Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CURSO DE ZOOTECNIA Prática 6: TÉCNICA DE PURIFICAÇÃO: RECRISTALIZAÇÃO ACADÊMICOS: Arielle Roque Schaffer RA: 124413 Bruna Aparecida Moreira da Silva RA: 124733 Rafaela Dorne Bronzi RA: 124213 Luanen Salvadego Berto Luiz RA: 123946 Maria Fernanda Guimarães Pereira RA: 124065 Professora: Jheniffer Micheline Cortez Turma: 01 Maringá 2022 Sumário 6.A. TÉCNICA DE PURIFICAÇÃO: RECRISTALIZAÇÃO............................................3 6.1. Introdução...............................................................................................................3 6.2. Fundamentação teórica.........................................................................................3 6.3. Objetivo...................................................................................................................7 6.4. Procedimentos........................................................................................................7 6.4.1. Materiais...........................................................................................................7 6.4.2. Experimento 01: Técnica de Purificação: Recristalização .........................8 6.5. Resultados..............................................................................................................8 6.6. Discussões............................................................................................................13 6.7. Conclusão.............................................................................................................13 7. Referências..............................................................................................................13 3 6.A. TÉCNICA DE PURIFICAÇÃO: RECRISTALIZAÇÃO 6.1. Introdução Na maioria das vezes, ao realizar-se uma reação química, o produto obtido encontra-se impuro. Deste fato, necessita-se a recristalização, que consiste em uma técnica utilizada para purificação de compostos. Essa técnica é possível de ser realizada devido aos diferentes coeficientes de solubilidade dos compostos que se quer purificar. Devido à diferença de solubilidade é que existem várias técnicas de separação de substâncias e a recristalização é uma que tem ganhado destaque. 6.2. Fundamentação teórica Em química, a Recristalização é uma técnica usada para purificar substâncias sólidas que consiste, essencialmente, em dissolver o composto, e as suas impurezas, num solvente apropriado, levando à posterior precipitação do composto ou das impurezas, de forma a promover a sua separação. Normalmente procede-se de forma a ser o composto desejado a precipitar, sob a forma de cristais, os quais são depois filtrados e secos. Fundamentalmente a cristalização baseia-se em dois fatos: a diferença de solubilidades, num determinado solvente, da substância a recuperar e as suas impurezas; a variação de solubilidade dos solutos com a temperatura. Existem várias técnicas de se purificar o composto. 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. 4 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 Um ácido muito utilizado no processo de recristalização é o ácido benzoico. Ele é um composto aromático, de fórmula química C7H6O2, pertencente ao grupo dos ácidos carboxílicos. Trata-se de um sólido branco com um ligeiro odor característico, tem pouca solubilidade em água fria, porém boa solubilidade em água quente e solventes orgânicos. É utilizado como intermediário químico em plastificantes, corantes, sais metálicos, ésteres, conservantes. Segue abaixo, detalhadamente, o processo de recristalização de um composto sólido: a) Dissolução a quente: Todo o processo de recristalização deve ser efetuado em erlenmeyeres, para reduzir as perdas do solvente por evaporação. O sólido a ser purificado é inicialmente transferido para um erlenmeyer e adicionada pequena quantidade do solvente a temperatura ambiente, levando-se então a aquecimento em placa. Não se deve aquecer o sólido a seco, pois o mesmo pode fundir ou se decompor, prejudicando a recristalização. Em outro erlenmeyer é colocado o solvente puro e levado a ebulição. Adicionam-se ao sistema pequenas porções do solvente em ebulição até completa dissolução do material sólido, de forma a saturar o sistema. b) Filtração a quente Esta etapa só deve ser efetuada caso a solução apresente impurezas insolúveis. A filtração é feita por