UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
PRÁTICAS DE QUÍMICA ORGÂNICA – QUI-214 (QUI-327) Curso: Farmácia
Prof. Dr. Leandro Vinícius Alves Gurgel legurgel@iceb.ufop.br
SETOR DE QUÍMICA ORGÂNICA Ouro Preto, 2016
2 PRÁTICA 01
ANÁLISE ORGÂNICA ELEMENTAR (Combustão e Ensaio de Lassaigne)
Objetivo: Investigar a natureza orgânica de um composto orgânico através da caracterização dos principais elementos químicos.
Materiais: Tubos de ensaio, béquer, conexões de vidro, rolhas de cortiça, pinças, bico de gás, funil, papel de filtro, espátula metálica.
Reagentes: Sódio metálico, solução a 10% de hidróxido de bário, solução aquosa a 10% de ácido acético, solução a 10% de acetato de chumbo, soluções aquosa de ácido nítrico, nitrato de prata, ácido sulfúrico, solução de amoníaco, nitrito de sódio a 20%, compostos orgânicos diversos, sulfato ferroso e óxido de cobre.
Aspectos de segurança: o aluno deverá usar jaleco (próprio), sapato fechado e as mulheres deverão prender o cabelo. Durante essa aula prática o aluno deverá usar óculos de segurança a ser fornecido pelo técnico responsável pelo laboratório.
Aspectos teóricos:
Os elementos mais comumente encontrados nos compostos orgânicos são o carbono, o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio, o enxofre e os halogênios. A evidência da natureza orgânica pode ser verificada através de um ensaio direto que constata a presença dos elementos C e H. Neste método, uma ponta de espátula da amostra (substância orgânica) é queimada na presença de óxido de cobre e o CO2 liberado é
borbulhado em uma solução aquosa de hidróxido de bário, o que leva a formação de um precipitado, confirmando a presença de C, enquanto que gotículas de água nas paredes do tubo confirmam a presença de H. A fim de verificar a presença de N, S e halogênios em compostos orgânicos, faz-se necessário convertê-los em substâncias inorgânicas ionizáveis, de modo que os ensaios iônicos de análise qualitativa inorgânica possam ser aplicados. O melhor procedimento para essa conversão consiste em fundir o composto orgânico com sódio metálico (ensaio de Lassaigne). Deste modo ocorre a formação de sais de sódio: 1 - Cianeto (se Nitrogênio estiver presente na amostra), que pode ser detectado através de reações que levem ao ferrocianeto férrico (azul da Prússia). É possível que não ocorra formação do azul da Prússia. Isso pode ser atribuído a pouca quantidade de sódio. 2 - Sulfeto (se Enxofre estiver presente na amostra), através de reações que levem ao sulfeto de chumbo; 3 - Haletos (se Halogênios estiverem presentes na amostra), através de reações que levem aos haletos de prata correspondentes.
Procedimentos:
1- Caracterização dos elementos químicos N, S e X (análise elementar pelo Ensaio de Lassaigne)
Coloque uma ponta de espátula da amostra em um tubo de ensaio contendo um pequeno pedaço de sódio metálico recém-cortado. Prenda-o com uma pinça e aqueça-o, cuidadosamente, no bico de gás (pode haver liberação de gases combustíveis, portanto, o aquecimento no início deve ser feito retirando o tubo periodicamente da chama). Continue
3 o aquecimento até que o conteúdo se torne vermelho (sinal de fusão e consequente decomposição da amostra). Adicione ao tubo ainda quente cerca de 10 mL de água destilada com cuidado, (coloque o tubo dentro de um béquer); pois o tubo pode se romper uma vez que o excesso de sódio reage energicamente com a água e as substâncias minerais se dissolvem. Filtre a solução. Numere 4 tubos de ensaio e coloque cerca de 1 mL (aproximadamente 1 cm de altura no tubo) da solução nos tubos de 1 a 3.
Ensaio do Nitrogênio: Pegue o tubo “1” e adicione uma ponta de espátula de sulfato
ferroso. Aqueça até perceber fervura e, então, acidifique com algumas gotas de solução de ácido sulfúrico até notar a mudança de coloração para azul (cerca de três gotas).
Ensaio do Enxofre: Pegue o tubo “2” e acidifique a solução com três gotas de solução
de ácido acético. Adicione algumas gotas de solução de acetato de chumbo até notar formação de precipitado preto (cerca de três gotas).
Ensaio do Halogênio: Pegue o tubo “3” e acidifique a solução com três gotas de solução
de ácido nítrico. Adicione algumas gotas de solução de nitrato de prata até a formação de precipitado branco (AgCl), ou amarelo-pálido (AgBr), ou amarelo (AgI).
Caracterização do Halogênio: Se o teste for positivo para halogênio, decante a
água-mãe e trate o precipitado com solução diluída e aquosa de amoníaco. Se o precipitado for branco e rapidamente solúvel na solução de amoníaco, está confirmada a presença de cloro; se for amarelo-pálido e pouco solúvel, o bromo está presente; se for amarelo e insolúvel, está indicada a presença de iodo. Um teste para confirmação de iodo pode ser realizado acidificando 1-2 mL da solução de “fusão” com um ligeiro excesso de ácido acético glacial e adicionando 1 mL de tetracloreto de carbono. Adicione, gota a gota, solução de nitrito de sódio a 20%, com agitação constante. O aparecimento de cor púrpura ou violeta na camada orgânica indica a presença de iodo.
Reações Químicas: 2 2 CuO x y C H CO H O (1) 2( )g ( )2 3( )s 2 CO Ba OH BaCO H O (2) ( ) 2 1) , 2 2) " " ( , , , , , ) Nas H O Solução de fusão
Amostra C H N S O X NaCN Na S NaX NaOH (3)
4 4 6 2 4 6NaCN FeSO Na Fe CN[ ( ) ]Na SO (4) 4 2 4 1 2 2 4 3 2 2FeSO H SO 2O Fe SO( ) H O (5) 4 6 2 4 3 4 6 3 2 4 Azulda Prússia 3Na Fe CN[ ( ) ] 2 Fe SO( ) Fe Fe CN[ ( ) ] 6Na SO (6) 2 ( 3 )2 ( )s 2 3 Na S CH COO PbPbS CH COONa (7) 3 ( )s 3
NaX AgNO AgX NaNO (8)
4 Anote o resultado de cada teste realizado na tabela 1, a seguir, usando um sinal positivo (+) ou um sinal negativo (-) para a presença ou não de cada elemento pesquisado, respectivamente.
Tabela 1. Resultados obtidos na identificação dos elementos constituintes de uma amostra (composto orgânico).
Elemento pesquisado Resultado obtido C H O S Halogênios Cl Br I
5 PRÁTICA 02
ENSAIO DE SOLUBILIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS
Objetivos: Identificar as classes de substâncias orgânicas através do teste de solubilidade. Material: Béquer de 50 mL, tubos de ensaio, pipetas de Pasteur, espátula metálica, papel de tornassol azul e vermelho e pipetas graduadas de 5,0 mL.
