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DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA PRÁTICA I CURSO: Farmácia Professores: Dra. Ana Camila Micheletti Dra. Glaucia Braz Alcantara Bibliografia Básica: Zubrick, James W. Manual de Sobrevivência no Laboratório de Química Orgânica: Guia de Técnicas para o Aluno. 6. Ed. Rio de Janeiro, Rj: Ltc, 2005. 262 P. Isbn 85- 216-1440-3. Vogel, Arthur Israel. Química Orgânica:Análise Orgânica Qualitativa. Rio de Janeiro, Rj: ao Livro Técnico, 1987-1988. 3 V. Pavia, Donald L. Química Orgânica Experimental: Técnicas de Escala Pequena. 2. Ed. PortoAlegre, Rs: Bookman, 2009. 877 P. Isbn 978-85-7780-515-0 Soares, Bluma Guenther; Souza,Nelson Angelo De; Pires, Dário Xavier. Quimica Organica: Teoria e Tecnicas de Preparacao, Purificacao e Identificacao de Compostos Organicos. Rio de Janeiro, Rj:Guanabara Koogan, 1988. 322 P. Bibliografia Complementar: Mayo, Dana W. Microscale Organic Laboratory: With Multistep And Multiscale Syntheses. 3. Ed. New York, Ny:Wiley, 1994. 764 P. Isbn 0-471-57505-4. Sharp, J. T; Gosney, I; Rowley, A. G. Practical Organic Chemistry: aStudent Handbook Of Techniques. London, Gb: Chapman & Hall, 1991. 199 P. Isbn0- 412-28230-5. Mano, Eloisa Biasotto; Seabra, Affonso P. Práticas de Química Orgânica. 3. Ed. São Paulo, Sp: Blücher, 1987-2012. 245 P. Isbn 978-85-212-0220-2. Brasil, Lei N.º 9795 de 27 de Abril de 1999. Política Nacional de Educação Ambiental. Diário Oficial da República Federativa do Brasil,Brasília, Df: 28 de Abril de 1999. Disponível em: http://legislacao.planalto.gov.br/legisla/legislacao.nsf/8B6939F8B38F377A03256Ca200 686171/b6Bbb4877574446D03256Be4006095B2?opendocument 3 DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA PRÁTICA I Unidade 1. O Laboratório de Química Orgânica 4 1.1 – INTRODUÇÃO AO TRABALHO NUM LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA O Laboratório Químico é um lugar de experimentação onde os acadêmicos terão a oportunidade de aprender química de um ponto de vista que nunca poderiam atingir por intermédio de livros, demonstrações ou filmes; é a possibilidade de alcançar maior compreensão da Química e a oportunidade de ver e trabalhar com as próprias mãos. Para atingir esses objetivos, serão necessárias qualidades tais como dedicação, interesse, curiosidade, pontualidade, disciplina, etc. Para ajudar o desenvolvimento de boas técnicas, várias sugestões são apresentadas: - Nunca começar uma experiência sem antes compreendê-la totalmente; isto significa estudar o experimento antes de entrar no laboratório. - Esmero é muito importante para uma boa técnica. Descuidar ao manusear compostos químicos e aparelhos não somente pode levar a maus resultados, como também é perigoso. Há geralmente uma razão de como e porque cada operação é desenvolvida como descrita na literatura, embora a razão, a princípio, possa não ser óbvia para o estudante iniciante. As aulas de laboratório têm por finalidade fazer com que você compreenda os princípios fundamentais da Química, através de métodos científicos elaborados, habilitando-o no manuseio correto e cuidadoso de drogas, aparelhos e utensílios. Aprender o manuseio de compostos e a manipulação de aparelhos é obviamente uma parte essencial à educação dos profissionais de Química e de áreas correlatas. A significação dos resultados obtidos dependerá muito do cuidado com que se desenvolverão as operações de laboratório; boa técnica é mais do que uma questão de habilidade manual; requer uma atenção total aos propósitos essenciais da experiência. • TRABALHO EM EQUIPE Todos os trabalhos serão realizados por equipes de dois ou mais alunos. Compreenda, pois, o seu papel e colabore para que os trabalhos realizados sejam o resultado de um esforço conjunto. Na solução de problemas surgidos, esforce-se ao máximo para resolvê-los, consultando o professor sempre que for preciso. Procure estar presente na hora marcada para o início das aulas e evite saídas desnecessárias durante os trabalhos de laboratório. • ROTEIRO PARA ELABORAÇÃO DE RELATÓRIO Noções Gerais Tão importante quanto realizar o experimento proposto é a apresentação do Relatório Técnico-Científico, que constitui em um dos principais instrumentos (30%) de avaliação desta disciplina. Portanto, entre os objetivos dessa disciplina está a introdução à redação do relatório científico. O relatório de atividades deve em primeiro lugar, retratar o que foi realmente realizado no experimento, sendo de fundamental importância a apresentação de um documento bem ordenado e de fácil manuseio. Além disso, deve ser o mais sucinto possível e descrever as atividades experimentais realizadas, a base teórica dessas 5 atividades, os resultados obtidos e sua discussão, além da citação da bibliografia consultada. O relatório deve ser redigido de uma forma clara, precisa e lógica. Redija sempre de forma impessoal, utilizando-se a voz passiva no tempo passado. Ex. a massa das amostras sólidas foi determinada utilizando-se uma balança. Devem ser evitados expressões informais ou termos que não sejam estritamente técnicos (Não utilize em hipótese alguma adjetivo possessivo, como por exemplo, minha reação, meu banho, meu qualquer coisa). É bastante recomendável, efetuar uma revisão do relatório para retirar termos redundantes, clarificar pontos obscuros e retificar erros no original. Uma atenção especial deve ser dada aos termos técnicos, resultados, fórmulas e expressões matemáticas. As ilustrações (tabelas, fórmulas, gráficos) deverão vir na sequência mais adequada ao entendimento do texto e seus títulos e legendas devem constar imediatamente abaixo. Tabela: é composta de título, um cabeçalho, uma coluna indicadora, se necessário, e um corpo: Título- deve conter breve descrição do que contém a tabela e as condições nas quais os dados foram obtidos; Cabeçalho- parte superior da tabela contendo as informações sobre o conteúdo da cada coluna; Coluna indicadora- à esquerda da tabela, especifica o conteúdo das linhas; Corpo- abaixo do cabeçalho e a direita da coluna indicadora, contém os dados ou informações que se pretende relatar; Exemplo Tabela 1.Algumas características dos estados da matéria Estado da matéria Compressibilidade Fluidez ou rigidez Densidade relativa Gasoso Alta fluido baixa Líquido muito baixa fluido alta Sólido muito baixa rígido alta Gráfico: é a maneira de detectar visualmente como varia uma quantidade (y) a medida que uma segunda quantidade (x) também varia; é imprescindível o uso de papel milimetrado para construção de um gráfico. Eixos: horizontal (abcissa) - representa a variável independente; é aquela cujo valor é controlado pelo experimentador; vertical (ordenada)- representa a variável dependente; cujo valor é medido experimentalmente. Escolha das escalas - suficientemente expandida de modo a ocupar a maior porção do papel (não é necessário começar a escala no zero, sim num valor um pouco abaixo do valor mínimo medido) Símbolos das grandezas- deve-se indicar junto aos eixos os símbolos das grandezas correspondentes divididos por suas respectivas unidades; Título ou legenda- indicam o que representa o gráfico; Valores das escalas- deve-se marcar os valores da escala em cada eixo de forma clara; Pontos- deve-se usar círculos, quadrados, etc. para indicar cada ponto de cada curva; Traço- a curva deve ser traçada de modo a representar a tendência média dos pontos. 6 Tópicos de Composição: 1. Identificação 2. Resumo 3. Introdução 4. Materiais e Métodos 5. Resultados e Discussão 6. Conclusões 7. Referências Identificação Relatório nº. Título (título da prática executada) Nome dos autores: Resumo Inicialmente,deve ser feito um resumo dos principais aspectos a serem abordados no relatório, tomando por base, as etapas constantes do procedimento experimental desenvolvido e dos resultados obtidos. Este item deve ser elaborado de forma clara e sucinta para proporcionar ao leitor os tipos de informações fornecidas no documento. Não deve ultrapassar a 100 palavras. Introdução Apresentar os pontos básicos do estudo ou atividades desenvolvidas, especificando as principais aquisições teórico-metodológicas, referentes as técnicas empregadas. Neste item é dado um embasamento teórico do experimento descrito. para situar o leitor naquilo que se pretendeu estudar no experimento. A literatura é consultada, apresentando-se uma revisão do assunto. Normalmente, as citações bibliográficas são feitas por números entre parênteses e listadas no final do relatório. Lembrar que a introdução não é uma cópia da literatura. Não copie os textos consultados, para isso basta uma maquina de fotocópias. A introdução deve conter no máximo 5 parágrafos e não exceder a 400 palavras. Parte Experimental (ou Materiais e Métodos) Descrição detalhada do experimento realizado, dos métodos analíticos e técnicas empregadas, bem como descrição dos instrumentos utilizados. Não é um receituário. Este item precisa conter elementos suficientes para que qualquer pessoa possa ler e reproduzir o experimento no laboratório. Utilizam-se desenhos e diagramas para esclarecer sobre a montagem de aparelhagem. Não deve incluir discussão de resultados. Resultados e Discussão Esta é a parte principal do relatório, onde serão mostrados todos os resultados obtidos, que podem ser numéricos ou não. Deverá ser feita uma análise dos resultados obtidos, com as observações e comentários pertinentes. Em um relatório desse tipo espera-se que o aluno discuta os resultados em termos dos fundamentos estabelecidos na introdução, mas também que os resultados inesperados e observações sejam relatados, procurando uma justificativa plausível para o fato. Em textos científicos utilizam-se tabelas, gráficos e figuras como suporte para melhor esclarecer o leitor do que se pretende dizer. Conclusões Neste item deverá ser feita uma avaliação global do experimento realizado, são apresentados os fatos extraídos do experimento, comentando-se sobre as adaptações 7 ou não, apontando-se possíveis explicações e fontes de erro experimental. Não é uma síntese do que foi feito (isso já está no sumário) e também não é a repetição da discussão. Bibliografia Listar bibliografia consultada para elaboração do relatório, utilizando-se as normas recomendadas pela ABNT: Sobrenome do autor, iniciais do nome completo. Título do livro: subtítulo. Tradutor. Nº da edição. Local de publicação, casa publicadora, ano de publicação. Páginas consultadas. Exemplo: Russel, J.B. Química Geral. Trad. de G. Vicentini et alli. São Paulo, Mc Graw-Hill, 1982. 