gravidade e todo o material envolvido deve estar aquecido para evitar uma cristalização prematura. Para este procedimento é necessário um erlenmeyer, um funil de colo curto e um papel de filtro pregueado (figura 1). Para aquecer o conjunto papel, funil e erlenmeyer, adiciona-se pequena quantidade do solvente e leva-se a ebulição por alguns minutos. Imediatamente antes de filtrar a solução, pode-se filtrar este solvente para outro erlenmeyer, aquecendo ainda mais o papel e funil. O papel pregueado aumenta a superfície de contato com a https://www.infoescola.com/quimica/aromaticidade/ https://www.infoescola.com/quimica/acidos-carboxilicos/ 5 solução, permitindo uma filtragem mais rápida, o que é fundamental para evitar resfriamento com consequente cristalização do sólido no papel. Figura 1: Papel filtro pregueado. De forma semelhante, o colo curto do funil impede que a amostra cristalize no colo, entupindo o funil. Caso haja alguma cristalização prematura no funil ou no papel, esta pode ser removida adicionando-se pequena quantidade do solvente em ebulição. Figura 2: Filtração a quente. c) Resfriamento: Esta é a etapa fundamental da técnica, pois é nela onde ocorre a cristalização e efetivamente o sólido é purificado. É preferível o uso de um erlenmeyer, pois sua boca menor reduz a perda do solvente por evaporação e dificulta a entrada de poeira. Mesmo assim pode-se proteger a boca do erlenmeyer utilizando um béquer invertido ou um vidro relógio. A solução deve permanecerem repouso e o resfriamento deve ocorrer lentamente até atingir a temperatura ambiente. O solvente nunca deve evaporar por completo, pois nesse caso não haverá purificação já que as impurezas irão aderir à superfície dos cristais. O resfriamento 6 brusco ocasiona a má formação dos cristais, retendo impurezas em seu interior, ou a precipitação de um material amorfo, o qual não se encontra purificado. O resfriamento lento, permite que o cristal cresça, camada por camada, formando uma rede cristalina que não armazena em seu interior a água-mãe contendo as impurezas solúveis. Após atingir a temperatura ambiente, pode-se resfriar mais a solução em banho de gelo para aumentar o rendimento do sólido obtido, já que sua solubilidade diminui com a temperatura. d) Filtração a vácuo: Após a cristalização, a água-mãe contém as impurezas solúveis, juntamente com parte do material de interesse dissolvido. Prada eliminar a água-mãe é feita uma filtração à vácuo do material resfriado. Os cristais ficam retidos no papel de filtro e a água-mãe é removida. Para efetuar a filtração a vácuo pode-se utilizar um kitassato com funil de Buchner para quantidades maiores, ou em menor escala um funil de Hirsch. Como fonte de vácuo pode-se utilizar uma bomba de vácuo ou uma trompa d’água. Figura 3: Filtração a vácuo com funil de Buchner. e) Lavagem: Os cristais recolhidos na filtração a vácuo contêm parte da água-mãe aderida em sua superfície. Para removê-la juntamente com as impurezas deve-se efetuar uma lavagem durante a filtração a vácuo, utilizando o solvente gelado em pequenas porções. O uso do solvente gelado evita a dissolução do produto, reduzindo perdas. f) Secagem: Os cristais recolhidos após a lavagem contêm ainda solvente em sua superfície. Para remover este solvente é necessário efetuar uma secagem. A secagem pode ser feita ao ar, tomando cuidado para cobrir o material, evitando assim acúmulo de poeira. Uma alternativa é secar em estuda, mas nesse caso deve-se observar o ponto de fusão sólido, para evitar exceder esta temperatura. Após a secagem, o 7 material pode ser caracterizado e sua pureza confirmada por suas propriedades físicas. Figura 4: Secagem ao ar. Figura 5: Secagem em dessecador. 6.3. Objetivo Neste experimento (6.A.) objetivou-se a recristalização do ácido benzoico. 