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UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA Prof.ª: Luís Antônio Mendonça DENISE PINTO BUENO RELATÓRIO PRÁTICO: SOLUBILIDADE DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS Boa Vista, RR. 2017 2 1. INTRODUÇÃO Uma substância muitas vezes dissolve limitadamente outra. A quantidade máxima de substância dissolvida em equilíbrio é a solubilidade da substância no solvente. A solubilidade se explica pela tendência natural à desordem e pela tendência ao favorecimento das forças mais intensas entre as substâncias (soluto e solvente) (CARVALHO, 2014). Segundo Martins et al., (2013) a solubilidade de uma substância orgânica está diretamente relacionada com a estrutura molecular, especialmente com a polaridade das ligações e da espécie química como um todo (momento de dipolo). Martins et al (2013) ressalta que a dissolução de uma substância molecular em outra, está limitada quando as forças moleculares favorecem o estado das substâncias separadas. Substâncias semelhantes são solúveis entre si. Solventes polares tendem a solubilizar substâncias polares e solventes apolares tendem a solubilizar substâncias apolares. Como consequência, verifica-se que as maiorias das substâncias orgânicas que são apolares não se dissolvem em água que é apolar. Pelo contrario, as substâncias orgânicas em geral, são solúveis nos chamados solventes orgânicos, como os hidrocarbonetos, éteres, haletos, etc. que são apolares ou pouco polares (VOGEL, 1981). A solubilidade destes compostos é um importante parâmetro para caracterização química, testes de solubilidade permite prever a presença de grupos funcionais e reatividade em alguns casos. Outras interações como as ligações de hidrogênio e forças de Van der Waals são também muito importantes. Quando duas substâncias têm tipos semelhantes de forças intermoleculares, tendem a se solubilizar. Por outro lado a miscibilidade é a propriedade de duas ou mais substâncias se misturarem em quaisquer proporções, formando uma solução homogénea. O que significa que elas são visivelmente indistinguíveis uma das outras. Desde modo o presente trabalho visa relatar os testes de solubilidade de alguns compostos orgânicos, realizados no laboratório didático de química no bloco III, da Universidade Federal de Roraima. 3 2. OBJETIVOS Este trabalho teve como objetivo relatar os procedimentos e resultados obtidos através do experimento realizado em aula prática, no bloco III da universidade federal de Roraima - UFRR que teve por finalidade testar a solubilidade de alguns compostos orgânicos; além de determinar o percentual de etanol na gasolina. 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Vidrarias e materiais As vidrarias e materiais utilizados neste experimento foram disponibilizados pelo centro de ciências e tecnologia, do curso de licenciatura em química. Dentre estes equipamentos destaca-se; 10 tudos de ensaio, 11 pipetas de Pasteur, 01 proveta de 10 mL, 01 caneta para transparência (propriedade do aluno), 11 peras de sucção e 01 suporte para tubos de ensaio. 3.2 Reagentes/solventes Os presentes reagentes listados, também foram disponibilizados pelo centro de ciência e tecnologia. Como segue: 03 mL de Acetato de etila; 13 mL Água destilada; 01 mL Etanol; 07 mL Gasolina; 03 mL Hexano; 01 mL Metanol; 01 mL n-butanol; 01 mL n-hexanol; 01 mL Óleo de soja; 01 mL sec-butanol e 01 mL terc-butanol. 3.3 Normas de seguranças Segundo FERNANDES et al (2015) em um laboratório químico é necessário que se adotem algumas medidas de precauções para as operações a serem realizadas, as atividades práticas realizadas em laboratórios apresentam riscos e estão sujeitas a acidentes, porém muitos acidentes podem ser evitados se o profissional que exerce suas funções neste local, tiver conhecimento sobre as normas de segurança e coloca-las em prática. 4 Desse modo faz-se necessário destacar os riscos dos reagentes manipulados na respectiva aula prática de acordo com as normas de seguranças dos produtos pela disponibilizados pela quimidrol (indústria de importação Ltda). Acetato de etila . É um liquido inflamáveis e irritantes, perigos podem esta associada a vapores inflamáveis que podem ser liberados, em caso de contato com a pele e olhos pode causar leve irritação, caso isto ocorra deve-se lavar com água corrente por aproximadamente 15 minutos. Água destilada; Produto não tóxico e não inflamável Etanol; Produto inflamável, apresentando toxicidade aguda, em caso de contato com pele e olhos deve-se lavar com água corrente por 15 minutos. Gasolina; Produto inflamável carcinogênico. Provoca corrosão, irritação da pele, em caso de acidentes deve-se e lavar com água e sabão. Hexano; Produto inflamável, tóxico, carcinogênico, provoca irritação, em caso de contado retirar roupas e lavar por 15 minutos com água. Metanol; Liquido inflamável e tóxico, em caso de contato, retirar roupas e enxaguar com água. n-butanol; Inflamável, apresentando toxicidade aguda em caso de contato lavar por 15 minutos a área afetada. 5 n-hexanol; É um produto inflamável e tóxico que em contado com a pele deve- se retirar as roupas e lavar. Óleo de soja; Este produto não oferece nenhum risco conhecido. Sec-butanol; É Liquido inflamável, com toxicidade aguda, retirar roupas e lavar. Terc-butanol. Este Produto é inflamável, apresentando toxicidade aguda, em caso de contato deve-se enxaguar. 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 Testes de solubilidade de compostos orgânicos Inicialmente enumerou-se 10 tubos de ensaio de 1-10, em seguida foram colocados no suporte para tubos.com o auxilio da pipeta iniciou-se os procedimentos; no tubo 01 adicionou-se (01 mL de água + 01 mL de etanol), no tubo 02 (01 mL de água + 01 mL de n-butanol), tubo 03 (01 mL de água + 01 mL de sec-butanol), tubo 04 (01 mL de água+ 01 mL de terc - butanol), tubo 05 (01 mL de água+ 01 mL de n- hexanol), tubo 06 (01 mL de água + 01 ml de hexano), tubo 07 (01 mL de água + 01mL de acetato de etila), já no tubo 08 (01 mL de hexano + 01 mL de acetato de etila),no tubo 09 (01 mL de acetato de etila + 01mL de metanol) e no tubo 10 (01mL de óleo de soja + 01mL de hexano). Conforme (esquema 1). 1 1 1 01mL de água 01 mL de etanol 2 1 1 3 1 1 01 mL de água 01mL de n-butanol 01mL de sec- butanol 01ml de água 6 Esquema 1. Testes de solubilidade de compostos orgânicos. 4 1 1 5 1 1 6 1 1 7 1 1 8 1 1 9 1 1 10 01mL de terc -butanol 01mL de água 01mL de água 01 mL de n- hexanol 01mL de água 01mL de hexano 01mL de acetato de etila 01mL de água 01mL de acetato de etila 01mL de hexano 01mL de acetato de etila 01mL de metanol 01mL de hexano 01mL de óleo de soja 7 Após realização destes procedimentos as amostras foram agitadas levemente e submetidas a repouso. Por seguinterealizou-se as observações tubo a tubo, (1-10). A fim de testar até que ponto as substancias podem ser solúveis, realizou-se três repetições adicionando 01 mL de água destilada nos tubos (1-7) perfazendo 3 mL, além do primeiro adicionado inicialmente e em seguida realizou-se as observações. 4.2. Determinação do percentual de etanol na gasolina Com a finalidade de determinar o percentual de etanol na gasolina adicionou-se inicialmente 7 mL de gasolina a uma proveta de 10 mL ,este procedimento foi realizado na capela. Em seguida, adicionou-se água destilada até completar o volume de 10 mL. Agitou-se a proveta e deixou-se em repouso, ao ocorrer à separação das fases verificou-se a parte solúvel em água (esquema 2) e aferiu-se o volume de ambas as fases. Ao concluir esta etapa, realizaram-se anotações e calculou-se o percentual de etanol na gasolina. Esquema 2.Verificação da percentagem de etanol na gasolina. 