Reagentes: amostras variadas, solução de ácido clorídrico 5%, ácido sulfúrico concentrado (96%), ácido fosfórico concentrado (85%), solução aquosa de bicarbonato de sódio 5%, éter dietílico, solução aquosa de hidróxido de sódio 10%, solução aquosa de hidróxido de sódio 5% e solução aquosa de ácido clorídrico 5%.
Aspectos Teóricos:
Existem diversas maneiras de se identificar uma substância. Os procedimentos variam desde testes qualitativos simples (identificação de grupos funcionais) as mais sofisticadas técnicas instrumentais, como espectroscopia no infravermelho, ressonância magnética nuclear, espectrometria de massas, etc.
Quando se conhece algo sobre a origem do composto, como reagentes utilizados em seu preparo e condições reacionais, etc., é possível estimar algo sobre a natureza da substância desconhecida. Entretanto, existem casos em que não se tem qualquer antecedente sobre o composto a ser identificado, o que torna bem mais difícil a tarefa de identificação.
Conhecendo a estrutura de um composto orgânico é possível predizer em que tipo de solvente o composto se dissolverá. Esta predição baseia-se na presença de certos grupos funcionais (carboxila, hidroxila, grupo amino, etc.) e na possibilidade de interações desses grupamentos químicos com as moléculas do solvente.
Sendo conhecida a solubilidade do composto orgânico em determinados solventes é possível seguir o raciocínio inverso ao anterior e prever que tipos de grupamentos funcionais estarão presentes na molécula. Unindo os testes de solubilidade a outras técnicas (análise elementar, preparação de derivados, espectroscopias e etc.) é possível deduzir a estrutura de um composto orgânico.
Os testes de solubilidade são feitos utilizando-se solventes como água destilada, éter dietílico, solução de hidróxido de sódio 5%, de bicarbonato de sódio 5%, de ácido clorídrico 5% e ácido sulfúrico concentrado e etc.
Os resultados finais dos testes definem as classes de compostos orgânicos possíveis para o composto cuja solubilidade está sendo testada conforme apresentado na Figura 1. As classes de substâncias determinadas pelos testes de solubilidade correspondem aos seguintes grupos de compostos orgânicos: S1, S2, SA, SB, A1, A2, B,
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Figura 1. Classificação dos compostos orgânicos pela solubilidade.
S2 – Sais de ácidos orgânicos, cloridratos de aminas, aminoácidos e compostos
polifuncionais.
SA – Ácidos monocarboxílicos com cinco átomos de carbono ou menos e ácidos
arenossulfônicos.
SB – Aminas monofuncionais com seis átomos de carbono ou menos.
S1 – Álcoois, aldeídos, cetonas, ésteres, nitrilas e amidas, com cinco átomos de
carbono ou menos (monofuncionais).
A1 – Ácidos orgânicos fortes: ácidos carboxílicos com mais de seis átomos de
carbono, fenóis com grupos eletrofílicos em posição orto e para, e -dicetonas. A2 – Ácidos orgânicos fracos: fenóis, enóis, oximas, imidas, sulfonamidas, tiofenóis,
todos com mais de cinco átomos de carbono. Incluem-se também as -dicetonas, os compostos nitro com hidrogênio em e as sulfonamidas.
B – Aminas alifáticas com oito ou mais carbonos, anilinas (somente um grupo fenil ligado ao nitrogênio) e alguns oxiéteres.
N1 – Álcoois, aldeídos, metilcetonas, cetonas cíclicas e ésteres com um só grupo
funcional e mais de cinco átomos de carbono, mas menos do que nove. Éteres com menos de oito átomos de carbono e epóxidos.
N2 – Alquenos, alquinos, éteres, compostos aromáticos (especialmente os que têm
7 I – Hidrocarbonetos saturados, alcanos halogenados, haletos de arila, éteres diarílicos
e compostos aromáticos não ativos.
MN – Diversos compostos neutros, com mais de cinco átomos de carbono, contendo nitrogênio ou enxofre (esta informação deve ser obtida por meio de análise elementar).
Nesta prática, serão realizados testes de solubilidade com diferentes compostos orgânicos.
Os testes de solubilidade deverão ser realizados seguindo-se toda a sequência de testes de solubilidade apresentados na Figura 1. Importante: após cada teste, uma ponta de espátula no caso de sólido ou três gostas no caso de líquido deverão ser transferidas para novos tubos de ensaio para dar prosseguimento aos testes de solubilidade.
O primeiro teste de solubilidade deve ser feito com a água destilada e a partir do resultado, seguir a sequência adequada (Figura 1). Por exemplo, se a amostra for solúvel em água destilada seguir para o teste com éter dietílico utilizando-se uma nova amostra em um novo tubo de ensaio. Se o composto for solúvel em éter dietílico verificar o pH da solução com papel de tornassol (vermelho se o pH é ácido, azul se o pH é básico e roxo
se o pH é neutro) (a mudança de cor ocorre para variações no pH de 4,5 a 8,3), classificando-o nas classes SA, SB ou S1. Caso o composto seja insolúvel em éter dietílico
será classificado como pertencente à classe S2.
ATENÇÃO! Sendo a substância solúvel em água destilada automaticamente
exclui-se a realização dos testes com solução de NaOH 5%, NaHCO3 5%, HCI 5%, H2SO4 (96%)
e H3PO4 (85%). O raciocínio inverso é válido para uma substância insolúvel em água
destilada.
Procedimentos:
Para cada teste a ser realizado, utilizar nova amostra. De modo a otimizar os experimentos realize todos os testes necessários com cada amostra-problema até que ela seja definitivamente classificada.
a) Colocar 0,1 g da amostra sólida ou o equivalente (0,2 mL ou 3 gotas) da amostra líquida em 3 mL do solvente em que se quer testar a solubilidade. Agitar vigorosamente o tubo de ensaio por aproximadamente 3 minutos e observar se ocorreu solubilização da amostra. Realizar os testes propostos:
1º teste: deve ser feito com água destilada. Se a amostra for solúvel, realizar o 2º teste.
Se for insolúvel, passar diretamente para o 3º teste.
2º teste: se a substância for solúvel em água destilada faça o teste com éter dietílico. Se
for insolúvel em éter dietílico, ela pertence ao grupo S2. Se ela for solúvel em éter
dietílico, é classificada como SA, SB ou S1, dependendo do pH da sua solução aquosa, o
qual é determinado com papel de tornassol.
3º teste: se a amostra for insolúvel em água destilada testa-se a sua solubilidade em
solução aquosa de NaOH 5%. Se for solúvel nesta solução realize o 4º teste; se insolúvel, passe para o 5º teste.
