Relatório I - Química Org Exp I

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO - CENTRO DE TECNOLOGIA (CT)
RIO DE JANEIRO - 2022.1
Técnicas de separação e identificação de sólidos
Alunos: Carolina Barros (DRE: 120140504) e Yanne Gargalhone (DRE: 120133874)
Disciplina: Química Orgânica Experimental I - FFN
Professor: Alvicler
Grupo: 06
Data de entrega: 25 de Maio de 2022.
1. INTRODUÇÃO
1.1. SOLUBILIDADE
Solubilidade significa a quantidade de soluto necessária para produzir uma solução
saturada. Pode ser expressa como uma grandeza quantitativa e também pode ser analisada
qualitativamente. Vale ressaltar que alguns fatores podem afetar a solubilidade como a interação
soluto solvente, efeitos de pressão e temperatura. Por exemplo, para a maioria dos solutos, em
água, com o aumento da temperatura, a solubilidade aumenta também (OLGA, M. M. F. O,
JUNIOR, K. S., SCHLÜNZEN, E. T. M., 2013).
Um clássico relacionado à solubilidade é a afirmação: “Semelhante dissolve
semelhante.”; esta frase faz referência ao princípio de que uma substância polar dissolve
substância polar e esta não é dissolvida ou é em pouca quantidade por uma substância apolar. Ao
passo que substância apolar dissolve substância apolar (o mesmo raciocínio estabelecido
anteriormente) (COSTA, S. M. O, 2015).
Entretanto, vale ressaltar que o supracitado não é o único parâmetro que deve ser
considerado no estudo da solubilidade de compostos orgânicos. As forças intermoleculares
também devem ser levadas em consideração uma vez que um sólido, por exemplo, é dissolvido
mais dificilmente se a força atrativa intermolecular do soluto é maior que essas forças de atração
entre as moléculas de soluto e solvente. Outro fator importante tocante à solubilidade está
relacionado à extensão das cadeias carbônicas porque a porção hidrofóbica da molécula
(hidrocarbonetos, principalmente ao referir-se a compostos orgânicos) não teria, por exemplo,
afinidade frente à água (OLGA, M. M. F. O, JUNIOR, K. S., SCHLÜNZEN, E. T. M., 2013).
Com isso, a partir de testes de solubilidade é possível prever esses parâmetros.
1.2. SEPARAÇÃO REATIVA
A separação reativa é um método empregado quando existe uma mistura de sólidos que,
apesar de apresentarem talvez as mesmas características (como cor, aspecto e outrem) são
compostos diferentes (mistura) e que não é possível distinguí-los a olho nu. Para isso, a escolha
de solventes é valiosa para que o soluto seja solúvel em um dos solventes, mas que seja insolúvel
para o outro solvente. O ideal é que o composto deva ser dissolvido em aquecimento e o outro
solvente deve ser adicionado; com isso, a amostra apresentaria precipitação e, então, ao somar o
solvente primeiramente introduzido, seria gerado um ambiente saturado. Ou seja, com o
resfriamento da mistura, os cristais tendem à separação (ENGEL, R. G. et al., 2012).
Para que a separação seja efetiva, os solventes precisam ter um bom grau de
imiscibilidade para que sejam formadas realmente duas fases. O funil de separação é
importantíssimo para que a separação das fases ocorra de forma efetiva. Com o fechamento e
agitação do funil, as fases são separadas visivelmente na vidraria. Dependendo da densidade dos
solventes: mais denso se localiza embaixo e menos denso em cima. A partir das propriedades
físicas dos compostos, uma substância tende a se solubilizar mais em um dos compostos, mas
pode sim haver presença dessa substância contida no outro solvente. Por conta disso, é
importante a lavagem ou separação da fase mais densa e recolocando-a no funil ou adicionando
mais do solvente mais denso após a retirada desta primeira fase (ENGEL, R. G. et al., 2012).
A escolha do solvente da fase aquosa depende do caráter do composto que se deseja
isolar, por isso, é necessário que sejam realizados testes de solubilidade anteriormente à
separação das substâncias. A partir da figura de reação abaixo, é possível analisar que se uma das
substâncias é ácida, ao adicionar hidróxido de sódio, por exemplo, ocorreria uma reação
ácido-base formando sal, resultando em diminuição ou todo o precipitado seria consumido
deslocado para a direção dos produtos já que esse sal formado se dissolve em meio aquoso. Ou
seja, ao adicionar hidróxido em um composto ácido, o precipitado solubiliza (ENGEL, R. G. et
al., 2012).