1.2 – SEGURANÇA NO LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA 1.2.1 – Regras gerais de segurança em laboratório para redução de exposição aos produtos químicos Conheça todos os procedimentos de emergência e como usar os equipamentos de segurança. A segurança no laboratório é uma responsabilidade que deve ser assumida pelos professores, monitores, técnicos e alunos. No recinto do laboratório não é permitido brincadeiras ou atitudes que possam provocar danos para si ou outras pessoas. Apesar disso, os laboratórios de química não são necessariamente lugares perigosos embora muitos dos perigos estejam associados a eles. Acidentes são na maioria das vezes causados pela falta de cuidado, ignorância e desinteresse pelo assunto. Observe que o laboratório químico contém as seguintes características de segurança aos que nele trabalham: - Janelas amplas de ambos os lados que possibilitam boa ventilação do ambiente; - Portas em dois locais distintos, que abram para fora (facilitam a saída em caso de emergência), sendo uma das portas grande (dupla) para possibilitar, também, a entrada de equipamentos; - Lava-olhos e chuveiro – dispositivos para uso em emergências; - Extintores de incêndio próximos ao laboratório; - Salas anexas para aparelhagem (balanças, aparelhos para ponto de fusão, dentre outros); - Bancadas revestidas com material que permite fácil limpeza; - Tubulações externas de água, eletricidade e gás, com cores definidas internacionalmente; - Pias de aço inoxidável que resistem mais a produtos químicos. Embora não seja possível enumerar todas as causas de possíveis acidentes num laboratório, existem alguns cuidados que são básicos e que se observados ajudam a evitá-los. 1. É PROIBIDO comer, beber ou fumar no laboratório; 2. Evite trabalhar sozinho no laboratório, a presença de outras pessoas será sempre uma valiosa ajuda em caso de acidentes; se precisar trabalhar sozinho, sempre deixe uma pessoa avisada onde você está, quanto tempo ficará trabalhando e o 8 que estará fazendo; 3. Prepare-se antes de tentar realizar os experimentos. Procure ler e entender os roteiros experimentais; consulte a literatura especializada e em caso da dúvida persistir discuta o assunto com o professor antes de tentar realizar o experimento; 4. Utilize, sempre que necessário, materiais que possam garantir maior segurança no trabalho tais como : luvas, pinça, óculos (obrigatório), jaleco (obrigatório) etc. O uso de lentes de contato não é permitido em laboratórios; 5. Conserve sempre limpos os equipamentos, vidrarias e sua bancada de trabalho. Evite derramar líquidos, mas se o fizer, limpe o local imediatamente; 6. Gavetas e portas dos armários devem ser mantidas sempre fechadas quando não estiverem sendo utilizadas; 7. Ao término do período de laboratório, lave o material utilizado, limpe sua bancada de trabalho, seu banco, a pia e outras áreas de uso em comum. Verifique se os equipamentos estão limpos e desligados e os frascos de reagentes fechados; 8. Lave suas mãos frequentemente durante o trabalho prático, especialmente se algum reagente químico for respingado; 9. Leia com atenção os rótulos dos frascos de reagentes químicos para evitar pegar o frasco errado. Certifique-se de que o reagente contido no frasco é exatamente o citado no roteiro experimental; 10. Não coloque objeto algum nos frascos de reagentes, exceto o conta-gotas de que alguns são providos; 11. Evite contacto físico com qualquer reagente químico. Tenha cuidado ao manusear substâncias corrosivas como ácidos e bases; 12. A diluição de ácidos concentrados deve ser feita adicionando-se o ácido lentamente, com agitação constante, sobre a água e NUNCA ao contrário (água sobre o ácido). O ácido deve ser adicionado lentamente sobre a água e sob constante agitação para permitir que o calor liberado no processo de mistura seja absorvido e dissipado ao meio; 13. Nunca deixe frascos contendo reagentes químicos inflamáveis próximos da chama; 14. Não deixe nenhuma substância sendo aquecida por longo tempo sem supervisão; 15. Não jogue qualquer material sólido dentro das pias ou ralos. O material inútil (rejeito) deve ser descartado de maneira apropriada; 16. Quando for testar um produto químico pelo odor, não coloque o frasco sob o nariz. Desloque os vapores que se desprendem do frasco com a mão para sua direção. Para maior segurança evite esse tipo de procedimento. 17. Use a capela para experiências que envolvam o uso ou liberação de gases tóxicos ou corrosivos; 18. Não aqueça tubos de ensaios com a extremidade aberta voltada para si mesmo ou para alguém próximo. Sempre que possível o aquecimento deve ser feito na capela; 19. Não deixe recipientes quentes em lugares em que possam ser pegos inadvertidamente. Lembre-se de que o vidro quente tem a mesma aparência do vidro frio; 20. Não pipete de maneira alguma líquidos corrosivos ou venenosos, por sucção, com a boca. Procure usar sempre a “pêra de borracha” para pipetar; 21. O bico de Bunsen,num laboratório de Química Orgânica, raramente é aceso; 9 acenda-o somente quanto solicitado no experimento; 22. Não trabalhe com material imperfeito; 23. Em caso de ACIDENTE comunique o professor imediatamente. Ele deverá decidir sobre a gravidade do acidente e tomar as atitudes necessárias; 24. Em caso de possuir alguma alergia, estar grávida ou em qualquer outra situação que possa ser afetado quando exposto a determinados reagentes químicos, comunique o professor logo no primeiro dia de aula; 25. Em caso de incêndio este deverá ser abafado imediatamente com uma toalha ou se necessário com auxílio do extintor de incêndio apropriado; 26. Comunique o professor, monitor ou técnico sempre que notar algo anormal no laboratório; 27. Faça apenas as experiências indicadas pelo professor. Trabalhos não relacionados no roteiro de experiências da disciplina, somente poderão ser realizados sob a supervisão do professor ou de um técnico designado para tal. 28. No laboratório é OBRIGATÓRIO o uso do jaleco e de óculos de segurança (para quem não usa óculos de grau) e o porte do roteiro de experimentos. 1.2.2 – Descarte de rejeitos (resíduos) Até há pouco tempo os laboratórios descartavam seus rejeitos (resíduos) sem os cuidados necessários, como por exemplo: solventes voláteis eram evaporados (lançados para a atmosfera); sólidos eram descarregados em lixo comum e líquidos e soluções eram descartados na pia. Essas práticas não são recomendadas e atualmente existe uma preocupação maior no descarte de rejeitos químicos. Existem regras estabelecidas para o descarte de rejeitos, especialmente os perigosos, entretanto, são muitas vezes difíceis e de custo elevado para serem implementadas. Assim, na prática, procura-se sempre que possível, minimizar a quantidade de resíduos perigosos gerados nos laboratórios de ensino. Para que os resíduos de laboratório possam ser eliminados de forma adequada é necessário ter à disposição recipientes de tipo e tamanho adequado para recolhê- los. Os recipientes coletores devem ter alta vedação, ser de material estável e em alguns casos, ser combustível. Deve-se colocar em lugar ventilado e bem fechado, para evitar, ao máximo, danos à saúde, principalmente quando se tem solvente em processo de evaporação. Alguns procedimentos são adotados nesse sentido, como por exemplo: “Era da Química Orgânica” – Lema: RRR = Reduzir, Reutilizar e Reciclar a. Redução da escala (quantidade de substâncias) de produtos usados nos experimentos; b. Substituição de reagentes perigosos por outros menos perigosos; c. Conversão dos resíduos para uma forma menos perigosa através de reação química, antes do descarte; d. Redução dos volumes a serem descartados (concentrando as soluções ou separando os componentes perigosos por precipitação); e. Recuperação dos reagentes para novamente serem utilizados; Instruções para descarte dos resíduos são fornecidas junto com as experiências, mas na maioria dos casos, os resíduos gerados não são perigosos e podem ser 10 descartados na pia de acordo com as instruções seguintes: 1. Soluções que podem ser jogadas na pia devem ser antes diluídas com água, ou jogar a solução vagarosamente acompanhada de água corrente; 2. Sais solúveis podem ser descartados como descrito em 1. 3. Pequenas quantidades de solventes orgânicos solúveis em água (ex: metanol ou acetona) podem ser diluídos antes de serem jogados na pia. Grandes quantidades desses solventes, ou outros que sejam voláteis, não devem ser descartados dessa maneira. No caso, tentar recuperá-los. 4. Soluções ácidas e básicas devem ter seu pH ajustado na faixa de 2 a 11 antes de serem descartadas na pia. Em caso de pequenos volumes dessas soluções (por exemplo, 10mL ou pouco mais), essas podem ser diluídas e descartadas. 