PRÁTICA 02- PURIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPOSTO INORGÂNICO SÓLIDO

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PRÁTICA 02- PURIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPOSTO INORGÂNICO SÓLIDO
Introdução
Na natureza encontramos diversos tipos de substancias na forma de cristais, desde simples grãos de areia ate os mais belos diamantes. A grande característica de um cristal é pureza da substancia que o compõe, no entanto não e possível encontrar um cristal que seja 100% puro, pois ainda que diminutas, sempre existe uma pequena porcentagem de impurezas. Em muitos processos industriais é necessária a utilização de substâncias com alto gral de pureza, o que requer uso de métodos especiais para separar misturas e técnicas de purificação desses compostos.
Separação de Misturas e Purificação
Se tivermos uma mistura contendo duas substâncias, e ambas estão presentes em quantidades apreciáveis, a operação para separar uma da outra chama-se Separação dos Componentes da Mistura.
Se tivermos uma substância em forma quase pura, mas com diminutas impurezas, o processo para remover as impurezas para obter a substância pura chama-se Purificação.
Quando temos duas ou mais substâncias dissolvidas e ambas em quantidades apreciáveis é possível forçar a cristalização de uma delas, deixando outra em solução. Esse processo chama-se Cristalização Seletiva, é uma técnica de separação de misturas. Há duas variáveis usadas para a cristalização: a temperatura e a quantidade de solvente.
Como a solubilidade da maioria das substâncias diminui com a diminuição da temperatura, se resfriamos uma solução obteremos um material cristalizado. [1]
Solubilidade
A solubilidade de um precipitado é, por definição, igual à concentração molar da solução saturada. A solubilidade depende de várias circunstâncias, tais como: temperatura, pressão, concentração de outros materiais e da composição do solvente. [2]
A variação da solubilidade com a pressão tem, na prática, uma importância reduzida em análise qualitativa inorgânica. De maior importância é a variação da solubilidade de acordo com a temperatura. De modo geral, pode-se dizer que a solubilidade do sólido aumenta com o aumento da temperatura, a não ser em casos especiais onde ocorre o oposto (como o Sulfato de Cálcio). A taxa de solubilidade com a temperatura é variável, desprezível em alguns casos e considerável em outros. A variação da solubilidade com a temperatura pode, em alguns casos, servir como base de separação. A separação pode ser realizada pela precipitação de uma substância, seguindo-se do tratamento da mistura com água quente passando por filtração. [2]
A variação da solubilidade com a composição do solvente apresenta importância na análise química inorgânica qualitativa. Embora a maioria dos ensaios seja conduzida em meios aquosos, em alguns casos é preferível usar outros solventes (como álcool, éter, etc.). A separação dos metais alcalinos, por exemplo, pode ser realizada por extração seletiva de seus sais com vários solventes. Em outros casos, o reagente usado no ensaio é dissolvido em um solvente não aquoso e a adição do reagente à solução muda a composição do meio. [2]
A solubilidade depende também da natureza e concentração das outras substâncias, principalmente de íons, na mistura. Há uma diferença acentuada entre o efeito dos denominados íons comuns e o de íons estranhos. Íon comum é aquele que também participa da constituição do precipitado. No caso do cloreto de prata, por exemplo, tanto os íons prata quanto os íons cloreto são íons comuns, qualquer íon diferente seria estranho. De modo geral, pode-se dizer que a solubilidade de um sólido diminui se um dos íons comuns estiver em excesso. Na presença de um íon estranho, aumenta a solubilidade, mas esse aumento é geralmente muito pequeno. [3]
A solubilidade de uma substância em um determinado solvente é uma grandeza constante característica de cada substância e pode, então, ser utilizada como critério de pureza. [1]
Curvas de Solubilidade
