EXTRAÇÃO ÁCIDO BASE -extração do β-naftol, Antraceno, Anilina e Ácido benzoico, a partir dos solventes: Hidróxido de sódio 1N; Bicarbonato de sódio 5%; Ácido clorídrico 1N; Ácido clorídrico concentrad

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DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Moisés Machado de Oliveira
Márcio José Travain 
André Muniz
EXTRAÇÃO ÁCIDO - BASE
Relatório de Química Orgânica Experimental apresentado ao IFPR – Instituto federal do Paraná - como requisito parcial para obtenção de conceito bimestral 
 Prof.ª Dr.ª Vanessa Guimarães Alves Olher
PARANAVAÍ
2017
1 Introdução 
Definições de Ácidos e Bases
De acordo com Arrhenius, ácido é uma substância que em solução aquosa ioniza-se, liberando um cátion H+. Base é uma substância que em solução aquosa dissocia-se, produzindo ânions OH-. Uma reação entre um ácido e uma base, produz sal e água, portanto sal é uma substância que em solução aquosa libera íons diferentes de H+ e OH-. 1
Já para Brönsted e Lowry e sua teoria protônica, toda substância capaz de ceder um próton é um ácido, e toda substância capaz de receber um próton é uma base, seja um íon, ou uma molécula. 2
A teoria mais abrangente é a de Lewis, na qual um ácido é uma espécie capaz de receber pares de elétrons e uma base é uma espécie capaz de doar pares de elétrons, sempre buscando formar ligações químicas. Reações entre ácidos e bases de Lewis sempre originam ligações covalentes. 3
 EXTRAÇÃO ÁCIDO-BASE
Pensando em processos industriais, podemos definir Extração como uma operação unitária integrada no conjunto das operações baseadas em transferência de massa. O mecanismo da extração baseia-se no equilíbrio líquido/líquido, por isso muitas vezes também é denominado Extração Líquido/Líquido (ELL) ou Extração por Solvente. Quando há sólidos na mistura a ser separada, denomina-se Lixiviação. A remoção do componente da mistura que se pretende separar (soluto) é induzida pela adição de um novo composto ao sistema (solvente), o qual tem mais afinidade com o soluto do que com o diluente que estava inicialmente (corrente de alimentação). Porém, o solvente adicionado deve ser o mais imiscível possível com o diluente da alimentação, pois é esta diferença de solubilidade que permite a separação, ou seja, que o soluto seja retirado da alimentação. Quanto maior a diferença de solubilidades mais eficiente é a separação. 4
Geralmente, a extração não é uma operação de primeira linha, sendo preferível a destilação. Mas quando não é viável, como por exemplo, o caso de misturas azeotrópicas, emprega-se a extração. De fato, a extração por si só, não resolve o problema da separação em sua totalidade, porque é necessário separar o soluto do novo solvente, o que se faz, normalmente, por destilação. Entretanto, há muitas situações nas quais empregando ambas as operações, extração + destilação, é mais econômico do que apenas a destilação da mistura inicial. Pode-se citar como aplicação, a recuperação do ácido acético de efluentes aquosos, a remoção do fenol na produção de policarbonato, produção de essências para a fabricação de perfumes ou aditivos alimentares, entre outros. 5
O procedimento mais comum que se utiliza para fazer uma Extração Ácido-Base baseia-se em extrações por solvente sequenciais, buscando purificar ácidos e bases presentes na solução problema. Outra aplicação da Extração Ácido-Base é a separação de ácidos muito fracos de ácidos muito fortes, ou de bases muito fracas de bases muito fortes, sabendo que deve haver uma grande diferença entre suas constantes (pKa e pKb). 6 
Uma solução em determinado solvente orgânico da qual se deseja extrair um composto ácido da mistura, essa separação pode ser feita adicionando-se uma base solubilizada em um solvente imiscível àquele da solução problema. Então, o novo solvente reagirá com o composto ácido formando um sal solúvel em um dos solventes. Com uma solução heterogênea em mãos, é fácil separar as fases e sintetizar o composto ácido extraído novamente. 7