Figura 1: Exemplo de reação simples entre um ácido e uma base, importantes para
separação reativa
1.3. RECRISTALIZAÇÃO
Em geral, os compostos orgânicos, sejam esses frutos de síntese orgânica ou de forma
natural, não se encontram em sua forma pura, podendo conter elementos como subprodutos da
reação e catalisadores, sendo necessário passar por técnicas de purificação. A recristalização é
uma técnica de purificação de compostos orgânicos sólidos, sendo amplamente utilizada ao redor
do mundo. De forma prática, a recristalização é relacionada com a solubilidade de um composto,
que deve ser mais solúvel em um solvente levado à temperatura mais alta, porém menos solúvel
em temperatura ambiente (PAVIA, D. L., LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S., ENGEL, R. G.,
2009).
Teoricamente, é esperado que o soluto seja dissolvido no solvente em temperatura
próxima à de ebulição e totalmente insolúvel à temperatura ambiente, e o contrário para
impureza. Entretanto, mesmo com a recristalização, os sólidos não são 100% puros, sendo
necessário técnicas como ponto de fusão, por exemplo. Assim, é esperado que o sólido se
recristalize na superfície quando a temperatura da solução abaixe (REZENDE, D. B., MORENO,
P. R. H, 2015).
Os sólidos cristalinos têm, em geral, superfícies planas bem definidas, chamadas de faces
do cristal, em ângulos bem definidos uns em relação aos outros. Essas faces são formadas por
camadas ordenadas de átomos (ATKINS, P.; JONES, L., 2012). O empacotamento da substância
tem angulações e interações moleculares estabelecidas. Caso a impureza tenha um perfil similar
a este, é possível que também incorpore o cristal, entretanto, haverá deformação do mesmo,
diminuindo sua estabilidade.
Figura 2: Exemplo de organização que a rede cristalina de NaCl faz
1.4. PONTO DE FUSÃO
O ponto de fusão é uma propriedade física estudada em química, isto é, uma propriedade
de uma determinada substância que a caracteriza, podendo ser observada ou medida sem que isso
altere a identidade da mesma. De forma simplificada, o ponto de fusão se refere à temperatura
em que a substância sólida atinge o estado líquido (ATKINS, P.; JONES, L., 2012).
A determinação das propriedades físicas de compostos orgânicos é utilizada na
caracterização das substâncias e, muitas vezes, são utilizadas como critérios de pureza. Assim, o
ponto de fusão pode ser considerado uma boa técnica para determinação da pureza de um
composto-alvo (ROTEIRO DE PRÁTICAS de ORGÂNICA EXPERIMENTAL I DO
INSTITUTO DE QUÍMICA UFRN, 2018).
De acordo com VOGEL, 2002, quanto maior for a concentração de impurezas na
amostra, menor é o ponto de fusão e mais larga a faixa de fusão. A faixa de ponto de fusão, logo,
é a temperatura em que o primeiro cristal começa a se fundir até o último. De forma
termodinâmica, o ponto de fusão, então, é a faixa de temperatura na qual a pressão de vapor na
fase sólida é igual à pressão de vapor na fase líquida, ou seja, quando estas duas fases estão em
equilíbrio. Quanto mais pura for a substância, menor será sua faixa de fusão (LABORATÓRIO
DE QUÍMICA ORGÂNICA I UFJF, 2014).
Figura 3: Gráfico à esquerda, demonstrando mudança de estados de substância pura e, à
direita, de uma mistura.
Na imagem acima, é possível ver que substâncias puras possuem menor faixa de ponto de
fusão (onde há sólido mais líquido), sendo uma medida importante para determinar a pureza de
uma substância.
2. OBJETIVO
Entender a solubilidade dos compostos apresentados. Além disso, separar, recristalizar e
identificar um sólido desconhecido a partir de seu ponto de fusão diante das possibilidades
apresentadas.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. SOLUBILIDADE
3.1.1. MATERIAIS
● Espátula com colher em açoinox
● Balança analítica de 4 casas (cap. máx: 220g)
● Tubos de ensaio de vidro neutro 5mL
● Papel de filtro semianalítico
● Pipeta pasteur de ponta curta
● Pipetador de borracha
● Bastão de vidro
● Estante para tubos de ensaio
● Proveta de 25 mL
● Solutos (50mg)
○ Ácido salicílico
○ Acetanilida
○ Ácido benzóico
○ β Naftol
○ Benzoína
○ Dibenzofurano
○ Bifenila
● Solventes (2mL):
○ Água destilada
○ Etanol (EtOH) 70%
○ Hexano (Hx) P.A.
○ Diclorometano (DCM) 10%
○ Ácido clorídrico (HCl) 10%
○ Hidróxido de sódio (NaOH) 10%
○ Carbonato de sódio (NaHCO3) 10%
3.1.2. MÉTODO
Foi pesado, aproximadamente, 50 mg de ácido salicílico na balança analítica com auxílio
de papel de filtro semianalítico e uma espátula. O sólido foi transferido para um tubo de ensaio.
Enquanto isso, foi avolumado 2mL de água destilada em uma proveta de 25 mL. Após esse
processo, o conteúdo da proveta foi vertido ao tubo preparado anteriormente. Este foi agitado
contra a ponta dos dedos para observação do teste de solubilidade e o resultado foi anotado (se o
sólido foi dissolvido ou não no solvente). Novamente, o mesmo ensaio foi realizado, mas na
segunda vez foi utilizado etanol como solvente. Esse mesmo teste foi executado com os demais
solventes (2mL): hexano, diclorometano, ácido clorídrico, hidróxido de sódio e bicarbonato de
sódio, vale ressaltar que para todas as análises foram pesadas amostras de 50 mg de ácido
salicílico, aproximadamente.
E esses métodos foram realizados repetidamente utilizando os demais sólidos (50 mg):
acetanilida, ácido benzóico, β naftol, benzoína, dibenzofurano e bifenila; de forma que todos os
sólidos foram testados em todos os solventes (2 mL) pelo menos uma vez e os resultados
anotados e organizados em tabela.
3.2. SEPARAÇÃO REATIVA
3.2.1. MATERIAIS
● Amostra desconhecida nº 06 (aproximadamente 2,2 gramas)
● Funil de separação de vidro com torneira
● Tubos de ensaio 5mL
● Argola
● Suporte universal para laboratório
● Estante de tubos
● Vidro de relógio médio
● Kitassato
● Bomba á vacuo
● Papel semianalítico
● Rolha de borracha
● Bastão de vidro
● Mangueira
● Bécker de 250mL
● 40 mL de Diclorometano (DCM) P.A.
● ≈ 5mL de Etanol 70%
● 30 mL de Hidróxido de sódio (NaOH) 10%
● 5-10 mL de Ácido clorídrico (HCl) P.A.
● Solventes (1mL):
○ Ácido clorídrico (HCl) 10%
○ Hidróxido de sódio (NaOH) 10%
○ Carbonato de sódio (NaHCO3) 10%
○ Diclorometano (DCM) conc. P.A.
3.2.2. MÉTODO
A uma mistura de sólidos (amostra desconhecida nº 6) foi realizado primeiramente testes
de solubilidade, como descrito no item 3.1.2. deste relatório, para analisar os possíveis caráter(s)
da amostra. A um tubo de ensaio foi adicionado o equivalente a uma ponta de espátula de sólido
e depositou-se 20 gotas de ácido clorídrico (HCl 10%).
O mesmo processo foi realizado com hidróxido de sódio, bicarbonato de sódio e
diclorometano. Vale ressaltar que para ter certeza da conclusão dos resultados, foi também
adicionado ácido clorídrico após o teste com hidróxido de sódio.
Após a avaliação do caráter (ácido, básico ou neutro) do composto, 40 mL de
Diclorometano (DCM) foi medido na proveta e adicionado juntamente com o sólido. Com a
demora da solubilização, mais solvente foi avolumado. Após esses esforços vãos, acrescentou-se
etanol. Foi apoiado o funil de separação em uma anel de ferro com um suporte universal, para
começo da extração fechou-se a torneira e com ajuda de um funil verteu-se a fase de
diclorometano e também foi acrescentado 15 mL (proveta) de hidróxido de sódio (escolhido
pelas análises de solubilidade). E tão logo as fases aquosa e orgânica foram separadas. O funil foi
agitado, segurando-se pela tampa de cabeça para baixo e os solventes geraram pressão; portanto,
abriu-se com cuidado a torneira e foi possível escutar o som de saída da pressão pela abertura e
esse processo foi realizado até não se ouvir mais liberação de pressão.
Após isso, foi retirada a fase orgânica mais densa e a fase aquosa. Com isso, foi
recolocado diclorometano e acrescentado mais 15 mL de hidróxido de sódio, realizando-se o
mesmo procedimento anterior. As fases foram novamente separadas e as fases aquosas foram
somadas em um total de 30 mL. A parte orgânica foi separada em dois vidros de relógio na
capela para que o solvente evaporasse. Já à parte aquosa foi adicionado ácido clorídrico até
formação significativa de precipitado. Esta foi encaminhada para um sistema à vácuo, em que o
resultante foi recolhido em papel de filtro semianalítico e armazenado.
Ao sólido extraído após secura de diclorometano, foi feita uma raspagem das vidrarias
com auxílio de espátula a um filtro de papel semianalítico e armazenado.
3.3. RECRISTALIZAÇÃO
3.3.1. MATERIAIS
● Compostos separados (neutro e ácido)
● Kitassato
● Funil de Buchner
● Bomba à vacuo
● Papel semianalítico
● Rolha de borracha
● Bastão de vidro
● Pisset lavador
● Vidro de relógio
● Mangueira
● Bécker de 250 mL
● Proveta de 25 mL
● Proveta de 50 mL
● Placa de aquecimento com agitação (360º C)
● Tubos de ensaio 5 mL
● Estante de tubos
● Pipeta pasteur de ponta curta
● Bastão de vidro
● Pipetador de borracha
● Pinça de madeira
● Solventes (15 mL)
○ Água + ≈ 5mL de Etanol
○ Hexano/Acetona 1:1 P.A.