Como já mencionado, a solubilidade de uma substância em determinado solvente sofre, usualmente, variação com a temperatura. Muitos dados sobre solubilidade a várias temperaturas estão disponíveis na literatura para as substâncias mais comuns. Na Tabela 1, são mostrados alguns exemplos:
	Temperatura °C
	NaCl
	KNO3
	KCl
	NaNO3
	CuSO4
	0
	35,7
	19,0
	22,0
	42,2
	12,9
	20
	36,0
	31,8
	25,5
	46,8
	-
	40
	36,6
	64,1
	28,7
	51,2
	22,8
	60
	37,3
	111,0
	31,3
	55,5
	28,1
	80
	38,4
	169,0
	33,8
	59,7
	34,9
	100
	39,8
	246,0
	36,0
	63,5
	42,4
Tabela 1. Solubilidade dos sais em função da temperatura. [1]
Curvas de solubilidade são gráficos que apresentam variação dos coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura. Para qualquer ponto em cima da curva de solubilidade, a solução é saturada. Para qualquer ponto acima da curva de solubilidade, a solução é supersaturada. Para qualquer ponto abaixo da curva de solubilidade, a solução é insaturada. Através do gráfico também é possível observar que a solubilidade aumenta com o aumento da temperatura. Em geral, isso ocorre porque quando o soluto se dissolve com absorção de calor (dissolução endotérmica). As substâncias que se dissolvem com liberação de calor (dissolução exotérmica) tendem a serem menos solúveis a quente. As curvas de solubilidade apresentam extrema importância nos estudo de soluções de sólidos em líquidos. [4]
Gráfico 1. Curvas de Solubilidade de alguns sais mais comuns. [4]
Cristalização
O processo de cristalização é fácil de ser executado e ocorre razoavelmente rápido. Ás vezes, porém, principalmente com o resfriamento lento e sem agitação forma-se uma solução supersaturada, que possui concentração maior que a saturada (na temperatura em questão), resultando em demora para iniciar o processo de cristalização. [1] A agitação, o atrito com o bastão de vidro nas paredes do recipiente e a inoculação de um cristal na solução, ajudam a iniciar a cristalização. A taxa de crescimento dos cristais influencia o tamanho dos cristais formados no decorrer da cristalização. Se a velocidade for alta, os cristais formados serão grandes. A taxa de crescimento dos cristais depende também do grau de supersaturação da solução, é necessário criar condições para que a supersaturação seja moderada. [2] Nos cristais, as moléculas formam padrões tridimensionais que se repetem ao longo da estrutura, eles têm uma forma geométrica ordenada. Diferentemente dos sólidos amorfos que não são cristalinos e não mantêm uma organização em sua estrutura. [5]
1.4 Recristalização
A Recristalização é um método de purificação aplicada quando uma das substâncias está presente em quantidade muito maior que as outras. Nesse caso, geralmente ao abaixar a temperatura de uma solução saturada, cristaliza-se apenas a substância que está em maior quantidade. A outra substância, presente em menor quantidade, não saturará a solução, mesmo que ela seja consideravelmente menos solúvel que a principal. [1] A recristalização é um processo diferente da precipitação, é um processo mais lento de reestruturação de uma rede cristalina quase livre de impurezas e extremamente seletiva.
Operações necessárias para fazer uma recristalização: [1]
Dissolução de um sólido em um solvente.
Filtração da solução quente para reter as impurezas insolúveis.
Resfriamento da solução para que ocorra a cristalização da substância.
Filtração a vácuo para separar o sólido cristalizado da solução mãe.
Lavagem do sólido.
Secagem do sólido.
As características de um solvente para a Recristalização: [6]
Alto poder de dissolução para a substância a ser purificada à temperaturas elevadas e um pode baixo de dissolução à temperatura ambiente ou abaixo dela, permitindo que o soluto se cristalize com resfriamento.
Deve dissolver as impurezas completamente o que impede a cristalização delas. Ou de modo que possam ser separadas por filtração.
Deve ser de fácil remoção dos cristais do composto purificado.
Os compostos inorgânicos, em geral iônicos são bastante solúveis em água. E nem sempre a solubilidade de um composto inorgânicovaria com a temperatura. Nesses casos, a cristalização desses compostos precisa ser forçada a acontecer, pois não ocorre significativamente com a diminuição da temperatura. 
A cristalização pode ser forçada de dois modos: a evaporação parcial da água ou a adição de solvente orgânico. A adição de um solvente orgânico à solução aquosa do composto inorgânico faz com que maior quantidade dele se cristaliza, pois diminui a solubilidade. Essa diminuição de solubilidade decorre do abaixamento da constante dielétrica do solvente da solução causada pela adição do solvente orgânico, quais como o álcool etílico, têm constante dielétrica menor que da água. O valor da constante dielétrica indica a maior ou menor capacidade da substância de atenuar a interação entre cargas elétricas. Ao adicionar-se o solvente orgânico as cargas passam a interagir mais fortemente, sendo que uma parte deles acabará se unindo, formando cristais que se precipitam. Desse modo a solubilidade diminui e consegue se obter uma maior quantidade do composto inorgânico cristalizado, aumento consequentemente o rendimento do processo de recristalização. [6]
Técnicas Experimentais
1.5.1 Filtração
Existem muitos métodos de separação de misturas como a filtração, destilação, centrifugação, decantação, entre outros. A filtração é um método muito eficiente para separar soluções líquido + sólido, no entanto quando se trata de misturas líquido + líquido ela se torna ineficaz [1]. A água do mar, por exemplo, possui diversos tipos sais solubilizados tais como de cloretos, sulfatos, carbonatos, entre outros que precisam ser separados para obter o cloreto de sódio que é usado como sal de cozinha. 
A filtração consiste em fazer a mistura atravessar um elemento filtrante, como o papel filtro, que contém orifícios muito pequenos: o líquido passa pelos orifícios enquanto o sólido fica retido. O meio filtrante deve ser escolhido considerando-se muitos aspectos como: resistência química (não se pode filtrar uma alta concentração de ácido sulfúrico em papel, pois ele seria destruído pelo ácido) e o tamanho dos orifícios (considerando o tamanho do sólido a ser filtrado). Para forçar essa filtração faz-se uso da força da gravidade ou da pressão atmosférica. [1]
A filtração por gravidade realiza-se utilizando um funil e papel filtro adaptados a um recipiente, e derrama-se a mistura no interior desse recipiente, separando o líquido do sólido. É possível fazer dobras mais elaboradas com o papel filtro, que resultam em filtrações mais rápidas. [1]
A filtração por gravidade não faz uma separação muito eficiente, deixando uma grande quantidade de líquido molhando o sódio. A filtração que utiliza pressão atmosférica para forçar a passagem do líquido pelo meio filtrante chama-se Filtração a Vácuo ou Filtração a Pressão Reduzida. A grande vantagem dessa filtração é que ela produz uma separação muito mais eficiente, deixando o sólido bem mais seco. Para essa filtração utiliza-se um Funil de Buchner, que é acoplado a um frasco de Kitassato com uma peça de borracha e uma trompa de vácuo, criando uma diferença de pressão interna e externa força o líquido a passar através do papel. [1]
Ás vezes é necessário filtrar uma solução quando ela ainda está quente. Não podendo deixá-la esfriar, pois pode ocorrer a cristalização do composto que se quer obter e ele ficará retido no papel filtro. Pode ser feita tanto a filtração simples quanto a vácuo, desde que o papel filtro e funil estejam aquecidos. [1]
A filtração a quente é comumente utilizada como parte da recristalização, para separar impurezas insolúveis, antes que o material desejado cristalize. Por mais cuidado que se tome, a filtração acarretará em alguma perda de material. [1]
1.5.2 Lavar o Sólido
Com a finalidade de remover mais solução original possível que está molhando o sólido, lava-se o sólido com um líquido apropriado (água, água gelada, álcool, ou outro solvente). [1]
1.5.3 Secar o sólido
Após filtrar e lavar os cristais, é necessário fazer a secagem do solvente que ainda está molhando o sólido. Essa operação é chamada de secagem, e pode ser feita a quente (em uma estufa), ao ar ou em um dessecador. [1]
Caracterização dos compostos inorgânicos
Análise qualitativa de amostras dissolvidas para identificação da composição do composto a ser analisado. Em soluções aquosas onde existem íons discriminados, vários testes e ensaios podem ser realizados pra identificação de cátions e ânions presentes no composto. Ensaios para identificação de ânions como cloreto e sulfato, são realizados com teste via úmida. Em tais testes, várias observações devem ser feitas na solução como: cor, odor, liberação de gás, precipitado e qualquer propriedade física especial. Já na identificação de cátions como potássio e cobre II, realizam-se testes via seca como o teste de chama, onde se deve observar a coloração da chama que é característica a cada cátion. [2]
Objetivos
Parte Experimental
3.1 Materiais 
Béquer de 100 mL
Funil de Buchner
Papel Filtro
Bastão de Vidro
Vidro de Relógio
Tripé
Tela de Amianto
Pipetas de 10 e 5 mL
Termômetro
Funil de Colo Curto
Erlenmeyer 
Bico de Bunsen
Tubo de Ensaio
3.2 Reagentes
Água Destilada 
Álcool Etílico
Cloreto de Cobre penta hidratado- CuSO4.5H2O
Cloreto de Potássio- KCl
Cloreto de Bário- BaCl2
Nitrato de Prata- AgNO3
Material insolúvel- Giz
Ácido Clorídrico- HCl 
6 mol. L-1
Hidróxido de Sódio- NaOH 
mol. L-1
3.3 Procedimento Experimental 
Primeiramente adicionou-se 5,0 g de CuSo4.5H2O em um béquer de 100 mL. Este foi impurificado com 1, 0 g de KCl e 1, 0 g de giz, um material insolúvel em água. 
Calculou-se a partir dos dados da tabela de solubilidade (Tabela 1), a quantidade mínima de água necessária para dissolver toda massa de CuSo4.5H2O, a 80°C.
Após obter-se a quantidade de água em mL necessária, adicionou-se 3 mL em excesso para compensar as perdas. Em seguida, cobriu-se o béquer com um vidro de relógio e levou-se ao bico de Bunsen para aquecer a solução a 80°C. Acompanhou-se todo aquecimento com um termômetro.
Em outro béquer, aqueceu-se uma quantidade de água destilada para filtração a quente, para qual utilizou-se um erlenmeyer, funil de colo curto e papel filtro qualitativo pregueado.
Depois que todo o CuSo4.5H2O foi dissolvido, lavou-se o funil e o papel com a água quente e descartou-se a água ao final da lavagem. Em seguida realizou-se filtração a quente da solução de CuSo4.5H2O impuro.
Deixou-se o filtrado esfriar próximo a temperatura ambiente, em seguida colocou-se em banho de gelo. Durante o banho de gelo adicionou-se álcool etílico e alguns cristais do sal puro para acelerar a cristalização do CuSo4.5H2O. 
Decantou-se a primeira solução mãe e realizou-se filtração a pressão reduzida, com papel filtro previamente pesado, a fim de separar o cristalizado. Usou-se um bastão de vidro para facilitar a transferência do sólido do béquer para o funil de Buchner.
Ainda no Buchner, lavou-se o sólido com água gelada com auxílio de um conta gotas. Em seguida, passou-se aproximadamente 3 mL de álcool etílico resfriado, deixou-se secar por alguns minutos no próprio funil de Buchner.
Deixou-se secar o sólido na estufa, e levou-se a solução restante para a capela. 
Depois de seco, pesou-se o sólido e calculou-se o rendimento da cristalização.
Caracterização
Pegou-se uma pequena quantidade do sólido purificado e colocou-se em um tubo de ensaio, adicionou-se 3 mL de água. Dividiu-se a solução em 4 tubos de ensaio para realização dos testes abaixo:
Teste para íon potássio K+
No primeiro tubo, adicionou-se 3 gotas de HCl 6 mol. L-1. Mergulhou-se nesta solução uma haste de níquel cromo, já limpa, e realizou-se teste de chama para identificação do cátion. 
Teste para o íon Cobre Cu2+
No segundo tubo adicionou-se gotas de solução de NaOH 2mol. L-1, observou-se e anotou-se a reação envolvida.
