Buscar

Extração Líquido-Líquido em Química Orgânica

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 12 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 6, do total de 12 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 9, do total de 12 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

QUI 136 – QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I – 2012/II
	EXPERIMENTO 
3
	EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
1. INTRODUÇÃO
	As substâncias orgânicas obtidas de fontes naturais ou por meio de reações químicas raramente estão puras. No caso de uma reação química que gerou uma mistura de substâncias, o produto principal pode ser removido por filtração, caso seja um sólido insolúvel no meio reacional, ou pode ser destilado, se for um líquido de baixa temperatura de ebulição. No entanto, esses casos são minoria e o que se observa é a necessidade de realizar extrações seletivas ou lavagens do meio reacional para remoção das impurezas.
	Na maioria das vezes, as impurezas e reagentes inorgânicos solúveis em água podem ser removidos com facilidade pela lavagem do composto orgânico ou de sua solução em um solvente orgânico volátil insolúvel em água, que em uma segunda etapa pode ser eliminado por evaporação.
	Alguns compostos orgânicos, apesar da baixa solubilidade em água, podem facilmente ser transformados em derivados solúveis em meio aquoso. Compostos contendo grupos ácidos ou básicos, após tratamento com bases ou ácidos inorgânicos, respectivamente, originam sais solúveis. 
	Ambos os processos de separação e purificação descritos anteriormente envolvem a técnica denominada de extração, ou mais precisamente, extração líquido-líquido.
1.1. TEORIA DA EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
	A extração envolve a transferência de um soluto de um solvente para outro. Essa transferência ocorre porque o soluto é mais solúvel no segundo solvente do que no primeiro. Os dois solventes devem ser imiscíveis para que ocorra a formação de um sistema bifásico. Em geral, utiliza-se um funil de separação (Figura 1, p.2) para se realizar a extração líquido-líquido em escala laboratorial.
Figura 1. Esquema de montagem para extração líquido-líquido.
	A Figura 2 ilustra de maneira geral o processo de extração. No início, as substâncias hipotéticas A (representada por ●) e B (representada por () estão misturadas na fase aquosa. Após a adição de um solvente orgânico imiscível com a água, serão formadas duas fases e haverá uma migração diferencial da substância B para a fase orgânica, até o estabelecimento de um estado de equilíbrio. Com a separação das duas fases, há a consequente separação das substâncias A e B. 
Figura 2. Esquema do processo de extração líquido-líquido.
	
Portanto, o processo de extração envolve a distribuição de um dado soluto entre duas fases líquidas imiscíveis (fase orgânica e fase aquosa). Quando as fases se separam em duas camadas, estabelece-se um equilíbrio tal que a razão das concentrações do soluto em cada fase é uma constante, chamada de coeficiente de distribuição (ou coeficiente de partição). O coeficiente de distribuição K é definido como
onde 
C1 = concentração (em g.L-1, mg.mL-1 ou outra unidade) de equilíbrio do soluto na fase aquosa;
 C2 = concentração (em g.L-1, mg.mL-1 ou outra unidade) de equilíbrio do soluto na fase orgânica.
	O valor do coeficiente de distribuição é constante para cada soluto e independe das quantidades dos dois solventes em contato. Entretanto, o coeficiente de distribuição depende da natureza dos solventes utilizados e da temperatura. Assim, o valor do coeficiente de distribuição é fixo para um determinado par de solventes a uma dada temperatura. 
	Como a concentração em cada fase pode ser expressa pela relação entre a massa do soluto e o volume do solvente, é possível expressar diretamente a massa do soluto extraído e a massa restante através do coeficiente de partição (K). Pela equação apresentada a seguir, verifica-se que quanto maior o volume do solvente extrator, maior será a quantidade extraída.