 IMportância da Solubilidade e ph na extração 
A solubilidade de compostos orgânicos é de grande importância para a identificação de compostos, pois testes de solubilidade podem mostrar se há presença ou ausência de grupos funcionais, além do grau de reatividade. É possível, em uma primeira análise, determinar se a substância é ácida, básica ou neutra. Há uma divisão em duas categorias principais: a solubilidade decorrente da miscibilidade, que determina os solventes apropriados para recristalização, análises espectrais e reações químicas. E a solubilidade resultante de uma reação química (força motriz), utilizada para identificar os grupos funcionais. 8
Resumindo, compostos com grupos polares e de baixa massa molecular terão solubilidade em água, já a presença de grupos ácidos, resulta na solubilização em meio básico, pois resulta na formação de um sal. Por outro lado, os compostos com grupos básicos reagem em meio ácido, e também geram um sal. Por exemplo, sabendo que os hidrocarbonetos são insolúveis em água, o fato de o éter etílico ser parcialmente solúvel em água mostra a existência de um grupo funcional polar. O ácido benzoico é insolúvel em água, porém o hidróxido de sódio diluído produz o seu sal, que é solúvel. Então, a solubilidade de um composto insolúvel em água, mas solúvel em NaOH diluído é uma indicação sobre a presença de um grupo funcional ácido. 8
A solubilização de um composto requer o rompimento das interações intermoleculares presentes no soluto e no solvente, para que haja formação de novas interações soluto-solvente, sempre buscando uma menor energia do sistema (-𝞓G) e um aumento da entropia. 
Para os compostos moleculares, a dissolução depende das forças das interações intermoleculares. As substâncias apolares apresentam dipolo induzido (interações eletrostáticas fracas) costumam se dissolver entre si em qualquer proporção, pois estas forças fazem com que as moléculas se atraiam entre si. Assim, há uma pequena variação na energia de atrações, que é a energia que controla o processo de dissolução. Já os compostos moleculares que apresentam ligações de hidrogênio, (interações eletrostáticas fortes), necessitam bastante energia para "quebrarem" suas ligações, e devido a isso, substâncias apolares conectadas por dipolo induzido não são capazes de dissolver substâncias com ligações de hidrogênio, pois a energia liberada quando as moléculas de uma e de outra substância se atraem não é suficiente para romper estas ligações. 9
Quando se trata de compostos iônicos, o processo de dissolução ocorre pela variação de entalpia. Para que o composto seja solúvel, a entalpia de atração entre os íons no sólido tem que ser comparável à entalpia das atrações entre as moléculas do solvente e os íons na solução. A água é o solvente mais usado para dissolver compostos iônicos, e por isso é conhecida como "solvente universal". Em solução, as moléculas polares da água são atraídas pelas cargas dos íons, os cátions atraem a extremidade negativa do dipolo (σ -) das moléculas da água, enquanto que as extremidades positivas (σ +) são atraídas pelos ânions. Este processo pelo qual os íons são rodeados de moléculas de solvente é chamado de solvatação, e no caso especial da água, denomina-se hidratação. 10
2 OBJETIVOS 
2.1 OBJETIVO GERAL
Realizar a técnica de extração ácido-base como processo de isolamento de compostos orgânicos. 
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Para tanto, será realizada a extração do β-naftol, Antraceno, Anilina e Ácido benzoico, a partir dos solventes: Hidróxido de sódio 1N; Bicarbonato de sódio 5%; Ácido clorídrico 1N; Ácido clorídrico concentrado; Sulfato de sódio ou Cloreto de cálcio anidro.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 EQUIPAMENTOS, UTENSÍLIOS E MATERIAIS
 TABELA II: Materiais utilizados no experimento 
	
