Universidade Federal de São Paulo
Campus Diadema
Determinação do coeficiente de partição de
uma substância entre dois líquidos
imiscíveis
Físico - Química
Prof Lúcia Noda
1.1.Resumo
Neste experimento houve a determinação do coeficiente de partição (que é a relação entre as concentrações de equilíbrio deste soluto nestes dois solventes) do ácido benzóico entre dois líquidos imiscíveis, através do método de titulação do ácido em cada fase, além da determinação do grau de associação do ácido no hexano. O experimento consistiu em titular uma solução de fase aquosa e fase orgânica da mistura entre dois solventes imiscíveis e uma quantidade de ácido benzóico com uma solução padronizada de NaOH, para que através do volume gasto da solução de NaOH na titulação, possa-se determinar a concentração de ácido benzóico, e assim auxiliar na determinação do coeficiente de partição (K) através da plotagem do gráfico, com ajuda de sua equação de reta.
1.2. Objetivos
O experimento realizado em laboratório tem como intuito determinar o coeficiente de partição do ácido benzóico no par de solventes imiscíveis água/hexano, através da titulação do ácido presente em cada fase.
É visada também a estimação do grau de associação do ácido benzóico em hexano.
1.3. Procedimento Experimental
Materiais
01 Funil de separação de 125 mL; 01 bureta de 50 mL;
02 provetas de 25 ou 50 mL, 04 erlenmeyers de 125 mL; 02 béquers de 100 ml;
02 pipetas de Pasteur de plástico; 01 espátula;
Papel-alumínio para pesagem; 02 suportes universais;
01 argola para funil de separação; 01 garra para bureta, provida de mufa;
Reagentes
200 mL de hexano PA; 1,50 g de ácido benzóico PA;
100 mL de NaOH 0,025 mol.L-1, padronizado;
Procedimento
Montou-se a argola para balão em um dos suportes universais e colocou-se 25 mL de água destilada e 25 mL de hexano. Foi-se usada uma proveta só para água, e uma só para hexano, assim evitando manchas na proveta, que impedem o perfeito escorrimento do líquido. Foi pesado em uma balança analítica 0,0507 g do ácido benzóico e adicionou-se ao funil, tampando em adicionou-seguida e agitando por uns dois ou três minutos, adicionou-sempre equalizando a pressão com o auxílio da torneira inferior. Para evitar o aquecimento da mistura, evitou-se tocar no corpo do balão com as mãos. Após esse procedimento, colocou-se o balão para descansar por uns cinco minutos no suporte, para que ocorresse a separação das fases, onde se transferiu a camada líquida inferior (fase aquosa), para um béquer. A mistura da zona de interface foi desprezada, sendo conservada apenas a fase orgânica no funil. Com uma pipeta volumétrica de 5 mL, foi-se transferida uma alíquota
da fase aquosa para um erlenmeyer de 125 mL, e adicionada cerca de 25 mL de água destilada e duas gotas de solução alcoólica de fenolftaleína. Com uma solução padronizada de NaOH 0,0251 mol.L-1, titulou-se a solução, anotando-se o volume de
NaOH gasto. O mesmo procedimento foi feito para outra alíquota de 5 mL da mesma fase aquosa, anotando-se novamente o volume, e descartando as soluções. A fase orgânica contida no balão volumétrico foi retirada e transferida para um béquer, onde foi retirada uma alíquota de 2 mL da fase orgânica e transferido para um erlenmeyer de 125 mL, sendo adicionado cerca de 25 mL de água destilada. Novamente foi feita a titulação com o NaOH, só que agora com a fase orgânica, sendo anotado o volume gasto. Foi repetido novamente para outra alíquota de 2 mL da fase orgânica a titulação e anotou-se outra vez o volume de NaOH utilizado. Foi descartada a solução da fase orgânica. Assim repetiu-se todo o procedimento anterior para as massas de 0,108; 0,1530 e 0,207 g de ácido benzóico, titulando-se as fases orgânicas e aquosas das respectivas soluções para as determinadas massas.
1.4. Resultados e Discussão
Pesando-se as quantidades de ácido benzóico, em gramas, na balança analítica, obteve-se:
Tabela 1: valores de massa obtidos pela balança analítica em gramas de cada amostra. Amostra Massa(g) 1 0,0507 2 0,1018 3 0,1530 4 0,2077
Utilizando-se a solução de NaOH 0,0251 mol.L-1, titulou-se cada amostra, já
preparada e diluída, em cada uma das fases aquosa e orgânica de cada amostra, obtendo-se os valores de volume (em ml) de solução utilizada para o procedimento.
Como a titulação foi realizada duas vezes utilizou-se os valores médios de volume obtidos, e então calculou-se a concentração de cada amostra, através da equação µ1V1=µ2V2, onde (µ) é a concentração da solução e (V) o volume.
Então montou-se a tabela (2):
Tabela 2: Volume (ml) e concentração (mol.L-1) de ácido benzóico nas fases
aquosa e orgânica de cada amostra.
