1- Foi solicitado a um laboratório que realizasse uma análise qualitativa de cátions em uma amostra de resíduo industrial para investigar a presença dos cátions:
. Seguem os resultados obtidos na marcha analítica executada:
I. Após diluir uma parte da amostra, acidificou-se uma alíquota com solução diluída de HCl . Ocorreu formação de um precipitado branco. Filtrou-se a mistura.
II. Borbulhou-se
no filtrado de 1 e não ocorreu modificação da solução.
III. Por ebulição todo
foi eliminado. Adicionou-se
sólido e alcalinizou-se com solução de
. Ocorreu formação de um precipitado marrom-avermelhado. Filtrou-se a mistura.
IV. Ao filtrado de 3 adicionou-se
. Ocorreu a formação de um precipitado escuro. Filtrouse a mistura.
V. Ao filtrado de 4 adicionou-se
. alcalinizou-se com solução de
e adicionou-se, sob agitação, solução de
. Não foi observada nenhuma modificação na solução.
VI. Não foi feito nenhum tratamento químico na solução 5 para a identificação de outros cátions
VII. Ao precipitado 3, adicionou-se solução de NaOH . Permaneceu o precipitado marromavermelhado. Filtrou-se a mistura.
VIII. Ao filtrado 3, adicionou-se solução diluída de HCl seguida de
. Nada observou-se na solução.
a) Para cada análise realizada, escreva as equações químicas correspondentes e as conclusões.
b) Dê o laudo final sobre a composição da amostra (cátions presentes e ausentes)
I. Após diluir uma parte da amostra, acidificou-se uma alíquota com solução diluída de HCl . Ocorreu formação de um precipitado branco. Filtrou-se a mistura.
II. Borbulhou-se
III. Por ebulição todo
IV. Ao filtrado de 3 adicionou-se
V. Ao filtrado de 4 adicionou-se
VI. Não foi feito nenhum tratamento químico na solução 5 para a identificação de outros cátions
VII. Ao precipitado 3, adicionou-se solução de NaOH . Permaneceu o precipitado marromavermelhado. Filtrou-se a mistura.
VIII. Ao filtrado 3, adicionou-se solução diluída de HCl seguida de
a) Para cada análise realizada, escreva as equações químicas correspondentes e as conclusões.
b) Dê o laudo final sobre a composição da amostra (cátions presentes e ausentes)
Passo 1
O enunciado pede que a partir da marcha analítica dada (passos I a VIII) eu escreva, para cada passo, as equações químicas que ocorrem e as conclusões (parte a) e, ao final, emito o laudo final indicando quais cátions da lista
estão presentes ou ausentes (parte b).
Informações relevantes do enunciado (resumo das observações experimentais):
- I: Ao acidificar com HCl houve precipitado branco (filtrou-se).
- II: Borbulhar
no filtrado de I — nenhuma modificação. - III: Após eliminar
, adicionar e alcalinizar com → precipitado marrom-avermelhado (filtrou-se). Esse é o precipitado chamado “3”. - IV: Ao filtrado de 3, adicionar
→ precipitado escuro (filtrou-se). Esse é o precipitado chamado “4”. - V: Ao filtrado de 4, adicionar
, alcalinizar com e adicionar → nenhuma modificação. - VI: Não houve mais tratamento da solução 5.
- VII: Ao precipitado 3, adicionar NaOH → o precipitado permaneceu marrom-avermelhado (filtrou-se).
- VIII: Ao filtrado 3, adicionar HCl diluído seguido de
→ nada observado.
Não começo a resolver ainda — agora vou passo a passo escrever as reações, explicar a teoria envolvida (por que cada reação/observação ocorre) e tirar as conclusões.
Passo 2
Análise do passo I (acidificação com HCl, formação de precipitado branco).
Explicação teórica curta e importante: HCl adiciona
e acidifica. Alguns cátions formam cloretos insolúveis ou substâncias que separam como precipitado em meio ácido — classicamente são:
(o íon mercuroso, que forma o precipitado branco
, chamado calomel). Outros cátions da lista não dão precipitado branco ao adicionar HCl em solução aquosa neutra/ácida: por exemplo,
permanecem solúveis como cloretos;
pode formar complexidades, mas tipicamente não dá um precipitado branco claro na simples acidificação que imobilize todo o bismuto nesse estágio (e se houvesse Bi em forma de sulfeto, seria outra etapa).