	(	
	O processo de extração não é 100 % eficiente, o que significa dizer que nem todo soluto será transferido totalmente de uma fase para outra em uma única etapa de extração, a não ser que o valor de K seja muito elevado. Geralmente, é necessário que várias extrações sejam realizadas para remover todo o soluto de uma das fases. De fato, o processo de extração é muito mais eficiente quando efetuado várias vezes com um pequeno volume de solvente do que quando efetuado uma única vez com um grande volume de solvente. O exemplo seguinte procura ilustrar esse aspecto. 
Considere que são empregados dois solventes A e B em igual volume, 100 mL, onde B contém inicialmente um soluto X em concentração de 40 % (m/v). O coeficiente de partição para este sistema é de 0,8. Observa-se que nas condições descritas, o solvente extrator A, que inicialmente não continha nenhuma quantidade de soluto dissolvida, contém agora 17,8 g de X, enquanto no solvente B permaneceram ainda 22,2 g, após o estabelecimento do estado de equilíbrio. A distribuição do soluto X entre os solventes A e B é mostrada na Figura 3.
Figura 3. Distribuição do soluto X em uma extração líquido-líquido em uma única etapa. 
Pode-se comparar a eficiência do processo de extração em uma única etapa com a extração múltipla empregando-se um mesmo volume total. Por exemplo, caso se faça a extração descrita anteriormente com duas porções de 50 mL serão removidos pelo solvente A na primeira extração cerca de 11,4 g e na segunda 8,20 g, totalizando 19,6 g contra 17,8 g com uma única extração, conforme demonstrado na Figura 4 (p.5).
Portanto, as Figuras 3 e 4 demonstram que o processo de extração em várias etapas é mais eficiente do que o processo de extração realizado em uma única etapa.
Figura 4. Distribuição do soluto X em uma extração líquido-líquido múltipla.
1.2. ESCOLHA DO SOLVENTE EXTRATOR
	Conforme discutido anteriormente, a extração líquido-líquido envolve a distribuição diferencial de um soluto entre dois líquidos imiscíveis. Em geral, uma das fases é constituída pela água e, portanto, denominada fase aquosa e a outra fase é constituída por um solvente que seja imiscível na água, que é conhecido como fase orgânica ou solvente extrator.
	Na escolha do solvente adequado para cada extração devem ser considerados alguns critérios:
O solvente deve apresentar baixa solubilidade na água, possibilitando a formação de duas fases;
O solvente deve solubilizar consideravelmente a substância que se deseja extrair. Com respeito a esse aspecto, deve ser levado em conta que “semelhante dissolve semelhante”, ou seja, para extrair substâncias pouco polares, por exemplo, deve ser utilizado um solvente de baixa polaridade;
O solvente deve ser quimicamente inerte, não reagindo com as substâncias a serem extraídas;
O solvente deve apresentar volatilidade razoável (baixa temperatura de ebulição) para que possa ser removido facilmente, permitindo o rápido isolamento do produto desejado;
É desejável ainda que o solvente seja de baixo custo e de baixa toxicidade.
Na Tabela 1 estão listados os solventes mais utilizados para extrações líquido-líquido. Observe que dentre os solventes listados, apenas aqueles que possuem cloro em sua composição são mais densos que a água. Portanto, apenas quando for utilizado um solvente clorado para extração, que a fase orgânica será a inferior.
Tabela 1. Propriedades físicas dos solventes mais utilizados para extração.
	Solvente
	Massa Molar 
(g mol-1)
	Temperatura de Ebulição (ºC)
	Densidade a 20 ºC
 (g cm-3)
	Éter dietílico
	74
	35
	0,714
	Pentano
	72
	36
	0,626
	Diclorometano
	85
	41
	1,335
	Clorofórmio
	119
	61
	1,492
	Hexano
	86
	66
	0,659
	Tetracloreto de carbono
	154
	77
	1,594
	Benzeno
	78
	80
	0,879
	Tolueno
	92
	111
	0,867
1.3. ASPECTOS PRÁTICOS DA EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
	A seguir são descritos aspectos práticos relevantes quando se realiza uma extração líquido-líquido em escala laboratorial. 