5. Em caso de dúvida, perguntar ao professor como proceder para o descarte. Algumas orientações básicas: 1. RESÍDUO INSOLÚVEL NÃO PERIGOSO: papel, cortiça, areia, podem ser descartados em um cesto de lixo comum do laboratório. Alumina, sílica gel, sulfato de sódio, sulfato de magnésio e outros, devem ser embalados para evitar a dispersão do pó e descartados em lixo comum. Se esses materiais estiverem contaminados com resíduos perigosos, deverão ser manuseados de outra forma. 2. RESÍDUOS SÓLIDOS SOLÚVEIS NÃO PERIGOSOS: Alguns compostos orgânicos (exemplo o ácido benzóico) podem ser dissolvidos com bastante água e descarregados no esgoto. Podem também, serem descartados junto com os resíduos insolúveis não perigosos. Caso estejam contaminados com materiais mais perigosos deverão ser manuseados de outra forma. 3. RESÍDUOS LÍQUIDOS ORGÂNICOS NÃO PERIGOSOS: Substâncias solúveis em água podem ser descartadas no esgoto. Por exemplo, etanol pode ser descartado na pia do laboratório; entretanto, 1-butanol, éter etílico e a maioria dos solventes e compostos que não são miscíveis com a água, não podem ser descartados dessa maneira. Líquidos não miscíveis com a água deverão ser colocados em recipiente apropriado para líquidos orgânicos para posterior tratamento. 4. RESÍDUOS PERIGOSOS GENÉRICOS: Neste grupo estão incluídas substâncias como hexano, tolueno, aminas (anilina, trietilamina), amidas, ésteres, ácido clorídrico e outros. Deve-se ter especial atenção para as incompatibilidades, ou seja, algumas substâncias não podem ser colocadas juntas no mesmo recipiente devido a reação entre elas. Por exemplo, cloreto de acetila e dietilamina reagem vigorosamente. Ambos são reagentes perigosos e os rejeitos desses devem ser mantidos em recipientes separados. Compostos halogenados como 1- bromobutano, cloreto de t-butila e outros, também devem ser guardados em recipiente separado dos demais compostos. 5. ÁCIDOS E BASES INORGÂNICOS FORTES: Devem ser neutralizados, diluídos e então descartados. 6. AGENTES OXIDANTES E REDUTORES: Oxidar os redutores e reduzir os oxidantes antes do descarte. O professor dará informações de como proceder. Esses são alguns exemplos de procedimentos de descarte de rejeitos produzidos no laboratório químico. É prática comum, antes de iniciar um experimento, buscar na literatura especializada informações sobre os efeitos tóxicos das substâncias que serão utilizadas e os cuidados necessários para manuseio e descarte 11 das mesmas. 1.2.3 – Manipulação de substâncias químicas 1.2.3.1 – Substâncias tóxicas Muitos compostos encontrados na Química Orgânica são venenosos (tóxicos). Na verdade quase todas as substâncias são tóxicas em alguma extensão e a adoção de segurança e cuidado no trabalho, para evitar a entrada de tais substâncias no corpo, é e de fundamental importância. Substâncias tóxicas podem entrar no corpo pelas seguintes rotas: a) INGESTÃO: Isto, felizmente, não é comum em laboratórios, mas pode ocorrer através da contaminação acidental de alimentos, bebidas ou cigarros e pelo uso indevido de pipetas. É recomendado não beber, comer ou fumar no laboratório. A prática de guardar alimentos ou bebidas em laboratórios é fortemente condenada. Deve-se sempre lavar as mãos antes de deixar o laboratório e antes de comer. Também é recomendado, sempre que possível, o uso de peras de sucção para pipetar líquidos. b) INALAÇÃO: Esse é o caminho mais comum para a absorção de substâncias tóxicas, na forma de gases, vapor ou pó de névoa; todas as substâncias tóxicas devem ser manuseadas em capelas eficientes. c) ABSORÇÃO DIRETA: Esse é, também, uma rota comum de absorção de substâncias tóxicas, através da pele ou da corrente sanguínea. O perigo pode ser reduzido pelo uso de protetores. Luvas protetoras são, muitas vezes, permeáveis a solventes orgânicos e são, facilmente, perfuradas. Se uma substância tóxica entrar em contato com a pele, esta deve ser lavada com grandes quantidades de água fria com a ajuda de sabão, se necessário. Contatos repetidos de solventes e de muitas outras substâncias, com a pele, podemlevar a dermatites, muitas vezes difíceis de curar. Os efeitos tóxicos podem ser classificados como “agudos” ou “crônicos”. Efeitos agudos são aqueles causados por venenos tais como ácidos cianídrico e clorídrico. Muitas substâncias químicas, no entanto, exibem efeitos tóxicos crônicos, os quais podem aparecer após longo tempo de exposição a pequenas quantidades; esse tipo de envenenamento é mais difícil de evitar e os resultados podem se manifestar após meses ou anos. 1.2.3.2 – Substâncias cancerígenas Muitos compostos orgânicos têm causado tumores cancerígenos ao homem; a doença, muitas vezes, só é detectada após alguns anos. Ao se manusear substâncias conhecidas ou suspeitas de serem cancerígenas, todo esforço deve ser feito para evitar inalação de seus vapores ou contato com a pele; elas somente devem ser manuseadas em capelas, usando-se luvas protetoras. A seguir são dados alguns exemplos: a) Aminas aromáticas e seus derivados – toda essa classe deve ser tratada como potencialmente cancerígena. b) Compostos N-nitrosos – todas as nitrosaminas [R-N(NO)R] e nitrosamidas [R- N(NO)COR] devem ser registradas como potencialmente cancerígenas, umas vez que a maioria desses compostos têm mostrado possuir alta atividade cancerígena em experiências com animais. c) Agentes alquilantes – compostos muito utilizados em síntese orgânica. 12 d) Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos – vários hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HPAs) são potencialmente cancerígenos. e) Pó de amianto – inalação de pó ou fibra de amianto (asbesto) pode causar “asbestose”, doença fatal para o pulmão a qual torna o pulmão canceroso em estágio posterior. 1.2.3.3. Substâncias com efeitos cumulativos TLV (Threshold Limit Value – valor limiar de tolerância): Valor aquém do suportável; avaliado anualmente pela Agência Americana de Proteção Ambiental; corresponde a x partes do composto por 1 milhão de partes de ar. a) Benzeno – Inalação de vapores de benzeno (TLV 10 ppm) tem o efeito cumulativo crônico levando à anemia aguda; para uso geral como solvente, o benzeno pode ser trocado pelo menos volátil e menos tóxico tolueno (TLV 100 ppm). b) Compostos de Chumbo – são poderosos venenos cumulativos; compostos orgânicos de chumbo (tetraetilchumbo) são voláteis e a inalação de seus vapores deve ser evitada, além de serem, perigosamente, absorvidos pela pele. c) Mercúrio e seus compostos – Eles variam grandemente em toxicidade; geralmente sais de mercúrio II são mais tóxicos que sais de mercúrio I. Compostos orgânicos líquidos de mercúrio são, muitas vezes, altamente venenosos, com absorção através da pele, os sólidos organomercuriais são menos tóxicos. Todos os compostos de mercúrio devem ser tratados com cuidado e qualquer exposição a longo tempo, evitada. O mercúrio elementar facilmente libera vapores que constituem um perigo severo, cumulativo e crônico; a superfície de mercúrio não deve ser exposta à atmosfera mas sim coberta com água. 1.2.4 – Perigo de fogo e explosão 1.2.4.1 – Compostos explosivos Os seguintes compostos ou grupo de compostos são potencialmente perigosos e explosivos; eles podem explodir sob o estímulo do calor, impacto ou fricção ou aparentemente, de forma espontânea. a) Gás acetileno e acetiletos de metais pesados (prata e cobre) são sensíveis ao choque. Poliacetilenos e alguns acetilenos halogenados; b) Ácido hidrazóico e todas as azidas c) Sais de diazônio d) Nitratos inorgânicos, especialmente nitrato de amônio e) Compostos polinitrados: ácido pícrico (e todos os picratos de metais pesados), trinitrobenzeno (NTB), trinitrotolueno (TNT), etc f) Sais metálicos de nitrofenóis g) Peróxidos h) Tribrometo, tricloreto e triiodeto de nitrogênio: são sais altamente sensíveis e violentamente explosivos; nunca devem ser preparados ou usados, a menos que absolutamente necessário. 1.2.4.2 – Misturas potencialmente perigosas Oxidantes energéticos são particularmente perigosos quando misturados com substâncias orgânicas facilmente oxidáveis, tais como alcoóis, polialcoóis, carboidratos e celulose. Eles são também perigosos quando misturados com elementos tais como enxofre e fósforo e com metais finamente pulverizados tal como magnésio. Exemplos: a) ácido perclórico, cloratos e percloratos b) trióxido de cromo (anidrido crômico), cromatos, dicromatos concentrados e nitratos. 13 c) permanganatos d) peróxido de hidrogênio concentrado e) oxigênio líquido (P.E. = -183ºC) e ar líquido. 1.2.4.3 – Perigo de fogo O perigo de fogo em Laboratório de Química Orgânica é, muitas vezes, considerável, devido a quantidade de compostos voláteis e inflamáveis, particularmente solventes, que são muito usados. Solventes inflamáveis: Deve-se tomar cuidado quando se trabalho com solventes inflamáveis. O vapor pode ser levado para perto da fonte de ignição e incendiar-se, indo a chama para a fonte de vapor. Devido a isto, nunca permitir que qualquer vapor escape dentro do laboratório. A medida de inflamabilidade de um dado composto é dado pelo “FLASH POINT” (temperatura na qual o líquido permite aparecer o vapor inflamável); qualquer líquido com flash point menor que 15ºC deve ser registrado como perigosamente inflamável (Tabela 1). Tabela 1: Alguns líquidos inflamáveis e seu ponto de fulgor (ºC). Acetato de etila -4,4 Etanol 12 Acetona -38 Éter de petróleo -57 Benzeno 11 Éter etílico -45 Cicloexano -20 Hexano 23 1,2-dicloro-etano 13 Metanol 23 Dissulfeto de carbono -30 2-propanol 12 2-butanona 14 1.2.5 – Acidentes comuns em laboratório e primeiros socorros i. Queimaduras Queimaduras causadas pelo fogo No caso de queimaduras leves, pode-se aplicar, nos locais atingidos, qualquer pomada própria para queimaduras. Nos casos mais graves, em que a pele fica empolada, deve-se aplicar, sem demora, uma solução de bicarbonato de sódio a 1% e procurar imediatamente um médico. Devem-se evitar choques térmicos, mantendo o paciente aquecido e quieto. Queimaduras causadas por reagentes ÁCIDOS: Deve-se lavar imediatamente com muita água e, depois, com solução de bicarbonato de sódio a 1% e, novamente, com água. Nos casos mais sérios, deve-se aplicar, após o tratamento preliminar, um desinfetante (etanol aquoso a 70%), secar o local e aplicar pomada para queimaduras. BASES: Deve-se lavar, imediatamente, com bastante água; depois, com solução de ácido acético a 1% e novamente, com água. BROMO: Deve-se lavar, imediatamente, com bastante água e, depois, aplicar glicerina. Após algum tempo, remover a glicerina e aplicar o tratamento para queimaduras. SÓDIO: Deve-se remover qualquer fragmento de sódio remanescente, lavar com bastante água e com solução de ácido acético 1%. A seguir, deve-se cobrir a região afetada com gaze embebida em azeite. 