Reação que corresponde à formação de precipitado branco (assumindo que o responsável é o íon mercuroso, que forma cloreto insolúvel branco):
Observação prática: muitos esquemas de análise qualitativa registram um precipitado branco com HCl como indicativo de presença de mercúrio (no estado mercuroso
) — o produto é
(calomel).
Conclusão do passo I: houve precipitação de um cloreto insolúvel branco, consistente com presença de íon mercurioso
(ou, de forma geral, presença de mercúrio que precipita como cloreto branco). Esse catião ficou no precipitado (não mais na solução filtrada).
Passo 3
Análise do passo II (borbulhar
no filtrado de I — nenhuma modificação).
Teoria útil:
em meio ácido fornece concentração muito baixa de
, porque o equilíbrio é:
Em meio ácido, a concentração de
é muito baixa; apenas sulfetos muito pouco solúveis (isto é, com produto de solubilidade muito pequeno) se precipitam nessa condição — por exemplo,
(alguns desses). Se não houve modificação ao borbulhar
no filtrado, significa que não havia na solução cátions que formem sulfetos insolúveis já em meio ácido (ou já tinham sido removidos no passo I).
Conclusão do passo II: não havia, no filtrado de I, cátions que precipitam como sulfetos em meio ácido (isto exclui, para este filtrado, a presença de cátions típicos do “grupo de sulfetos em meio ácido” — por exemplo, não há
livre para precipitar aqui; mas se Bi tivesse sido removido no passo I, também não se veria precipitado).
Passo 4
Análise do passo III (remoção de
por ebulição; adição de
e alcalinização com
; formação de precipitado marrom-avermelhado).
Teoria importante e aplicada: a conjunção
+
forma um tampão amoniacal que mantém o pH moderadamente básico (não tão elevado quanto quando se usa NaOH forte). A amônia em água gera
de acordo com:
Por isso, alguns cátions que formam hidróxidos pouco solúveis precipitam nesta condição. Entre os cátions da lista, o
forma
, que é marrom-avermelhado (cor típica de óxido/hidróxido ferríco) e insolúvel neste tampão amoniacal. Já
forma
branco (gelatinoso) e é anfótero (dissolve em excesso de base forte), e
tem hidróxido branco levemente acastanhado ao oxidar. A cor “marrom-avermelhada” é índice forte de
.
Equações representativas:
formação do hidróxido (equação iônica simplificada)
formação do hidróxido (equação iônica simplificada)
e a origem de
pelo equilíbrio com amônia (explicativa, já citada):
Conclusão do passo III: o precipitado marrom-avermelhado corresponde a
— indica presença de
na amostra; o ferro foi removido para o precipitado 3.
Passo 5
Análise do passo IV (ao filtrado de 3 adicionar
→ precipitado escuro).
Teoria: após remover os hidróxidos de cátions do “grupo dos hidróxidos” (como
), o filtrado contém cátions que não precipitaram antes. A adição de
fornece
em meio amoniacal (mais disponível do que em meio fortemente ácido), e sulfetos de cátions como
,
precipitam como sulfetos escuros (preto), por exemplo:
Outros sulfetos têm cores características:
tende a ser róseo/pálido inicialmente;
é negro;
é negro;
é preto (mas Ferro já foi precipitado como hidróxido). A observação de um precipitado escuro/negro a partir deste tratamento é compatível com a presença de
precipitando como
.
Reações envolvidas (incluindo a dissociação do sal de amônio):
Conclusão do passo IV: a formação de precipitado escuro indica presença de cátions que formam sulfetos escuros em meio amoniacal — entre os listados, o candidato óbvio é
. Portanto
está presente.
Passo 6
Análise do passo V (ao filtrado de 4 adicionou-se
, alcalinizou-se com
e adicionou-se
. Não foi observada modificação).
Teoria: a adição de
em meio amoniacal pode precipitar carbonatos de cátions alcalino-terrosos que sejam pouco solúveis como
(e
,
) dependendo do pH e das concentrações. Se não houve nenhuma modificação, isso indica ausência (ou concentração abaixo do limite detectável) de
(já que
é pouco solúvel e precipitaria). Também íons alcalinos solúveis como
permanecem em solução e não dão modificação.
