Determinação das Regras de Solubilidade de Compostos Iônicos

As tendências nas propriedades de solubilidade de compostos iônicos podem ser usadas para a análise qualitativa de soluções iônicas. Quando um composto é adicionado a uma mistura de soluções iônicas, muitos produtos podem se formar, cada um com diferentes propriedades de solubilidade. Se apenas um produto for insolúvel, ele sozinho sairá da solução. Ao realizar reações sequenciais, os íons em uma solução podem ser sistematicamente identificados e isolados.

Embora exista uma variedade de instrumentos analíticos para análise elementar, as técnicas geralmente são demoradas ou exigem o transporte de amostras entre laboratórios. Técnicas analíticas qualitativas, como o exame das propriedades de solubilidade, são métodos de pré-triagem rápidos e acessíveis para análise.

Este vídeo apresentará as propriedades de solubilidade de compostos iônicos, demonstrará procedimentos para precipitar seletivamente compostos iônicos e apresentará algumas aplicações de análise qualitativa usando tendências de solubilidade em ambientes industriais.

Os compostos iônicos são compostos de um cátion e um ânion. Quando ocorre uma reação entre dois compostos iônicos diferentes, o cátion de um composto é atraído eletrostaticamente pelo ânion de outro, formando um novo composto. Os íons que não participam da reação são chamados de íons espectadores e são omitidos da reação iônica líquida. Quando um composto iônico se dissolve, eles interagem reversivelmente com as moléculas de solvente e os íons se dissociam. Se a interação entre um íon e o novo contra-íon for mais forte do que entre o íon e as moléculas de solvente, será mais favorável para o produto estar na fase sólida. A formação de produto sólido a partir da solução é conhecida como precipitação, e o sólido é chamado de precipitado.

Os íons podem ser isolados seletivamente da solução induzindo reações com precipitados insolúveis. Para projetar essas reações, cátions e ânions são atribuídos a categorias amplas com base nas tendências de solubilidade. Os cátions são agrupados identificando o ânion comum aos seus produtos de reação insolúveis, e os ânions também são agrupados por cátions comuns. Soluções desses íons comuns são usadas para testar esses grupos.

Quando a separação é desejada para íons pertencentes ao mesmo grupo, reagentes especializados ou soluções concentradas podem ser usados para induzir reações seletivas, uma vez que os íons desse grupo tenham sido isolados. Esses reagentes especializados também podem ser usados para confirmar a identidade de um íon isolado. Agora que você entende os princípios por trás da análise qualitativa de íons, vamos passar por uma técnica para analisar uma solução para fosfato, seguida por um procedimento para separar uma mistura de cátions metálicos.

Para analisar uma solução de fosfato, primeiro prepare soluções de teste diluídas de cálcio aquoso, ortomolibdato de amônio e ácido nítrico concentrado. Em seguida, coloque 5 mL da solução desconhecida em um tubo de ensaio.

Adicione a solução de cálcio gota a gota à solução desconhecida. A formação de um precipitado branco pode indicar a presença de fosfato de cálcio ou carbonato de cálcio. Para verificar a presença de fosfato, adicione lentamente ácido nítrico ao tubo de ensaio. A dissolução do precipitado indica que o hidrogenofosfato se formou. A falta de bolhas de gás indica que nenhum carbonato está presente, pois o carbonato teria reagido com o ácido para formar dióxido de carbono e água.

Por fim, adicione lentamente o ortomolibdato de amônio ao tubo de ensaio. O fosfomolibdato de amônio se forma como um precipitado amarelo, confirmando a presença de fosfato na solução.

Primeiro, prepare soluções de teste diluídas conforme listado no protocolo de texto. Obtenha quatro tubos de ensaio e tampas adequados para uso em uma centrífuga. Coloque uma mistura de nitratos aquosos de zinco, níquel, prata e ferro em um tubo de ensaio. Para iniciar a separação, primeiro adicione lentamente ácido clorídrico diluído à mistura, girando suavemente. O precipitado branco que se forma é o cloreto de prata. Continue adicionando solução de cloreto até que não se forme mais precipitado.

Separe o líquido, ou sobrenadante, e o cloreto de prata sólido por centrifugação. Transvasar o sobrenadante para o segundo tubo de ensaio. Lave o cloreto de prata três vezes com água e transvase cada lavagem para o segundo tubo de ensaio. Em seguida, adicione a solução de hidróxido de sódio gota a gota ao segundo tubo de ensaio. Três precipitados se formarão: hidróxido de zinco branco, hidróxido de ferro amarelo e hidróxido de níquel verde. Continue adicionando hidróxido de sódio até que o composto sólido de zinco branco se dissolva, formando o íon zincado solúvel. Separar a solução de zinco e os compostos sólidos de níquel e ferro por centrifugação e, em seguida, decantar a solução para o terceiro tubo de ensaio. Lave os sólidos com água três vezes e transvase cada um na solução de zinco.

Adicione lentamente ácido clorídrico à solução de zinco no terceiro tubo de ensaio até que o hidróxido de zinco precipite e se dissolva.

Em seguida, adicione hexacianoferrato de potássio gota a gota à solução de zinco para formar hexacianoferrato de potássio e zinco como um precipitado branco. Agora, ao tubo de ensaio contendo hidróxido de níquel sólido e hidróxido de ferro, adicione lentamente amônia para formar o íon hexammina de níquel azul solúvel. Separar a solução de níquel do hidróxido de ferro sólido por centrifugação e decantar a solução de níquel para o quarto tubo de ensaio. Lave o hidróxido de ferro três vezes com água e transvase as lavagens para a solução de níquel. Em seguida, adicione lentamente dimetilglioxima à solução de níquel para formar dimetilglioxima de níquel como um precipitado vermelho. Ao hidróxido de ferro sólido, adicione cuidadosamente ácido clorídrico concentrado para formar uma solução de cloreto férrico. Para confirmar a presença de ferro, adicione tiocianato para formar o cátion tiocianatoferro-vermelho escuro.

A simplicidade e a rapidez da realização de análises qualitativas de íons em solução tornam essa técnica amplamente utilizada na química ambiental e na indústria.

Quando a água contém uma alta concentração de cátions metálicos, como cálcio ou magnésio, ela é chamada de água dura. Esses cátions metálicos podem reagir com ânions na água, como carbonato, para formar depósitos calcários que entopem canos ou aquecedores de água quente. A dureza da água pode ser avaliada adicionando uma solução de carbonato a uma amostra de água. O precipitado branco indica altos níveis de cálcio.

O fosfato é um nutriente importante para muitas formas de vida e, portanto, é usado em fertilizantes industriais e de jardim, mas um excesso de fosfato pode ser prejudicial, principalmente em ambientes de água doce. As águas residuais em áreas residenciais e comerciais podem ser testadas quanto a fosfatos adicionando ácido nítrico e ortomolibdato de amônio. O precipitado amarelo indica altos níveis de fosfatos.

Você acabou de assistir à introdução de JoVE às regras de solubilidade para íons. Agora você deve estar familiarizado com os princípios das reações iônicas, alguns procedimentos para análise qualitativa de soluções e algumas aplicações de análise qualitativa usando solubilidade.

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