Teste para o íon Sulfato SO42-
No terceiro tubo adicionou-se gota a gota uma solução de BaCl2. Anotou-se o observado e reação envolvida.Teste para o íon Cloreto Cl-
No quarto tubo adicionou-se solução de AgNO3. Anotou-se o que foi observado e reação envolvida.
Resultados e Discussão
4.1 Purificação e Cristalização
A amostra utilizada contém 5,0 g de CuSO4.5H2O a qual foi adicionada 2,0 g de impureza, sendo 1,0 g de KCl e 1,0 g de material insolúvel o Giz. Supondo que a amostra contém 10% de impureza calculou-se a quantidade mínima de água necessária para dissolver todo o sal a 80°C: 
100 mL H2O ---- 34,9 g CuSO4
X H2O ---- 5,0 g CuSO4
X= 14,3 mL de H2O
Adicionou-se 3 mL de água em excesso no béquer para compensar as perdas causadas pela evaporação ao elevar a temperatura da solução, por tanto temos 17,3 mL de água.
Antes de aquecer a solução, observamos a solubilidade dos sais presentes na mesma:
	
	Temperatura (°C)
	Sal
	0
	20
	40
	60
	80
	100
	KCl
	22,2
	25,5
	28,7
	31,3
	33,8
	36,0
	CuSO4
	12,9
	
	22,8
	28,1
	34,9
	42,4
Tabela 1. Solubilidade do KCl e CuSO4 a diferentes temperaturas. 
Analisando a Tabela 1 acima, nota-se que a solubilidade do CuSO4 a 80°C difere pouco da solubilidade do KCl nas mesmas condições. Por tanto pode ocorrer a dissolução da impureza solúvel nesse processo. 
Para eliminar a impureza insolúvel, realizou-se filtração a quente utilizando papel filtro qualitativo pregueado. A filtração a quente é uma filtração rápida e mais eficaz, pois diminui a viscosidade da solução. Utilizou-se o papel filtro qualitativo pregueado por ser extremamente puro e para diminuir a superfície de contato com o vidro do funil para não resfriar. Após a filtração, todo o material insolúvel permaneceu no papel filtro. 
Deixou-se a solução filtrada esfriar a temperatura ambiente e logo após levou-se a banho de gelo para a cristalização do CuSO4.5H2O. Devido à tendência a formar solução supersaturada, adicionou-se à solução alguns cristais do CuSO4 que serviram de ponto de apoio para a formação dos cristais do soluto. Adicionou-se também álcool etílico á solução a fim de retirar calor e diminuir rapidamente a temperatura da solução e também evitar a super saturação.Assim que a solução entrou em equilíbrio térmico com o gelo 0°C, houve a recristalização do CuSO4.5H2O.
 Observando novamente a Tabela 1 e vendo a solubilidade dos sais a 0°C, nota-se que o KCl é mais solubilizado em tal condição e o CuSO4.5H2O tende a precipitar.
O próximo passo foi realizar a Filtração a pressão reduzida, a fim de separar o sal purificado do restante da solução. O vácuo por forçar a passagem do solvente rapidamente impede a passagem do soluto, retendo apenas o sólido purificado no papel filtro. Antes da filtração pesou-se o papel filtro.
Massa do papel filtro = 0, 562 g 
Ainda no Funil de Buchner, lavou-se o sólido com água gelada a fim de livrar o precipitado das substâncias presentes na pequena porção de solução retidas nele. Usou- se água gelada para diminuir as perdas durante a lavagem.
Após a secagem do papel filtro contendo o precipitado pesou-se e calculou-se o rendimento da cristalização.
Massa do precipitado = 3, 867 g 
Diminuindo a massa do papel filtro temos:
Massa final = 3, 305 g 
Cálculo do rendimento: 
Para o cálculo do rendimento da cristalização, usamos a massa inicial do sal 5,0 g e a massa obtida ao final do processo de purificação.
5,0 g CuSO4.5H2O --- 100%
3, 305 gCuSO4.5H2O --- X
X = 66,1 %
O rendimento da cristalização foi de 66, 1%.