Equação que não ocorreu (o que seria esperado se Sr estivesse presente):
Conclusão do passo V: ausência detectável de
. Como
é um cátion solúvel que não precipita nas etapas usadas, ele pode permanecer na solução (não foi removido/identificado por essas provas) — isto não prova sua ausência, apenas não foi detectado nem precipitou.
Passo 7
Análise do passo VII (ao precipitado 3 — o marrom-avermelhado — adicionou-se solução de NaOH; o precipitado permaneceu marrom-avermelhado).
Contexto: precipitado 3 já atribuíamos a
, mas teoricamente poderia ser uma mistura (ex.:
+
). Teste diagnóstico:
é anfótero — dissolve em excesso de base forte formando íons aluminato solúveis, segundo:
Por outro lado,
não se dissolve facilmente em excesso de base (permanece como precipitado marrom-avermelhado). No experimento, ao adicionar NaOH (base forte), o precipitado permaneceu, o que indica que o precipitado não continha quantidades significativas de
; em vez disso é compatível com
puro.
Conclusão do passo VII: reforça que o precipitado 3 é
(logo presença de
) e que
está ausente (pelo menos em quantidade detectável nesse precipitado), pois caso contrário parte do precipitado dissolveria ao adicionar NaOH em excesso.
Passo 8
Análise do passo VIII (ao filtrado 3 adicionou-se solução diluída de HCl seguida de
. Nada foi observado).
Interpretação do procedimento: o filtrado 3 contém os cátions que não precipitaram com o tampão amoniacal — ou seja, após a formação e remoção de
, o que restou no filtrado seria testado. Acidificar com HCl dissolveria hidróxidos possíveis ou alteraria equilíbrios para colocar espécies na forma solúvel; em seguida, re-alcalinizar com
poderia gerar precipitados de hidróxidos de cátions que se precipitam somente nessa sequência (por exemplo, se houvesse traços de
que tivessem sido retidos de modo instável). O fato de não ocorrer nada indica ausência detectável de cátions que reagiriam nessa sequência — em particular, confirma a ausência de
e de
no filtrado (se Bi3+ estivesse livre esperaria-se precipitação em etapas de sulfeto ácido ou em outras etapas anteriores).
Conclusão do passo VIII: reforça ausência detectável de
e
no material analisado.
Passo 9
Resumo das conclusões conjuntas (tradução dos resultados práticos em presença/ausência dos cátions da lista), com explicação final da lógica combinada:
- Presença de mercúrio: o precipitado branco com HCl (passo I) é característico de cloreto insolúvel de mercúrio do tipo
(calomel). Conclusão: mercúrio presente (especificamente na forma que precipita como cloreto branco — mercuroso). Repetindo a equação representativa:
- Presença de ferro(III): a formação de precipitado marrom-avermelhado com
(passo III) e sua resistência à adição de NaOH (passo VII) indicam e o produto :
- Presença de níquel(II): o precipitado escuro formado ao adicionar
ao filtrado de 3 (passo IV) é compatível com (preto):
- Ausência de estrôncio: se
estivesse presente, a adição de em meio amoniacal (passo V) precipitaria . Como nada ocorreu, concluímos ausência detectável de :
-
Ausência de alumínio e bismuto: testes indicam que o precipitado marrom não continha
(pois não dissolveu em NaOH) e que no filtrado não há reação ao acidificar e alcalinizar (passo VIII) que caracterizaria ou . Logo, e ausentes (ou abaixo do limite de detecção). -
Sódio:
é um cátion muito solúvel e, nas técnicas empregadas, permanece em solução e dificilmente precipita; como não foi testado especificamente, não se observa precipitado que oponha sua presença — no contexto da marcha analítica, se um cátion da lista não foi precipitado em nenhuma etapa e permaneceu na solução final, considera-se que ele está presente como catião solúvel persistente. Assim, a presença de é compatível com os dados (não foi precipitado em nenhuma etapa e não foi eliminado). Em suma: não foi detectado seu precipitado (permaneceu em solução), o que é coerente com presença de na amostra. -
Manganês: nenhuma evidência conclusiva de
. Se houvesse manganês livre, poderia dar reações características (por exemplo, sob sulfeto, ou que oxida para castanho), mas não há observação inequívoca destes padrões. Portanto, consideramos ausente ou abaixo do limite de detecção.
Resposta
Presentes:
(identificado como precipitado branco
),
,
,
Ausentes: