Aula 2 Determinação do ponto de fusão e ebulição

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Universidade Estadual de Maringá
Centro de Ciências Exatas
Departamento de Química
Química Orgânica Experimental I
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO
Acadêmicos:	Daíse Miranda Ávila			RA: 94364
		Lucas Folin Pereira		 	RA: 95183
		Paula Cristina Perin			RA: 92862	
Turma: 003 - Química					Docente: Gisele Freitas Gauze
Maringá
27 de abril de 2016
Introdução
Uma substância em seu estado puro apresenta propriedades físicas, químicas e físico –químicas e características. Entre estas propriedades, estão o ponto de fusão, o ponto de ebulição, entre outras.
 Ponto de fusão
O ponto de fusão é a temperatura em que uma substância passa do estado sólido para o estado líquido. Por exemplo, a água pura passa do estado sólido para o líquido, sob pressão de 1 atm, à temperatura de 0 ºC. Diz-se assim que o Ponto de Fusão da água pura é 0 ºC.
O ponto de fusão de uma substância, a uma determinada pressão, é um valor constante, fator característico de uma substância pura, e por isso a sua determinação constitui um dos métodos pelo qual pode-se calcular o grau de pureza desta substância. Com isto, se ao determinar o ponto de fusão de uma substância que pensa-se ser pura e durante a sua fusão existirem variações de temperatura superiores a 1ºC, essa substância não pode ser considerada uma substância pura. [1: , < http://www.infoescola.com/fisico-quimica/pontos-de-fusao-e-ebulicao/> acessado em 25/04/2016 ás 18:36 e ás 19:00]
Determinação do ponto de fusão
Para determinar o ponto de fusão de uma substancia usa-se um capilar com diâmetro de 1-2 mm e comprimento de 7-8 cm, fechado em uma das extremidades, e dentro dele uma amostra da substância pulverizada. Para colocar a substância no capilar faz-se um pequeno monte da substância e imerge-se o capilar nesse monte para que o pó penetre em seu interior. Depois ele é virado e batido delicadamente sobre uma superfície, para que o sólido se acomode no fundo. 
O capilar é então unido a um termômetro, de modo que sua ponta inferior atinja aproximadamente a metade do bulbo de mercúrio. Mergulha-se o termômetro no banho de fusão (balão com água em aquecimento) e controla-se os valores atingidos pelo mercúrio. Anota-se então a temperatura marcada no momento em que a substância começar a fundir. Essa é a temperatura de fusão da substância.[2: , iv < http://www.grupoescolar.com/pesquisa/determinacao-dos-pontos-de-fusao-e-ebulicao.html> acessado em 25/04/2016 ás 18:45 e ás 19:09]
Ponto de ebulição
O ponto de ebulição é a temperatura em que uma substância líquida passa para o estado gasoso, à determinada pressão.Um exemplo é a água pura, que passa do estado líquido para o estado gasoso, sob pressão de 1 atm, à temperatura de 100 ºC. Diz-se assim que o Ponto de Ebulição da água pura é 100 ºC.
 O ponto de ebulição não tem a mesma importância para a caracterização ou como critério de pureza de uma substância, mas tal como no ponto de fusão quando se determina o ponto de ebulição de uma substância pura não é admissível que surjam variações na temperatura superiores a 1ºC, caso ocorra, teremos então uma mistura.[3: ]
Determinação do ponto de ebulição
Para se determinar o ponto de ebulição são necessários dois tubos fechados em uma extremidade: um deles é capilar, com 1 mm de diâmetro e 90 mm de comprimento. Coloca-se o líquido no tubo mais largo, mergulhando-se nele o capilar com a extremidade fechada para cima. Une-se o conjunto ao bulbo de um termômetro, imergindo-o depois em um dispositivo análogo ao usado para o ponto de fusão. Aquecendo-se o banho, o ar contido no capilar dilata-se e sai como pequenas bolhas espaçadas, sendo substituído por vapores do líquido em análise.
No ponto de ebulição as bolhas saem em descarga veloz e contínua. retira-se a fonte de calor e espera-se que o desprendimento de bolhas diminua e permaneça apenas uma, indecisa entre desprender-se e permanecer no capilar. Isto significa que a pressão atmosférica existente sobre ela é idêntica à tensão de vapor do líquido que, do lado interno do capilar, atua sobre a bolha. A igualdade de pressões indica que o líquido atingiu a temperatura de ebulição. Portanto, deve-se efetuar a leitura do termômetro precisamente nesse ponto.[4: ]
Ponto de fusão e de ebulição de uma substância pura
Durante o aquecimento de substâncias puras, quando se atinge o ponto de fusão ou de ebulição, a temperatura da substância deixa de aumentar, mesmo que continues a aquecê-la. Só quando toda a substância tiver sofrido a mudança de estado físico é que a temperatura volta a aumentar. Eis como varia a temperatura quando se aquece uma amostra de água pura, desde os -100 ºC até aos 200 ºC: [5: < http://www.aulas-fisica-quimica.com/7q_11.html > acessado em 25/04/2016 ás 19:20]
Figura 1: ponto de fusão de ebulição da água pura.
Calibração de termômetro
Uma das principais fontes de erros sistemáticos é a calibração de instrumentos. É necessário conferir se o instrumento em uso está corretamente calibrado, ou aferido. 
A temperatura de fusão e de ebulição são propriedades constantes e inerentes a uma dada substância pura, dessa forma para a calibração de termômetros utiliza-se deste fato, pois tais temperaturas são exatamente conhecidas para inúmeras substâncias.[6: Apostila de química geral experimental, página 17]
Propriedades físicas e toxicidade
 m-nitrobenzaldeído1 (3-nitrobenzaldeído ou meta-nitrobenzaldeído)
Imagem 2.1 – Forma estrutural do m-nitrobenzaldeido.
Aparência: pó cristalino amarelo
Massa molar: 151,12 g/mol
Densidade: 1,27 g/cm3
Ponto de fusão (PF): 55°C
Ponto de ebulição (PE): 285-290°C
Solubilidade em água: 1,6 g/L
Riscos associados: Nocivo para ingestão. Altamente toxico para os organismos aquáticos.
 m-dinitrobenzeno2 (1,3-dinitrobenzeno ou meta-dinitrobenzeno)
Imagem 2.2 – Forma estrutural do m-dinitrobenzeno.
Aparência: Cristal amarelado
Massa molar: 168,11 g/mol
Densidade: 1,575 g/cm3
Ponto de fusão (PF): 89°C
Ponto de ebulição (PE): 291°C
Solubilidade em água: 500 mg/L
Riscos associados: Nocivo para ingestão e inalação. Em contato com a pele e olhos pode provocar irritação. Altamente toxico para os organismos aquáticos.
 Ácido benzóico3
Imagem 2.3 – Forma estrutural do ácido benzóico.
Aparência: pó cristalino branco
Massa molar: 122,12 g/mol
Densidade: 1,27 g/cm3
Ponto de fusão (PF): 122,1°C
Ponto de ebulição (PE): 250°C
Solubilidade em água : 2,9 g/L
Riscos associados: Nocivo para ingestão e inalação. Em contato com a pele e olhos pode provocar irritação.
 Ácido p-aminobenzóico4 (ácido 4-aminobenzóico ou ácido para- aminobenzóico)
Imagem 2.4 – Forma estrutural do ácido p-aminobenzóico.
Aparência: cristais brancos
Massa molar: 137,14 g/mol
Densidade: 1,38 g/cm3
Ponto de fusão (PF): 186-189°C
Ponto de ebulição (PE): --
Solubilidade em água: 4,7 g/L
Riscos associados: Não é uma substância perigosa de acordo com a GHS 
 Ácido cinâmico5
Imagem 2.5 – Forma estrutural do ácido cinâmico.
Aparência: monoclinic crystals
Massa molar: 148,17 g/mol
Densidade: 1,2475 g/cm3
Ponto de fusão (PF): 134°C
Ponto de ebulição (PE): 300°C
Solubilidade em água: 0,4 g/L
Riscos associados: Não é uma substância perigosa de acordo com a GHS 
 Hexano6
Aparência: líquido incolor
Massa molar: 86,18 g/mol
Densidade: 0,66 g/cm3
Ponto de fusão (PF): -95°C
Ponto de ebulição (PE): 69°C
Viscosidade (25°C): 0,294 cP
Riscos associados: Líquido inflamável. Nocivo para ingestão e inalação. Altamente toxico para os organismos aquáticos.
 Acetato de etila7
Aparência: Líquido incolor
Massa molar: 88,11 g/mol
Densidade: 0,9 g/cm3
Ponto de fusão (PF): -83,6°C
Ponto de ebulição (PE): 77,1°C
Viscosidade (25°C): 0,426 cP
Riscos associados: Risco de explosão em contato com metais alcalinos, hidretos, óleum e cargas de eletricidade estática. Nocivo para ingestão e inalação.
 Álcool isopentílico8 (3-metil-1-butanol)
Aparência: Líquido incolor
Massa molar: 88,15 g/mol
Densidade:
0,81 g/cm3
Ponto de fusão (PF): -117°C
Ponto de ebulição (PE): 131°C
Viscosidade (25°C): 3,692 cP
Riscos associados: Líquido inflamável. Nocivo para ingestão e inalação.
Objetivos
O objetivo destes experimentos consiste em determinar o ponto de fusão das substâncias m-nitrobenzaldeído, m-dinitrobenzeno, ácido benzóico, ácido cinâmico e ácido p-aminobenzóico, assim como também visa a determinação do ponto de ebulição do hexano, acetato de etila e álcool isopentílico e através destes valores, obter a equação de calibração de termômetro.
Procedimento Experimental
Materiais:
Termômetro; 
Tubo de Thiele;
Capilares;
Vaselina;
Bico de Bunsen;
Fósforo;
Anel de borracha;
Suporte universal;
Garra metálica;
Tubo de ensaio pequeno;
Reagentes:
M-nitrobenzaldeído;
M-dinitrobenzeno;
Ácido benzóico;
Ácido p-aminobenzóico;
Ácido cinâmico;
Hexano;
Acetato de etila; 
Álcool isopentílico.
Procedimento
Para determinação do ponto de fusão, primeiramente montou-se o suporte universal com a garra metálica. Logo após, colocou-se em um capilar uma pequena quantidade de m-dinitrobenzeno e o fixou em um termômetro com o auxílio de um anel de borracha e, então, dispôs o conjunto (capilar + termômetro) em um tubo de Thiele contendo o líquido banho (vaselina). Com o bico de Bunsen abaixo do tubo, aqueceu-se, observou e anotou as temperaturas do início e do fim de fusão. Repetiu então, o processo com a mesma amostra.
Reproduziu a mesma metodologia com o m-nitrobenzaldeído, ácido benzoico, ácido p-aminobenzóico e com o ácido cinâmico. 
Para determinação do ponto de ebulição colocou uma pequena quantidade de hexano em um tubo de ensaio pequeno e mergulhou nele um capilar com a extremidade aberta para baixo e fixou-o ao termômetro com o auxílio de um anel de borracha. Colocou o conjunto no tubo de Thiele contendo vaselina e aqueceu. Observou quando a corrente de bolhas escaparam do capilar e também quando o líquido contido no tubo de ensaio adentrou no capilar e anotou a temperatura de quando isso ocorreu, sendo o início e o fim de ebulição. Repetiu o processo com o hexano.
Reproduziu o mesmo método com o acetato de etila e com o álcool isopentílico.
Resultados e Discussão
5.1. Determinação do Ponto de fusão: Calibração de termômetro
Primeiramente, foi estipulado que cada equipe ficaria responsável por determinar o ponto de fusão de dois dos cinco compostos orgânicos, considerando que a análise sobre cada um deles foi realizada em duplicata. Durante a prática, utilizou-se vaselina (ponto de fusão entre 36 e 60 °C) como líquido banho por conta de seu elevado ponto de ebulição (aproximadamente 310ºC), que possibilita a ela não sofrer alterações de estado físico com o aquecimento das substâncias envolvidas, visto que nenhuma delas apresentava temperatura de fusão superior a 200ºC.
Depois que os experimentos foram feitos, obtiveram-se diferentes dados que foram dispostos na tabela abaixo:
	Tabela 01. Intervalos de fusão das substâncias analisadas
	Composto/Equipe
	A
	B
	C
	D
	m-nitrobenzaldeído
	57 – 62ºC
58 – 62ºC
	
	
	57 – 58,5ºC
56 – 57ºC
	m-dinitrobenzeno
	
	87 – 90ºC
88 – 91ºC
	87 – 90ºC
88 – 92ºC
	
	Ácido benzóico
	124,5 –125ºC
120 – 123ºC
	
	
	
	Ácido p-aminobenzóico
	
	
	185 – 186ºC
184,4 – 186ºC
	
	Ácido cinâmico
	
	131 – 135ºC
130 – 132ºC
	
	131 – 132,5ºC
131 – 132,5ºC
Após isso, foram selecionados apenas dois resultados de cada composto para determinar a média da temperatura de fusão e comparar com a temperatura teórica. Os dados estão mostrados na tabela abaixo:
	Tabela 02. Temperaturas de Fusão das substâncias analisadas
	Substância
	Temp.
Teórica (ºC)
	Análises realizadas
	Temperatura média (ºC)
	m-nitrobenzaldeído
	55
	1ª Análise (ºC)
	57 – 58,5ºC
	57,8
	
	
	2ª Análise (ºC)
	56 – 57ºC
	56,5
	m-dinitrobenzeno
	89
	1ª Análise (ºC)
	87 – 90ºC
	88,5
	
	
	2ª Análise (ºC)
	88 – 91ºC
	89,5
	Ácido benzóico
	122,1
	1ª Análise (ºC)
	124,5 – 125ºC
	124,8
	
	
	2ª Análise (ºC)
	120 – 123ºC
	121,5
	Ácido p-aminobenzóico
	187,5
	1ª Análise (ºC)
	185 – 186ºC
	185,5
	
	
	2ª Análise (ºC)
	184,4 – 186ºC
	185,2
	Ácido Cinâmico
	134
	1ª Análise (ºC)
	131 – 135ºC
	133
	
	
	2ª Análise (ºC)
	130 – 132ºC
	131
Analisando os resultados obtidos, notou-se que todos os compostos podem ser considerados puros, pois a diferença de temperatura entre a literatura e o experimento está na faixa de 2 – 3ºC. Além disso, pode-se dizer que o m-dinitrobenzeno é o composto mais puro dentre os cinco utilizados no experimento, visto que possui uma diferença menor entre as temperaturas (cerca de 0,05ºC), nas duas análises. Esta diferença, assim como as demais, pode ser explicada pelo termômetro não calibrado, por erro de paralaxe dos membros da equipe ou até mesmo por ter sido utilizado um líquido banho diferente do que foi utilizado na determinação da temperatura teórica. 
A partir dos dados obtidos, foi possível também construir um gráfico “Temperatura de Fusão Teórica X Temperatura de Fusão Experimental” e, assim, obter a equação de calibração do termômetro utilizado. Segue abaixo o gráfico:
Sendo assim, a equação de calibração do termômetro é:
y = 0,9684 x + 3,5214
Onde: 
Y = Temperatura de fusão experimental
X = Temperatura de fusão teórica
A = 0,9684 = Coeficiente angular
B = 3,5214 = Coeficiente linear
Além disso, utilizando esta equação, é possível definir qual é a temperatura real de todos os compostos com o termômetro ao qual foram realizados os experimentos.
5.2. Determinação do Ponto de Ebulição
Primeiramente, foi estipulado que cada equipe ficaria responsável por determinar o ponto de ebulição de duas das três substâncias, considerando que a análise sobre cada uma delas foi realizada em duplicata. Além disso, assim como na primeira atividade prática, foi utilizada vaselina como líquido-banho.
Depois de realizados os experimentos, diferentes dados foram obtidos, mas para determinar a média da temperatura de ebulição e comparar com a temperatura teórica, selecionaram-se apenas dois resultados de cada composto. Os dados foram dispostos na tabela abaixo:
	Tabela 03. Temperaturas de ebulição dos compostos analisados
	Composto
	Análises realizadas
	Temperatura média (ºC)
	Hexano
	67 – 73ºC
64 – 68ºC
	70
66
	Acetato de Etila
	70 – 76ºC
75 – 77ºC
	73
76
	Álcool Isopentílico
	121-128ºC
123-128ºC
	124,5
125,5
Logo após , aplicou-se as médias de temperatura de ebulição na equação termométrica obtida na parte anterior da atividade. Os resultados da equação estão mostrados na tabela abaixo:
	Tabela 04. Comparativo entre as temperaturas de ebulição
	Substância
	Temp.
Teórica (ºC)
	Temperatura real (ºC)
	Hexano
	69
	
