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RELATÓRIO DE QUÍMICA PONTO DE FUSÃO TÍTULO Determinação do ponto de fusão de uma substância OBJETIVO Determinar o ponto de fusão do Naftaleno, Acetanilida e Ácido benzoico através de métodos utilizando um aparelho de determinação do ponto de fusão e da aparelhagem tradicional. RESUMO Duas metodologias diferentes foram utilizadas para determinar o ponto de fusão de três substâncias, uma utilizando o determinador de ponto de fusão e a outra utilizando a aparelhagem tradicional, o que exige mais atenção. A principal característica que pôde- se concluir através da experimentação é a interferência do tipo de interação intermolecular que cada molécula das substâncias realiza, sendo uma que pode realizar forças de London (Naftaleno) e duas que podem realizar ligação de hidrogênio (Acetanilida e Ácido Benzoico) e em razão disso o Naftaleno apresenta ponto de ebulição menor quando comparado às outras, por ser uma interação menos forte. INTRODUÇÃO Interações intermoleculares As forças que ocorrem entre as moléculas guiam as propriedades físicas da matérias, nesse caso, sendo responsáveis pelas suas fases, que é a forma da matéria com a estado físico e a composição química uniformes, os estados físicos básicos são: sólido, liquido e gasoso (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Dipolo-dipolo Essa interação que envolve os dipolos das moléculas ocorre entre suas cargas parciais (Figura 1) e a força da interação depende da distância, quanto maior for, menor força a interação dipolo-dipolo terá, visto que as cargas se combinam e também se anulam (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). As moléculas que apresentam esse tipo de força intermolecular, em razão da alta quantidade de energia para separá-las, apresentam pontos de ebulição altos (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Figura 1. Interação entre as cargas parciais, formando a força intermolecular dipolo-dipolo. Fonte: (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Forças de London Esse tipo de força intermolecular ocorre entre moléculas apolares (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Essas moléculas em algum momento apresentam suas nuvens eletrônicas não uniformes, apesar de aparentarem estar uniformemente distribuídas e quando esses elétrons se acumulam em um trecho dessas moléculas, deixando outro trecho com deficiência eletrônico, cargas parciais instantâneas são criadas (tanto positivas quanto negativas) (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Esse dipolo interfere em outras moléculas, induzindo outro dipolo instantâneo, permitindo a atração entre elas (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Os dipolos podem mudar de direção, mas essa alteração sempre induz a outra molécula a fazer o mesmo, o que permite a atração permanente entre elas (Figura 2) (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Figura 2. Mudanças de direções entre os dipolos instantâneos entre moléculas vizinhas, mantendo dessa forma a atração mútua. Fonte: (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Ligações de hidrogênio As ligações de hidrogênio são as mais fortes entre as forças intermoleculares, chegando ter cerca de 10% da energia de uma ligação covalente (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Essa interação poderosa confere às moléculas que a fazem pontos de ebulição altíssimos, ocorrendo quando o hidrogênio realiza ligações com certos elementos eletronegativos (N, O ou F) (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). As interações entre o hidrogênio e os outros elementos são polares, visto que os átomos mais eletronegativos atraem os elétrons e isso pode ser observado na Figura 3 (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Figura 3. Representação da ligação de hidrogênio (linha pontilhada) entre moléculas de água. Fonte: (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Ponto de fusão O processo para a fusão se dá quando as moléculas se agitam, mas sem um distanciamento vigoroso e, apesar de próximas, elas já não mantêm uma distribuição fixa (PAULING, 1982). Contudo, o estado liquido que é alcançado através do ponto de fusão continua sendo mais condensado do que o estado gasoso, que é atingido a partir do processo de ebulição (PAULING, 1982). Em relação aos cristais, os líquidos são menos densos, mas apresentam maior volume (PAULING, 1982). Além