Funil de separação
Em escala laboratorial, o processo de extração líquido-líquido é geralmente realizado em um funil de separação (Figura 1, p.2). Deve-se ter o cuidado para que o volume de líquido no funil de separação nunca ultrapasse ¾ de sua capacidade nominal.Deve-se sempre checar se a torneira está fechada e manter um erlenmeyer embaixo do funil de separação. 
O processo de extração inicia-se com a adição da solução a ser extraída e do solvente extrator ao funil de separação. Tampa-se o funil e realiza-se a agitação, com movimentos circulares, mantendo o funil em um ângulo de 45º em relação à vertical. Com uma das mãos, segura-se firmemente a tampa e com a outra a torneira (Figura 5).
Figura 5. Forma correta de agitar e liberar a pressão de um funil de separação.
Ao agitar a mistura, devido à alta volatilidade do solvente, poderá haver aumento da pressão interna. Por isso, após o procedimento de agitação, deve-se realizar o “alívio” de pressão, inclinando-se a parte inferior do funil para cima e abrindo lentamente a torneira. Ao abri-la, deve-se tomar o máximo de cuidado para não dirigir a saída dos vapores para si ou para alguém próximo. 
O processo de agitação e alívio de pressão é usualmente realizado três vezes e, então, deve-se colocar o funil de separação em suporte apropriado, retirar a tampa e esperar a formação das duas fases, para realizar a separação.
Solventes utilizados
	Normalmente os solventes utilizados na extração possuem baixa temperatura de ebulição (Tabela 1, p.6) ou mesmo pode-se realizar uma extração com solvente quimicamente ativo, como solução de bicarbonato de sódio, que leva à liberação de gases quando esta solução entra em contato com um ácido. Por isso, é necessário que se faça o “alívio” de pressão. Entretanto, isto deve ser feito lentamente, porque os vapores podem se expandir de forma violenta, projetando o líquido para fora do funil. 
Emulsão
	Em alguns casos, após o processo de extração, não se observa separação completa das fases orgânica e aquosa, ficando gotículas de uma fase dispersas na outra. Isto leva à formação de uma interface não definida, chamada de emulsão, que compromete a eficiência da separação. 
	Uma das alternativas para “quebrar” a emulsão (completa separação das fases) consiste em deixar o funil de separação em repouso por alguns minutos. Entretanto, se isso não for suficiente, outros métodos podem ser empregados. Por exemplo, a simples adição de mais solvente orgânico ou água pode ser suficiente. Se a emulsão persistir, a adição de sais inorgânicos (NaCl, Na2SO4, etc) pode ser uma alternativa eficaz para desfazer a emulsão. Nos casos mais persistentes, a centrifugação pode ser usada.
Descarte de fases
	Um dos enganos mais comuns durante um processo de extração líquido-líquido é o descarte da fase errada. Como discutido anteriormente, somente quando se utilizam solventes orgânicos clorados, que possuem densidades maiores que da água (Tabela 1, p.6), a fase orgânica será a inferior.
	Cuidado redobrado deve ser tomado quando se realiza a extração com solventes quimicamente ativos pois, muitas vezes, a substância de interesse está na fase aquosa na forma de um sal. 
	Considerando os fatos acima, é aconselhável que ambas as fases sejam guardas até que se tenha isolado o produto desejado. 
Agentes de secagem
	Após o processo de extração e de separação das fases, a fase orgânica, que usualmente contém o composto de interesse, deve ser seca através da utilização de agentes de secagem (ou agentes secantes). Isto é necessário, pois qualquer solvente orgânico, mesmo com baixa afinidade pela água, absorverá água quando agitado com uma solução aquosa. É claro que a quantidade de água dissolvida irá variar de um solvente para outro.
	Os agentes secantes são sais inorgânicos anidros capazes de adicionar água de hidratação quando expostos à umidade do ar ou às soluções úmidas. Os mais comumente usados são: sulfato de sódio, sulfato de magnésio, cloreto de cálcio, sulfato de cálcio e carbonato de potássio. Estes sais variam em propriedades e aplicações. Assim, eles não absorvem a mesma quantidade de água em uma dada massa de solvente. A Tabela 2 compara os agentes secantes mais comuns.
