Quimica Organica Experimental_Relatorio 5 e 6 - Cristalização e Sublimação.pdf

GRADUAÇÃO 2015.1

RELATÓRIO 5 e 6 –

RECRISTALIZAÇÃO E SUBLIMAÇÃO QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL

ESCOLA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

PROFESSOR EDSON FERREIRA

Cristiano da Vitoria Teixeira

Luiz Antônio Almeida dos Santos

Rafael de Souza Menezes

Rodrigo de Souza

Junho/2015

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 3

2. OBJETIVOS ........................................................................................... 4

3. MATERIAL NECESSÁRIO ................................................................. 5

4. PROCEDIMENTO ................................................................................ 5

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................ 6

6. CONCLUSÃO ........................................................................................ 9

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................... 9

GRADUAÇÃO 2015.1

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Química Orgânica Experimental

1. INTRODUÇÃO

Uma substância sublima quando passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso,

como é o caso de certas substâncias como o Naftaleno e o Iodo que quando aquecido e, em

contato com uma superfície fria, voltam ao seu estado sólido, na forma de cristais puros da

substância. Sublimação é um processo de purificação de substâncias sólidas que têm pressão

de vapor relativamente alta abaixo do seu ponto de fusão. A substância é vaporizada, por

aquecimento, diretamente do estado sólido. O fenômeno de sublimação ocorre quando a

pressão do ambiente não é suficiente para frear a aceleração das partículas permitindo a

passagem direta do estado sólido para o gasoso. O ponto de fusão é a temperatura à qual uma

substância funde ou passa do estado sólido para o estado líquido. Uma substância pura sob

condições padrão de pressão possui um ponto de fusão definido. Para se determinar o ponto de

fusão de algumas substâncias, utiliza-se a técnica do tubo de Thielle. As substâncias puras

fundem-se a uma temperatura constante. Já as impuras (misturas) não apresentam um único

ponto de fusão definido e, sim, uma faixa de fusão, que será tanto maior quanto mais impureza

contiver a substância. No procedimento foi efetuado o processo de recristalização e sublimação

com o intuito de separar os componentes de uma mistura, possibilitando dessa forma visualizar

as etapas do processo de cristalização como também de sublimação.

A Cristalização é uma operação de separação onde, partindo de uma mistura líquida

(solução) se obtêm cristais de um dos componentes da mistura, com 100% de pureza. Na

cristalização criam-se as condições termodinâmicas que levam as moléculas a aproximarem-se

e a agruparem-se em estruturas altamente organizadas, os Cristais. Por vezes, as condições

operatórias não permitem obter cristais 100% puros verificando-se a existência, nos cristais, de

inclusões (impurezas) de moléculas que também têm grande afinidade para o soluto. A razão

de enfatizar essa operação é que a última operação na produção de substâncias cristalinas afeta

a pureza e pode evitar ou diminuir propriedades indesejáveis no produto final: ex.

empedramento, retenção demasiada de umidade e altas perdas de material devido à formação

de pó. Esta operação é muito utilizada na finalização de produtos em indústrias químicas e

farmacêuticas. Ela não é destinada exclusivamente a isolar o produto final; ela intervém

igualmente na purificação dos produtos intermediários.

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Um solvente apropriado para a cristalização deve ter os seguintes requisitos:

1. À temperatura elevada, dissolva rapidamente uma grande quantidade de composto;

2. À baixa temperatura, dissolva pouca quantidade de soluto;

3. Não reaja com o composto a ser cristalizado;

4. Dissolva as impurezas a baixa temperatura;

5. Seja suficiente volátil para sua fácil evaporação.

Logo, a sublimação é a uma técnica usada quando um dos componentes da mistura

sólida sublima facilmente, isto é, passa diretamente do estado sólido ao estado gasoso, por

aquecimento, e do estado gasoso ao estado sólido, por arrefecimento. Pode ser usada para

purificar sólidos. O sólido é aquecido até que sua pressão de vapor se torna suficientemente

grande para ele vaporizar e condensar como sólido numa superfície fria colocada logo acima.

O sólido é então contido na superfície fria enquanto as impurezas permanecem no recipiente

original. A vantagem que esta técnica apresenta é que nenhum solvente é necessário e assim

não é preciso removê-lo mais tarde. A sublimação também permite a remoção de material

ocluso, como moléculas de solvatação. Ela consiste num método mais rápido de purificação do

que a cristalização, no entanto, não é tão seletiva, pois é difícil lidar coma similaridade de

pressão de vapor entre os sólidos.

2. OBJETIVOS

Purificar substâncias sólidas à partir das diferenças de solubilidade entre elas e as impurezas

num dado solvente ou mistura de solventes.

Purificar substâncias sólidas que tiverem maior pressão de vapor do que as impurezas.