Não é possível recuperar 100% da substância que se quer purificar, pois sempre há perdas durante o processo envolvido na purificação. O rendimento na obtenção da substância pura depende dos coeficientes de solubilidade dos componentes da mistura, da quantidade de cada um e da habilidade do operador.
Cálculo da impureza total:
Para o cálculo da impureza total usamos a massa total da amostra inicial 7, 0 g e a massa de impureza contida nela 2, 0 g: 
7, 0 g amostra total --- 100%
2, 0 g impureza --- x
X = 28,5 % 
A impureza total é de 28,5% na amostra.
Cálculo do KCl:
Para o cálculo do KCl utilizamos a massa adicionada a amostra inicial 1, 0 g e diminuímos a massa do inicial do sal pela massa final obtida experimentalmente 3, 305 g: 
Massa inicial – Massa final
5, 0 g – 3, 305 g = 1, 695 g
Assim temos: 
1, 0 g KCl inicial --- 14, 28 %
1, 695 g --- x 
X= 24,2 % de KCl 
4.2 Caracterização
No processo de caracterização, identificaram-se as espécies interessadas através de reações químicas e processos físicos característicos de análises qualitativas. Realizou-se a identificação de cátions e ânions envolvendo a formação de um produto perceptível aos sentidos como formação de precipitado, liberação de gás, mudança de cor, entre outros. Para metais alcalinos como o Potássio, que formam compostos muito solúveis, realiza-se testes por via seca como o teste de chama.
4.2.1 Teste para o íon Potássio (K+) 
Realizou-se o teste de chama que acusou a presença do cátion K+.
4.2.2 Teste para o íon Cobre (Cu2+)
Teste via úmida:
Ao adicionar a base NaOH 2 mol . L-1, observou-se a seguinte reação:
	
Cu2+ (aq) + 2OH- (aq) Cu(OH)2 (s)
Houve a formação de um precipitado azul, Cu(OH)2. Todo metal de transição precipita ao adicionar íons OH-. 
Por tanto, o teste acusou a presença do íon Cobre (Cu2+). 
Teste via seca:
Acusou a presença do cátion Cu2+, através da mudança na coloração da chama Verde azulada.
4.2.3 Teste para o íon Sulfato (SO42-)
Realizou-se o teste via úmida adicionando BaCl2, observou-se a seguinte reação:
Ba2+ (aq) + SO42- (aq) BaSO4 (s)
Houve a formação de um precipitado branco BaSO4. Acusando assim a presença do ânion sulfato SO42-.
4.2.4 Teste para o íon Cloreto (Cl-)
Realizou-se um teste via úmida adicionando AgNO3, observou-se a seguinte reação:
Cl- (aq) + Ag+ (aq) AgCl (s)
Houve a formação de um precipitado branco AgCl, acusando então a presença do ânion cloreto.
Conclusão
Questões
Quais são os cuidados a serem tomados na purificação de um sal?
Dissertar sobre a regra “semelhante dissolve semelhante”.
Quais são as etapas de purificação de uma amostra?
Quais seriam as causas do baixo rendimento da precipitação do sal?
Referências Bibliográficas
[1] CONSTANTINO, M., G. Fundamentos de Química Experimental. São Paulo: Editora USP, 2004. Pág 107 a 127 
[2] VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5.ed.rev. São Paulo: Editora Mestre Jou, 1981. Pág 81 a 86
[3] RUSSELL, J, B. Química Geral. Vol2. 2. Ed. São Paulo: Makron Books do Brasil, 1994. Pág 182 a 187 
 [4] Curvas de Solubilidade. Disponível em: < http:// Web. unifoa.edu. br/portal/plano_aula/.../Soluções%20_%20Adriana.ppt> Acesso em 10 de abril de 2015 Às 14 horas e 03 minutos.
 [5] BROWN, T. L.; LEWAY, H. E; BURSTEIN, B. E. Química: a ciência central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. Pág
[6] ROSSO, N., D.; CARUBELLI, C., R. Roteiros de Aulas Práticas Química Inorgânica Experimental. Projeto de Ensino de Química 1996-2000. Pág 7 e 8