Tabela 2. Agentes secantes
	Agente
	Acidez
	Fórmulaa
	Capacidadeb
	Inteirezac
	Velocidaded
	Uso
	Sulfato de magnésio
	neutro
	MgSO4.7H2O
	alta
	média
	rápida
	geral
	Sulfato de sódio
	neutro
	Na2SO4.7H2O
Na2SO4.10H2O
	alta
	baixa
	média
	geral
	Cloreto de cálcio
	neutro
	CaCl2.2H2O
CaCl2.6H2O
	baixa
	alta
	rápida
	hidrocarbonetos e haletos de alquila
	Sulfato de cálcio
	neutro
	CaSO4.1/2H2O
CaSO4.2H2O
	baixa
	alta
	rápida
	geral
	Carbonato de Potássio
	básico
	K2CO3.1/2H2O
K2CO3.2H2O
	média
	média
	média
	aminas, ésteres, bases, cetonas
afómula molecular com água de hidratação; bquantidade de água removida pro unidade de agente secante; cquantidade de água em equilíbrio com o agente secante; dvelocidade de secagem. 
2. OBJETIVOS
	O presente experimento tem como objetivos a aprendizagem da técnica de extração líquido-líquido bem como a sua utilização na extração do ácido propanóico, a partir de uma solução aquosa, empregando-se dois solventes extratores diferentes: éter dietílico e diclorometano. 
3. MATERIAL E REAGENTES
	- anel para funil
	- suporte com hastes e garras
	- balão volumétrico de 100 mL 
	- ácido propanóico 
	- bureta de 25 mL 
	- diclorometano
	- 5 erlenmeyers (125 mL)
	- éter dietílico 
	- funil de separação de 125 mL 
	- solução indicadora de fenolftaleína 
	- funil de vidro
	- solução padronizada de hidróxido de 
 sódio 0,15 mol L-1
	- pipetas volumétricas (10 mL e 2 mL)
	- ácido propanóico 
	- proveta (100 mL)
	
	
	
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Preparo de uma solução aquosa de ácido propanóico
a) A um balão volumétrico de 100 mL, adicione 2 mL de ácido propanóico e complete com água destilada. Agite até a homogeneização da solução resultante (solução A).
b) Pipete uma alíquota de 10 mL da solução A e transfira para um erlenmeyer de 125 mL. Adicione 3 gotas de solução indicadora de fenolftaleína.
c) Encha a bureta com solução padronizada de NaOH (0,15 mol L-1) e titule a solução. O ponto final da titulação é alcançado quando surge e permanece a cor rósea. Anote o volume consumido de solução de NaOH. Complete o volume da bureta e titule uma nova amostra de solução de ácido propanóico (10 mL). Anote o volume consumido da solução de NaOH. A massa de ácido propanóico presente na solução aquosa será calculada utilizando-se a média das duas medidas obtidas na titulação.
4.2. Extração simples empregando-se como solvente extrator éter etílico
	Pipete 10 mL da solução ácida (solução A) e transfira para um funil de separação. Adicione 30 mL de éter dietílico. Agite a mistura, conforme ilustrado na Figura 5 (p.7), tomando o cuidado para aliviar a pressão interna no funil. Esta operação deve ser realizada no interior de uma capela de exaustão, uma vez que o éter dietílico é muito volátil. Deixe o sistema em repouso até a separação completa das fases. Recolha a camada aquosa (fase inferior no funil de separação) em um erlenmeyer de 125 mL e adicione 3 gotas de solução indicadora de fenolftaleína. Complete o volume da bureta com solução padronizada de NaOH (0,15 mol L-1) e titule a solução do ácido até que surja e permaneça a cor rósea. Anote o volume consumido de solução de NaOH. 