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4º teste: teste a amostra em solução aquosa de NaHCO3 5%. Se for solúvel, pertence à
classe A1 e, se for insolúvel, à classe A2.
5º teste: faça o teste com solução aquosa de HCI 5%. Se a amostra for insolúvel nesse
solvente e se houver a informação (por meio de análise elementar) de que ela é neutra e possui nitrogênio ou enxofre, ela pertencerá à classe MN. Caso seja solúvel, ela pertence à classe B. Se for insolúvel e não houver sido classificada com MN, faça o 6º teste.
6º teste: realize o teste com H2SO4 (96%). Se a amostra for solúvel, faça o teste com
H3PO4 (85%). Se for insolúvel, ela pertence à classe I.
Anotar os resultados dos testes realizados na tabela a seguir:
Tabela 2. Resultados obtidos na identificação das amostras pelo teste de solubilidade (composto orgânico). Amostra Água Éter NaOH 5% HCI 5% NaHCO3 5% H2SO4 96% Classe
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9 PRÁTICA 03
PURIFICAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA SÓLIDA - RECRISTALIZAÇÃO Introdução
Uma reação orgânica dificilmente leva a formação de apenas um composto. Geralmente obtém-se uma mistura, onde um determinado produto encontra-se em maior quantidade e os demais podem ser considerados como impurezas. As impurezas podem retardar ou até mesmo impedir a recristalização quando efetuada diretamente sobre o produto da reação, e são toleráveis desde que representem até 5% da massa da amostra.
A purificação de sólidos por recristalização baseia-se na diferença de solubilidade do produto e da impureza em um determinado solvente ou mistura de solventes. Logo, a escolha de um solvente adequado representa um grande percentual do sucesso de uma recristalização. As características mais desejáveis para que um solvente seja escolhido são:
alta dissolução da substância a ser purificada em elevadas temperaturas e baixa dissolução a temperatura ambiente ou inferior;
dissolver ou não as impurezas à temperatura ambiente e/ou inferior; possuir ponto de ebulição relativamente baixo;
não reagir com a substância a ser purificada.
Os solventes comumente usados para recristalizar compostos orgânicos são o álcool, benzeno, éter, tetracloreto de carbono, acetona, éter de petróleo e ácido acético; água pode ser empregada com algumas substâncias.
O processo de recristalização consiste basicamente em:
1) Dissolver a mistura em um solvente apropriado no ponto ou próximo ao ponto de ebulição;
2) Filtrar a solução a quente (eliminando assim impurezas insolúveis); 3) Deixar a solução esfriar e aguardar a cristalização;
4) Filtrar a solução, a vácuo e a frio, para separar os cristais da solução. O filtrado nesse caso é chamado de “água-mãe”.
5) Lavar os cristais com solvente adequado para remover solvente residual da “água-mãe”.
6) Secar os cristais para remover o solvente residual.
7) Realizar testes para verificação da pureza da substância.
Objetivos: Purificação de um composto orgânico sólido (acetanilida) através do método de recristalização e sublimação.
Materiais: Erlenmeyers, funil de Büchner, funil simples, kitassato, bico de Bünsen, bastão de vidro, papel de filtro, béquer e dessecador.
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Composto impuro
1- Dissolução em solvente a quente 2- Adição de carvão ativado. 3- Filtração simples da solução a quente.
Impurezas insolúveis Filtrado Descartar Composto mais impurezas solúveis 1- Cristalização 2- Filtração a vácuo Cristais do composto úmido com solvente Filtrado (água-mãe +
impurezas solúveis). Descartar ou recolher mais cristais
Secagem
Cristais sêcos Teste de pureza
Figura 1. Fluxograma das etapas envolvidas na recristalização Métodos de recristalização: envolvem, basicamente dois procedimentos: Filtração a quente:
O procedimento deve ser realizado rapidamente, evitando-se desta forma o resfriamento prematuro da solução (amostra) e da montagem de filtração. É vantajoso aquecer o funil antes de iniciar o procedimento. O uso do papel pregueado "minimiza" a possibilidade de cristalização da substância sobre o mesmo.
Filtração a vácuo:
A finalidade deste procedimento está na rapidez e na possibilidade de se eliminar ao máximo a água-mãe dos cristais. Utiliza-se um funil de Büchner, associado a um papel de filtro mais fino, previamente umedecido com o solvente em questão. O frasco coletor é o kitassato, com saída para linha de vácuo, seguido de um frasco de segurança, intercalado entre o primeiro e a origem do vácuo (bomba de vácuo ou trompa d'água).
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Figura 2. montagem para filtração a vácuo Secagem dos compostos:
Um sólido umedecido com água ou solvente orgânico volátil, pode ser seco sob pressão reduzida com o auxílio de um dessecador a vácuo. O uso de agentes secantes apropriados é normalmente recomendado para uma maior eficiência quanto a secagem da substância. Normalmente, introduz-se ácido sulfúrico concentrado na parte inferior do dessecador, enquanto que sobre a placa de porcelana, contido dentro de um recipiente, emprega-se hidróxido de sódio granulado. Desta forma garantimos a adsorção de solventes de natureza ácida e/ou básica.
Procedimentos:
Pese o sólido obtido (em vidro de relógio) para o cálculo do rendimento da reação. Guarde uma pequena quantidade (suficiente para determinação do ponto de fusão) para utilização posterior. Num béquer de 500 mL coloque 250 mL de água destilada e 5 mL de etanol. Adicione aos poucos a acetanilida, sob agitação, para tentar dissolvê-la. Aqueça até ebulição com frequente agitação, até total dissolução da acetanilida (se houver necessidade, adicione outros 5 mL de álcool). Se a solução não estiver totalmente límpida, será necessário filtrá-la a quente (é necessário manter o sistema aquecido durante o processo de filtração). Se o aspecto da solução não for incolor, adicione cuidadosamente (pode haver superebulição na primeira adição) pequena quantidade de carvão ativado e filtre sob vácuo a quente.
Recolha o filtrado em Erlenmeyer de 500 mL e leve-o a um banho de água fria ou gelada. Mantenha o frasco em repouso e observe a recristalização. Filtre a vácuo, lavando com água fria e coloque a acetanilida recristalizada em vidro de relógio rotulado.
Pese a acetanilida recristalizada, calcule a eficiência da recristalização e determine o ponto de fusão das duas acetanilidas (da recristalizada e da impura).
12 PRÁTICA 04
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO
Objetivos: Determinação do ponto de fusão da amostra recristalizada e impura.
Materiais: Tubos de Thiele, termômetro, tubos capilares, bico de Bünsen, suporte, tripé, garra e mufa.