14 OUTROS: Deve-se lavar com etanol e, depois, com sabão e água morna. Se após a lavagem, persistir uma sensação de queimadura, deve-se aplicar uma pomada própria para queimaduras. ii. Cortes Deve-se retirar, com a pinça, qualquer fragmento de vidro que esteja visível, lavar com etanol aquoso a 70% e procurar estancar o sangue, fazendo pressão sobre o ferimento com gaze esterilizada. O sangramento pode também ser interrompido através de aplicação, no corte, de uma solução de cloreto férrico a 1%. Não empregar cloreto férrico em cortes profundos em que alguma veia tenha sido atingida. iii. Reagentes nos olhos Deve-se lavar os olhos com bastante água, com soro fisiológico e, em seguida, aplicar gaze esterilizada embebida em soro, mantendo a compressa até consulta a um médico. Faça isto o mais rapidamente possível. Usar sempre o lava-olhos. iv. Incêndios Mantenha sempre a calma. O professor deve ser rigorosamente obedecido. O registro geral de gás deve ser imediatamente fechado e qualquer equipamento elétrico desligado (recomenda-se desligar a chave geral). Um pequeno incêndio pode ser extinto colocando-seum pano úmido sobre o recipiente. Nos casos mais graves, utilizar areia seca ou extintores de incêndio. Nunca usar água em óleo porque ela tende a espalhar o fogo. Neste caso, é conveniente a utilização de uma mistura de areia e bicarbonato de sódio. Os incêndios em laboratório podem ser divididos em três classes: Tipo A. Papel, madeira ou materiais que deixam brasa ou cinza: use um agente que molhe e esfrie. Tipo B. Líquidos inflamáveis (óleo, gasolina, etc): ação rápida de resfriamento e abafamento. Tipo C. Equipamentos elétricos: use agentes não condutores de eletricidade. A tabela 2 apresenta os vários tipos de extintores e sua relação com as diversas classes de incêndio. Tabela 2. Eficiência dos extintores em função das classes de incêndio. Extintores Alcance do jato (em metros) Classe de incêndio A B C CO2 1 a 2 m ruim Bom Excelente Pó químico 2 a 4 m Ruim Excelente Bom Espuma 9 a 18 m Regular Excelente Não Água 9 a 20 m Excelente Não Não v. Envenenamentos Nos casos em que a droga não chegou a ser engolida, deve-se cuspir imediatamente e lavar a boca com muita água. Caso tenha sido engolida, deve-se chamar imediatamente um médico. Enquanto isso se deve ministrar um antídoto, de acordo com a natureza do veneno. Existem tabelas que descrevem as substâncias tóxicas e seus antídotos, fornecidas comercialmente. Estas tabelas devem ser 15 afixadas no laboratório, em lugar bem visível. Ácidos e bases devem diluídos com bastante água. Pode-se depois, tomar leite, mas nenhum vomitório. No caso de intoxicação com gases, retirar a vítima para um lugar mais arejado e afrouxar a roupa, se estiver apertada. Inalação de pequenas quantidades de vapor de bromo ou cloro pode ser neutralizada pela inalação de vapor de amoníaco e subsequente gargarejo com solução de bicarbonato de sódio a 1%. vi. Ingestão de substâncias tóxicas Recomenda-se beber muita água e em seguida beber: a) Um copo de solução de bicarbonato de sódio 1% ou leite de magnésia, em caso de ingestão de ácidos; b) Um copo de solução de ácido cítrico ou ácido acético a 2%, em caso de ingestão de bases. 1.2.6- Utilização de substâncias sensíveis à umidade Substâncias sensíveis à água são aquelas que se decompõem ao contato, ás vezes de maneira violenta. O manuseio correto de tais substâncias evita não só a deterioração do reagente como também sérios acidentes em laboratórios. 1.2.7- Utilização de substâncias corrosivas Os principais agentes corrosivos encontrados nos laboratórios incluem os ácidos, bases e os halogênios. A maioria deles provoca sérias queimaduras e deve ser manipulada cuidadosamente, evitando contato com a pele e, principalmente, com os olhos ou boca. Alguns destes compostos liberam vapores corrosivos às mucosas nasais e causa danos sérios aos pulmões, se a inalação for contínua. Ácidos e bases fortes produzem reação bastante exotérmica com a água: soluções aquosas de tais substâncias são preparadas adicionando-se ácido ou base sobre água, lentamente, com agitação e resfriamento externo. 1.3 – MATERIAIS USUAIS EMPREGADOS EM LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA E OPERAÇÕES GERAIS DE LABORATÓRIO Os materiais descritos a seguir são muito empregados em operações triviais na química orgânica. 1.3.1- Funis utilizados em filtrações à vácuo O isolamento de material por filtração por sucção (também chamada à vácuo) pode ser feito com um dos funis mostrados na figura 1. Os funis de porcelana de Buchner e de Hirsch (Figura 1a e 1b) contêm uma placa perfurada sobre a qual se coloca papel de filtro. Se as condições de filtração são tais que é melhor evitar papel de filtro, funis contendo placas de vidro sintetizado de várias porosidades são disponíveis, como mostra a figura 1c. 16 a) b) c) Figura 1. Tipos de funis usados em filtrações à vácuo: (a) e (b) funis de porcelana; (c) funil com placa de vidro sinterizado. O esquema ideal para filtração à vácuo é mostrado na figura 2. O vácuo pode ser feito por uma bomba de vácuo ou através de uma trompa d’água. bomba de vácuo Figura 2. Aparelhagem para filtrações à vácuo com frasco (trap) alternativo de segurança. 1.3.2- Condensadores / Aparelhos de destilação e refluxo Embora uma variedade de condensadores seja disponível (figura 3), os condensadores do tipo reto como o de Liebig (3a) e o de West (3b), e o condensador de serpentina (3c), são mais eficientes quando usados em destilações. a) b) e)d)c) Figura 3. Tipos de condensadores para destilações e refluxos: (a) Liebig (condensador reto); (b) West (condensador a ar); (c) Colle e (d) Friedrichs (condensadores de serpentina); Allihn (condensador de bolas). 17 Os condensadores de Friedrichs e de Allihn são utilizados em montagens verticais e, geralmente, em operações de refluxo. A técnica usual envolve o aquecimento da mistura até a temperatura de ebulição do solvente, com posterior condensação do vapor de volta ao frasco de reação. O condensador de bolas (condensador de Allihn) é o mais indicado para este tipo de operação por apresentar maior superfície de condensação. Quando há necessidade de condições anidras, recomenda-se adaptar, à saída do condensador, um tubo contendo agente dessecante. 1.3.3- Colunas de fracionamento Uma grande variedade de colunas de fracionamento de uso comum está mostrada na figura 4. As colunas de fracionamento mais comuns são as de Vigreux e de Hempel. A primeira é um tubo de vidro com várias reentrâncias em forma de dentes, distribuídas de modo que as pontas de um par de dentes quase se toquem. A coluna de Hempel é formada por um tubo de vidro empacotado com pequenas bolas de vidro ou anéis de vidro, entre outros. a) b) Figura 4. Tipos de colunas de fracionamento para destilações fracionadas: (a) Vigreux; (b) Hempel. 1.3.4- Exigências para destilações especiais Quando se necessita fazer uma destilação sob condições anidras, um receptor tal como ilustrado na figura 5a pode ser usado, com um tubo secante ligado a um pequeno tubo de borracha ao adaptador. Um aparelho simples (figura 5b) usa um kitassato com receptor. A figura 5c mostra uma ligação do receptor com um tubo de vidro dentado que age como um captor para algum gás tóxico, solúvel em água. A água flui através do tubo com turbulência e, rapidamente, arrasta vapores da destilação. Um arranjo semelhante é dado na figura 5d, que envolve um funil invertido sobre uma superfície de ácido ou base aquosa, usando para neutralizar vapores básicos ou ácidos, respectivamente. 18 Figura 5. Tipos de receptores ou coletores de destilações: (a) e (b) Condições anidras; (c) e (d) liberação de gases tóxicos. 1.3.5- Resfriamento O banho refrigerante mais empregado nos laboratórios utiliza uma mistura de gelo picado e água. Temperaturas abaixo de 0ºC podem ser obtidas através de adição de sais inorgânicos à mistura gelo/água. A tabela 3 apresenta uma relação de misturas refrigerantes comuns. É importante ressaltar a necessidade de agitação durante o uso destas misturas para obtenção de uma temperatura homogênea. Temperaturas em torno de -70ºC são alcançadas através de adição de gelo seco em acetona ou etanol. Tabela 3. Misturas refrigerantes. Composição Temperatura 1 parte NaCl / 3 partes gelo picado -20ºC 1 parte NH4Cl / 1 parte NaNO3 / 1 parte água gelada -20ºC 3 partes CaCl2 em pó / 2 partes gelo picado -50ºC Gelo seco (CO2) e acetona ou etanol -70ºC 1.3.6- Aquecimento Fontes de aquecimento muito usadas em laboratório de química orgânica incluem mantas de aquecimento, lâmpada infravermelha, banho de óleo e banho de vapor (Figura 6). 