	
	
	66,6
	Acetato de Etila
	77,1
	
	
	
	73,3
	Álcool Isopentílico
	131
	
	
	
	125,4
A temperatura real corresponde ao elemento “x” da equação termométrica, e foi feita uma média entre os dois valores selecionados anteriormente, para cada um dos compostos. Tendo como base o intervalo de pureza definido de 2 a 3 ºC de diferença na comparação das temperaturas, pode-se dizer que o hexano apresenta menos erro, pois a diferença entre suas temperaturas teórica e real equivale a aproximadamente 2,4 ºC, estando ainda incluso no intervalo de pureza
A razão para tal discrepância é a diferença no tipo de ligações intermoleculares que elas têm a habilidade de fazer. O hexano, por exemplo, apresenta ligações do tipo interações de Van der Walls, as quais são consideradas fracas por conta da eletronegatividade do carbono e do hidrogênio e, assim, o composto apresenta uma maior volatilidade e menor ponto de ebulição, em comparação com os outros.
No acetato de etila, é possível observar uma força maior em suas ligações, que correspondem a interações do tipo dipolo-dipolo. Como
consequência, a molécula apresenta uma faixa de ponto de ebulição mais elevada.
Por outro lado, no álcool isopentílico existem interações do tipo ligação de hidrogênio devido à presença do grupo hidroxila (-OH) na molécula. Por apresentar uma interação mais forte que a do hexano e do acetato de etila, este composto possui um maior ponto de ebulição.
A diferença de temperatura de ebulição teórica com a experimental pode ser explicada pelo termômetro não calibrado, por erro de paralaxe dos membros da equipe ou até mesmo por ter sido utilizado um líquido banho diferente do que foi utilizado na determinação da temperatura citada na teoria.
Conclusão
Com a realização dos experimentos concluiu-se que é possível determinar o ponto de fusão e ebulição de substâncias utilizando a técnica de líquido banho, que nesse caso foi utilizado a vaselina, bem como avaliar o grau de pureza de tais substâncias e discutir suas temperaturas de ebulição de acordo com as ligações intermoleculares das mesmas.
Pode-se verificar que o m-dinitrobenzeno é o composto mais puro dos cinco que foram analisados e também, que a ordem crescente do ponto de ebulição das substâncias da segunda parte do experimento é: hexano, acetato de etila e álcool isopentílico.
Por último, deve-se ressaltar que através dos valores obtidos foi possível obter a equação de calibração do termômetro utilizado, que corresponde a : temperatura experimental= 0,9684 x (temperatura real (x)) + 3,5214
Referências Bibliográficas
IFA - Institute ofr Occupational Safety and Health of the German Social Accident Insurance – GESTIS Substance Database 
<gestis-en.itrust.de/>
Acessado em 24 de abril de 2016.