● Solventes (1mL):
○ Água
○ Etanol (EtOH) 70%
○ Hexano/Acetona 1:1 P.A.
3.3.2. MÉTODO
Em um primeiro momento, com os dois sólidos, caráter neutro e ácido, foi testado sua
solubilidade com os solventes, à frio e à quente, água e etanol. Para tal, foram utilizados tubos de
ensaio de 5mL, apoiados em uma estante de tubos, devidamente nomeados. Com a ponta de uma
espátula de aço, foram colocados, aproximadamente, 0,050g dos sólidos em cada tubo, sendo
dois tubos para cada, totalizando, ao final, quatro tubos.
Para testagem da solubilidade à frio, colocou-se sobre os dois tubos, um com sólido de
caráter ácido e outro de caráter neutro, 1 mL de água, medido anteriormente na proveta de 10mL
e pipetado com auxílio de uma pipeta pasteur e um pipetador de borracha pequeno para o tubo. A
fim de observar a solubilidade, foi agitado levemente com um bastão de vidro e depois analisado
se todo o sólido foi, de fato, solubilizado. O mesmo procedimento se repetiu para a análise da
solubilidade dos sólidos em etanol à frio.
Para a testagem à quente, em água e etanol, foi preciso esquentar um bécker de 250mL
com água a fim de realizar um banho maria com os tubos. Dessa maneira, o bécker foi colocado
na placa de aquecimento até que a água começasse a evaporar. Quando a água, por fim, estava
quente o suficiente, foi utilizado uma pinça de madeira para molhar o fundo dos quatro tubos
testados anteriormente a frio: 1 contendo água e sólido ácido, 1 contendo água e sólido neutro, 1
contendo etanol e sólido neutro e 1 contendo etanol e sólido ácido. A análise dos tubos se deu da
mesma maneira que a anterior: observando a olho nu se os sólidos foram solubilizados.
A partir dos nossos resultados, mostrou-se necessário a realização do teste de
solubilidade com o sólido de caráter neutro em Hexano:Acetona. Dessa forma, foi necessário
realizar a mistura de 5mL de Hexano P.A. com 5 mL de Acetona P.A. em uma proveta na capela
e utilizar, a partir dessa solução, 1 mL para colocar no tubo contendo o sólido de caráter neutro,
pego com uma ponta de espátula, e observar sua solubilidade à frio.
Para recristalizar o sólido de carácter ácido, foi depositado todo o sólido em um bécker de
250mL com 15 mL de água, medido anteriormente em uma proveta de 50mL. Para solubilizar, o
bécker foi aquecido na placa de aquecimento. Com a adição de poucos mL de etanol, contido em
um pisset lavador no laboratório, todo o sólido se solubilizou. Para a recristalização, o bécker
contendo a solução foi deixado a frio e, então, foi possível observar as duas fases: o sólido
recristalizado em cima e o líquido embaixo. Para separação, foi montado um sistema a vácuo
com kitassato, funil de Buchner, papel semianalíticoe bomba a vácuo. O kitassato foi acoplado à
bomba á vácuo por meio de uma mangueira. Para juntar o kitassato e o funil de Buchner se
mostrou necessário a utilização de uma rolha de borracha para ajuste. O papel semianalítico foi
colocado no funil de Buchner e o sistema à vácuo foi testado com um volume ínfimo de água,
assentando o papel ao funil. O líquido contendo o sólido recristalizado e água foi vertido com o
auxílio de um bastão de vidro no funil e deu-se início a filtração. Quando finalizada, retirou-se o
papel semianalítico contendo o sólido de caráter ácido e o mesmo foi armazenado e fechado.
Para recristalizar o sólido de carácter neutro, foi depositado todo o sólido em um bécker
de 450mL e junto a este se colocou 15 mL de uma solução Hexano:Acetona 1:1, medida
anteriormente em uma proveta de 50mL. Após a solubilização, esperou-se, com o bécker em
temperatura ambiente, que ocorresse a recristalização e separação das fases. Sem sucesso, foi
realizado o teste em cima de uma placa de aquecimento morna. Após as tentativas falharem,
despejou-se a solução em um vidro de relógio e deixou o mesmo em repouso, na capela. Com o
solvente evaporado, realizou-se a raspagem com uma espátula e guardou-se o sólido neutro
recristalizado em um papel semianalítico fechado.
3.4. PONTO DE FUSÃO
3.4.1. MATERIAIS
● Compostos cristalizados e separados (composto neutro e ácido)
● Tubos do tipo capilar de vidro fechado em uma ponta
● Tubo de vidro oco
● Aparelho de determinação de ponto de fusão a seco
● Termômetro químico com escala de até 200ºC
3.4.2. MÉTODO
Inicialmente, realizou-se uma busca na literatura para a procura dos pontos de fusão das
seguintes substâncias: Ácido benzóico, Acetanilida, Benzoína, Ácido salicílico, B Naftol,
Dibenzofurano e Bifenila. Dessa maneira, foi possível realizar a comparação do ponto de fusão
das substâncias separadas com as possibilidades.