6.4. Procedimentos 6.4.1. Materiais Água destilada; Béquer (250 mL); Pinça metálica; Erlenmeyer; Funil de haste longa; Vidro relógio; Pipeta volumétrica; Tripé; Tela de amianto; Bico de Bunsen; 8 Papel filtro; Suporte universal; Aro metálico; Funil de Buchner; Balão Kitassato; Amostra de ácido benzoico; Carvão ativo; Balança semi-analítica; Gelo; Mangueira; Trompa d’água. 6.4.2. Experimento 01: TÉCNICA DE PURIFICAÇÃO: RECRISTALIZAÇÃO Inicialmente, foi aferida, com auxílio de uma balança semi-analítica, a massa, em gramas, de uma amostra de ácido benzoico em um erlenmeyer de 250 mL, e logo após foi adicionada uma pitada de carvão ativo, e ainda, água destilada. Esta solução foi aquecida até a ebulição, onde se notou a dissolução completa do ácido benzoico. Com esta ebulição, foi iniciado o processo de filtração simples, por um funil e um papel filtro pregueado, que estavam no suporte universal fixos pelo aro metálico. Posteriormente, o filtrado, o qual estava num béquer, foi deixado em repouso com um vidro relógio em cima (a fim de não haver nenhuma perda com a evaporação) até atingir a temperatura ambiente. Após atingir esta, o béquer com a solução foi colocado em um banho de gelo para que o ácido benzoico cristalizasse completamente. Após a completa cristalização, a solução foi colocada no sistema de filtração a vácuo. Fazendo parte desse sistema o Kitasso, funil de Buchner, papel filtro e a trompa d’água. Os cristais retidos após a filtração foram colocados, junto ao papel filtro, sob um vidro relógio. Este sistema foi separado e após a evaporação completa da água retida no papel filtro, pesou-se novamente a fim de obter dados para os resultados abaixo. 6.5. Resultados A partir dos procedimentos supracitados, obteve-se os seguintes dados, detalhados com suas respectivas imagens: 9 Figura 6: Peso inicial do béquer de 250 ml = 139, 68 g Figura 7: Peso em gramas de uma amostra de ácido benzóico = 3, 16 g Adicionando uma pitada de carvão ativado: 10 Figura 8: Pitada de carvão ativado adicionada à amostra de ácido benzoico Processo de aquecimento para atingir o ponto de ebulição: Figura 10: Processo de aquecimento da mistura Ponto de ebulição atingido, observa-se o ácido benzóico dissolvido: 11 Figura 11: Ácido benzoico dissolvido Figura 12: Peso do Papel-filtro seco 12 Figura 13: Peso do Papel-filtro com o ácido benzoico seco após o experimento Sabe-se, porém, que o sistema possui percas, pois nota-se que resquícios dos cristais podem ter ficado no béquer ou no funil no momento de transferência da mistura, por exemplo. Sendo assim, tem-se que: Massa inicial do ácido benzoico adicionado à mistura = 3,16 Massa inicial do papel-filtro seco = 62,86 g Massa final do ácido benzoico mais a do papel-filtro, ambos secos após a filtragem = 64,04 g 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑑𝑜á𝑐𝑖𝑑𝑜𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑖𝑐𝑜 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑑𝑜𝑝𝑎𝑝𝑒𝑙𝑐𝑜𝑚𝑎𝑑𝑜𝑠𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑖𝑠 −𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑑𝑜𝑝𝑒𝑝𝑒𝑙 − 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜𝑠𝑜𝑧𝑖𝑛ℎ𝑜 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑖𝑠𝑑𝑒á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 64,04 − 62,86 ≅ 1,18𝑔 Comparando com a massa inicial que foi adicionada ao composto antes dos procedimentos, percebe-se uma perda de aproximadamente 1,98 g de ácido, o que pode ser compreendido pelo fato de que parte dos cristais podem ter de dissipado em meio às etapas desta prática. 13 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑑𝑜𝑠𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜𝑠𝑝𝑎𝑟𝑎𝑜𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 3,16 − 1,18 = 1,98𝑔 6.6. Discussões A partir do momento em que se sabe a porcentagem de erro que o experimento possui, é possível obter resultados mais precisos das grandezas comparadas. 3,16𝑔 − − −−−−−−−−−−− 100% %𝐸 = |100 − 𝑥| 1,98𝑔 − − −−−−−−−−−−− 𝑥 𝑥 ≅ 62,65 %𝐸 = |100 − 62,6582278481| ≅ 37,34% Portanto, sabe-se que houve perdas dos cristais ao longo das etapas efetuadas e que a porcentagem de erro deste experimento foi de 37,34%. 6.7. Conclusão Através dos experimentos realizados nesta prática concluímos que a purificação através de recristalização é um método de retirar as impurezas de um composto e que há um baixo rendimento percentual devido às perdas ocorridas durante os experimentos. 7. Referências PAVIA, D. L., LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S., ENGEL, R. G. Química Orgânica. Experimental: Técnicas de escala pequena. 2ª. Ed., Porto Alegre, Bookman. Disponível em: < https://files.cercomp.ufg.br>. Acesso em: 21 de Fev. de 2021. 2009. EATON, D. C. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, McGraw-Hill, 1989. FIESER, L. F., WILLIAMSON, K. L. Organic Experiments. 8th. Ed. USA, Houghton Mifflin, 1998. Disponível em: <https://xdocs.com.br>. Acesso em: 21 de Fev. de 2021. 14
Compartilhar