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QUI 136 – QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL I – 2012/II
	EXPERIMENTO 
5
	DESTILAÇÃO SIMPLES, FRACIONADA E À PRESSÃO REDUZIDA
1. INTRODUÇÃO
	A destilação é um processo que consiste na vaporização do líquido, ou seja, na passagem de um líquido para o estado gasoso com auxílio de calor e/ou por redução da pressão, seguido da condensação desse vapor (liquefação) e coleta do condensado em outro recipiente. Um líquido só entrará em ebulição quando sua pressão de vapor se igualar à pressão exercida sobre ele, ou seja, à pressão atmosférica ou à pressão do sistema. O líquido obtido por esse processo na maioria das vezes apresenta um elevado grau de pureza. 
	A destilação é um dos processos mais baratos e eficientes para purificação e/ou separação de líquidos, sendo amplamente empregada em várias indústrias, especialmente para o refino de petróleo e de outros produtos.
	As técnicas existentes para se destilar um líquido variam de acordo com o grau de pureza desejado e com o tipo de líquido que se deseja purificar ou separar. A dificuldade da separação depende da volatilidade relativa dos componentes da mistura, ou seja, da diferença entre suas temperaturas de ebulição. Existem quatro métodos principais de destilação: simples, fracionada, à pressão reduzida e por arraste de vapor.
1.1. DESTILAÇÃO SIMPLES 
	A destilação simples é empregada quando se deseja separar dois ou mais líquidos que apresentem uma diferença entre suas temperaturas de ebulição superior a 80 ºC, ou separar um componente mais volátil de uma solução onde os solutos são líquidos com elevadas temperaturas de ebulição e estão presentes em baixa concentração (menor que 10 %). É utilizada ainda para separar um líquido volátil que contém sólidos não voláteis dissolvidos.
	A Figura 1 (p.2) mostra uma aparelhagem típica para realização de uma destilação simples, que consiste basicamente de: fonte de aquecimento, balão de destilação, cabeça de destilação, termômetro, condensador (de Liebig), adaptador de vácuo (alonga) e frasco de coleta. O líquido a ser destilado é colocado no balão de destilação e aquecido. O líquido aquecido se vaporiza e sobe, passando pelo termômetro e entrando no condensador. O vapor é resfriado e se condensa, escorrendo pela alonga até o frasco coletor.	
Figura 1. Sistema utilizado em uma destilação simples.
	A temperatura observada durante a destilação de uma substância pura permanece constante durante o processo, enquanto vapor e líquido estiverem presentes no sistema em torno do bulbo do termômetro. Quando uma mistura líquida é destilada, a temperatura não permanece constante. Ela aumenta durante a destilação porque a composição do vapor varia durante a destilação, sendo a composição do primeiro destilado mais rica no componente mais volátil. 
Um exemplo da aplicação da destilação simples seria a separação de uma mistura contendo o componente desejado A cuja temperatura de ebulição (te) é 140 ºC, contaminado com uma impureza B (te 250 ºC), ambos dissolvidos em éter dietílico (te 36 ºC). O éter dietílico é removido facilmente em baixa temperatura; o componente A é destilado em temperatura mais alta e coletado em um recipiente diferente; o componente B pode ser destilado ou ser tratado como resíduo. 
1.1.1. ASPECTOS PRÁTICOS DA DESTILAÇÃO SIMPLES
Fonte de calor
	As fontes de calor mais empregadas em um processo de destilação são: bico de Bunsen, manta e banho de aquecimento. A escolha da fonte depende da disponibilidade e, principalmente, do tipo de líquido ou mistura líquida que se deseja destilar. O bico de Bunsen pode ser empregado prioritariamente para destilação de líquidos de temperaturas de ebulição mais elevadas (> 180 ºC). Para líquidos voláteis apresentando temperaturas de ebulição inferiores a 60 ºC utiliza-se manta de aquecimento ou banho-maria. Já para líquidos com temperaturas de ebulição entre 60 e 180 ºC recomenda-se o emprego de banho de óleo (mineral ou de silicone) ou de glicerina. O aquecimento deve ser controlado, permitindo uma liberação constante de gotas do destilado, a uma velocidade de destilação de uma a duas gotas por segundo. 
Balão de destilação
O balão de destilação é um balão de fundo redondo, que é desenhado para resistir ao calor e ao processo de destilação. O balão utilizado não deve ter mais do que 2/3 e não menos do que a metade de sua capacidade nominal preenchida com a mistura líquida a ser destilada. Assim, o volume do balão dependerá da quantidade de líquido a ser destilada. Deve-se ter cuidado para que, ao final da destilação, o balão não seja levado à secura, de forma a evitar um eventual acidente, caso haja resíduos ou mistura de resíduos sólidos no balão.
“Pedras” de ebulição	
Antes de se iniciar uma destilação devem ser introduzidas no balão de destilação algumas pedras de porcelana porosa, pérolas de vidro ou pedra-pomes, a fim de se evitar o fenômeno de superaquecimento, também conhecido como ebulição tumultuosa ou em saltos. Uma alternativa ao uso das “pedras” de ebulição seria utilizar um sistema de agitação magnética.
O uso das pedras de ebulição garante a ebulição suave do líquido, sem a ocorrência de projeções. As bolhas de ar contidas nas pedras porosas são eliminadas pelo aquecimento, auxiliando as microbolhas, que são formadas no interior do líquido, a vencer a pressão da coluna do próprio líquido. Assim, a formação de bolhas de grande volume é minimizada. 
As pedras nunca devem ser adicionadas ao líquido já aquecido, pois grandes quantidades de vapor serão liberadas, levando à projeção do líquido para fora do balão. Além disso, caso a destilação seja interrompida, novas pedras devem ser utilizadas. 
Cabeça de destilação
	A cabeça de destilação dirige os vapores da destilação para o condensador e permite a conexão do termômetro ao sistema. O termômetro deve ser colocado na cabeça de destilação de forma que seu bulbo esteja completamente imerso no vapor (vide destaque da Figura 1, p.2). Isto significa que o bulbo deve estar situado imediatamente abaixo da saída lateral da cabeça de destilação, para que a leitura da temperatura seja acurada.
Condensador
	O condensador é um sistema de refrigeração no qual o vapor é liquefeito. Na destilação, emprega-se o condensador de tubo reto ou condensador de Liebig. Ele deve ser montado inclinado, para facilitar o escoamento do líquido condensado. 
	O resfriamento é feito em contra-fluxo com o vapor, ou seja, a água entra pela parte de baixo do condensador e sai por cima da camisa de refrigeração (Figura 1, p.2). O fluxo de água no condensador deve ser moderado, para evitar vazamentos.
Adaptador
	Uma destilação simples não pode ser efetuada em sistemas fechados, pois o aumento da pressão do sistema pode levar à explosão da aparelhagem. Para evitar esse tipo de problema, entre o condensador de Liebig e o frasco coletor se utiliza um adaptador, também conhecido com adaptador de vácuo, unha ou alonga. Esse adaptador possui uma saída lateral, que permite ao sistema permanecer aberto, além, é claro, de evitar a projeção do destilado para fora do frasco coletor. Ele também pode proteger o destilado da umidade do ar, pois é possível conectar um tubo contendo agente dessecante (como CaCl2 e Na2SO4 anidro) em sua saída lateral.
Frasco coletor
	O frasco coletor, que fica após o adaptador, pode ser um balão de fundo redondo, erlenmeyer ou qualquer outro recipiente. Com frequência, o destilado é coletado em porções ou frações, substituindo-se o frasco de coleta por outro em intervalos regulares.
	Se o líquido destilado for muito volátil e existir possibilidade de perdas por evaporação, é aconselhável resfriar o balão de coleta em banho de água e gelo.
	Todo o sistema (balão de destilação, cabeça de destilação, condensador, adaptador e frasco coletor) deve ser bem preso por garras e mufas a suportes universais, de forma que as garras estejam apertadas com firmeza, mas não causem tensão na vidraria.
	As conexões entre as diversas peças de uma aparelhagemde destilação são feitas por juntas de vidro esmerilhado. Nesse caso, é necessário lubrificar as juntas esmerilhadas com graxa de silicone ou fitas de Teflon. Entretanto, deve-se tomar o máximo de cuidado para evitar a contaminação do produto, quando da utilização de graxa de silicone.
1.2. DESTILAÇÃO FRACIONADA
	A destilação fracionada é empregada quando se deseja separar dois ou mais líquidos miscíveis, cuja diferença entre suas temperaturas de ebulição seja inferior a 80 ºC. O sistema utilizado para a realização da destilação fracionada (Figura 2) é bastante similar ao da destilação simples (Figura 1, p.2), com exceção da presença de uma coluna de fracionamento entre o balão de destilação e a cabeça de destilação. Uma coluna de fracionamento é basicamente um tubo de vidro recheado ou com saliências internas.
Figura 2. Sistema utilizado em uma destilação fracionada. 
	O processo de destilação fracionada pode ser bem entendido ao se visualizar o fenômeno que ocorre na coluna de fracionamento (Figura 3).
Figura 3. Vaporização-condensação em uma coluna de fracionamento.
A Figura 3 mostra um exemplo de destilação fracionada de uma mistura de dois líquidos A (te 50 ºC) e B (te 90 ºC), que contém 5 % de A e 95 % de B. Essa solução é aquecida até a ebulição (que se inicia a 87 ºC) e o primeiro vapor resultante (V1) contém 20 % de A e 80 % de B. Portanto, o vapor ficou mais rico no componente mais volátil, mas A não está puro. Esse vapor se condensa na coluna de fracionamento para dar o líquido L2 (20 % de A e 80 % de B), que evapora parcialmente ainda dentro da coluna (te 78 ºC) para dar o vapor V2, que contém agora 50 % de A e 50 % de B. Portanto, a cada processo de vaporização-condensação, há o enriquecimento do vapor no componente mais volátil A, de forma que o processo continua até o vapor V5, que contém 100 % de A. A condensação desse vapor e a coleta do destilado permitem a obtenção do líquido A puro. Com a continuidade do processo, todo o líquido A é removido do balão de destilação, deixando B quase puro. Se a temperatura aumentar, o líquido B pode destilar como uma fração pura. Quanto maior for diferença entre as pressões de vapor (ou entre as temperaturas de ebulição) de A e B, maior a concentração do componente mais volátil na fase vapor e mais fácil é a separação de A e B por destilação fracionada. Assim, em uma coluna de fracionamento ocorrem sucessivas vaporizações e condensações.
Vários tipos de colunas de fracionamento podem ser utilizados. Os mais comuns são a coluna de Vigreux, Hempel e Yung (Figura 4). A coluna de Vigreux é formada por um tubo de vidro com protuberâncias internas que quase se tocam; a de Hempel é um tipo de coluna empacotada com anéis ou pérolas de vidro; a de Yung é formada por uma espiral metálica ou de vidro em torno de uma haste.
Figura 4. Tipos mais comuns de colunas de fracionamento.
	A escolha da coluna de fracionamento é determinada pela dificuldade de se conseguir a separação (ou seja, pela diferença entre as temperaturas de ebulição dos líquidos da mistura), pela pressão em que será realizada a destilação e pela quantidade de líquido a destilar. 
	A eficiência de uma coluna de fracionamento está relacionada ao número de pratos teóricos da coluna. Prato teórico é uma grandeza que se refere ao número de ciclos de vaporização-condensação que ocorrem quando uma mistura líquida percorre a coluna, ou seja, cada prato teórico corresponde a um ciclo de vaporização-condensação ou a uma destilação simples que ocorre na coluna. Portanto, quanto maior o número de pratos teóricos, maior a eficiência da coluna e, consequentemente, quanto maior a coluna, maior a sua eficiência. No exemplo da Figura 3 (p.6), seriam necessários cinco pratos teóricos para separar a mistura que começou com a composição L1. O prato teórico também pode ser definido como um comprimento X da coluna onde ocorre uma destilação simples. Esse comprimento X é chamado de altura equivalente a um prato teórico (AEPT), sendo inversamente proporcional à eficiência da coluna.
	Quanto menor for a diferença entre as temperaturas de ebulição dos líquidos, maior deve ser o número de pratos teóricos e, portanto, mais eficiente deve ser a coluna de fracionamento. Em geral, a coluna mais eficiente é a de Hempel, mas existem colunas como a de spinning-band que são tão eficientes que permitem a separação de líquidos com uma diferença de temperatura de ebulição de 0,5 e 1 ºC.
	Cabe ressaltar que a eficiência da coluna também é influenciada pela temperatura, de forma que o isolamento térmico adequado da coluna acarreta um aumento significativo de sua eficiência. Tal isolamento pode ser feito com: amianto, amianto e papel laminado, lã de vidro e papel laminado, algodão e papel laminado, etc.
1.3. DESTILAÇÃO A VÁCUO 
	A destilação à pressão reduzida é usada quando os compostos possuem elevadas temperaturas de ebulição (acima de 200 ºC), pois eles frequentemente se decompõem nas temperaturas necessárias para a destilação em pressão atmosférica. Como discutido no Experimento 1, a temperatura de ebulição de uma substância reduz substancialmente quando a pressão aplicada diminui. A destilação à pressão reduzida também é usada no caso de compostos que podem reagir com o oxigênio do ar quando aquecidos, e, ainda, quando é mais conveniente realizar a destilação em temperaturas mais baixas por causa das limitações experimentais.
	A destilação à pressão reduzida pode ser realizada empregando-se tanto uma aparelhagem para destilação simples (Figura 1, p.2) quanto fracionada (Figura 2, p.5). O vácuo é aplicado no sistema através da saída lateral do adaptador de vácuo. Um esquema de destilação simples à pressão reduzida é ilustrado na Figura 5 (p.9).
Figura 5. Sistema utilizado em uma destilação simples à pressão reduzida. 
	Geralmente, a redução de pressão necessária para a destilação é conseguida por meio de uma bomba de vácuo. Existem dois tipos de bombas de vácuo mais usadas em laboratório: a bomba d’água e a bomba de óleo. A primeira pode reduzir a pressão em até 30 mmHg, enquanto que a segunda chega a atingir uma pressão de 0,01 mmHg, sendo, portanto, mais eficiente. Em ambos os casos, é recomendado que entre a aparelhagem de destilação e a bomba seja colocado um frasco de segurança (trap) para se evitar: 1) que ao se utilizar uma bomba d’água haja a contaminação do destilado por refluxo de água para o sistema, quando há uma queda de pressão; 2) a contaminação da bomba de óleo por vapores provenientes da destilação. 
	Vários cuidados devem ser tomados ao se realizar uma destilação a pressão reduzida. Antes de iniciar a destilação, é aconselhável verificar se a vidraria que constitui o sistema não apresenta nenhuma trinca e se está devidamente conectada, sem nenhum vazamento. O sistema só pode ser fechado lentamente após se ligar a bomba e, então, ser aquecido. A abertura do sistema é realizada após o resfriamento do balão de destilação, sendo a pressão normalizada lentamente e, só, então a bomba de vácuo deve ser desligada.
1.3.1. EVAPORADOR ROTATÓRIO (ROTAEVAPORADOR)
	O evaporador rotatório (ou rotaevaporador) é um equipamento utilizado para evaporar o solvente de uma mistura sob pressão reduzida. Ele é constituído por um motor para rotação do balão de destilação, um banho de aquecimento e um sistema de destilação simples à pressão reduzida (Figura 6).
Figura 6. Evaporador rotatório.
	Durante o funcionamento do equipamento, a pressão no interior do sistema é reduzida e o motor gira o balão de destilação. A rotação espalha um filme fino de líquido pela superfície do vidro, aumentando a área superficial do líquido e, consequentemente, acelerando a evaporação. Além disso, a rotação evita o problema de ebulição tumultuosa. Tanto a rotação quanto o aquecimento do balão de destilação podem ser controlados, de forma a atingir uma velocidade desejada de evaporação. Quando o solvente vaporiza, os vapores são resfriados pelo condensador e recolhidos no outro balão (coletorde solvente). O produto desejado (soluto não volátil ou pouco volátil) permanece no balão de destilação.
Portanto, o evaporador rotatório permite a evaporação rápida da maior parte dos solventes (te ≤ 120ºC) devido à grande área superficial de líquido formada com a rotação do balão e à pressão reduzida do sistema.
2. OBJETIVOS
	A presente experiência tem os seguintes objetivos:
	- aprendizagem das técnicas de destilação simples, destilação fracionada e destilação à pressão reduzida (especificamente do uso do evaporador rotatório);
	- purificação de água por destilação simples a partir de uma solução aquosa de sulfato de cobre; 
	- separação de misturas acetona:água (2:5 v/v) e diclorometano:etanol (2:5 v/v) por destilação fracionada.	
3. MATERIAL E REAGENTES
	- adaptador de vácuo
	- tubos de ensaio
	- algodão
	- glicerina
	- balão de fundo redondo de 125 e 250 mL
	- silicone
	- cabeça de destilação
	- acetona
	- cápsula de porcelana
	- diclorometano
	- chapa de aquecimento
	- etanol
	- coluna de Vigreux
	- solução de 2,4-dinitrofenilidrazina
	- condensador de Liebig
	- sulfato de cobre
	- funil de vidro
	