7mL de gasolina Completar os 10mL com água destilada (3mL ) 8 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos neste experimento para obtenção da solubilidade dos compostos orgânicos seguem na (tabela 1), em negrito as amostras com resultados miscíveis. Tabela 1. Resultados das solubilidades e miscibilidade dos compostos orgânicos. O tubo (1) contendo água destilada e etanol apresentou apenas uma fase, representando desta maneira uma concentração homogênea, isso porque o etanol é totalmente miscível em água, esta interação está intimamente relacionado à polaridade das moléculas em questão. Isso acontece porque a molécula de etanol possui uma parte apolar e uma extremidade polar, o grupo OH interage e realiza ligações de hidrogênio com as moléculas de água (figura 1). Sendo assim, são as ligações de hidrogênio as responsáveis pela total miscibilidade do etanol (CH3CH2OH) em água (Figura 2). TUBO SOLUÇÕES FASES MISCIBILIA DE SOLUBILIDADE 1 01 mL de água + 01 mL de etanol 1 fase ( homogêneo) miscível solúvel 2 01 mL de água + 01 mL de n-butanol 2 fases (heterogênico) imiscível insolúvel 3 01 mL de água + 01 mL de sec-butanol 2 fases (heterogênico) imiscível insolúvel 4 01 mL de água + 01 mL de terc-butanol 1 fase (homogêneo) miscível solúvel 5 01 mL de água + 01 mL de n-hexanol 2 fases (heterogênico) imiscível insolúvel 6 01 mL de água + 01 mL de hexano 2 fases (heterogênico) imiscível insolúvel 7 01 mL de água + 01 mL acetato de etila 2 fases (heterogênico) imiscível insolúvel 8 01 mL de a.etila + 01 mL hexano 1 fase ( homogêneo) miscível solúvel 9 01 mL de a.etila + 01 mL metanol 1 fase ( homogêneo) miscível solúvel 10 01 mL de óleo de soja +01 mL hexano 1 fase (homogêneo) miscivel solúvel 9 Figura 2. Miscibilidade do etanol em água O mesmo ocorreu nos tubos 4, 8, 9, 10 (ANEXO A), e este fato esta diretamente relacionada à polaridade, e as interações que ocorrem entres as moléculas, percebemos que as substâncias butanol (02) e terc-butanol (04) (ANEXO B). apesar de possuírem a mesma fórmula molecular, apresentam comportamentos distintos. O butanol é imiscível na água e o terc-butanol é miscível. Observa-se que o butanol apresenta uma cadeia carbônica não ramificada e o terc-butanol apresenta uma cadeia ramificada, consequentemente isso irá afetar a forma de interação entre a água e esses álcoois. O butanol apresenta uma cadeia não ramificada e, portanto, sua região apolar é consideravelmente grande. Dessa forma, a área de contato entre as moléculas de butanol é significativo o que favorece as interações entre suas moléculas e assim as interações destas moléculas com a água são menos intensas. Já o terc-butanol possui uma cadeia menor e ramificada, o que diminui a área de contato entre suas moléculas, favorecendo as interações entre estas moléculas e a água. Dessa maneira o terc-butanol e a água são miscíveis, pois suas moléculas conseguem estabelecer fortes interações intermoleculares. No caso dos demais tubos (02, 03, 05, 06 e 07), considerados imiscíveis, pois formaram uma mistura heterogênea, apresentado duas fases bem distintas (ANEXO C). Figura1. Moléculas de etanol e água interagem através de ligações de hidrogênio 10 Este fato se relaciona a suas polaridades serem diferentes. Não se aplicando a regra “semelhante dissolve semelhante”. Neste ponto é importante ressaltar a diferença nas densidades destas substâncias, pois a mais densa tende a ficar na parte inferior enquanto a menos densa na região superior, oque certamente ocorre na amostra de número (07) apresentando água e acetado de etila, onde a água por ser mais densa localiza-se na região inferior do tudo de ensaio e o acetado de etila por ser menos denso localiza-se o na região superior do tubo (ANEXO D). Na repetição com adição de (1mL+1mL+1mL) nos tubos (1-7) ,verificou-se que não houve diferenças tão significativas ,porém pode-se perceber que quanto mais se adicionava água ,ocorria diminuição mesmo que imperceptível da substância e aumento do volume aquoso ou seja uma pequena porção se solubilizou. 