Com os tubos capilares já fechados em uma extremidade, foi realizada a inserção dos
sólidos, com caráter neutro e ácido, em dois tubos capilares cada. Para tal, foi necessário o
“esfregaço” do sólido na extremidade aberta do capilar fazendo com que entrasse, pelo menos,
0,50 cm dos mesmos dentro do tubo. Apesar da boa cristalização dos sólidos, não foi necessário
maceração com gral e pistilo. Para que o sólido se assentasse na extremidade fechada, se jogou o
capilar (com a parte fechada para baixo) de cima de um tubo oco de vidro e esperou o mesmo
parar de pular.
Com o sólido assentado no capilar, o mesmo foi introduzido no aparelho de determinação
de ponto de fusão a seco, que estava acoplado com um termômetro de até 200ºC. Dando início ao
procedimento, a temperatura foi observada subindo no termômetro enquanto, ao atingir o ponto
de fusão, o sólido em questão se fundia e ficava transparente. Para cada um dos sólidos foram
realizadas duas medidas, anotando em qual temperatura o mesmo começava e terminava de
fundir. Os resultados foram comparados com a literatura posteriormente.
4. RESULTADOS
4.1. SOLUBILIDADE
Diante da solubilidade dos compostos nos sete solventes diferentes, foi confeccionado a
tabela abaixo com os resultados encontrados.
Tabela 1: Resultado da solubilidade dos solutos diante dos sete tipos diferentes de solvente
SOLUTO \ SOLVENTE Água Etanol Hexano DCM HCl (aq.) NaOH (aq.) NaHCO3 (aq)
Ácido salicílico N S N S N S S
Acetanilida N PS/N N S N N N
Benzoína N N N S N N N
Ácido benzóico N N N S N N N
Dibenzofurano N N S S N N N
Bifenila N N S S N N N
β Naftol N S N S N PS N
Legenda: N: não solúvel, S: solúvel, PS: pouco solúvel.
4.2. SEPARAÇÃO REATIVA
A amostra 6 foi analisada conforme teste de solubilidade descrito, sendo os resultados
apresentados na tabela abaixo.
Tabela 2: Resultado da solubilidade do composto desconhecido número 06
SOLVENTE RESULTADO
Ácido clorídrico (HCl 10%) N
Hidróxido de sódio (NaOH 10%) Solubiliza pouco e há pequena formação de precipitado
Bicarbonato de sódio (NaHCO3 10%) Solubiliza parcialmente e há formação de bolhas
Diclorometano conc. S
Legenda: N: não solúvel, S: solúvel.
Com a pequena formação de precipitado no solvente de hidróxido de sódio e formação de
bolhas no carbonato de cálcio, se constatou que uma das substâncias presentes possuía caráter
ácido, já que sua reação com base resultou em pequena precipitação. Além disso, se analisou e
caracterizou que a outra substância, no entanto, era neutra.
Ao final da separação reativa e evaporação de solvente orgânico, se obtiveram dois
sólidos cristalinos e brancos.
4.3. RECRISTALIZAÇÃO
Com o teste de solubilidade realizado a frio e a quente, com água e Etanol, e, apenas a
frio, Hexano:Acetona 1:1, foi possível montar uma tabela mostrando a solubilidade dos sólidos
ácido e neutro nesses solventes.
Tabela 3: Solubilidade dos sólidos em etanol, água e Hexano:Acetona 1:1
SÓLIDOS\SOLVENTES Água (á frio) Água (á quente) Etanol
(á frio)
Etanol
(á quente)
Hexano:Acetona
1:1 (a frio)
Sólido neutro N S N N S
Sólido ácido N S N S -
Legenda: N: não solúvel, S: solúvel, -: não medido.
Com o sólido ácido, após passar por recristalização com água e etanol e filtrado no
sistema a vácuo, se obteve um sólido cristalino branco e brilhante. A cristalização parecia em
forma de “filetes”, como gelo. É possível observar o mesmo na figura abaixo.
Figura 4: Sólido de caráter ácido após recristalização
O sólido neutro, após passar por recristalização com Hexano:Acetona 1:1 e deixar
evaporar no vidro de relógio, obteve um sólido branco com pontos ligeiramente mais escuros. O
mesmo também era bem brilhante.
Figura 5: Sólido de caráter neutro após recristalização
4.4. PONTO DE FUSÃO
Em um primeiro momento, com a busca na literatura do livro CRC Handbook, se
encontrou os seguintes pontos de fusão para as substâncias em análise: Ácido salicílico,
Acetanilida, Benzoína, Ácido benzóico, Dibenzofurano, Bifenila e β Naftol.
