recristalizacao

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃO 
SAMYRE CAROLINE MELO DOS SANTOS
RELATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA:
Recristalização
São Luís- Ma
2022
1. INTRODUÇÃO 
2. OBJETIVOS
O intuito do experimento foi a recristalização do ácido benzóico, a técnica utilizada nesse experimento de solubilização quente e filtração a vácuo, após com a filtração foi possível obter o ácido em forma de flocos de cristais.
3. MATERIAIS UTILIZADOS
MATERIAIS:
Balança analítica
Banho de gelo
Base de ferro
Bastão de vidro
Béquer de 250 e 100 mL
Bico de Bunsen
Funil de vidro com haste
Papel de filtro
Placa de Petri
Proveta de 100 mL
Tela de amianto
Tripé de ferro
Tubos de ensaio
REAGENTES:
Ácido benzóico
Enxofre
4. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS 
1.Ácido benzóico 
• Foi adicionado aproximadamente 0,05g de ácido benzóico em dois tubos de ensaio;
• transferiu-se aproximadamente 3ml de água fria em um tubo e no outro tubo foi colocado aproximadamente 3ml de água quente, em seguida, agitou- se os dois tubos e observou-se a solubilização do composto. 
2- Enxofre
•  Foi adicionado aproximadamente 0,05g dr enxofre em dois tubos de ensaio;
• Transferiu-se aproximadamente 3ml de água fria em um tubo e no outro 3ml de água quente, em seguida, agitou-se os dois tubos e observou-se;
3-  Ácido benzóico+ enxofre
•    Pesou-se 1g de uma mistura de enxofre+ácido benzóico(1:1) e tranferiu-se para um béquer de 250ml;
• Adicionou-se 50ml de água destilada quente, misturou-se bem, foi observado e anotado a reação do composto quanto à solubilização;
• Aqueceu- se a mistura utilizando um sistema montado por uma tela de amianto e um béquer, agitando- se a mistura de vem em quando com o auxílio do bastão de vidro;
• Foi aquecido o funil de vidro sob o béquer e foi feito um papel de filtro pregueado para a filtragem da solução à quente;
• Foi preparado a montagem do sistema para a filtração;
• Retirou-se a mistura da ebulição e filtrou-se imediatamente;
• Recolheu-se o filtrado em outro béquer e observou-se que substância ficou retida no papel de filtro;
• Foi deixado o béquer com o filtrado em repouso até atingir a temperatura ambiente de 25°C, em seguida, levou- se o papel filtro com enxofre para a estufa e esperou-se a secagem para calcular o rendimento recuperado do enxofre;
• Preparou-se a montagem para uma nova filtração, sem utilizar o papel de filtro na forma pregueada, pesou-se o papel de forma antes de filtrar a solução;
• Filtrou- se a mistura com os cristais formados;
• Levou- se os cristais formados para a estufa a uma temperatura de aproximadamente 80°C, depois de seco, pesou-se os cristais e foi calculado o rendimento recuperado do ácido benzóico;
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
1-Ácido benzoico 
· Sendo o ácido benzoico pouco solúvel em água na temperatura ambiente. Observou-se que, na água fria, o ácido ficou no fundo do tubo de ensaio(mistura heterogênea). Na agua quente, observou-se a completa dissolução do benzeno.
A razão levantada para o ácido benzoico ser pouco solúvel em água fria, é a ideia de o grupo acido carboxílico ser polar ( água é polar). Porém, o ácido benzoico é formado da união de uma molécula de benzeno com um agrupado dessas carboxilas, e como elas representam uma pequena parte da molécula como um todo, tal ácido não se dissolve em água na temperatura ambiente.
O calor faz com que a solubilidade do ácido na água aumenta por causa da facilidade de ionização relacionada às pontes de hidrogênio das ligações dos compostos, por isso houve a dissolução do ácido com a água quente.
2-Enxofre
· Em relação à mistura do enxofre com a água fria e quente, notou-se que, em ambos os tubos, o enxofre foi insolúvel. O enxofre é uma molécula apolar, portanto não é solúvel em agua(independente da temperatura e agitação) que é polar.