	- papel de alumínio
	
	- pedras de porcelana
	
	- presilhas de segurança
	
	- suporte para tubo de ensaio
	
	- termômetro (0-200 ºC), 
com e sem junta esmerilhada
	
	- mangueiras de látex ou silicone
	
	- suporte universal, garras e mufas
	
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. DESTILAÇÃO SIMPLES DA SOLUÇÃO AQUOSA DE SULFATO DE COBRE
a) Coloque em um balão de fundo redondo de 250 mL, 125 mL da solução aquosa de sulfato de cobre, juntamente com algumas pedras de porcelana.
b) Faça a montagem da aparelhagem necessária para a realização de uma destilação simples (Figura 1, p.2). A fonte de aquecimento será um banho de glicerina contido em uma cápsula de porcelana, que ficará sobre a chapa de aquecimento. Lubrifique as conexões com graxa de silicone, verificando se estão bem adaptadas. Abra a torneira e regule a saída de água do condensador até que se estabeleça um fluxo contínuo de água. A temperatura do banho de aquecimento deve ser controlada por um termômetro mergulhado na glicerina.
c) Inicie a destilação, aquecendo lentamente o balão de destilação. Observe o comportamento dos vapores ao longo da montagem da destilação. Recolha o destilado (água) em um balão de fundo redondo de 125 mL, registrando a temperatura de ebulição. Colete aproximadamente 30 mL de água destilada.
4.2. DESTILAÇÃO FRACIONADA DAS MISTURAS ACETONA/ÁGUA E DICLOROMETANO/ETANOL
a) Coloque em um balão de fundo redondo de 250 mL, 70 mL da mistura acetona/água (2:5v/v) ou da mistura diclorometano:etanol (2/5v/v), juntamente com algumas pedras de porcelana. A mistura a ser destilada será indicada pelo seu professor.
b) Faça a montagem da aparelhagem necessária para a realização de uma destilação fracionada (Figura 2, p.5). A fonte de aquecimento será um banho de glicerina contido em uma cápsula de porcelana, que ficará sobre a chapa de aquecimento. Lubrifique as conexões com graxa de silicone, verificando se estão bem adaptadas. Abra a torneira e regule a saída de água do condensador até que se estabeleça um fluxo contínuo de água. A temperatura do banho de aquecimento deve ser controlada por um termômetro mergulhado na glicerina. Cubra a coluna de Vigreux com algodão e papel alumínio.
c) Inicie a destilação, aquecendo lentamente o balão de destilação. Observe o comportamento dos vapores ao longo da montagem da destilação. 
d) Recolha frações de 5 mL do destilado em tubos de ensaio, registrando sempre a temperatura na qual cada fração é coletada.
e) No caso da destilação da mistura de acetona/água, faça o teste das frações com a solução de 2,4-dinitrofenilidrazina. Para isso, adicione em um tubo de ensaio, 3 mL dessa solução e 2 mL de uma das frações coletadas. Observe as mudanças ocorridas. Este teste foi previamente descrito no Experimento 2.
f) Após coletar 8 frações, desligue o aquecimento. 
4.3. EVAPORAÇÃO DA ACETONA EM EVAPORADOR ROTATÓRIO
O uso do evaporador rotatório será demonstrado pelo seu professor.
5. QUESTÕES
1. Por que a destilação simples não deve ser empregada na separação de líquidos com temperaturas de ebulição próximas?
2. Quais dos seguintes pares de solventes podem ser separados por destilação simples? 
a) Acetona (56 ºC) e anilina (184 ºC) 
b) Acetato de butila (126 ºC) e Butanol (117 ºC) 
c) Cicloexano (81 ºC) e Cicloexanol (161 ºC) 
d) Hexano (69 ºC) e Tolueno (111 ºC) 
3. O petróleo é constituído principalmente por uma mistura bastante complexa de hidrocarbonetos, com diferentes temperaturas de ebulição. Qual a técnica de destilação mais adequada para o refino do petróleo? Justifique. Como a eficiência da separação dos constituintes do petróleo pode ser aumentada? 
4. Qual o efeito da redução da pressão atmosférica sobre a temperatura de ebulição de um líquido?
5. Por que é perigoso aquecer um líquido em um sistema de destilação que esteja completamente fechado?
6. Explique porque num condensador o resfriamento do mesmo é feito em contra-fluxo com o vapor (em outras palavras, a água entra pela parte de baixo do condensador e sai por cima da camisa de refrigeração).
7. Por que o balão de destilação não deve ter mais do que 2/3 de sua capacidade nominal preenchida com a mistura líquida a ser destilada?
6. BIBLIOGRAFIA
Demuner, A.J.; Maltha, C.R.A.; Barbosa, L.C.A.; Peres, V. “Experimentos de Química Orgânica”. Editora UFV, 2ª ed, Viçosa, 2004.
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.
 
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