Tabela 4: Solutos analisados e seus pontos de fusão, de acordo com a literatura
SOLUTO PONTO DE FUSÃO
Ácido salicílico 159ºC
Acetanilida 114,3ºC
Benzoína 137ºC
Ácido benzóico 122,3ºC
Dibenzofurano 79-82ºC
Bifenila 69,2ºC
β Naftol 123ºC
A partir dos dados coletados, foi feita a medida, duas vezes cada, dos sólidos e seus
respectivos pontos de fusão no aparelho para determinação do mesmo. Para isso, foi observado
quando o sólido se fundia, tanto para o neutro, quanto para o ácido, como na figura abaixo.
Figuras 6 e 7: Imagem exemplo do sólido neutro antes e depois de fundir, respectivamente
Dessa forma, sendo possível fazer a comparação entre as substâncias da literatura. A
tabela contendo os sólidos, neutro e ácido, e suas duas medidas de ponto de fusão (PF) se
encontra abaixo:
Tabela 5: Leituras das temperaturas dos PF (início e final) dos sólidos neutro e ácido
SÓLIDOS LEITURA 1 DO PF LEITURA 2 DO PF
Sólido neutro 69ºC (início e final) 69ºC (início e final)
Sólido ácido 157ºC (início) - 159ºC (final) 155ºC (início) - 158ºC (final)
5. DISCUSSÃO
Analisando a estrutura do ácido salicílico: possui características polares com a presença
de átomos bem eletronegativos como o oxigênio, além de apresentar uma porção apolar
apontando para o anel aromático. A partir dos resultados, pode-se concluir que não expressa um
caráter polar relevante considerando que não foi solubilizado em água. O etanol dissolve tanto
compostos polares como apolares por causa de sua estrutura molecular polar e apolar. Levando
só em consideração a polaridade, é confuso classificar o composto. Mas vale ressaltar que
também é necessário avaliar as forças de atração intermoleculares. Analisando os resultados
tanto frente ao hexano como em etanol, a interação soluto-solvente foi mais forte em relação ao
etanol, no qual o composto foi solúvel. Faz sentido pensar que realmente as pontes de hidrogênio
são mais fortes que as demais forças (grupamentos hidroxila do etanol e do ácido salicílico
interagindo). Analisando Diclorometano (DCM), foi um ensaio que surpreendentementesolubilizou não só ácido salicílico como todos os sólidos, o que sugere duas possibilidades. Ou
todos os sólidos possuem polaridade assemelhada ao DCM (o que não parece ser o caso uma vez
que encontram-se estruturas de sólidos totalmente apolares) ou esse solvente cria uma afinidade
extremamente alta com a maioria dos compostos orgânicos, independente de polaridade, a força
molecular que DCM estabelece com esses solutos é consideravelmente forte. Como ácido
salicílico não solubilizou em ácido clorídrico, não indica reação ácido-base; já na presença de
hidróxido de sódio e bicarbonato de sódio, foi solubilizado, indicando a reação, confirmando a
acidez do composto que pelo nome já era bem sugestiva.
Figura 8: Estrutura do Ácido salicílico
Analisando a estrutura de acetanilida: possui características polares com a presença de
átomos bem eletronegativos como o oxigênio e o nitrogênio, além de apresentar uma porção
apolar apontando para o anel aromático. A partir dos resultados, pode-se concluir que não
expressa um caráter polar relevante considerando que não foi solubilizada em água. Além da
polaridade, é importante avaliar as forças de atração intermoleculares. Nesse caso a interação
soluto-solvente foi mais forte em relação ao etanol, no qual o composto foi mais solúvel que no
solvente polar (hexano). O que faz sentido considerando a maior força exercida pelas pontes de
hidrogênio. Acetanilida não solubilizou nem em ácido e nem em base, o que poderia indicar um
composto neutro; entretanto, pela análise estrutural da molécula, é perceptível que o átomo de
nitrogênio está disponível para receber mais átomo(s) de hidrogênio. Seria interessante no
momento do ensaio, após adicionar ácido clorídrico, posterior acrescento de hidróxido de sódio e
observação se ocorreria mais formação de precipitado, o que indicaria um composto básico.
Figura 9: Estrutura da Acetanilida
Analisando a estrutura de benzoína, ácido benzóico e β Naftol: possuem características
polares com a presença de átomos bem eletronegativos como o oxigênio/grupamento hidroxila,
além de apresentarem uma porção apolar apontando para o anel aromático. A partir dos
resultados, pode-se concluir que não expressam um caráter polar relevante considerando que não
foram solubilizados em água. Como nesses casos os testes para todos os solventes, exceto para
DCM deram negativos, talvez seja um indicativo de polaridade realmente semelhante ao DCM.