3-Enxofre e Ácido benzoico 
· Após pesar e misturar o enxofre com o ácido benzoico, acrescentou-se agua destilada e observou-se que não ocorreu a dissolução de ambos os sólidos. Em seguida aqueceu-se a solução e o filtro (obs.: foi necessário aquecer o filtro pra que no momento da filtragem o experimento não sofresse choque-térmico). Após toda a montagem para a filtração ser elaborada, e a solução ser filtrada por completo, resíduos de enxofre ficaram no papel de filtro. Como explicou-se acima a questão da solubilidade do ácido benzoico e o enxofre, podemos concluir o porquê de só o acido se solubilizar na água quente e o enxofre ficar contido no papel de filtro. A filtração à quente serve para eliminar as impurezas insolúveis, mas se sistema não estiver bem aquecido, haverá perda significante do produto.
Observação: Essa etapa(filtração) foi feita rapidamente para evitar a cristalização da substância no funil.
Resfriamento 
Essa é a parte mais importante do experimento, pois é possível fazer a análise qualitativa do objeto da técnica(recristalização). Após o descanso do filtrado, foi possível observar a formação de pequenos cristais no fundo do béquer. Após fazer a montagem para uma nova filtração sem o papel de filtro, pesou-se o papel e descobriu-se o rendimento do ácido benzoico que foi de 84%. Concluiu-se que uma pequena parte do ácido foi perdida, pois como ele é solúvel em água quente, o correto seria controlar o volume de água adicionando para não diluir a solução com perda do soluto.
6. CONCLUSÃO 
7. REFERÊNCIAS
• QUESTIONÁRIO 
1. A recristalização é um método de purificação de compostos orgânicos que são sólidos a temperatura ambiente. O princípio desse método consiste em dissolver o sólido em um solvente quente e logo esfriar lentamente.
2. Etapa 1: Seleção do Solvente
A primeira etapa da recristalização é o procedimento de seleção de um solvente baseado em propriedades como:
Potencial de Nocividade
Impacto Ambiental
Custo de Compra e Descarte
Dependendo de sua estrutura molecular, um soluto pode ser classificado como solúvel, parcialmente solúvel ou insolúvel nesses solventes ou mistura de solventes. Para compreender essa relação termodinâmica, é necessário avaliar o comportamento da solubilidade do soluto que depende da temperatura em uma ampla linha de solventes diferentes. A solubilidade pode ser alta ou baixa em temperatura ambiente, uma função que depende cada vez mais da temperatura, ou quase não depende dela. Métodos de seleção de alta produtividade determinam rapidamente os dados de solubilidade para um grande número de sistemas de soluto/solvente.
Etapa 2: Seleção do Método de Cristalização
A. Recristalização por Resfriamento
Um sistema soluto/solvente com baixa solubilidade a baixas temperaturas, mas com a solubilidade sendo uma função que depende cada vez mais da temperatura, é adequado para a recristalização por resfriamento. Uma enorme quantidade de soluto pode ser dissolvida em altas temperaturas e, devido à baixa solubilidade a baixas temperaturas, o resfriamento controlado pode iniciar a recristalização. Solutos sensíveis à temperatura que se decompõem a temperaturas elevadas não são adequados para a recristalização por resfriamento.
B. Recristalização com Antissolvente
Os sistemas soluto/solvente com alta solubilidade a baixas temperaturas e a disponibilidade de um antissolvente miscível satisfazem os requisitos da recristalização com antissolvente. A adição controlada de antissolvente reduz a solubilidade na mistura, desencadeando a recristalização. Duas formas comuns de operação são a adição de antissolvente à solução do produto ou a adição da solução do produto ao antissolvente (adição inversa). As desvantagens da recristalização com antissolvente são a introdução de um solvente adicional, alta supersaturação local no ponto de adição, produtividade volumétrica reduzida e a necessidade de separação do solvente posteriormente.
C. Recristalização por Evaporação
A alta solubilidade em baixas temperaturas e a indisponibilidade de um antissolvente geralmente requerem a recristalização por evaporação. A remoção do solvente reduz a solubilidade na misturaremanescente e, quando uma supersaturação suficiente se formar, a recristalização ocorre. Os desafios na recristalização por evaporação são a introjeção de bolhas de gás, que podem agir como fonte de nucleação, pontos de semeadura difíceis de prever e aumento imprevisível de escala.
D. Recristalização por Reação (Precipitação)
Quando o soluto desejado é gerado por uma reação química entre dois compostos complexos ou por neutralização ácido/base, o método é referido como recristalização por reação. A reação química em progressão aumenta a supersaturação do soluto que, ao final, é recristalizado. A formação da supersaturação pode ser extremamente rápida, levando a uma elevada supersaturação local no ponto de mistura, nucleação extensiva, controle ineficiente do processo e operação dificultada posteriormente no processo.