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3. MATERIAL NECESSÁRIO

Água destilada

Bico de Bunsen;

Balança analítica;

Bastão de vidro;

Becker;

Bomba de vácuo;

Carvão Ativado

Etanol;

Espátula;

Funil de Büchner;

Hexano;

Kitassato de 1000 mL;

Papel de Filtro;

Pipetas de 5 mL, 10 mL;

Placa de Petri;

Tela de Amianto

Tripé;

Vidro de relógio;

4. PROCEDIMENTO

Sublimação

Em um primeiro momento foi colocado 1,005g de Naftaleno (pesado em uma balança

eletrônica), em um béquer de 100mL. Sobre esse béquer foi colocado uma placa de Petri com

cubos gelo dentro. Após isso essa estrutura foi colocada sobre uma placa de aquecimento.

Quando o Naftaleno já estava todo cristalizado, foi retirada a água de cima da placa de Petri

com o auxilio de uma pipeta. Em seguida, realizamos a pesagem do naftaleno já sublimado.

Recristalização

Com o auxílio do tripé, tela de amianto e bico de bunsen a água foi fervida em um

béquer. Aproximadamente 1g do soluto (carvão e ácido benzóico) foi misturado à água fervente

em um béquer pequeno. A mistura foi filtrada utilizando-se o funil de Buchner, papel filtro

posto dentro do funil e umedecido com água para garantir melhor aderência, evitando que a

mistura passasse pelas laterais e comprometesse a filtragem. O anel de vedação para o

funcionamento do vácuo e encaixe no Kitassato e bomba à vácuo. É possível verificar

visualmente a presença do ácido na água em temperatura ambiente, pois o ácido se mantém na

forma de cristais dispersos no líquido em questão. A filtragem foi repetida em temperatura

ambiente para garantir a mistura (ácido benzóico e água) com menos impurezas.

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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Sublimação

No início do experimento quando o béquer e a Placa de Petri foram colocados sobre a placa

de aquecimento e foi observado:

1- Em um primeiro momento o Naftaleno começou a formar cristais na parte mais

fria do béquer (próximo a placa de Petri com gelo).

2- Após este momento o Naftaleno já líquido, começou a ferver e quando a parte

líquida acabou, foi observado que o mesmo estava cristalizado na parte fria do

experimento (béquer junto com a placa de Petri).

A amostra de Naftaleno após essa primeira etapa de cristalização foi pesada.

Naftaleno puro = 0,079g

1,005g --------------- 100%

0,079g ------------------- X %

X= 7,86% de rendimento.

Cristalização

Como apenas o ácido do soluto (carvão e ácido benzóico) solubilizou-se no solvente,

com a filtragem o ácido ficou contido juntamente com a água no kitassato. Desta forma o carvão

e as impurezas foram retidas no funil de Buchner. O rompimento da estrutura cristalina do

sólido seguido pelo resfriamento da solução que produz novamente os cristais, eliminando as

impurezas.

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Ácido benzóico

Pertence ao grupo dos ácidos carboxílicos, é um composto aromático, seu nome oficial

é ácido benzeno monocarboxílico. Foi descoberto no século XVI, é considerado o mais simples

dos ácidos carboxílicos, por ser uma carboxila COOH ligada a um anel benzênico, é bastante

solúvel em solventes orgânicos como éteres, alcoóis e benzeno, por serem menos polares, são

praticamente insolúveis em água. O C7H6O2 é bastante utilizado na indústria de alimentos para

conservá-los, também na indústria de fármacos para produz cosméticos e medicamentos, pela

propriedade antimicrobiana que possui o ácido benzóico.

Para obter o ácido benzóico destinado para fins comercial é dado pela oxidação parcial

do tolueno (matéria prima usada para obter derivados do benzeno, entre outros) com oxigênio,

sendo usado naftalenatos de manganês ou do cobalto como catalisador ou mesmo oxidando o

tolueno em solução aquosa saturada de permanganato de potássio. Também é possível obter o

ácido benzóico a partir da reação do benzeno com o cloreto de metanoíla, o cloreto de cobre (I)

ou o cloreto de alumínio funciona como catalisador, que irá produzir a principio o benzaldeido,

depois será oxidado onde dará origem ao ácido benzóico. O ácido benzóico pode ser encontrado

na natureza, em frutas como: ameixas, morangos, amoras, framboesas e groselha, também em

resinas da arvore benjoeiro, onde surgiu o nome ácido benzóico.

Como qualquer ácido deve se tomar cuidado quanto ao seu manuseio. Se inalado seus

vapores causam irritações no nariz, garganta, provocando dores na garganta e tosse. Quando

ingerido poderá ocorrer dores abdominais, náusea e vômito. Em contato com os olhos causam

irritações e dores.