19 Figura 6. Tipos de fontes de aquecimento para laboratórios: (a) mantas de aquecimento; (b) banho-maria; (c) banhos de óleo; (d) lâmpadas; (e) chapas de aquecimento; (f) secadores de cabelo. O banhode óleo consiste numa cuba de porcelana (ou pirex) com uma resistência colocada internamente. O melhor banho de óleo é o de silicone que pode atingir 230ºC, praticamente, sem decomposição; ele é, no entanto, muito caro. O banho de óleo de algodão é corriqueiramente usado, devendo ser aquecido em capela, sempre com um termômetro para evitar aquecimento excessivo. 1.3.7- Agitação Equipamentos para agitação de misturas de reação, que, muitas vezes, são heterogêneas ou requerem alta diluição ou mesmo muito aquecimento, são mostrados na figura 7. Os agitadores mostrados em 7a-c são todos mecânicos, e são usados para agitações em frascos fechados pois possuem boca esmerilada e permitem conexão perfeita com frascos. O agitador 7d é um agitador magnético de grande utilidade em laboratórios. Figura 7. Tipos de equipamentos para agitação de misturas reacionais em laboratórios: (a) (b) (c) agitação mecânica; (d) agitação magnética. 20 1.3.8- Adição de líquidos a frascos de reação O balão com três conexões mostrado na figura 8a é comumente usado para muitas reações orgânicas; é equipado com um funil gotejante com equalizador de pressão para adição de líquidos puros ou soluções. O tubo equalizador de pressão é necessário somente se a adição precisar ser feita com o funil tampado, que é essencial se a reação for feita na ausência de oxigênio ou umidade. O funil mostrado na figura 8b é utilizado para adição de líquidos por um período de muitas horas. Figura 8. Métodos de adição de líquidos a misturas reacionais: (a) Funil de separação com equalizador de pressão; (b) funil de adição lenta. 1.3.9- Remoção de solventes Produtos de reação são frequentemente obtidos como soluções em solvente orgânico. Embora a destilação seja um método de remover solvente, ela tem a desvantagem de ser lenta e o resíduo, se sujeito a um período extenso de aquecimento, pode se decompor. Então é necessário um meio de rapidamente concentrar solventes e que não afete o produto da reação. Evaporadores rotatórios, como mostrados na figura 9, resolvem o problema. 21 Tubo de ensaio Erlenmeyer béquer proveta balão balão volumétrico 2 0 m L pipeta volumétrica e graduada bureta funil de separação funil de vidro e papel de filtro funil de buchner frasco de kitazato gral e pistilo capsula de porcelana conexões termômetro Dean-stark condensador reto (Liebig) condensador de bolas (Allinh) codensador de serpentina (Grahan) condensador de Friedrich coluna de vigreux coluna cromatográfica suporte universal Dessecador manta aquecedora chapa elétrica c/ agitação evaporador rotativo extrator de soxhlet bico de bunsen estufa Figura 9. Evaporador rotatório. 1.3.10- Processos de secagem Sólidos Embora seja algumas vezes possível secar alguns compostos adequadamente deixando-os em frasco aberto, à temperatura ambiente, é algumas vezes, essencial que outros processos de secagem mais extremos (eficientes) sejam usados, ou devido a algum tipo especial de análise a que o composto será submetido (por exemplo, espectroscopia na região do infravermelho) ou porque a reação de síntese, que empregará o sólido, é sensível à umidade. Aparelhos para secagem de sólidos são mostrados na figura 10. A figura 10a mostra uma pistola de secagem para pequenas quantidades de material; uma certa quantidade de material é colocada em A sendo que o bulbo B contém um agente dessecante eficiente como P2O5, Mg(ClO4)2, KOH em lentilhas ou CaSO4 (Drierite). No frasco C vai um solvente que é aquecido sob refluxo e deve ter ponto de ebulição menor que o ponto de fusão da amostra, a ser seca. Secagem de maiores quantidades de compostos é feita em dessecador à pressão atmosférica ou sob vácuo. A eficiência de vários agentes dessecantes é dada na tabela 4. Tubo de ensaio Erlenmeyer béquer proveta balão balão volumétrico 2 0 m L pipeta volumétrica e graduada bureta funil de separação funil de vidro e papel de filtro funil de buchner frasco de kitazato gral e pistilo capsula de porcelana conexões termômetro Dean-stark condensador reto (Liebig) condensador de bolas (Allinh) codensador de serpentina (Grahan) condensador de Friedrich coluna de vigreux coluna cromatográfica suporte universal Dessecador manta aquecedora chapa elétrica c/ agitação evaporador rotativo extrator de soxhlet bico de bunsen estufa b)a) Figura 10. Métodos de secagem de amostras sólidas: (a) pistola de secagem; (b) dessecador. 22 Tabela 4. Eficiência relativa de agentes secantes para remoção de água do ar. Agent (absorption action) Weight (in MG) of water remaining per liter of air after drying (25-30ºC) P4O10 1 mg in 40.000 L Mg(ClO4)2 Unweighable in 210 L (indetectável) KOH, fused 0.00065 H2SO4 0.003 CaSO4 (Drierite) 0.005 KOH, sticks 0.014 NaOH, fused 0.16 NaOH, sticks 0.80 CaCl2, granular 1.5 Líquidos A secagem de líquidos orgânicos, incluindo sólidos dissolvidos em solventes, é feita pela adição de um agente dessecante diretamente no líquido, seguido por filtração, depois de um período determinado de tempo. Muitas vezes é necessário o refluxo do líquido com o secante adequado, e posterior destilação na presença ou não do agente secante. É necessário se avaliar as propriedades do agente secante utilizado, para se optar pela destilação na presença ou ausência do mesmo. Alguns aspectos importantes na escolha do agente secante são: ele não deve reagir com o líquido e é preciso considerar a intensidade, velocidade e capacidade do agente. A tabela 5 mostra a eficiência de alguns agentes secantes para líquidos orgânicos. Tabela 5. Eficiência de agentes secantes para líquidos orgânicos. Drying Agent Benzene Diethyl ether Ethyl acetate Intensity Velocity Intensity Velocity Intensity Velocity CaCl2 99% Fast 99.3% Fast 89% Fast CaSO4 68% Fast 80% Fast 62% Fast Molecular Sieves, 4A 99% Slow 99.4% Fast 89% Slow MgSO4 17% Fast 86% Slow 30% Very slow Na2SO4 30% Very slow 22% Very fast 14% Very slow Principais agentes dessecantes Para que um agente dessecante seja efetivo, é importante que nem ele nem seu produto de hidrólise reajam quimicamente com o líquido orgânico a ser purificado. Certos dessecantes interagem reversivelmente com água (adsorção ou hidratação); outros reagem dando origem a um novo composto. * Agentes dessecantes que formam hidratos com a água Agentes dessecantes que formam hidratos com a água, de maneira reversível, têm sua eficiência em função da pressão de vapor da água residual em equilíbrio com o agente dessecante anidro e hidratado, a uma determinada temperatura. Como a pressão de vapor da maioria dos hidratos aumenta com a temperatura, esses agentes sofrem desidratação abaixo da temperatura de destilação do líquido anidro de ponto de ebulição elevado. Dessecantes deste tipo devem ser completamente removidos por filtração ou decantação antes da destilação do líquido anidro. 23 Agentes dessecantes que reagem com a água de maneira irreversível, não precisam ser removidos antes da destilação. Alguns agentes dessecantes reagem violentamente com a água, como é o caso do sódio, hidreto de sódio ou pentóxido de fósforo; tais dessecantes só devem ser utilizados na secagem de solventes, que foram previamente secos com outro agente dessecante menos eficiente. *Peneira molecular Peneira molecular é o nome que se dá a silicatos de alumínio cuja estrutura cristalina contém poros de diâmetro uniforme. Peneira molecular, com poros de diâmetro de 3 a 4A, são excelentes para absorção de água. Recomenda-se utilizar solvente preliminarmente seco. A peneira molecular tem a vantagem de poder ser ativada novamente por aquecimento a 300-350ºC, sob vácuo ou em atmosfera de nitrogênio. 1.3.11- Aparelhagens para absorção gasosa Várias reações orgânicas produzem vapores tóxicos que não podem ser liberados para a atmosfera do laboratório. Reaçõesdeste tipo devem ser feitas em capelas (compartimento fechado e envidraçado, equipado com sistema de exaustão). Na ausência de capelas, recomenda-se usar um dispositivo que, adaptado à aparelhagem de destilação ou refluxo, seja capaz de reter os vapores nocivos. Alguns dos dispositivos de absorção gasosos são apresentados na figura 11. Os dispositivos mostrados na figura 11a e b são usados quando devem ser absorvidas pequenas porções de gás. Costuma-se colocar, na cuba ou no frasco de kitassato uma solução aquosa a 10% de hidróxido de sódio, já que a maioria dos gases liberados durante as reações têm características ácidas. Os dispositivos apresentados nas figuras 11c e d, são recomendados em operações que envolvam liberação de grande quantidade de gás. Figura 11. Dispositivos de absorção gasosa. 1.3.12- Trabalho com gases Vapor d’água pode ser removido de gases pela passagem dos mesmos sobre agentes secantes; os agentes secantes podem ser sólidos (figura 12) ou líquidos (figura 13). Como agentes secantes sólidos usam-se, normalmente, Drierite (CaSO4) ou pastilhas de hidróxido de potássio, esse último sendo usado especialmente para secar amônia. Gases como HBr, HCl e Cl2 são, usualmente, deixados borbulhar através de vários frascos de lavagem (figura 13) contendo ácido sulfúrico concentrado. Para eliminação de umidade de frascos de reação, utiliza-se o esquema 24 mostrado na figura 14b, pela utilização dos frascos contendo agentes secantes da figura 14a. Os agentes secantes mais usados para esse propósito são o Drierite e o sulfato de sódio. Entrada de gases Agentes secantes Figura 12. Torre de secagem de gases que utilizam agentes secantes sólidos. Figura 13. Torre de secagem de gases que utilizam agentes secantes líquidos (por exemplo, H2SO4 concentrado). Figura 14. Sistemas de eliminação de umidade de frascos de reação: (a) tubos de secagem; (b) aparelhagem para refluxo dotada de tubo de secagem. 