Reagentes: Glicerina e amostra da substância recristalizada e impura. Aspectos teóricos:
A maioria dos compostos orgânicos utilizados em laboratórios de química é sólida ou líquida;
O grau de pureza química desses compostos pode ser avaliado pela determinação das constantes físicas, pois as substâncias puras possuem propriedades físicas específicas e bem definidas;
Impurezas produzem, geralmente, um alargamento no intervalo de fusão,
além de abaixarem essa temperatura;
Uma substância orgânica e cristalina é considerada pura se a temperatura
de fusão compreender uma variação de 0,5 a 1,0°C;
Se a substância for impura, a temperatura de fusão varia de 2°C a 5°C;
Se for uma mistura, a temperatura de fusão sofre uma variação maior do que 5°C;
A medida de temperatura de fusão pode ser feita em aparelhagem apropriada (aparelhos para a determinação de temperatura de fusão – fusômetro analógico) ou através de montagens e adaptações realizadas em laboratórios. A fonte de aquecimento dependerá do tipo de aparelhagem utilizada, que pode ser um banho de aquecimento (óleo mineral ou glicerina) ou aquecimento elétrico. O ponto de fusão é usado como critério para avaliar o grau de pureza de um composto, ou ajudar na sua identificação através de comparações com tabelas de pontos de fusão.
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Figura 1. Montagem para determinação de temperatura de fusão.
Para determinar corretamente a temperatura de fusão de um sólido, devem ser observadas todas as suas mudanças, conforme apresentado na Figura 2.
Figura 2. Transformações ocorridas no intervalo de fusão.
Procedimentos:
Determinação do ponto de fusão da amostra
Utilizando um sistema apropriado, determine as faixas de fusão (valores de temperatura de início e término da fusão) para a amostra recristalizada e impura. Para isso, feche uma das extremidades de um capilar de fusão girando-o ao leve contato com a chama do bico de gás. Coloque um pouco da amostra num vidro de relógio e introduza a substância no capilar tocando-a com a extremidade aberta do mesmo. Talvez seja necessário pulverizar o sólido. Para tal use um bastão de vidro ou a espátula. Com auxílio de um tubo longo de vidro compacte o sólido no fundo do capilar (deixando o tubo capilar cair até atingir o fundo do tubo de vidro, com a extremidade fechada para baixo e dentro do tubo longo de vidro). Verifique a quantidade de sólido no tubo capilar (cerca de 2 mm de altura no capilar) e codifique o tubo capilar utilizando pincel atômico.
Com o auxílio de uma gominha de látex fixe cuidadosamente os dois tubos capilares ao termômetro de modo que as substâncias fiquem na mesma altura do bulbo do termômetro e a gominha o mais próximo possível das extremidades abertas dos capilares.
Prenda o termômetro a uma garra, de modo que o bulbo do termômetro fique totalmente submerso no líquido. Cuide para que a gominha não seja atingida pela glicerina, nem mesmo após o aquecimento.
Este sistema deve ser aquecido gradualmente (o aquecimento deverá se dar a
uma velocidade de 1°C por minuto, aproximadamente), enquanto o material no capilar
é cuidadosamente observado. Devem ser registradas a temperatura na qual a primeira
gota de líquido se forma e aquela em que os últimos cristais de sólido desaparecem.
Questões:
1) Qual a faixa de temperatura que a maioria dos compostos orgânicos se funde?
2) Uma determinada substância na mudança de estado (sólido para líquido) possui uma ampla faixa de temperatura de fusão. O que isso indica?
14 3) Explique: Duas amostras puras de um mesmo composto deverão fundir a uma mesma temperatura. Entretanto, duas amostras desconhecidas que se fundem a uma mesma temperatura não são necessariamente o mesmo composto.
4) Discuta sobre os valores de faixa de fusão obtidos para sua amostra pura e impura. 5) Identifique, a partir dos dados obtidos, a natureza da sua amostra.
15 PRÁTICA 05
DESTILAÇÃO SIMPLES E FRACIONADA undamentação teórica
Um processo de destilação é caracterizado pela vaporização de uma substância, seguido de sua condensação e coleta do condensado em outro frasco. Esta técnica é útil para separar uma mistura quando os componentes têm diferentes pontos de ebulição, caracterizando-se como principal método de purificação de um líquido.
Um exemplo largamente conhecido de utilização de técnicas de destilação é a produção de bebidas alcoólicas. A bebida é feita pela condensação dos vapores de álcool que escapam mediante o aquecimento de um mosto fermentado. Como o ponto de ebulição do álcool é menor que o da água presente no mosto, o álcool evapora, dando-se assim a separação da água e o álcool.
Destilação Simples: A destilação simples é uma das operações de uso mais comum na purificação de líquidos e consiste, basicamente, na vaporização de um líquido por aquecimento, seguida da condensação do vapor formado, conforme mostrado na Figura 1. Quando uma substância pura é destilada à pressão constante, a temperatura do vapor permanece constante durante toda a destilação. O mesmo comportamento é observado em misturas contendo um líquido e uma impureza não volátil, uma vez que o material condensado não está contaminado pela impureza. A destilação simples só deve ser usada na purificação de misturas líquidas onde somente um dos componentes seja volátil, ou a diferença entre os pontos de ebulição das substâncias seja maior que 30ºC.
16 Destilação Fracionada: A técnica de destilação é comumente usada em laboratório para separação e purificação de líquidos voláteis. Quando o líquido a ser destilado é uma mistura de solventes a serem separados, pode-se realizar uma destilação fracionada. Se as pressões de vapor de duas ou mais substâncias são tão próximas de modo que não possam ser separadas por destilação simples, deve-se usar uma coluna de fracionamento para separá-las. Considerando uma solução de dois líquidos em equilíbrio com o seu vapor, o qual contém os dois componentes, a uma determinada temperatura, evidentemente este vapor estará mais rico no componente mais volátil. Se condensarmos este vapor e deixarmos que o condensado entre em equilíbrio com o seu vapor, esse segundo vapor, apresentará maior proporção do componente mais volátil do que o seu condensado, que assim sucessivamente. Baseado neste princípio, na destilação fracionada, ao invés de fazermos destilações sucessivas das primeiras frações do destilado, utiliza-se uma coluna de fracionamento (coluna de Vigreux) à montagem da destilação simples, conforme mostrado na Figura 2.
Figura 2. Aparelhagem de destilação fracionada.
Destilação Fracionada - Sistemas com ponto de ebulição mínimo ou máximo: O diagrama de fase líquido-vapor de uma mistura de dois solventes pode apresentar composições de ponto de ebulição mínimo ou máximo. Neste ponto, o sistema destila sem variação de composição e são chamados de composição ou mistura azeotrópica. Um exemplo de mistura com ponto de ebulição mínimo é a formada por etanol (P.E. = 78,3°C, componente A) e tolueno (P.E. = 110,6°C, componente B). O ponto de ebulição da mistura azeotrópica é de 76,7°C e a composição em peso tem 68% de etanol. Um exemplo de mistura com ponto de ebulição máximo é a formada por acetona (P.E. = 56,4°C, componente A) e clorofórmio (P.E. = 61,2°C, componente B). O ponto de ebulição da mistura azeotrópica é de 64,7°C com composição de 80% em clorofórmio.
