal duplo FeSO4 . (NH4)2SO4 . 6H2O é um composto padrão em análises volumétricas e titulações com agente oxidantes, tais como permanganato e dicromato. FeSO4 com H2O2 (conhecido como reagente de Fenton) são usados para formar radicais hidroxilas e, por exemplo, podem oxidar álcoois e aldeídos (LEE, 2000).

Os sais férricos apresentam mais colorações que os sais ferrosos, podendo ser eles amarelos, verdes, púrpura ou até incolores. O Fe2(SO4)3 é o mais comum e é muito utilizado como coagulante para clarear água potável e também no tratamento de águas industriais e efluentes (LEE, 2000).

Pequenas quantidades de ferro são essenciais tanto para vegetais como para animais. Contudo, em grandes quantidades, este elemento se torna tóxico. Também é o elemento de transição mais importante, biologicamente falando, pois está envolvido em diversos processos, tais como: armazenamento de O2 no tecido muscular; transporte de oxigênio no sangue de mamíferos, aves e peixes; transporte de elétrons em plantas, animais e bactérias; e armazenamento e remoção de ferro em animais (LEE, 2000).

O ferro é o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre constituído 6,2% em peso da crosta, além disso é o segundo metal mais abundante. Juntamente com o níquel, constitui maior parte do núcleo na Terra (LEE, 2000).

O Alumínio, Al, é um metal branco, dúctil e maleável que funde a 659 ºC. Na forma metálica, quando exposto ao ar, oxida na superfície e essa camada de óxido serve de proteção para sua camada mais interna. Ácido clorídrico diluído dissolve facilmente este metal, enquanto em ácido sulfúrico ou nítrico este processo é mais lento (VOGEL, 1981):

                      2 Al(s)  +  6 HCl(l)           2 Al3+(aq)  +  3 H2(g)  +  6 Cl-(aq)[pic 5][pic 6]

                  2 Al(s)  +  6 H2SO4(l)           2 Al3+(aq)  +  3 SO42-(aq)  +  3 SO2(g)  +  6 H2O(l)[pic 7][pic 8]

O alumínio é trivalente e os íons Al3+ formam sais incolores quando reagindo com ânions incolores. Seus nitrato, halogenetos e sulfatos são solúveis em água devido à hidrólise (VOGEL, 1981).

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante, em peso, e o metal mais abundante na crosta terrestre. O minério mais importante de alumínio é a bauxita, porém também ocorre em grande quantidade em rochas como o feldspato e as micas, que ao se decompor foram argila. Não há métodos econômicos ou simples para extração do alumínio a partir de argila, feldspato ou mica (LEE, 2000).