25 1.4 – MANUSEIO DO HANDBOOK, DO INDEX MERCK E DO CATÁLOGO DA ALDRICH 1.4.1- Manuseio do Handbook O Handbook é um livro para consulta, que congrega uma infinidade de informações sobre várias áreas da ciência tais como: Matemática, Física, Química, Astronomia, História da Ciência, dentre outras. Ele é dividido por seções, A, B, C, etc., sendo que cada seção tem paginação própria e no início de cada seção há explicações de como se utilizar o seu conteúdo. Para ilustrar o trabalho com o Handbook escolheu-se a Seção C do Handbook, que se inicia com regras de nomenclatura dos compostos orgânicos, uma vez que é necessário saber o nome do composto químico para poder encontrá-lo. Como todos os dados são tabelados e as informações são muitas, houve a necessidade de se criar códigos e símbolos para compactar, ao máximo, num espaço mínimo. Dessa forma, antes de se iniciar as tabelas, sempre já textos explicativos e tabelas de símbolos e abreviações sendo tudo organizado na ordem alfabética. A procura no Handbook também pode ser feita através do índice que se encontra no final do livro. Tendo-se a palavra ou nome, o índice o remeterá à seção e páginas corretas. Existem, também, alguns Handbooks que são especializados para algumas áreas da ciência, tais como: Handbook de Química Analítica, dentre outros. Entrada: 1-Bromobutano 1. Nº 3231. Número de referência interna. Outras tabelas do handbook utilizarão mais este número do que o nome. 2. Nome, ... Butano, 1-bromo. Você tem um nome sistemático. 3. Sinonímia, ... Brometo de butila. Outro nome do composto. 4. Fórmula molecular C4H9Br. A fórmula empírica do 1-bromobutano. 5. Peso molecular 137,03. O peso molecular do 1-bromobutano. 6. CAS RN. 109-65-9. Número de registro do Chemical Abstracts Service. É o identificador único para o 1-bromobutano. 7. pf/ºC -112,4. O ponto de fusão do 1-bromobutano sólido. Os manuais só fornecem o MÁXIMO da faixa de ponto de fusão. No entanto, você deve registrar a faixa inteira. 8. Merck Nº 1553. O número monográfico do Índice Merck, 11ª edição, para o 1- bromobutano. 9. p. eb/ºC 101,6. O ponto de ebulição normal, a 760 torr, é 101,6ºC. Edições anteriores também mostravam 18,830, que é uma informação adicional para dizer que 18,8ºC é o ponto de ebulição a 30 torr. 10. Beil. Ref. 4-01-00-00258. Referência à listagem de um conjunto de handbooks alemães denominado Beilstein. O 1-bromobutano está no quarto suplemento, Volume 1, Subvolume 0 (não há subvolume), na página 258. 11. den/g cm3 1,275820. A massa específica do 1-bromobutano. O índice, nesse caso 20, é a temperatura (ºC) em que a massa específica foi obtida. Esses números são massas específicas verdadeiras, nenhum deles é uma densidade. 12. Solubilidade H2O 1; EtOH 5; eth 5; ace 5. Indica a solubilidade do 1- bromobutano em alguns solventes. Os números associados a cada solvente descrevem as solubilidades: 1 = insolúvel; 2 = pouco solúvel; 3 = solúvel; 4 = muito solúvel; 5 = miscível (mistura-se em todas as proporções); 6 = decompõem-se. Os solventes são apresentados por fórmula ou abreviatura. Existem muitos solventes, e aqui estão as abreviaturas de alguns deles. 26 Alguns solventes têm uma longa tradição de uso, são nossos velhos amigos e, para eles, empregamos nomes muito informais: álcool: álcool etílico; etanol éter petr.: éter de petróleo. Não um éter verdadeiro, mas uma fração hidrocarbônica de baixo ponto de ebulição (30-60ºC), como a gasolina éter: éter etílico, etoxietano ligroína: outra mistura de hidrocarbonetos com uma faixa de ponto de ebulição (60- 90ºC) superior ao éter de petróleo 13. nD 1,440120. Este é o índice de refração obtido utilizando-se a luz amarela de uma lâmpada de sódio (linha D). O índice 20 significa que o índice de refração foi obtido a 20ºC Figura 15. Exemplo de busca de compostos no CRC Handbook of Chemistry and Physics (83ª Edição) para o 1-bromobutano e outros compostos. 1.4.2- Manuseio do Merck Index O Merck Index ou Index Merck, como o Handbook, é um livro para consulta que possui uma série de informações sobre alguns milhares de compostos, não utilizando tabelas, mas sim uma sequência de nomes de compostos em ordem alfabética numerada, que contem as informações, como mostra um exemplo a seguir. Também aqui, no início do livro, há um texto explicativo e tabela de símbolos e abreviações utilizadas. Para procurar um determinado composto, pode-se utilizar também, o índicee de nomes ou de fórmulas que se encontra no final do livro. O Merck Index tem a vantagem sobre o Handbook pelo fato de ter usos e cuidados das substâncias. O The Merck Index está mais voltado para medicamentos e seus efeitos fisiológicos. Porém, existem informações úteis sobre muitos produtos químicos. Entrada: 1-Bromobutano 1. Topo da página: n-Butil n-Butirato 1555. Como num dicionário, cada página tem 27 cabeçalhos que orientam para a primeira entrada daquela página. Assim, 1555 não é o número da página, mas o número do composto para n-butil n-butirato, a última entrada da página 263. O número real da página fica no lado esquerdo inferior. 2. Brometo de n-Butila. Listado como um butano substituído com o nome sistemático dado como um sinônimo. 3. [109-65-9]. O número de registro do CAS (Chemical Abstracts Service). 4. C 35,06%,... Dados de análise elementar; a porcentagem de cada elemento do composto. 5. Preparado a partir de... Uma breve nota sobre como foi preparado o 1- bromobutano e referências à literatura original (periódicos). 6. d4 25 1,2686. O índice 25 sobre 4 indica uma densidade (uma medida relativa). Observe que as temperaturas são dadas com um índice em d. Figura 16. Exemplo de busca de compostos no Index Merck (13ª Edição) para o 1- bromobutano e outros compostos. 28 DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA PRÁTICA I Unidade 2. Técnicas de Separação/Purificação de Substâncias29 2.1 - DESTILAÇÃO SIMPLES E DESTILAÇÃO FRACIONADA Parte 1. Destilação simples A destilação simples é uma das operações de uso mais comum na purificação de líquidos e consiste, basicamente, na vaporização de um líquido por aquecimento, seguida da condensação do vapor formado. Quando uma substância pura é destilada, à pressão constante, a temperatura do vapor permanece constante durante toda destilação. O mesmo comportamento é observado com misturas contendo um líquido e uma impureza não volátil, uma vez que o material condensado não está contaminado pela impureza. A aparelhagem mais simples para determinação do ponto de ebulição é a de destilação, que consiste de um balão de fundo redondo (A) ligado a um condensador de Liebig (B), na extremidade do qual se coloca um adaptador (C). O recipiente (D) é para se coletar o destilado e F denomina-se cabeça de destilação. O termômetro (E) é adaptado à boca do balão de destilação; o bulbo do termômetro deve estar no centro do gargalo do balão e ligeiramente abaixo (cerca de 5mm) do nível do tubo lateral (Figura 17). Figura 17. Sistema para destilação simples O ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor de um liquido é igual à pressão atmosférica. Ele depende, consideravelmente, do peso molecular de uma substância, de sua composição, de interações intermoleculares e de pressão. O ponto de ebulição, a uma pressão de 760mmHg ou uma atmosfera, é denominado de ponto de ebulição normal. Destilação de misturas líquidas e homogêneas No caso de misturas líquidas homogêneas (solução ideais), a pressão total do vapor (Ptotal), a uma determinada temperatura, é igual à soma das pressões parciais (P) de todos os componentes. Ptotal= PA + PB A pressão parcial (P) de cada componente é dada pela Lei de Raoult: 30 PA= P°A . XA PT= P°A . XA + P°b . Xb Onde P°A é a pressão de vapor do componente A puro e XA é a fração molar de A na fase líquida. A composição de vapor da mistura, em relação a cada componente, depende também das pressões parciais, segundo a Lei de Dalton: X’A = PA / PA + PB ou PA = PT . X’A Onde X’A é a fração molar do componente A na fase vapor. A combinação das Leis de Dalton e Raoult revela que, para uma mistura ideal, o componente mais volátil tem maior fração molar na fase vapor do que na fase líquida, em qualquer temperatura. *Neste experimento utilizaremos misturas líquidas homogêneas. Para uma solução ideal, o ponto de ebulição da mistura é definido como a temperatura na qual a soma das pressões parciais dos componentes é igual à pressão atmosférica. Como a pressão de vapor total da mistura é intermediária entre as pressões de vapor dos componentes puros, o ponto de ebulição da mistura também será intermediário entre os pontos de ebulição das substâncias puras. A Figura 18 mostra a dependência do ponto de ebulição da mistura com a composição, para a mistura tetracloreto de carbono/tolueno. A Figura 19 mostra essa dependência para qualquer mistura homogênea. Figura 18. Diagrama de ebulição: tetracloreto de carbono e tolueno 31 Figura 19. Relação entre composição do liquido de vapor – dependência entre ponto de ebulição x composição de misturas homogêneas O ponto de ebulição, no início da destilação, dado pela ordenada, corresponde à interseção entre a vertical traçada a partir do ponto correspondente à composição da mistura e a curva que representa a fase líquida. A composição do vapor é obtida traçando-se uma horizontal a partir do ponto de ebulição até a curva de composição do vapor e, daí, uma vertical até o eixo da abscissa (composição). Por exemplo, uma mistura que contém uma porcentagem molar de 50% de tetracloreto de carbono em tolueno (Figura 18) entra em ebulição a 90°C, com uma composição inicial de vapor correspondente a 70% de tetracloreto de carbono. Durante a destilação, todavia, a fase líquida se enriquece cada vez mais no componente menos volátil, refletindo em um aumento gradual do ponto de ebulição da mistura. Os fatos relatados indicam que a destilação simples só deve ser empregada na purificação de misturas de líquidos em que só um dos componentes é volátil. Destilações a temperaturas superiores a 140-150°C são, normalmente, conduzidas com condensador refrigerado a ar (Figura 20). Não se utiliza condensador refrigerado a água, para evitar quebra do condensador, devido ao choque térmico decorrente da diferença de temperatura entre o vapor do destilado e a água corrente. O condensador de ar é, também, utilizado para compostos com baixo ponto de fusão, que se solidificam dentro dos condensadores de água (Ex.: Fenóis). 