Em uma destilação fracionada de mistura tolueno/etanol, o vapor coletado irá ter a composição de azeótropo enquanto que o resíduo líquido irá se aproximar de etanol (A) ou tolueno (B) puro dependendo da composição inicial estar à esquerda ou direita do ponto mínimo. No caso de destilação de mistura acetona/clorofórmio, a situação se
17 inverte. O resíduo líquido caminha para o ponto de mistura azeotrópica enquanto que o destilado pode ser obtido puro em A ou B dependendo da posição do ponto de composição inicial. A separação de misturas azeotrópicas pode ser feita por diversas formas. Um dos artifícios utilizados é a adição de uma terceira substância que altera a razão de pressão de vapor no azeótropo. Também podem ser utilizados métodos químicos (o reagente adicionado interage com um dos componentes e, portanto, quebra a razão de composição) ou métodos de adsorção seletiva.
Figura 3. Diagrama temperatura-composição da mistura de dois líquidos A e B. Caso I: ponto de ebulição mínimo e Caso II: ponto de ebulição máximo.
Segundo a Lei de Raoult, a pressão de vapor de um solvente é proporcional à sua fração molar em solução:
𝑃𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑥𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒𝑃𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 (1)
Soluções que obedecem a essa relação em qualquer faixa de concentração são chamadas de soluções ideais. Quando a solução é formada por uma mistura binária de dois líquidos voláteis, A e B, cada componente tem a pressão de vapor dada pela Lei de Raoult:
𝑃𝐴 = 𝑥𝐴,𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑃𝐴,𝑝𝑢𝑟𝑜 𝑒 𝑃𝐵 = 𝑥𝐵,𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑃𝐵,𝑝𝑢𝑟𝑜 (2)
Por outro lado, a Lei de Dalton das pressões parciais afirma que a pressão total do vapor é a soma das pressões parciais:
𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝐴+ 𝑃𝐵 (3)
𝑃𝐴 = 𝑥𝐴,𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑃𝐴,𝑝𝑢𝑟𝑜+ 𝑥𝐵,𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑃𝐵,𝑝𝑢𝑟𝑜 (4)
Pela expressão da Eq. (4), nota-se que o vapor da mistura é mais rico no componente mais volátil (componente com maior pressão de vapor) que o líquido. Assim,
18 na mistura etanol/tolueno, espera-se que o vapor em equilíbrio com a mistura líquida seja mais rico em etanol que o líquido. Com o aumento da temperatura, espera-se ainda, que a composição do vapor fique cada vez mais rica no componente com maior pressão de vapor.
Objetivo
Purificação de líquidos e familiarização com as técnicas de destilação. Materiais
Colunas de vidro (condensador reto e coluna de Vigreux), balão de fundo redondo, condensador, Erlenmeyer, béquer, rolha de borracha, pipeta, pedras de ebulição e manta aquecedora.
Reagentes
Amostras/misturas de interesse. Procedimento
Destilação simples
a) Adicione ao balão de destilação as pedras de ebulição e a mistura a ser destilada. b) Monte um sistema de destilação simples como mostrado na Figura 1.
c) Inicie o aquecimento do sistema.
d) Observe atentamente o sistema enquanto ocorre o aquecimento, constantemente observando a temperatura que é registrada no termômetro.
e) Observe a temperatura de ebulição do primeiro componente da mistura. Ele vai destilar por algum tempo e a temperatura vai permanecer constante; anote esta
temperatura.
f) Quando a temperatura começar a subir rapidamente, troque o Erlenmeyer imediatamente; esta fração vai conter uma mistura dos dois líquidos.
g) Quando a temperatura estabilizar de novo, troque novamente o Erlenmeyer e recolha o segundo líquido; anote a temperatura (Não deixe que o balão fique
completamente seco).
h) Faça os testes necessários para avaliar se a destilação foi bem sucedida. Destilação fracionada
a) Transfira a mistura de líquidos ao balão de fundo redondo e adicione algumas pedras de ebulição.
b) Monte o sistema de destilação fracionada, de acordo com a Figura 2, e ligue o aquecimento (monte em seu caderno um planilha relacionando o volume destilado contra a temperatura de ebulição).
c) Observe a ebulição do primeiro componente. Ele vai destilar por algum tempo e a temperatura vai permanecer constante por algum tempo; anote esta
temperatura.
d) Quando a temperatura começar a subir, troque o Erlenmeyer imediatamente; ele vai conter uma mistura dos líquidos.
19 e) Quando a temperatura estabilizar de novo, anote a temperatura e troque
novamente o Erlenmeyer, recolhendo o segundo líquido.
f) Repita os passos “d” e ”e” (se necessário) até que todos os componentes da mistura tenham sido coletados (Não deixe que o balão fique completamente
seco).
Questões:
1- Quais os possíveis tipos de interações que levam um par de líquidos a formarem
20 PRÁTICA 06
EXTRAÇÃO CONTÍNUA E EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Fundamentação teóricaA extração é um processo de separação de compostos que consiste em transferir uma substância da fase na qual essa se encontra (dissolvida ou em suspensão) para outra fase líquida.
Quando um soluto A contido no solvente 1 recebe a adição de segundo solvente 2, imiscível, e a mistura é homogeneizada por agitação, o soluto A se distribui entre as duas fases líquidas. Após a separação das fases, estabelece-se uma situação de equilíbrio em que a relação das concentrações do soluto nas duas fases é definida por uma constante K, chamada de coeficiente de partição, dada por:
𝐾 =𝐶1 𝐶2
onde C1 e C2 são as concentrações do soluto A nos solventes 1 e 2, respectivamente.
O coeficiente de partição depende da natureza dos solventes usados e da temperatura. O soluto passa para o segundo solvente em uma quantidade determinada porque segue sendo solúvel no primeiro e porque pode saturar o segundo. Assim sendo, escolhe-se como solvente extrator um solvente que solubilize o soluto muito mais que o solvente original (solvente 1). Na maior parte dos casos quanto maior a temperatura maior a solubilidade do soluta A no solvente 2 (que deve ter maior afinidade pelo soluto do que o solvente 1).
A eficiência da extração está diretamente relacionada com a quantidade de solvente empregado e, principalmente, com o número de vezes (ciclos) em que a extração é repetida. Assim, ainda que o volume final de solvente extrator a ser empregado seja o mesmo (por exemplo, 50 mL) obtém-se maior quantidade de soluto extraído realizando 2 ou 3 extrações com volumes menores (por exemplo, duas extrações com 15 mL e uma com 20 mL) do que uma única com o volume total do solvente.