4.2. Determinação do percentual de etanol na gasolina No caso do etanol que é um composto orgânico especial no que diz respeito à solubilidade, pois ele é infinitamente solúvel em água, que é polar, mas também dissolve muito bem substancias apolar como a gasolina. A região apolar do etanol possui bastante afinidade com gasolina, tanto que a gasolina que é vendida aqui no Brasil possui etanol misturado em sua composição. Como a força do etanol em água são mais intensas, ao misturarmos a gasolina e a água, verificou-se que o etanol foi extraído da gasolina pela água. Incialmente o volume da gasolina inicial (V’) era de 7 mL e o volume inicial de água de 3 mL ,após a mistura verificou-se aumento no volume aquoso de 3 mL para 5,3 mL e diminuição do volume inicial da gasolina de 7mL para 4,7 mL (figura 3). 11 Figura 3. Miscibilidade do etanol e água e imiscibilidade da água com a gasolina Para obtenção da percentagem realizou-se os seguintes cálculos; como seguem a baixo e constatou-se que a gasolina utilizada neste experimento está fora dos padrões permitidos, com um percentual de 32,86% de etanol, quando que o permitido é de 25% para Gasolina Premium e 27% para gasolina comum. Conforme Portaria Nº 75, de 5 de março de 2015, do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) e Resolução Nº 1, de 4 de março de 2015, do Conselho Interministerial do Açúcar e do Álcool (CIMA).os cálculos seguem abaixo. Antes da mistura Depois da mistura V’ gasolina = 7 mL V’ gasolina = 4,7mL V’’ água= 3 mL V’’ água + etanol = 5,3mL 7 mL--------------------100% 2,3 mL etanol----------´P% P%= 32,86% de etanol na gasolina. 4,7 mL de gasolina 5,3 mLde água+etanol 12 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Através da realização deste experimento prático constatou-se, que são diversos os fatores que influenciam na solubilidade de um composto orgânico, principalmente apolaridade e as interações intermoleculares. Além de que substâncias com polaridades similares tende a se dissolver. Percebe-se então que apesar da alta capacidade que a água tem de dissolver outras substâncias devidas suas propriedades, nem sempre ela funciona como solvente. Viu-se pelos resultados, por exemplo, que o álcool e a água são miscíveis, isso é possível por que as moléculas tanto da água, como do etanol são polares e se atraem mutuamente devido a formação de pontes de hidrogênio. A como a região apolar do etanol possui afinidade com gasolina e a força do etanol em água é mais intensa ao misturarmos a gasolina e a água, verificou-se que o etanol foi extraído da gasolina pela água. Constatou-se que percentagem de etanol na presente na gasolina está acima do permitido por lei que de 25% a 27%. 13 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARVALHO, D. M. Avaliação da solubilidade da curcumina e caracterização de filme ativo incorporado com nanosuspensão de curcumina [manuscrito] / Deivis de Moraes Carvalho. - 2014. xv, 75 f. MARTINS, C.R.et al. Solubilidade das substâncias orgânicas .Quim. Nova, Vol. 36, No. 8, 1248-1255, 2013 RUSSEL, J. B. Química Geral, Vol. 1. 2ª edição, São Paulo; Makron Books, 1994. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5 ed. Mestre Jou, 1981. www.unifia.edu.br/revistaeletronica/revistas/gestaofoco/2015, acessado em 13/05/2017. 14 ANEXOS 15 ANEXO A. Miscibilidade das amostras 4,8,9 e 10. ANEXO B. Tubo (02) n-butanol imiscível em água e tubo (04) terc-butanol miscível em água. 16 ANEXO C.Amostras imiscíveis ,formando uma amostra heterogênea ,com duas fases bem visiveis. ANEXO D. Água e acetado de etila, por ser mais densa, a água localizam-se na região inferior do tudo de ensaio e o acetado de etila por ser menos denso localiza-se o na região superior do tubo.
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