Todos esses compostos mostraram resultados negativos frente ao ácido e à base. Considerando
que todos possuem em sua estrutura hidroxila, é um indicativo de caráter ácido. Seria
interessante, no momento do ensaio, após adicionar hidróxido de sódio, posterior acrescento de
ácido clorídrico e observação se ocorreria mais formação de precipitado, o que indicaria um
composto ácido.
Figuras 10, 11 e 12: Estruturas da Benzoína (a esquerda), Ácido benzóico (ao meio) e β Naftol (a
direita)
Analisando as estruturas de dibenzofurano e bifenila: possuem características apolares,
são exatamente iguais desde o centro da molécula tanto para a esquerda como para a direita. A
partir dos resultados, pode-se afirmar suas apolaridades frente ao hexano (solubilizou). Quanto
ao DCM já foi explicado uma possível causa na 1ª discussão (ácido salicílico) do porquê um
composto, mesmo sendo apolar, ser solubilizado em DCM. Esses compostos mostraram
resultados negativos frente ao ácido e à base. Ou seja, indicativo de substâncias neutras, o que foi
confirmado a partir da análise estrutural das moléculas.
Figuras 13 e 14: Estruturas do Dibenzofurano (a esquerda) e Bifenila (a direita)
Diante do aprendizado da solubilidade dessas substâncias orgânicas, ao receber uma
amostra de mistura de dois desses compostos, a primeira coisa perceptível foi que a olho nu não
seria possível distingui-los. Portanto, foi utilizado justamente o método de extração reativa para
separá-los considerando que possuem características reativas diferentes.
Através dos testes de solubilidade foi possível perceber que não havia nenhum dos
compostos básicos porque ao adicionar ácido clorídrico, não houve solubilização. Se fosse básico
solubilizaria porque o produto salino é solúvel em água. Já quando, na presença de hidróxido de
sódio, diminuiu o precipitado no tubo, indicou que poderia ser reação ácido-base de
neutralização com a formação de sal (este que se dissolve em solução aquosa), apontando que
pelo menos um dos sólidos da mistura de compostos era ácido. Para confirmar, a posterior
adição de ácido clorídrico precipitou novamente o soluto de análise porque há deslocamento de
equilíbrio da reação. Para finalizar, o teste com bicarbonato de sódio não deixou dúvidas que um
deles realmente era ácido porque ocorreu formação de bolhas, uma reação característica com
liberação de dióxido de carbono, possível de ser elucidada na figura abaixo abaixo:
Figura 15: Reação de bicarbonato de sódio frente a um ácido
Com isso, o hidróxido de sódio foi designado para extrair o composto ácido da mistura. A
questão da precipitação com posterior adição com ácido clorídrico é inclusive utilizada como
artifício (na extração reativa da fase aquosa) para que haja bastante produção através dessa
reação do soluto de análise, no caso o composto ácido, o qual foi realmente extraído através da
filtração à vácuo.
Após os testes de solubilidade, foi observado demora na solubilização do composto em
40 mL de DCM, aumentamos a quantidade de solvente e após a continuação da não solubilização
foi adicionado também etanol, e nesse ponto o composto foi dissolvido. Isso ocorreu por causa
da mudança na polaridade, que favoreceu a solubilidade do composto.
Vale ressaltar que o solvente orgânico (diclorometano) e o solvente aquoso são imiscíveis
entre si e não poderia ser de maneira diferente para esse tipo de extração porque os sólidos não
poderiam ser separados eficientemente se fosse diferente.
De acordo com a literatura, a dissolução de um composto é acompanhada, então, da
liberação ou absorção de calor. Dessa maneira, quando um composto se dissolve em um
determinado solvente e há liberação de calor, ou seja, o ∆Hsolução, variação de entalpia (energia
liberada ou absorvida) é menor do que zero, quer dizer que com aumento de temperatura, há
menor solubilidade. Para que ocorra recristalização, é necessário que o ∆Hsolução seja maior
que zero, já que significa que aumentar a temperatura do sistema aumenta, portanto, a
solubilidade. Como explicado anteriormente, para que a recristalização aconteça, é necessário
que o composto se solubilize em temperaturas mais altas no solvente para que esse, quando
esfrie, seja mais insolúvel em temperatura ambiente, recristalizado, e deixando as impurezas em
solução. Além disso, desejado que o composto-alvo se torne insolúvel para fazer a separação via
filtração e que as impurezas continuem solúveis no meio.
Para o composto ácido foi utilizado a água, já que ele era solúvel em água quente, porém
não a frio. Dessa forma, se colocou todo o composto na água em aquecimento para a dissolução.
Apesar disso, diferente do observado no teste de solubilidade, o composto em maior quantidade
não solubilizou apenas com a água. A concentração é um fator crucial para a solubilidade, logo,
faz sentido que apesar de observado solubilidade em água quando há uma menor quantidade de
composto, ao ser totalmente adicionado em água, não seja possível dissolver. Entretanto, com um
pouco de etanol sendo adicionado, há mudança da polaridade da substância, já que o etanol é
menos polar que a água pela presença de sua cadeia carbônica. Assim, toda a substância
consegue ser solubilizada, o que faz sentido, visto que resultados posteriores demonstram que se
trata de ácido salicílico, composto solúvel em etanol e não em água, como relatado
anteriormente.