Obtido os valores de concentração de ácido benzóico em mol/L de cada fase, calculou-se os respectivos valores de logaritmo neperiano, para montagem do gráfico lnCB versus lnCA.
Tabela 3: Valores de concentração de ácido benzóico nas fases aquosa e orgânica e seus respectivos valores de logaritmo neperiano obtidos.
Amostra lnCa (fase
orgânica) lnCb (fase aquosa)
1 -4,605 -4,116
2 -3,912 -3,184
3 -3,772 -2,830
4 -3,963 -3,184
Assim construiu-se o gráfico (1) pelo programa Microsoft Office Excel©.
Amostra Fase aquosa(A) Fase orgânica(B)
Massa de Ác. Benzóico (g) V NaOH (ml) C (Ác. Benzóico) (mol.L-1) V NaOH (ml) C (Ác. Benzóico) (mol.L-1) 0,0507 2,0 0,010 1,3 0,016 0,1018 4,0 0,020 3,3 0,041 0,1530 4,5 0,023 4,7 0,059 0,2077 3,7 0,019 3,3 0,041
Gráfico 1: Reta e respectiva equação obtido pela relação lnCb versus lnCa.
Com a equação de reta obtida,y = 1,4788x + 2,6799 , e sabendo que esta equação é do tipo lnCs(fase A) = n.lnCs(fase B) – lnK, temos que o logaritmo neperiano do
coeficiente de partição do ácido benzóico no par de solventes imiscíveis água/hexano é equivalente a 1,4788.
Assim, lnK = -2,6799, e, elevando o neperiano a -2,6799, tem-se que K = 0,0686; e o grau de associação do ácido benzóico em hexano é equivalente ao próprio valor de coeficiente da reta obtida.
Comparando o valor de coeficiente de partição do ácido benzóico com o obtido por um experimento semelhante realizado pela Associação Brasileira de Química, utilizando o mesmo solvente orgânico para solubilizar o soluto (hexano), pode-se dizer que este valor ficou abaixo do esperado (K≈0,398). Assim, como o coeficiente de partição fornece a relação entre as solubilidades da substância nos dois solventes (fase aquosa sobre a fase orgânica), no equilíbrio, observou-se que houve maior solubilidade do ácido benzóico na fase orgânica. Mesmo com esta diferença de valores, o resultado ficou dentro do esperado, já que o ácido benzóico forma estruturas em dímeros, sem interferência de forças intermoleculares.
Assim, como a solubilidade do soluto ocorrera mais na fase orgânica e menos na aquosa, pode-se dizer que o grau de associação demonstrou-se dentro do esperado, pois houve maior associação de partículas de ácido benzóico com a fase orgânica.
Há maior afinidade do ácido benzóico com a fase orgânica, no caso o hexano, pois esta substância não oferece nenhuma interação molecular com o ácido benzóico, enquanto que, na fase aquosa, ocorrem interações do tipo ligações de hidrogênio, o que dificultaria a formação destes dímeros de ácido benzóico. Por isto observou-se maior concentração de soluto na fase orgânica, e menor na fase aquosa.
1.5. Conclusão
1) Por que antes da titulação se adiciona água às alíquotas a serem tituladas?
Ao adicionar a água na fase orgânica aumentará o volume da solução, facilitando assim a análise do ponto de viragem durante a titulação, diluindo mais a solução. Já adicionar água à fase aquosa fará com que ocorra um aumento na diluição do soluto.
2) Por que se pode titular o ácido benzóico contido na fase orgânica, avolumando-se as alíquotas com água destilada?
Ao adicionar água na fase orgânica, fará com que ocorra a formação do ânion benzoato fazendo com que ocorra maior eficiência na reação com o NaOH.
3) Interpretar o valor do coeficiente angular n encontrado, considerando uma eventual associação das moléculas do ácido benzóico na fase orgânica.
O valor do coeficiente angular n encontrado é o grau de associação do soluto (no caso ácido benzóico). O valor encontrado é relacionado com a formação dos dímeros de ácido benzóico na fase orgânica (hexano) devido à grande interação das forças intermoleculares entre as moléculas de soluto, assim, não há formação ou há somente pequena formação dos dímeros do ácido em fase aquosa devido a grandes forças intermoleculares entre a água e o ácido (ligações de hidrogênio) interferindo na formação do dímero (que ocorre na fase orgânica devido à baixa interação do hexano com o ácido benzóico e ligações de pontes de hidrogênio entre as moléculas do ácido). Então podemos perceber que um maior valor do grau de associação do soluto significa uma alta formação de dímeros encontrados na fase orgânica.
Rangel, R. N. (2006). Práticas de físico-química. São Paulo: Edgard Blücher .
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"http://www.abq.org.br/cbq/2006/trabalhos2006/6/122-203-6-T1.htm" http://www.abq.org.br/cbq/2006/trabalhos2006/6/122-203-6-T1.htm>. Acesso em 23/04/2010.