4.3. Extração múltipla empregando-se como solvente extrator éter etílico
	Pipete 10 mL da solução aquosa de ácido propanóico anteriormente preparada (solução A); transfira para um funil de separação e faça a extração com 15 mL de éter etílico, conforme descrito no item 4.2. Separe a fase aquosa da fase orgânica e retorne-a para o funil de separação. Extraia novamente a fase aquosa com mais 15 mL de éter dietílico. Recolha a fase aquosa em um erlenmeyer de 125 mL e adicione 3 gotas de fenolftaleína. Complete o volume da bureta com solução padronizada de NaOH (0,15 mol L-1) e titule a fase aquosa, conforme descrito anteriormente. Anote o volume consumido de solução de NaOH. 
4.4. Extração simples empregando-se como solvente extrator diclorometano
	Repita o procedimento descritono item 4.2, porém utilize como solvente extrator diclorometano. O processo de extração também deverá ser realizado em capela de exaustão. 	
5. QUESTÕES
1) Calcule a massa (em gramas) de ácido propanóico presente na solução aquosa, que foi titulada no item 4.1. Deixe indicados os seus cálculos de modo a explicitar o seu raciocínio.
2) Calcule a massa (em gramas) de ácido propanóico restante nas soluções aquosas, após as extrações realizadas nos itens 4.2 e 4.3. Deixe indicados os seus cálculos de modo a explicitar o seu raciocínio.
3) Calcule a porcentagem do ácido propanóico que foi extraída nos itens 4.2 e 4.3. Com base nas porcentagens de ácido propanóico calculadas, o que é possível concluir sobre a eficiência dos dois tipos de extração? Deixe indicados os seus cálculos de modo a explicitar o seu raciocínio.
4) Calcule a massa (em gramas) de ácido propanóico restante nas soluções aquosas, após as extrações realizadas no item 4.4. Considerando os solventes éter dietílico e diclorometano, qual possui maior eficiência para a extração do ácido propanóico? Deixe indicados os seus cálculos de modo a explicitar o seu raciocínio.
5) Calcule o coeficiente de partição para o ácido propanóico utilizando os resultados obtidos nas extrações simples com éter dietílico (procedimento 4.2) e com diclorometano (procedimento 4.4). Deixe indicados os seus cálculos de modo a explicitar o seu raciocínio.
6) O que se deve fazer quando há dúvida sobre qual das fases é a orgânica em um procedimento de extração?
7) A solubilidade do ácido subérico é 0,14 g/100 mL de água e 0,56 g/100 mL de éter dietílico. Calcule o volume de éter dietílico necessário para remover 90 % do ácido subérico a partir de 100 mL de uma solução aquosa saturada, em uma única extração.
8) Mostre que para um composto hipotético A, cujo coeficiente de distribuição em água e éter dietílico é 5, a realização de duas extrações com 50 mL de éter dietílico é mais eficiente que uma extração com 100 mL de éter dietílico. Realize os cálculos das quantidades extraídas para comprovar a maior eficiência do processo de extração múltipla.
DICA: Você pode considerar uma massa inicial do composto A dissolvida em água (digamos, 100 g) e realizar os cálculos considerando essa massa inicial.
6. BIBLIOGRAFIA
Dias, A.G.; da Costa, M.A.; Guimarães, P.I.C. “Guia Prático de Química Orgânica. Volume I – Técnicas e Procedimentos: Aprendendo a Fazer”. Editora Interciência, Rio de Janeiro, 2004.
Marques, J.A.; Borges, C.P.F. “Práticas de Química Orgânica”. Editora Átomo, Campinas, 2007.
Pavia D.L.; Lampman, G.M.; Kriz, G.S.; Engel, R.G. “Química Orgânica Experimental – técnicas de escala pequena”. Editora Bookman, 2ª ed, São Paulo, 2009.
 	
� PAGE \* MERGEFORMAT �12�
_1375165338.unknown
_1375165423.unknown
_1343625733.unknown

Outros materiais