Extração contínua: É comumente utilizada nos casos onde a solubilidade do soluto é baixa, ou quando é necessário maximizar a extração do soluto. Para tanto, um aparelho muito utilizado para este fim é o Extrator de Soxhlet, representado na Figura 1. O extrator Soxhlet é utilizado para a extração de óleos não voláteis presentes em amostras sólidas e a eficiência do método depende: das propriedades e natureza do material a ser extraído, polaridade do solvente, ligação dos materiais de interesse com outros componentes, circulação do solvente através da amostra, tamanho das partículas, umidade da amostra, velocidade de refluxo e quantidade relativa de solvente.
21
Figura 1. Aparato extrator Soxhlet.
O processo utiliza geralmente um solvente a quente e a amostra é colocada em um cilindro (cartucho) poroso, confeccionado de papel de filtro resistente, que é, por sua vez, colocado no interior do aparelho de Soxhlet. Um balão é então conectado contendo o solvente de extração e um condensador de refluxo. Com o aparato devidamente montado, o balão contendo o solvente para extração, é aquecido. O vapor do solvente sobe pela conexão e ao entrar em contato com o condensador se liquefaz caindo na parte superior do cartucho, o qual contém a amostra, que é lentamente enchido pelo solvente. Estando o cartucho, com a amostra, completamente cheio, o solvente, já com a substância a ser extraída, é sifonado para o balão onde encontrava-se o solvente, até então puro. O processo se reinicia até que a extração seja completada.
Extração líquido-líquido: Neste caso a separação está relacionada com a distribuição diferenciada do soluto pelas duas fases imiscíveis em contato. A amostra líquida contendo o soluto de interesse é misturada com o solvente da extração, assim o soluto vai distribuir-se de forma desigual entre o solvente que distribuir-se adicionou e o diluente inicial, passando, preferencialmente, para o novo solvente. O solvente e o diluente devem ser os mais imiscíveis possível.
A extração é normalmente escolhida quando a separação por destilação é difícil, ou seja, em misturas azeotrópicas ou de volatilidade relativa próxima da unidade. Outra situação onde faz sentido recorrer à extração é no tratamento de misturas aquosas pouco concentradas.
Na extração líquido-líquido o diluente que contém o soluto a extrair é misturado com o solvente do processo, o qual deve ser o mais imiscível possível com o diluente. Como resultado desse processo produzem-se duas fases, uma rica no solvente e outra rica no diluente. O solvente que se seleciona para o processo de extração deve ter grande
22 afinidade com o soluto, de tal modo que, no processo de mistura, a transferência de massa ocorra no sentido que o soluto fique preferencialmente retido na fase do solvente adicionado. Em seguida deve-se deixar repousar a mistura para separar as duas fases praticamente imiscíveis e, por diferença de densidade, serão produzidos extrato e o resíduo.
Objetivo
Demonstrar o funcionamento de um extrator de Soxhlet, separar compostos orgânicos através de extração sólido-líquido e extração líquido-líquido.
Materiais
Balão de fundo redondo de com boca esmerilhada, aparelho de Soxhlet, papel de filtro, manta de aquecimento, funil de separação, suporte universal e garras.
Reagentes
Amostra contendo material a ser extraído e solventes apropriados para realizar a extração.
Procedimento Extração de Soxhlet
a) Pese a amostra em um béquer.
b) Com o auxílio do papel de filtro, faça um cartucho com diâmetro inferior ao do copo do extrator e altura inferior à do sifão. É importante que o cartucho tenha a parte inferior totalmente fechada.
c) Coloque a amostra no cartucho.
d) Feche a parte superior do cartucho (para fechar o cartucho na sua parte superior pode-se usar uma pequena quantidade de algodão, a fim de evitar a perda de material por dispersão através do papel).
e) Introduza o cartucho no extrator Soxhlet e faça a montagem do equipamento.
f) Em uma proveta, meça o volume necessário de solvente.
g) Coloque 5 pérolas de vidro no balão de fundo redondo, a fim de evitar a ebulição severa, e transfira para ele o solvente contido na proveta.
h) Coloque o balão novamente no sistema e verifique se todas as partes estão bem encaixadas.
i) Ligue o aquecedor, deixando o sistema interagir.
j) Após o número de refluxos necessários desligue o sistema e deixe esfriar. k) Transfira o material extraído para um recipiente adequado.
Extração líquido-líquido
a) Meça 10 mL da solução aquosa, contendo o soluto de interesse, com o auxílio de uma proveta e transfira para o funil de decantação. Antes, tenha
23 b) Meça 10 mL de solvente orgânico com o auxílio de uma proveta e transfira para o funil de decantação. Observe que as fases orgânica e aquosa não se misturam.
c) Feche o funil de decantação com rolha apropriada.
d) Com uma das mãos segure a rolha para ter certeza que não soltará e com a outra mão segure a torneira.
e) Em seguida, inverta o balão de ponta-cabeça fazendo um ângulo de 45° e agite vigorosamente com movimentos circulares.
f) Incline a parte inferior do funil para cima e abra lentamente a torneira, para deixar sair os gases que possam ser formados. Tome o máximo de
cuidado para não dirigir a saída dos vapores para si ou para seus colegas.
g) Prenda o funil de decantação com uma garra de argola com um béquer ou Erlenmeyer afixado logo abaixo da saída do funil.
h) Espere que as duas fases se separarem (a fase aquosa deverá ser a camada inferior e a orgânica a superior).
i) Abra a tampa da parte superior e separe as duas fases abrindo a torneira. j) Transfira a fase orgânica pela tampa do funil de decantação para um
béquer.
k) Recoloque a fase aquosa dentro do funil de decantação e adicione mais 10 mL de solvente.
l) Separe novamente as fases. Faça esse processo ao todo 3 vezes. m) Faça os testes necessários para avaliar a eficiência do processo.
24 PRÁTICA 07
DESTILAÇÃO POR ARRASTE DE VAPOR: EXTRAÇÃO DO ÓLEO DE CRAVO Introdução
O cravo é uma planta usada como tempero desde a antiguidade. Era uma das mercadoras entre as especiarias da China que motivaram inúmeras viagens de navegadores europeus para o continente asiático. Na China os cravos eram usados não só como condimentos, mas também como antisséptico bucal. Qualquer um com audiência com o imperador precisava mascar cravos para prevenir o mau hálito. Viajantes arábicos já vendiam cravos na Europa ainda no Império Romano. O cravo também tem sido utilizado há mais de 2000 anos como uma planta medicinal. Os chineses acreditavam em seu poder afrodisíaco. O óleo de cravo é um potente antisséptico. Seus efeitos medicinais compreendem o tratamento de náuseas, flatulências, indigestão, diarreia, tem propriedades antibactericidas e antivirais e é usado também com anestésico para o alívio de dores de dente. O eugenol também é empregado na indústria de cosméticos.
O conteúdo total de óleo em cravos (de boa qualidade) chega a 15%. O óleo é constituído, basicamente, por eugenol (70 a 80%), acetato de eugenol (15%) e -cariofileno (5 a 12%).