32 Figura 20. Destilação simples com condensador de ar. Parte 2. Destilação fracionada Vimos no tópico anterior, que quando se destila uma mistura líquida homogênea ideal, as primeiras frações do destilado apresentam composição mais rica no componente mais volátil do que a mistura original. No decorrer da destilação o ponto de ebulição da mistura sofre uma elevação gradual, uma vez que a composição do vapor se torna cada vez mais rica no componente menos volátil. Para purificar misturas deste tipo, seria necessário separar as primeiras frações do destilado, rica no componente mais volátil; estas frações seriam novamente destiladas e as primeiras frações, novamente, separadas. Este procedimento teria de ser repetido várias vezes até que as primeiras frações do destilado contivessem apenas o componente mais volátil. O processo acima descrito é denominado de destilação fracionada, mais bem executada com a utilização de uma coluna de fracionamento colocada entre o balão e a cabeça de destilação (Figura 21). O efeito desta coluna é proporcionar em uma única destilação, uma serie de microdestilações simples, sucessivas. Figura 21. Aparelhagem para destilação fracionada 33 O objeto desta destilação é a separação de dois ou mais líquidos de diferentes pontos de destilação. Tipos de coluna de fracionamento e sua eficiência As colunas de fracionamento mais comuns são do tipo Vigreux e Hempel. A primeira é um tubo de vidro com várias reentrâncias em forma de dentes, distribuídas de modo que as pontas de um para de dentes quase se toquem. A coluna do tipo Hempel é formada por um tubo de vidro empacotado com pequenas bolas de vidro ou anéis de vidro, entre outros (Figura 22). A coluna de fracionamento de Vigreux tem eficiência moderada; nessa coluna é essencial dispor os pares de dentes de modo que formem um espiral de vidro dentro do tubo, não permitindo ao vapor atravessar todo o interior do tubo sem encontrar, pelo menos, um dente. Figura 22. Tipos de colunas de fracionamento. (a) coluna de Vigreux; (b) coluna de Hempel A eficiência de uma coluna de fracionamento é medida pelo número de vezes que uma solução e vaporizada e recondensada durante a destilação, e é expressa por pratos teóricos. A Figura 23 representa um fracionamento com uma coluna contendo 3 pratos teóricos, uma vez que o líquido de composição inicial L1 (20% de tetracloreto de carbono e 80% de tolueno) é submetido a 3 ciclos de vaporização / condensação. As linhas horizontais, L1V1, L2V2 e L3V3 representam as 3 vaporizações, que ocorrem na coluna de fracionamento, e as linhas verticais, V1 L2, V2 L3 e V3 L4 representam as 3 condensações dos vapores correspondentes. Ao final desta operação, a composição do líquido destilado (L4) será aproximadamente 77% em tetracloreto de carbono e 23% em tolueno. Para a separação completa desta mistura, é necessário um número maior de pratos teóricos. 34 Figura 23. Diagrama de enriquecimento em uma destilação fracionada O comprimento da coluna, necessário para a obtenção de um prato teórico, é conhecido com Altura Equivalente a um Prato Teórico (AEPT). Quanto menor for esta grandeza, mais eficiente será a coluna. Colunas do tipo Hempel, empacotadas, são mais eficientesdo que as do tipo Vigreux, porque possuem uma AEPT menor. A Tabela 6 apresenta a AEPT (cm) de vários recheios de coluna. Tabela 6. Relação entre os recheios de coluna e a altura equivalente a um prato teórico (AEPT) Tipos de coluna Diâmetro (mm) *Vazão (mL/h) AEPT (cm) Tubo simples vazio 24 6 6 400 115 10 15 15 1,7 Coluna de Vigreux 24 12 12 510 294 54 11,5 7,7 5,4 Colunas de Hempel → Recheio de esferas de vidro → Recheio de anéis de Raschig →Porcelana 24 24 24 24 100 a 800 600 500 400 6,0 8,2 7,6 7,0 *Vazão ou carga de uma coluna é a quantidade de líquido que se evapora no balão de destilação, por unidade de tempo. É igual à soma das vazões de destilado e de refluxo. A escolha da coluna depende da diferença dos pontos de ebulição dos componentes da mistura. Quanto menor a diferença de ponto de ebulição, maior será o número de pratos teóricos necessários para uma separação eficiente. A Tabela 7 apresenta a relação entre o número de pratos teóricos e a diferença de ponto de ebulição de dois líquidos. 35 Tabela 7. Pratos teóricos necessários para a separação de dois líquidos Diferença entre as temperaturas de ebulição (°C) Pratos teóricos Necessários à separação 108 72 54 43 36 20 10 7 4 2 1 2 3 4 5 10 20 30 50 100 Além dos fatores mencionados acima, a eficiência da separação depende também da velocidade de aquecimento do balão e da velocidade com que o líquido e destilado. Se o aquecimento é muito forte, a coluna como um todo sofrerá um aquecimento quase uniforme, prejudicando a separação da mistura. Para um bom fracionamento, é necessário um bom controle de aquecimento e da razão de refluxo. Razão de refluxo é a razão entre a quantidade de vapor condensado que retorna à coluna e a porção que destila, por unidade de tempo. Em geral, quanto maior for a razão de refluxo, mais eficiente será o fracionamento. Para medir e controlar melhor a razão de refluxo costuma-se utilizar uma cabeça de destilação equipada para refluxo total, como a apresentada na Figura 24. Os vapores condensados retornam à coluna ou dirigem-se para o balão receptor, dependendo da direção de P. Se, para 10 gotas de vapor condensado, apenas uma escorrer para o balão B enquanto 9 retornam para o balão A, diz-se que a razão de refluxo é de 9. Para evitar perda de calor na coluna, costuma-se isolá-la do ambiente, envolvendo-a com lã de vidro ou tiras de amianto. Durante o empacotamento da coluna, é essencial deixar espaço livre suficiente para o refluxo ascendente do vapor e descendente do líquido condensado. Figura 24. Aparelhagem para destilação com cabeça para refluxo total A Figura 25 traz os três tipos de comportamento da temperatura durante a destilação simples de uma substância pura (A) e de mistura (B e C). 36 Figura 25. Três tipos de comportamento da temperatura durante uma destilação simples: A, um componente relativamente puro está sendo destilado; B, uma mistura de dois componentes, com pontos de ebulição semelhantes, é destilada. Uma boa separação de A é alcançada em C. EXPERIMENTO: Separação de acetona e butanol através das destilações simples e fracionada PARTE 1. Destilação simples Cuidados Experimentais para Destilação Simples: A Figura 17 mostra duas montagens típicas de destilação simples. Os principais cuidados experimentais que deverão ser tomados, para a realização da experiência, são os seguintes: *Lembrar que toda a aparelhagem para destilação deve estar aberta para a atmosfera, a fim de evitar aumento da pressão do sistema com o aquecimento. *Quando houver necessidade de proteger o sistema da umidade do ar, é aconselhável adaptar, à saída lateral, um tubo de secagem. *O balão de destilação deve ter um volume, no mínimo, uma vez e meia o volume do líquido a ser destilado; se o balão estiver muito cheio, pode ocorrer arraste mecânico do líquido a destilar, impurificando, assim, o destilado e, se o balão não estiver suficientemente cheio, ocorrerão perdas desnecessárias devido ao grande volume que o vapor deve ocupar para enche o balão. *Nunca aquecer o balão até a secura, para não haver risco de quebra. *Não se esquecer de colocar pérolas de ebulição ou pedaços de pedra- pomes, de porcelana porosa ou bolinhas de vidro, no balão de destilação, para evitar ebulição violenta. *A água do condensador deve fluir em sentido contrário à corrente dos vapores. *Durante a destilação, é necessário controlar o aquecimento de modo que o líquido destile a uma velocidade constante (cerca de 1 gota por segundo). Procedimento Experimental para Destilação Simples: *Colocar, em um balão de fundo redondo de 125 mL, 40 mL de acetona, 40 mL de butanol e algumas pérolas de ebulição. *Montar a aparelhagem para destilação simples, conforme Figura 17, sendo que o frasco receptor será uma proveta de 50 mL. *Destilar a mistura lentamente (cerca de 1 mL por minuto) e coletar 36 frações de 2 mL na proveta. *Anotar a temperatura a cada 2 mL de destilado recolhido (no caderno de laboratório, faça uma tabela constando o número da fração, o volume do destilado e a temperatura de ebulição de cada fração coletada, conforme modelo). 