Adsorção

A diferença entre adsorção e absorção é proposital, porque a absorção é um fenômeno

em que uma substância permeia o volume de outra (por exemplo, uma esponja absorve água),

enquanto a adsorção é um fenômeno de superfície. A adsorção é importante em inúmeras

situações no dia-a-dia (por exemplo, em filtros de carvão ativado) e na indústria (por exemplo,

em catalisadores). Pensando em áreas superficiais, pode-se ter a impressão de que, para ter

uma adsorção eficiente, é preciso de grandes quantidades de material, pois o fenômeno depende

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da superfície, e em uma pequena quantidade de material. Superfícies com partículas pequenas

e de alta porosidade - por exemplo, um carvão ativado, quando tratado quimicamente, é possível

aumentar a área superficial. Existem dois tipos principais de adsorção: física e química. A

adsorção física é não-específica, rápida e reversível. O adsorbato encontra-se ligado à superfície

somente por forças de van der Waals (forças dipolo-dipolo e forças de polarização, envolvendo

dipolos induzidos). A adsorção química é específica e envolve a formação de um composto

bidimensional, como por exemplo, quando gases entram em contato com superfícies metálicas

limpas. A quantidade de substância adsorvida na superfície decresce com o aumento da

temperatura, já que todos os processos de adsorção são exotérmicos. A uma temperatura

constante a quantidade adsorvida aumenta com a concentração do adsorbato (em solução ou na

fase gasosa), e a relação entre a quantidade adsorvida (x) e a concentração (c) é conhecida como

a isoterma de adsorção.

Interações fluido-sólido, envolvendo contato de componentes de fases fluidas com as

superfícies de sólidos, podem destacar efeitos físicos e/ou químicos. No processo adsortivo as

espécies das fases fluidas aderem e são ou não retidas nas superfícies em dois principais níveis

de interação. Um primeiro tipo, de natureza física, é dito adsorção física. Interações mais fortes,

a nível energético de reações químicas são identificados como adsorção química. Etapas

deliberação dos componentes adsorvidos incorrem sobre o fenômeno de dessorção. Após

ocorrer o processo de adsorção, o fluido fica retido na superfície do sólido até que ocorra a

reação e, após a finalização desta há a separação dos produtos formados, sendo esta etapa

chamada de dessorção. Durante a adsorção, as moléculas do fluido perdem energia para as

vizinhanças ao aderirem no sólido. Para ocorrer o processo inverso, conhecido como dessorção,

é necessário que haja fornecimento de energia à molécula para que esta se separe do sólido,

resultando em uma diminuição da temperatura. Para o desenvolvimento do processo de

adsorção, pode-se utilizar um leito ou coluna de partículas granulares porosas ou permeáveis

para a remoção seletiva de um componente valioso ou de um sem valor, de uma alimentação

gasosa ou líquida. O leito pode ser fixo ou fluidizado. A composição da alimentação e a vazão

podem ser constantes ou variáveis. Com base em medições é possível determinar-se a

quantidade de fluido que foi adsorvida, assim pode-

se propor um modelo que descreva como a reação se processa, com base em parâmetrosimpor

tantes mensurados durante o experimento

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6. CONCLUSÃO

O processo de cristalização a partir dos dados analisados, observa-se uma eficiência

no processo de sublimação, que o que justifica quando é dito na literatura que a sublimação é

um bom processo de purificação de sólidos, porém não é com qualquer substância que pode ser

aplicado esse método, visto que as substâncias "sublimáveis"

possuem características pouco polares e são geralmente razoavelmente simétricas. Nesta

situação, as forças intermoleculares que atuam no estado sólido são mais fracas. A sublimação

é um processo simples e pode ser aplicado na purificação de substâncias, especialmente levando

em consideração que muitos sólidos que fundem à pressão atmosférica podem ser sublimados

à pressão reduzida. Em teoria, todos os sólidos poderiam ser purificados por este processo

bastando encontrar as condições de pressão e de temperatura adequadas. Os objetivos das

experiências realizadas foram alcançados. Entretanto, os resultados obtidos não foram os

desejados, haja vista os aspectos apresentados na discussão. Notou-se ainda, que a

recristalização foi o método de maior rendimento.

Em suma, a partir dos experimentos, observou-se que a técnica de purificação por sublimação

é uma técnica eficaz a se aplicar em compostos orgânicos sólidos que possuem pressão de vapor

relativamente alta abaixo de seu ponto de fusão, pois apresenta a vantagem de que nenhum

solvente é necessário e assim não é preciso removê-lo mais tarde, além do mais seu processo é

mais rápido do que o da recristalização, porém são poucas as substancias que possuem pressão

suficientemente elevada para permitir a sublimação à pressão atmosférica, desta forma esta

técnica não é aplicada a todos os compostos, por isso é pouco usada em laboratórios.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FALCON, L. C. , Apostila de Química Orgânica CEFETEQ - Rio de Janeiro – RJ, 1998.

SOARES, B.G; De SOUZA, N.A; PIREX, D.X. , Química Orgânica – Teoria e Técnicas

de Preparação e Identificação de Compostos Orgânicos – Rio de Janeiro, RJ - Ed.

Guanabara, 1988, p. 57 – 61

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