MATERIAL
	
QUANTIDADE (unid.)
	Tubos de ensaio
	5
	Pipeta graduada 5 mL 
	1
	Pipeta graduada 1 mL 
	1
3.2 REAGENTES 
TABELA III: Reagentes utilizados no experimento 
	
REAGENTEPROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DOS REAGENTES
	
FÓRMULA
	
β-naftol
(A)
	
Outros nomes	: 2-hidroxinaftaleno; 2-naftalenol; naftaleno-2-ol, 144,17 g/mol, 1,22 g/cm³, pf 123 °C, pe 286 °C, sólido cristalino incolor, solubilidade água 0,74 g/L, , nocivo por inalação e ingestão. Muito tóxico para os organismos aquáticos, pKa 9,51.
	
C10H7OH
	
Antraceno (B)
	
Outros nomes: Paranaftalina, 178.23 g/mol, 1,25 g/cm³, pf 217°c, pe 340°C, aparência verde claro, insolúvel em água, solúvel em benzeno em ebulição, pouco solúvel em etanol, clorofórmio, éter dietílico e benzeno frio, pressão de vapor 8 mPa (25 °C), oxidado produz antraquinona, produto básico para muitos. Corantes (como a alizarina), inseticidas, conservantes.
	
C14H10
	
Anilina
(C)
	
Outros nomes: Fenilamina, Aminobenzeno, 93.126 g/mol, líquido incolor, 1.0217 g/cm3, pf −6.3 °C, pe 184.13 °C, solubilidade em água 36 g/l a 20°C, pKb 9.40, tóxico, carcinogênico, mutagênico. Cat. 3, perigoso para o ambiente.
	C6H7N
	
Ácido benzoico (D)
	
Outros nomes: ácido benzeno-carboxílico, Carboxibenzeno, ácido dracílico, 122.12 g/mol, 1,27 g/cm3, pf 122,1°C, pe 250°C, solúvel (água quente) 3.4 g/l (25 °C), solubilidade em metanol, éter dietílico, pKa 4,21, estrutura cristalina. 
	C6H5COOH
	
Bicarbonato de sódio 5%
	
Outros nomes: Hidrogenocarbonato de sódio, 84.007 g/mol, 2.159 g/cm3, sólido branco cristalino, pf 50°C, solubilidade em água	78g/L água (18°C), estrutura cristalina.	
	
NaHCO3
	
Hidróxido de sódio
1N 
	
Outros nomes: soda cáustica (comercial), sólido branco, 
39.9971 g/mol, 2,13 g/cm3, higroscópico, pf 322°C, pe 1388°C, solubilidade em água	1090 g/l a 20°C, em etanol 139 g/l, em metanol 238 g/L, solúvel em glicerol, altamente corrosivo.
	
NaOH
	
Ácido clorídrico 1N 
e 
HCl Concentrado
	
Outros nomes: cloreto de hidrogênio (gás incolor), ácido clorídrico (conc. 37 %m/v, incolor), ácido muriático (impuro, amarelado), 36.46 g/mol, 1.18 g/cm3 (variável, valor para concentração 36-38% p/p), pf –27.32 °C pe 48 °C , solubilidade em água 720 g/L (20 °C), solúvel em éter dietílico, etanol, metanol, (20°C), pKa –7,0, 
	
HCl
	
Sulfato de sódio
 
	
Outros nomes: Thenardita (mineral), sal de Glauber, sal mirabilis ou Mirabilita (decahidrato), 142.04 g/mol (anidro), 2.68 g/cm³ (anidro), sólido cristalino branco, higroscópico, pf 884°C, solubilidade em água 47,6 g/l (0°C), 427 g/l (100 °C), estrutura cristalina, ortorrômbico ou hexagonal.
	
Na2SO4
	
Cloreto de cálcio anidro
	
110,98 g/mol, pf 772 °C, pe 1.935 °C, 2,15 g/cm³, solúvel em água, ácido etanoico e acetona, acidez pKa 8-9. 
	