A destilação por arraste a vapor é geralmente aplicada a folhas e ervas, mas nem sempre é indicada para extrair-se o óleo essencial de sementes, raízes, madeiras e algumas flores, porque devido às altas pressões e temperaturas empregadas no processo as frágeis moléculas aromáticas podem perder seus princípios ativos. Qualidade do produto final: satisfatória, para óleos essenciais de folhas e ervas que não sofrem modificações com altas temperaturas e pressões.
Empregada para destilar substâncias que se decompõem nas proximidades de seus pontos de ebulição e que são insolúveis em água ou nos seus vapores de arraste. Esta operação baseia-se no fato de que, numa mistura de líquidos imiscíveis, o ponto de ebulição será a temperatura na qual a soma das pressões parciais dos vapores é igual à da atmosfera, o que constitui uma decorrência da lei das pressões parciais de Dalton. Se, em geral, o arraste se faz com vapor d’água, a destilação, à pressão atmosférica, resultará na separação do componente de ponto de ebulição mais alto, a uma temperatura inferior a 100ºC.
Matematicamente, a pressão total de uma mistura de gases pode ser definida como:
1 2 ... n
P p p p
onde p1, p2,..., pn representam a pressão parcial de cada componente na mistura.
É assumido que os gases não reagem um com o outro. Portanto, a pressão parcial do componente na mistura é:
i i
p P x
onde xi é a fração molar do enésimo componente na mistura total de n componentes e P
é a pressão de vapor do componente (puro). Objetivos
Isolar o eugenol (4-alil-2-metoxifenol) do óleo de cravo (Eugenia caryophyllata) pela técnica de destilação por arraste a vapor, separá-lo da solução aquosa obtida e secá-lo.
25 Procedimento Experimental
Materiais
Cravos, cloreto de metileno (CH2Cl2), sulfato de sódio anidro, sistema de
destilação por arraste a vapor, frasco Erlenmeyer de 125 mL, funil de separação de 250 mL e béquer de 100 mL.
Extração do eugenol
Monte a aparelhagem conforme a Figura 1. O frasco coletor de 125 mL pode ser um frasco Erlenmeyer e a fonte de calor uma manta elétrica ou um bico de Bünsen equipado com um suporte contendo uma tela de amianto.
Figura 1. Exemplo de montagem para destilação por arraste a vapor
Coloque 10 g de cravos num balão de fundo chato de 1 L e adicione 150 mL de água. Inicie o aquecimento de modo a ter uma velocidade de destilação lenta, mas constante. Durante a destilação observe o vapor de água percolando os cravos e extraindo o eugenol. O vapor condensado na coluna de condensação reta tem uma cor turva para o branco, sinal de que o eugenol está sendo extraído. Continue a destilação até coletar cerca de 100-150 mL do destilado. Transfira o destilado para um funil de separação de 250 mL. Extraia o destilado com três porções de cloreto de metileno (10 mL cada). Separe as camadas (orgânica e aquosa) e despreze a fase aquosa coletando a fase orgânica em um béquer de 100 mL. Traços de água presentes no solvente deverão ser retirados com a ajuda de um sal dessecante (sulfato de sódio anidro). Adicione sulfato de sódio anidro para secar a fase orgânica. Filtre a mistura em papel de filtro pregueado, coletando o filtrado em outro béquer de 100 mL previamente tarado. Após a filtração concentre a mistura utilizando um banho-maria na capela, transfira o líquido restante para um béquer de 50 mL previamente tarado e concentre o conteúdo novamente por evaporação em banho-maria até que somente um resíduo oleoso permaneça. Seque o béquer de 50 mL e pese. Determine a massa de óleo extraída e calcule o rendimento da extração com base na massa de cravo utilizada na extração. Calcule também o volume de óleo extraído (densidade = 1,06 g/mL).
26
Figura 2. Estrutura química do eugenol e suas propriedades físicas (Pressão de vapor da água a 100ºC = 760 torr, a altura do mar)
Tabela 1. Dados obtidos no experimento de extração do eugenol. Massa de cravo (g) Massa béquer vazio (g) Massa béquer com óleo (g) Massa de óleo obtida (g) Volume de óleo obtido (mL) Porcentagem de óleo no cravo (%) Questões:
1) Porque é necessário usar a destilação por arraste a vapor para extrair o eugenol? 2) Correlacione a estrutura química do eugenol com as suas propriedades físicas.
3) É necessário conhecer o teor de umidade dos cravos para se calcular o rendimento de extração?
27 PRÁTICA 08
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA DE SÍLICA Objetos: separar, identificar, purificar e dosar misturas moleculares.
Materiais: Placas de vidro comum, cubas cromatográficas, capilares de vidro, béqueres de 50 mL e provetas de 50 mL.
Reagentes: solventes e compostos orgânicos. Aspectos Teóricos
A cromatografia tem sido definida, em princípio, como um processo de separação que é utilizado essencialmente para a separação e identificação de misturas moleculares, bem como para purificação e dosagem das mesmas. O processo se baseia na redistribuição das moléculas da mistura entre duas ou mais fases. A distribuição se passa entre uma fase estacionária (suporte) e um fluido móvel (eluente) que está em contato íntimo com ela. Trataremos apenas de aspectos selecionados da cromatografia de partição sobre celulose (papel) e cromatografia em camada delgada (cromatoplacas).
Cromatografia de Partição: Na cromatografia de papel o suporte é o próprio papel (o papel de filtro é constituído de celulose, que contém aproximadamente 22 % de água adsorvida), ou ainda um papel tratado (introdução de grupos dietilaminoetílicos, carboxílicos ou de grupos fosfatos). A técnica simplificada da cromatografia de partição em papel consiste em aplicar (com o auxílio de um capilar) uma solução, contendo a mistura a ser analisada, próximo à extremidade de uma tira de papel de filtro com 8,0 cm de comprimento e 3,0 cm de largura (Figura 1a). Deposita-se então, a tira com a amostra adsorvida, dentro da câmara cromatográfica (previamente saturada com o vapor do eluente) (Figura 1b). O eluente passa, por ação de capilaridade, sobre a mancha (amostra adsorvida no papel) (Figura 1a) arrastando os componentes com velocidades diferentes. Os componentes a separar sofrem uma partição entre a fase aquosa suportada numa matriz inerte de celulose e o solvente orgânico usado numa fase móvel (Figura 1c).
Figura 1. Cromatoplacas. (a) Preparada para separação; (b) no instante inicial após ser introduzida na cubra cromatográfica; (c) após o eluente percorrer a placa por capilaridade e (d) fora da cubra
cromatográfica para aferir as distâncias percorridas pelas amostras e pelo eluente (Rf).