disso, as forças intermoleculares que agem sobre as moléculas podem influência o seu ponto de fusão, podendo ser observada na escala a seguir: Força de London < Dipolo-dipolo < Ligação de hidrogênio (ATKINS; JONES; LAVERMAN, 2018). Substâncias Acetanilida A Acetanilida é um composto derivado da anilina e do ácido acético (Figura 4) (MERRIAM-WEBSTER, 2007). Em 1886 ela começou a se utilizada como uma droga para reduzir os sintomas da febre, além de outras dores como dor de cabeça, cólicas e reumatismo (AcetanilidaBRITANNICA, 2008). Ela é um composto branco e cristalino de fórmula molecular C8H9NO (MERRIAM-WEBSTER, 2007). Por fim, o seu ponto de fusão ocorre entre 113 e 114 ºC. Figura 4. Síntese da Acetanilida sem solvente. Fonte: (CUNHA et al., 2015). Naftaleno O Naftaleno é um hidrocarboneto aromático formado por dois anéis de benzeno condensados (Figura 5) (BRITANNICA, 2008). A sua fórmula molecular é C10H8, sendo encontrado de forma natural em combustíveis fósseis e um de seus usos na indústria está ligado aos repelentes de insetos (CETESB, 2020). Uma das principais características do Naftaleno é a sua aparência cristalina branca e o seu odor de naftalina (ENCYCLOPEDIA.COM, 2018). O seu ponto de fusão desse hidrocarboneto fica entre 79 e 80 ºC. Figura 5. Molécula de Naftaleno. Fonte: (FOGAÇA, 2020). Ácido benzoico O Ácido Benzoico pode ser encontrado tanto puro quanto associado com outros compostos e a sua fórmula molecular é C7H6O2 e a fórmula estrutural pode ser observada na Figura 6 (OLIVEIRA; REIS, 2017). Em 1875 Hugo Fleck descobriu as propriedades conservativas do Ácido Benzoico, sendo usado principalmente em alimentos, contudo não é a única função dele, já que também é utilizado em cosméticos e medicamentos (OLIVEIRA; REIS, 2017). Ele pode ser encontrado em cogumelos, tomates, maçãs, uvas e outros alimentos, sendo pouco tóxico (OLIVEIRA; REIS, 2017). O seu ponto de fusão está entre 122 e 123 ºC. Figura 6. Molécula estrutural do Ácido Benzoico. Fonte: (SEPÚLVEDA; GONZÁLEZ- MORALES; MENDOZA, 2015). PARTE EXPERIMENTAL Materiais • Bico de búsen • Suporte universal • Tripé • Tela de amianto • Béquer (250 mL) • Cadinho (almofariz) com pistilo • Termômetro • Fita adesiva • Placas de petri • Espátulas • Lâminas e lamínulas • Determinador de Ponto de Fusão (MQAPF-301) • Tubos capilares • Acetanilida • Ácido Benzoico • Naftaleno • Glicerol • Agulha para desentupir fogão • Botijão de gás e mangueira Aparelhagem tradicional Inicialmente a aparelhagem tradicional para a determinação do ponto de fusão foi preparada da seguinte forma: um botijão de gás foi ligado à uma mangueira, que por sua vez foi unida ao bico de búsen. Logo após isso o tripé foi posicionado acima do bico de búsen e a tela de amianto foi colocada sobre o tripé. O suporte universal foi colocado próximo ao tripé e um Becker com 250 mL de capacidade foi preenchido com glicerol e por fim colocado sobre a tela de amianto. Ao fim dessa montagem inicial do experimente a atenção foi voltada par os reagentes que serão usados, os três (Acetanilida, Naftaleno e Ácido Benzoico) foram pulverizados utilizando o cadinho (almofariz) e o pistilo, deixando-as secas e homogêneas. Com o auxilio de uma agulha para desentupir fogão, tanto a Naftaleno quanto a Acetanilida foram colocadas dentro de dois tubos capilares (foram colocados ao mesmo tempo para a determinação do ponto de fusão). Ao termino do armazenamento das duas substâncias, elas foram anexadas a um termômetro utilizando uma fita de tom avermelhado, mas uma fita transparente é o modelo mais adequado para a situação. O conjuntoformado pelos tubos capilares e o termômetro foram colocados minimamente em contato com o glicerol, com uma das pinças do suporte universal sustentando o termômetro, assim foi possível ligar as chamas do bico de búsen até as substâncias chegarem ao seu ponto de fusão de 79 ºC a 80 ºC e113 ºC a 114 ºC respectivamente e o mesmo procedimento foi feito com o Ácido Benzoico em outro dia até atingir o seu ponto de ebulição de 122 ºC a 123 ºC. Figura 7. Desenho esquemático da aparelhagem tradicional para a determinação do ponto de fusão. Fonte: (LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL, 2017) Aparelho para determinar ponto de fusão Antes da utilização do MQAPF-301 em si, as três substâncias foram pulverizadas utilizando o almofariz e o pistilo e colocados através de uma espátula em pequena quantidade sobre uma lâmina e, logo em seguida, uma