1 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- Avaliação da natureza orgânica (Caracterização de C e H)
a) Misture bem cerca de duas pontas de espátula da amostra desconhecida ( se for líquida, coloque 1 mL) e uma ponta de espátula de CuO em um tubo de ensaio.
b) Prenda o tubo inclinado a um suporte e conecte uma rolha de um furo atravessado por um tubo de vidro dobrado em “U”, de acordo com o apresentado na Figura 1.1.
c) Coloque 2 mL de solução de hidróxido de bário (Ba(OH)2) em um segundo tubo de ensaio. Segurando esse tubo com uma pinça, faça com que a extremidade do tubo de vidro seja introduzida na solução de Ba(OH)2 e mantenha-o mergulhado na mesma.
2 d) Aqueça, cuidadosamente, com bico de gás, o tubo de ensaio que contém a amostra desconhecida até que se verifique formação de fumaça.
e) Anote as observações.
Figura Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento.1 - Montagem
dos tubos para análise da presença de C e H
2- 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 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.
3 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
1444442444443 (3) 4 4 6 2 4 6NaCN+FeSO ∆→Na Fe CN[ ( ) ]+Na SO (4) 4 2 4 1 2 2 4 3 2 2 ( ) 2 FeSO +H SO + O →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 1442443 (6) 2 ( 3 )2 ( )s 2 3 Na S+ CH COO Pb→PbS ↓ + CH COONa (7) 3 ( )s 3
NaX +AgNO →AgX ↓ +NaNO (8)
Resultados
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
4 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, N1, N2, I e MN.
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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 β-dicetonas.
• A2 – Ácidos orgânicos fracos: fenóis, enóis, oximas, imidas, sulfonamidas, tiofenóis, todos com
mais de cinco átomos de carbono. Incluem-se também as β-dicetonas, os compostos nitro com hidrogênio em α 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 grupos
ativantes) e cetonas (exceto as da classe N1).
• 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.
6 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. 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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7 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) Escolher o solvente adequado para a recristalização (teste de solubilidade);
2) Dissolver a mistura em um solvente apropriado no ponto ou próximo ao ponto de ebulição; 3) Filtrar a solução a quente (eliminando assim impurezas insolúveis);
4) Deixar a solução esfriar e aguardar a cristalização;
5) Filtrar a solução, a vácuo e a frio, para separar os cristais da solução. O filtrado nesse caso é chamado de “água-mãe”.
6) Lavar os cristais com solvente adequado para remover solvente residual da “água-mãe”. 7) Secar os cristais para remover o solvente residual.
8) Realizar testes para verificação da pureza da substância.
Objetivos: Purificação de um composto orgânico sólido através do método de recristalização.
Materiais, amostras e solventes: Erlenmeyers, funil de Büchner, funil simples, kitassato, bico de Bünsen, bastão de vidro, papel de filtro, béquer e dessecador, amostra sólida e solventes.
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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:
Num béquer de 500 mL dissolva o sólido, adicionando pequena quantidade de solvente a quente. Aqueça até ebulição com frequente agitação, até total dissolução do material. Se necessário adicione cuidadosamente (pode haver super ebulição na primeira adição) pequena quantidade de carvão ativado e filtre o sistema a quente removendo alguma impureza insolúvel (toda a vidraria deve estar pre-aquecida). Recolha o filtrado em erlenmeyer de 500 mL e leve-o a um banho de gelo ou água gelada. Mantenha o frasco em repouso e observe a recristalização (resfrie lentamente, para a obtenção de cristais puros). Filtre a vácuo, lavando o sólido com o solvente a frio e coloque o sólido recristalizado em um béquer rotulado e tarado. Coloque o material no dessecador.
10 PRÁTICA 04
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO
Objetivos: Determinação do ponto de fusão da amostra recristalizada e da 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.
11 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?
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.