O valor de Rf (“fator de retenção”) mede a velocidade do movimento da zona
relacionada com a distância percorrida pelo eluente em relação à distância percorrida pela zona da substância. Os valores de Rf devem ser menor do que a unidade. Quando este for
28 igual a zero, conclui-se que a substância não se deslocou, quando for igual a unidade, conclui-se que a mesma se moveu junto com o solvente. Para ambos os casos, a escolha do eluente não foi apropriada, devendo-se procurar então um novo eluente ou uma nova mistura eluente.
Muitas das substâncias separadas por este processo não são coloridas (Figura 1d). A cor pode ser desenvolvida momentaneamente (para determinados compostos) por exposição do sistema à luz ultravioleta (fluorescência). Pode-se também converter tais substâncias incolores a derivados coloridos quando o sistema é pulverizado com um reagente apropriado (sulfato cérico, ninidrina, cloreto férrico, entre outros ) ou expondo a cromatoplaca a atmosfera saturada com I2.
Cromatografia de Adsorção (cromatoplaca): Na cromatografia de camada fina o adsorvente é espalhado sob a forma de um revestimento numa placa de vidro, folha plástica ou de alumínio. O desenvolvimento do cromatograma é semelhante à cromatografia em papel. A cromatografia em camada fina apresenta algumas vantagens em relação à cromatografia em papel, tais como, maior nitidez, alta sensibilidade, grande rapidez e ainda, a possibilidade do emprego de solventes e reveladores normalmente nocivos ao papel (à base de ácidos concentrados e compostos fortemente oxidantes). Procedimentos:
A- Separação dos componentes de uma mistura: Com um tubo capilar, aplicar a 1,0 cm de altura em relação à extremidade inferior da placa cromatográfica uma gota da mistura em questão.
Cuidado para que a mancha formada não ultrapasse o diâmetro de 3 mm, deixando secar a primeira gota antes de colocar a segunda. Levar o sistema para a eluição dentro da câmara cromatográfica, contendo o eluente adequado. O nível de eluente deve estar abaixo do nível das manchas na placa.
Deixar o eluente subir até a demarcação superior da placa. Retirar a placa depositando-a sobre a bancada para secar. Observar e marcar levemente as manchas, anotar os resultados. Calcule os Rf. Se as manchas forem incolores, levar o sistema para a exposição
à luz ultravioleta, ou câmara de iodo, observar e marcar as manchas reveladas.
B- Identificação de um desconhecido usando padrões como referência: Usando um tubo capilar, aplicar a 1,0 cm de altura em relação à extremidade da cromatoplaca uma gota
da amostra conhecida A. Cuidar para que a mancha formada não ultrapasse o diâmetro
de 3 mm, deixando secar a primeira gota antes de colocar a segunda. E por fim, aplicar duas gotas da amostra desconhecida B no ponto 2. Levar o sistema para a eluição dentro da câmara cromatográfica. Deixar o eluente subir até 8,0 cm da placa. Retirar a cromatoplaca depositando-a sobre a bancada para secar. Levar o sistema para a revelação. Observar a diferença das manchas.
Questões:
1- Calcule os valores de Rf para cada uma das substâncias reveladas nas placas
cromatográficas e compare com o valor obtido pelos demais grupos. 2- Identifique a amostra desconhecida B.
29 PRÁTICA 09
CROMATOGRAFIA EM COLUNA Objetivos: Purificação e separação de um composto orgânico.
Materiais: coluna de vidro, algodão, béquer, funil, rolha de borracha, proveta e pipeta de Pasteur.
Reagentes: etanol, sílica gel, ácido acético e etanol, mistura de ácido acético e etanol, 1:1 (v/v).
Aspectos teóricos: Os componentes de uma amostra movem-se com o solvente pela coluna com velocidades diferentes, dependendo de vários fatores, tais como a natureza de cada substância, a natureza do solvente e a atividade do adsorvente. A separação dos constituintes de uma mistura é efetuada através da passagem do solvente pela coluna e baseia-se na interação dos componentes da amostra e do solvente com a superfície do adsorvente. Um adsorvente sólido ativo tem uma grande área superficial, dispondo de inúmeros sítios polares que podem se combinar reversivelmente ou adsorver pequena concentração de substâncias, através de forças de atração eletrostáticas. O solvente movendo-se pela superfície do adsorvente compete com a amostra adsorvida e com o adsorvente, e então desloca seus constituintes reversivelmente e continuamente pela coluna. Este processo pode ser visualizado como uma competição entre a amostra, o solvente e o adsorvente, e pode ser expresso pelo seguinte equilíbrio:
amostra-adsorvente solvente amostra-solvente
A velocidade de eluição dos componentes vai depender da natureza de cada um destes. Compostos polares ou polarizáveis, tais como álcoois, ácidos carboxílicos, amidas e aminas, são adsorvidos mais fortemente e eluídos menos prontamente do que compostos pouco polares, tais como compostos halogenados, aldeídos, cetonas, éteres e hidrocarbonetos.
A atividade do adsorvente sólido vai também determinar a velocidade com que as substâncias são eluídas. A atividade é determinada pelo seu conteúdo de água e pela granulação das partículas. O solvente empregado também afetará a velocidade de eluição. Quanto mais polar for o solvente, mais rapidamente os componentes se moverão. A escolha do solvente vai ser determinada pela natureza dos componentes a serem separados. Solventes pouco polares são empregados para substâncias fracamente adsorvidas e solventes polares para aquelas fortemente adsorvidas. Alguns solventes normalmente utilizados estão listados a seguir na ordem de aumento de polaridade:
Hexano < tetracloreto de carbono < tolueno < diclorometano < clorofórmio < éter etílico < acetato de etila < etanol < metanol < água.
Procedimentos: Adapte um chumaço de algodão na parte inferior da coluna. Pese 2,0 g de sílica gel em um béquer e adicione cerca de 10 mL de etanol, agite bem a suspensão com o auxílio de um bastão de vidro e transfira todo o material para a coluna com o auxílio de um funil, recolhendo o solvente a eluir em outro recipiente. A sílica deve ficar muito bem compactada, e para isso utiliza-se uma rolha de borracha presa a um bastão de
30 vidro para golpear a coluna levemente, até que a altura (compreendida pela sílica) permaneça inalterada. Durante toda a operação nunca permita que a sílica fique sem o solvente. Depois de colocada toda a sílica na coluna, introduza a solução de uma a duas gotas da solução de azul de metileno e fucsina com o auxílio de uma pipeta de Pasteur. Deixe o material acomodar (lembre-se de nunca deixar a sílica secar) e só então adicione mais quantidade do eluente (etanol).
A separação terá início e a fucsina ácida começará a se separar da mistura. Eluída toda a fucsina, aumente a polaridade do eluente usando mistura de etanol e ácido acético 1:1 (v/v). Começará a ser arrastado o azul de metileno que após algum tempo sairá nas frações eluídas. Estará assim efetuada a separação dos dois corantes.
Questões:
1-Qual é a função da sílica gel na cromatografia em coluna?
2- Correlacione a polaridade com a estrutura dos componentes da mistura.