37 Fração n° Volume do destilado (mL) Temperatura de ebulição (°C) 01 2 02 4 03 6 etc etc *Registrar, em um gráfico, o volume destilado (eixo x) e a temperatura de ebulição (eixo y), utilizando o ponto de ebulição da acetona (56°C) para a temperatura de 0mL destilado. *Analisar os resultados obtidos, os quais deverão ser comparados, posteriormente, com os dados obtidos na Parte 2 do experimento. PARTE 2. Destilação fracionada Cuidados Experimentais para Destilação Fracionada: Observar os cuidados experimentais descritos para a destilação simples. Procedimento Experimental para a Destilação Fracionada: *Colocar, em um balão de fundo redondo de 125 mL, 40 mL de acetona, 40 de butanol e algumas pérolas de ebulição. *Montar a aparelhagem para destilação fracionada, conforme Figura 26, sendo o frasco receptor uma proveta de 50 mL. 38 Figura 26. Aparelho de destilação fracionada *Deixar a mistura refluxar um pouco, antes de aquecer o suficiente para destilar cada fração. *Destilar a mistura lentamente (cerca de 1 mL por minuto) e coletar 36 frações de 2mL na proveta. *Anotar a temperatura a cada 2 mL de destilado recolhido (no caderno de laboratório, faça uma tabela constando o número da fração, o volume do destilado e a temperatura de ebulição de cada fração coletada, conforme modelo). Fração n° Volume do destilado (mL) Temperatura de ebulição (°C) 01 2 02 4 03 6 etc etc *Registrar, em um gráfico, o volume destilado (eixo x) e a temperatura de ebulição (eixo y), utilizando o ponto de ebulição da acetona (56°C) para a temperatura de 0mL destilado. *Analisar os resultados obtidos, os quais deverão ser comparados, posteriormente, com os dados obtidos na Parte 1 do experimento. *Comparar, em seguida, os dois gráficos obtidos experimentalmente (destilação simples e fracionada). Analisar esses gráficos, em relação aos estados descritos na Figura 25. 39 40 2.2 - DESTILAÇÃO POR ARRASTE A VAPOR 2.2.1- Princípios teóricos A destilação a vapor é, usualmente, empregada na purificação de substâncias orgânicas voláteis e imiscíveis em água. Esta operação que envolve co-destilação da substância a ser purificada com a água, tem como principal vantagem o fato de a mistura entrar em ebulição a uma temperatura inferior ao ponto de ebulição da água. A destilação a vapor é bastante utilizada para: • Purificação de substâncias que se decompõe a temperaturas elevadas; • Separação de um composto, de uma mistura reacional que contém outros compostos não –voláteis. Para que uma substânciapossa ser arrastada por vapor de água, é necessário que ela possua as seguintes características: • Seja insolúvel ou pouco solúvel em água; • Não sofra decomposição em água quente, e; • Possua apreciável pressão de vapor (maior do que 5 mmHg a 100 ºC). 2.2.2- Aparelhagem Existem dois tipos de aparelhagem para destilação por arraste a vapor. TIPO A – Figura 27 – Neste procedimento, o vapor é gerado em um frasco (A) e, em seguida, passado através do material vegetal contido em outro frasco (B). Esse procedimento é empregado para se extrair substâncias que podem se degradar caso sejam expostas a um vapor superaquecido. O balão maior (A) contém água e serve como gerador de vapor; o vapor é introduzido no balão de destilação (B) através de um tubo de vidro, cuja extremidade está a cerca de 10 mm do fundo do balão. O balão de destilação é inclinado para minimizar o arraste mecânico do material durante a operação. O volume do material a destilar deve ser no máximo igual à metade da capacidade do balão B. Recomenda-se manter sob aquecimento brando o balão de destilação para evitar condensação excessiva do vapor. Quando terminar a destilação, é necessário tirar a rolha do frasco gerador de vapor (A), antes de interromper o aquecimento; se este cuidado não for tomado, pode haver refluxo do material do balão B para o balão A. Se o material que está sendo arrastado pelo vapor de água cristalizar no condensador, recomenda-se retirar temporariamente a água de refrigeração até que o sólido se funda novamente; com esta operação, evita-se o entupimento do condensador. Figura 27: Aparelhagem para destilação a vapor. (TIPO A) 41 TIPO B – Figura 28 – Nesse procedimento, o vapor é gerado no mesmo frasco onde se encontra o material vegetal (vapor gerado in situ); esse procedimento, também denominado de co-destilação é empregado para substâncias que não se decompõem quando expostas a vapor superaquecido. Na aparelhagem apresentada na Figura 28, o funil de adição contém água e o balão contém a mistura a ser co-destilada; durante a destilação, goteja-se água à mesma velocidade de destilação do líquido. Esse processo é recomendado quando o material a ser arrastado é um sólido ou um líquido viscoso e, também, para misturas de baixa viscosidade ou sólidos não finamente divididos. Durante a co-destilação, caso a ebulição seja muito vigorosa, substâncias finamente divididas podem sofrer arraste mecânico. Figura 28: Aparelhagem para co-destilação (TIPO B) Destilação simples ou fracionada X Destilação por arraste a vapor No processo de destilação por arraste a vapor os componentes de mistura são imiscíveis, ao contrário do processo de destilação fracionada, onde os componentes da mistura são miscíveis. 2.2.2.1- Destilação de misturas líquidas homogêneas (líquidos miscíveis) Para líquidos miscíveis (destilação fracionada), a composição do vapor depende das pressões de vapor dos dois compostos, PT = PA + PB onde PA e PB = pressões parciais e das quantidades relativas dos dois compostos: PT = PA 0XA+ PB 0XB , onde XA + XB =1 onde X’A é a fração molar do componente A na fase vapor. Portanto, na destilação fracionada, a composição do vapor varia no decorrer do processo. 2.2.2.2- Destilação por arraste a vapor (líquidos imiscíveis) Para líquidos imiscíveis (destilação por arraste a vapor), cada líquido exerce sua própria pressão característica e, portanto, a composição do vapor depende das pressões dos dois compostos puros 42 PT = PA 0 + PB 0 onde PA 0 e PB 0 = pressões de vapor dos componentes A e B puros. Assim, quando os dois componentes são completamente imiscíveis, cada componente entra em ebulição independente do outro, a uma pressão total de vapor igual a soma das pressões de vapor de cada componente puro; a pressão de vapor total da mistura, a qualquer temperatura, é sempre maior do que a pressão de vapor de qualquer componente. Desse modo, o ponto de ebulição de uma mistura de compostos imiscíveis é menor do que o ponto de ebulição do componente mais volátil. Exemplo: Bromo-benzeno (PE = 156ºC) e água (PE = 100ºC) destilam a 95ºC. 2.2.2.3- Determinação da Composição do Destilado A composição do destilado depende do peso molecular dos componentes e de suas pressões de vapor na temperatura de ebulição da mistura. Sabendo-se que PV=nRT e considerando-se V, T e R constantes, tem-se a seguinte razão: ou Sabendo-se que o composto B é água e que PT = 760 mm de Hg, tem-se: PT=PA 0+PB 0 ou PT=PA 0+Págua 0 ou 760 = PA 0+Págua 0 ou PA 0 = 760-Págua 0, tem-se: ou A é a substância imiscível em água; PA 0 e Págua 0 são as pressões de vapor da substância A e da água puras, respectivamente. PMA é o peso molecular de A e PMágua é o peso molecular da água (18 mg/mol). A pressão de vapor da água, na temperatura de ebulição da mistura pode ser conhecida através dos dados fornecidos na tabela 8. Exemplo: sabendo-se que Bromo-benzeno (PE = 156ºC) e água (PE = 100ºC) destilam a 95ºC, calcule a composição porcentual em peso dos dois componentes. R: Da tabela 8 sabemos que a pressão de vapor da água a 95ºC é de 633,9 mmHg. A composição do destilado pode ser determinada da seguinte forma: A composição percentual, em peso, dos dois componentes será, então: - Bromobenzeno = [1,73/(1,73+1,00)]x100 = 63% - Água = [1,00/(1,73+1,00)]x100 = 37% Tabela 8. Pressão de vapor da água (mmHg) de 60 a 100ºC. 43 2.2.4- Parte operacional da destilação por arraste a vapor para obtenção de óleos essenciais 2.2.4.1- Introdução O método da extração por arraste a vapor consiste basicamente em passar uma corrente de vapor de água através do material que contém as substâncias que se deseja extrair. A destilação por arraste a vapor é um método muito utilizado para o isolamento e purificação de substâncias. Ela se aplica a líquidos que são imiscíveis em água ou com miscibilidade muito pequena nesse solvente. Os óleos essenciais, na sua grande maioria, são imiscíveis em água; sua extração envolve o processo de destilação por arraste de vapor que consiste, essencialmente, na volatização do óleo essencial com uma corrente de água. No caso específico da extração do óleo essencial de folhas, a temperatura elevada do vapor auxilia na ruptura das vesículas existentes na folha, liberando uma maior quantidade de óleo; o vapor de água, ao passar pelas folhas, arrasta o óleo 44 essencial. O sistema mais comumente utilizado na destilação por arraste de vapor encontra-se na figura 29. O frasco A é a fonte geradora de vapor. O vapor produzido é conduzido através do duto B até o frasco seco C, que contém as partes do vegetal (folhas, casca, caule, etc). os vapores de água e o óleo essencial são condensados no condensador D e, finalmente, coletados no frasco E. O tubo F (canal de respiro), no frasco A, mantém a pressão no aparelho igual à pressão do ambiente. Figura 29 – sistema utilizado na extração por arraste a vapor. O frasco A é uma fonte geradora de vapor, o duto B conduz o vapor até o frasco C, que contem o material do qual se quer extrair substancias. Os vapores são condensados no condensador D e coletados no balão de fundo redondo E. Existem duas maneiras possíveis para se realizar a destilação por arraste a vapor. No procedimento TIPO A, o vapor é gerado em um frasco e, em seguida, passado através do material vegetal, contido em outro frasco, como mostrado na Figura 29; esse procedimento é empregado para se extrair substâncias que podem se degradar, caso sejam expostas a um vapor superaquecido. No procedimento TIPO B, o vapor é gerado no mesmo frasco onde se encontra o material vegetal; esse método se aplica àquelas substâncias que, se porventura forem expostas a um vapor superaquecido, não correm o risco de se degradar. Nesse procedimento há a possibilidade de superaquecimento do frasco já que o aquecimento
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