Para o composto neutro, no entanto, foi utilizado uma mistura de Hexano:Acetona 1:1,
uma mistura com caráter bem apolar. Essa mistura foi indicadapois o composto, em meio de
etanol, formou uma espécie de gota de óleo, indicando a possibilidade de se tratar da bifenila. A
bifenila é um hidrocarboneto com dois anéis de benzeno, sendo de caráter extremo apolar e,
portanto, se solubiliza bem em solventes com a mesma característica. Dessa forma, se colocou
todo o composto em 15 mL da solução Hexano:Acetona 1:1, rapidamente se solubilizando.
Apesar de esperar um tempo considerável, o composto-alvo não estava se cristalizando na
superfície do recipiente, indicando que o mesmo não estava se tornando “insolúvel” no mesmo,
nem mesmo com uma temperatura um pouco mais elevada. Para forçar, então, a recristalização,
foi necessário esperar que o solvente volatilizasse em uma capela, afinal, Hexano:Acetona 1:1 é
extremamente apolar. Hexano:Acetona 1:1 é uma mistura extremamente apolar, visto que ambas
as moléculas são hidrocarbonetos e portanto possuem ligações apolares entre ligações
carbono-carbono e carbono-hidrogênio, conferindo ligações mais fracas e fáceis de romper,
resultando em pontos de ebulição mais baixos. Dessa maneira, ocorre a recristalização do
composto neutro, se esperando que a pureza esteja mais alta e que as impurezas tenham saído
junto com a volatilização dos solventes. Entretanto, para se certificar, tanto da pureza do
composto neutro quanto ácido, foi necessário realizar a técnica de ponto de fusão.
O ponto de fusão, como dito anteriormente, é um parâmetro para verificar a pureza da
substância. Quanto maior a faixa desse ponto de fusão, menos pura a substância está. Durante a
realização do teste de ponto de fusão do composto neutro, se percebeu, nas duas medições, que
ocorreu fusão a 69ºC. Dessa maneira, ao analisar as possíveis substâncias para a análise (Ácido
salicílico, Acetanilida, Benzoína, Ácido benzóico, Dibenzofurano, Bifenila e β Naftol), foi
possível equiparar ao ponto de fusão da Bifenila da literatura (69,2ºC), identificando, então, o
sólido. Além disso, como relatado anteriormente, a bifenila tem sua solubilidade maior em
compostos mais apolares, bem como o composto, já que o mesmo foi recristalizado utilizando
Hexano:Acetona 1:1. Quanto mais pura for a substância, menor será sua faixa de fusão. A faixa
de fusão observada foi bem pequena, já que não foi observada uma variação de temperatura nas
duas medições, apesar do aumento de temperatura ter sido lento, indicando que a substância
recristalizada teve um alto caráter de pureza. Além disso, de acordo com o ponto de fusão da
literatura, há apenas uma variação de 0,2ºC.
Para o composto ácido, no entanto, foram observadas duas faixas de fusão: 157ºC à
159ºC e 155ºC à 158ºC. Dessa forma, ao analisar as possíveis substâncias para a análise e seus
pontos de fusão, foi possível equiparar com o de Ácido salicílico na literatura (159ºC). O que faz
sentido, afinal, o ácido salicílico, bem como o composto de caráter ácido, não solubilizam em
água a frio e solubilizam em etanol, por exemplo. Não foi possível equiparar em água a quente,
já que nos testes de solubilidade o ácido salicílico não foi testado frente a essas condições. Além
de claro, o ácido salicílico e o composto obtêm caráter ácido, sendo mais um indicativo de sua
identidade. A faixa de fusão observada nos dois casos foi relativamente mais alta, variando de
2ºC e 3ºC, indicando que a pureza do composto recristalizado não foi tão boa, por exemplo,
quanto a da Bifenila.
6. CONCLUSÃO
Foi possível analisar a solubilidade dos compostos Ácido salicílico, Acetanilida,
Benzoína, Ácido benzóico, Dibenzofurano, Bifenila e β Naftol frente a solventes apolares e
polares. Além disso, com uma amostra desconhecida, determinar que os compostos presentes
possuíam caráter neutro e ácido por meio de teste de solubilidade e, a partir disso, fazer a
separação reativa com solvente aquoso e apolar. Com a determinação da solubilidade dos
compostos, já separados, neutro e ácido, foi executado uma técnica de purificação,
recristalização, dos mesmos e identificado, através do ponto de fusão e revisão da literatura, que
se tratavam dos compostos Bifenila e Ácido salicílico.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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