Etapa 3: Termodinâmica e Cinética
Compreender o comportamento da solubilidade de um composto é um requisito importante para o desenvolvimento bem-sucedido do processo de recristalização. O conhecimento sobre quanto de soluto pode ser dissolvido em um solvente e quanto soluto permanecerá no licor-mãe no final é essencial para avaliar a eficiência de recristalização. Para a cristalização da solução, a solubilidade é a quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvida em uma dada quantidade de solvente em uma temperatura específica.
Um sistema é supersaturado quando a concentração do soluto dissolvido excede o limite de solubilidade em uma dada temperatura. Dependendo da cinética, a solução tem a capacidade de permanecer supersaturada em uma faixa de temperatura e tempo antes de ser recristalizada. O tempo decorrido entre a formação da supersaturação e a formação dos primeiros cristais é chamado de tempo de indução. O aumento da supersaturação reduz o tempo de indução a um ponto onde a formação de cristais acontece espontaneamente assim que a supersaturação é aumentada ainda mais. Esse ponto é definido como o Limite Metaestável, e a diferença entre a curva de solubilidade e a Curva Metaestável é a Amplitude da Zona Metaestável.
Etapa 4: Determinação da Estratégia de Semeadura
Durante a recristalização, é necessário um controle rígido da supersaturação, da nucleação e do crescimento para alcançar um produto final com as propriedades físicas desejadas. O uso de sementes geralmente é essencial para iniciar os processos de recristalização de forma robusta e constante. Os processos sem semeadura geralmente demonstram uma nucleação espontânea incontrolável, que pode levar a variações extremas no processo, principalmente durante a produção de grande escala e de aumento de escala. Geralmente, as seguintes estratégias de semeadura são aplicadas:
Mínima (0,1% a 1%): tem a intenção de evitar contaminação por óleo, nucleação incontrolada ou quebra. Pode ser satisfatória em laboratório, mas raramente é eficaz ou robusta em uma escala maior.
Pequena (1% a 5%): nucleação controlada, mas não é o suficiente para obter exclusivamente o crescimento de cristais. Nucleação secundária durante o processo e distribuições bimodais são prováveis.
Grande (5% a 10%): probabilidade maior de crescimento de cristais com a possibilidade de suprimir a nucleação secundária para evitar distribuições bimodais.
Etapa 5: Geração de Supersaturação
Minimização do tempo de processo, consumo de energia, resíduos, alocação ideal de recursos e rendimento alto de processo são parâmetros importantes para gerar produtos vendíveis de cristais ao menor custo. Com base nos dados de solubilidade, um ou mais métodos de recristalização (por resfriamento, com antissolvente, por evaporação, por reação) são aplicados para alcançar um ponto final de alto rendimento no diagrama de fases.
Um controle rigoroso do nível de supersaturação e um entendimento dos mecanismos de partícula pelos quais passam os cristais é essencial na elaboração de processos eficientes de recristalização com desempenho ótimo nas etapas posteriores.
Etapa 6: Separação Sólido/Líquido
Na maioria dos processos de recristalização, as partículas sólidas são o produto desejado, que devem ser separadas do licor-mãe por filtragem. Os requisitos básicos para um processo eficiente de filtragem são:
Suspensão de cristais com um baixo número de partículas
Meio filtrante adequado
Força motriz (pressão ou vácuo)
Equipamento de filtragem (para coleta do fluido e retenção do bolo de filtragem)
Após a filtragem, o bolo geralmente é lavado com um antissolvente de fácil evaporação para remover o licor-mãe restante e para ajudar no processo de secagem.
Etapa 7: Secagem
A remoção por evaporação da umidade do bolo úmido de filtragem geralmente é a etapa final de produção na obtenção de um produto utilizável de cristal. Dependendo da estabilidade térmica e mecânica da molécula e do cristal dos princípios ativos farmacêuticos (Active Pharmaceutical Ingredient – API), do tipo de solvente e do risco da transformação polimórfica, é aplicado um método de secagem adequado (atmosférico ou a vácuo).
3. A recristalização é uma operação física ou química? Porquê
Física, pois os compostos não reagem entre si, o processo somente separa os cristais das impurezas.