lamínula foi colocada sobre ela (contendo as substâncias). Após o preparo das lâminas, elas foram colocadas no compartimento apropriado (uma por vez) e o aparato metálico para deixar apenas a lâmina visível também foi posicionada, facilitando a visualização. Em seguida a lupa foi posicionada e o aparelho ligado, colocado em modo de aquecimento a 3 ºC/min até atingir o ponto de ebulição das substâncias. Figura 8. Determinador de ponto de fusão MQAPF-301. Fonte: Victor Emmanuel, discente da disciplina de Química Orgânica (CB). RESULTADOS E DISCUSSÃO De acordo com o experimento, tanto na aparelhagem tradicional quanto no MQAPF-301, foi possível observar que o Naftaleno é a primeira substância a entrar em processo de fusão, isso pode ser explicado através das forças de atração intermoleculares que agem sobre a substância, já que ela não realiza ligações de hidrogênio, que garantem pontos de fusão e ebulição mais altos. Após isso a Acetanilida e o Ácido Benzoico atingiram os seus pontos de fusão respectivamente e ambas possuem a capacidade de realizar ligações de hidrogênio. A garantia de que tanto a Acetanilida quanto o Naftaleno entraram em fusão é o glicerol, que ficou tempo o suficiente para iniciar a sua ebulição, que acontece ao atingir 290 ºC. Houveram inconsistências ao longo do experimento, principalmente no que tange a determinação das temperaturas (inicial, média e final) através do termômetro, já que a fita utilizada na anexação dos tubos capilares das duas substâncias iniciais (Acetanilida e Naftaleno) era da cor vermelha, impossibilitando a visualização. Esse problema não ocorreu com o Ácido Benzoico, apresentando a temperatura inicial em 94 ºC e a final entre 110 ºC e 114 ºC. Ao utilizar o determinador de ponto de fusão as temperaturas foram determinadas sem problema algum, todas as três substâncias atingiram o ponto de fusão na temperatura indicada, ficando em um aspecto translucido. CONCLUSÃO Portanto, pode-se concluir que a partir do tipo de equipamento utilizado para determinar o ponto de fusão podem haver mais ou menos erros, como pôde ser constatado utilizando a aparelhagem tradicional, que requer mais atenção do que o MQAPF-301. Além disso, foi possível concluir que o ponto de fusão de cada substância está sendo influenciado pelo tipo de interações intermolecular que elas realizam. REFERÊNCIAS ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de química : questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. BRITANNICA. Acetanilida. Chicago, 2008. Disponível em: https://www.britannica.com/science/acetaminophen. Acesso em: 9 out. 2022. BRITANNICA. Naftaleno. Chicago, 2008. Disponível em: https://www.britannica.com/science/naphthalene. Acesso em: 9 out. 2022. CETESB. Naftaleno. São Paulo, 2020. Disponível em: https://cetesb.sp.gov.br/laboratorios/wp-content/uploads/sites/24/2020/07/Naftaleno.pdf. Acesso em: 9 out. 2022. CUNHA, S. et al. Acetanilida: síntese verde sem solvente. Química Nova, São Paulo, v. 38, n. 6, p. 874–876, 2015. Disponível em: http://quimicanova.sbq.org.br/detalhe_artigo.asp?id=6248. Acesso em: 9 out. 2022. ENCYCLOPEDIA.COM. Naftaleno. Chicago, 2018. Disponível em: https://www.encyclopedia.com/science-and-technology/chemistry/organic- chemistry/naphthalene. Acesso em: 9 out. 2022. FOGAÇA, J. R. V. A naftalina é prejudicial à saúde?. Goiânia, 2020. Disponível em: https://www.preparaenem.com/quimica/a-naftalina-prejudicial- saude.htm. Acesso em: 9 out. 2022. LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL. Experiência 02. Determinação do ponto de fusão de substâncias. Blumenau, 2017. Disponível em: http://geral.quimica.blumenau.ufsc.br/roteiros-de-experimentos/quimica/. Acesso em: 12 out. 2022. MERRIAM-WEBSTER. Acetanilida. Springfield, 2007. Disponível em: https://www.merriam-webster.com/dictionary/acetanilide. Acesso em: 9 out. 2022. OLIVEIRA, P. H. R.; REIS, R. R. Ácido Benzóico (CAS 65-85-0). Revista Virtual de Química, São Paulo, v. 9, n. 6, 2017. Disponível em: http://rvq.sbq.org.br/detalhe_artigo.asp?id=856#. Acesso em: 9 out. 2022. PAULING, L. Química Geral. 2. ed. Rio de Janeiro: AO LIVRO TÉCNICO S/A, 1982. v. 1 SEPÚLVEDA, L. V.; GONZÁLEZ-MORALES, S.; MENDOZA, A. B. Ácido benzoico: biosíntese, modificação e função em plantas. Revista Mexicana de Ciências Agrícolas, Cidade do México, v. 6, n. 7, p. 1667–1678, 2015. Disponível em: https://www.scielo.org.mx/pdf/remexca/v6n7/v6n7a19.pdf. Acesso em: 10 out. 2022.