CaCl2
3.3 METODOLOGIA 
3.3.1 Procedimento:
Ao início do experimento transferiu-se 4mL da mistura A, B ,C, D ( solução em éter etílico ) para o tubo de ensaio nº 1. Em seguida adicionou-se ao mesmo tubo, 1 mL de solução de NaHCO3 e agitou-se. Prosseguindo com o auxilio de uma pipeta retirou-se o máximo possível do sobrenadante (fase orgânica), este liquido foi colocado em um novo tubo de ensaio denominado tubo nº 2, e o tubo nº 1 foi deixado reservado. 
Ao tubo 2 foram adicionadas três gotas de ácido clorídrico (HCl) concentrado e agitou-se, o solido precipitado foi levado para filtragem e deixado reservado em um vidro de relógio;
Retomando o tubo de nº 1, adicionou-se 1mL de hidróxido de sódio (NaOH) e agitou-se, o sobrenadante formado (fase orgânica) novamente foi separada em um novo tubo de ensaio denominado tubo nº 3, novamente o tubo 1 foi deixado reservado; 
Ao tubo 3 foram adicionadas três gotas de HCl e após e a agitou-se, o sólido formado foi filtrado reservado em um vidro de relógio. 
Novamente retorna-se ao tubo 1, adicionando a este 1 mL de solução de HCl 1 molar e agitou-se, o sobrenadante (fase orgânica) é transferido para um tubo denominado tubo nº 4;
Ao tubo 4 adicionou-se 1 mL de solução de NaOH e agitou-se, para fazer a separação das substancias formadas foram utilizadas reações ácido-base; 
Ao tubo de ensaio 1 foram colocados 4 mL de solução que depois foram acrescidos de 1 mL solução de NaHCO3 a 5%.
3.3.2 Fluxograma do experimento:
4 Resultados e Discussão
Tubo nº 1
Após transferir 4mL da mistura A, B ,C, D ( solução em éter etílico ) para o tubo de ensaio nº 1, e adicionar 1 mL de solução de NaHCO3 a 5 % e agitar observou-se o aparecimento de duas fases distintas sendo o sobrenadante, fase menos densa, a fase orgânica, e a fase mais densa que se posicionou abaixo a fase aquosa, processo denominado decantação.
O bicarbonato de sódio (NaHCO3) é uma base fraca que tem tendência a reagir com ácidos orgânicos. Esta reação forma o benzoato de sódio e ácido carbônico.
A reação com o ácido benzoico ocorre preferencialmente porque este é mais forte possuindo (PKa = 4,21) enquanto que o β-naftol possui (PKa = 9,51) e ainda possuindo uma base conjugada mais estável que se mantem por efeito de ressonância, os produtos derivados desta reação são solúveis em água, por esta razão ocorre a formação de duas fases. O sal de ácido carboxílico formado é estabilizado por hidratação, verificando que há solvatação através de interações íon-dipolo.
A fase aquosa foi transferida, mais densa que a solução de éter etílico, permaneceu no fundo do tubo de ensaio e foi transferida para o tubo de ensaio nº 2.
Tubo nº 2
Após adicionar três gotas de ácido clorídrico (HCl) concentrado ao tubo 2 observou-se o desprendimento de uma fumaça branca sutil e o aumento da temperatura do tubo (reação exotérmica), após a agitação observou-se a formação de um sólido branco em quantidade abundante, este sólido foi levado para filtragem e deixado reservado em um vidro de relógio.
Neste tubo ocorreu a reação entre o sal benzoato de sódio formado anteriormente e HCl formando ácido benzoico novamente e NaCl. O ácido benzoico é visível como um precipitado branco, um composto pouco solúvel em água devido as suas interações de Van der Waals e o efeito de ressonância do anel aromático.
Retomando o tubo de ensaio nº 1
Ao adicionar 1 ml de NaOH 1 N à solução remanescente no tubo nº 1, e agitar brevemente foi possível observar novamente a formação de duas fases distintas, a fase orgânica novamente foi separada em um novo tubo de ensaio denominado tubo 3 e o tubo 1 foi deixado reservado.
O NaOH é uma base forte que tem afinidade para reagir com o β-naftol que se comporta como um ácido de Brönsted e Lowry, sua reação forma o sal β-naftalato de sódio e água. 
Tubo nº 3
Ao adicionar 3 gotas de HCl ao tubo 3 e agitar observou-se a formação de um novo sólido que também foi levado a filtragem e posteriormente deixado reservado em um vidro de relógio. 
Ao termino da agitação o sólido obtido foi β-naftol na forma de precipitado branco e NaCl solvatado.
Retomando novamente o tubo de ensaio nº 1
Finalmente, ao adicionar 3 gotas de HCl concentrado (ácido de Brönsted e Lowry) que reage doando um próton (H+) para a base mais forte, a anilina (base de Brönsted e Lowry), que após receber o próton se tornou solúvel em água . Novamente, obteve-se um produto em fase aquosa no fundo, contendo cloridrato de anilina produzido, que foi transferido para o tubo 4. 
Após a agitação novamente, observou-se a formação de um produto em fase aquosa sendo que o mais denso destes dois se posicionou ao fundo do tubo de ensaio, identifica-se esta substancia como anilinio, que foi transferido para o tubo 4. 
Tubo nº 4
A solução com cloridrato de anilina reage com 1 ml de NaOH, reestruturando a anilina básica e formando água e NaCl. A reação ocorre entre o íon anilínio (um ácido de Lewis) e o hidróxido de sódio (uma base de Lewis), a anilina formada é uma fase “oleosa” (apolar) não se solubiliza em água por causa das suas interações de Van der Waals, ou seja, não há energia suficiente para romper as ligações de hidrogênio entre as moléculas de água altamente polarizadas.No final restou ao tubo1 a solução contém somente o Antraceno em éter etílico, devido ao Antraceno não reagir com NaOH. 
5 CONCLUSÃO
O presente experimento desenvolvido no laboratório do IFPR - Câmpus Paranavaí propiciou ao grupo não só o exercício da prática experimental, mas também uma fundamentação teórica abrangente sobre o método de extração ácido-base, interações intermoleculares, miscibilidade, e da solubilidade como força motriz.
O objetivo proposto no experimento foi alcançado para β-naftol, Anilina e Ácido benzoico, apenas o Antraceno não foi possível extrair devido à incompatibilidade com o solvente.
Conclui-se, portanto com o experimento realizado, que é possível separar substâncias miscíveis, pelo método de extração ácido-base a partir da ordem de afinidade das substancias e, este método é de grande validade e precisão podendo ser utilizado em extrações rápidas e de baixo custo.
6 REFERÊNCIAS bibliográficas
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http://brasilescola.uol.com.br/quimica/teorias-acidobase-arrheniusbronstedlowry-lewis.htm
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Goncalves, D., Wal, E. & Almeida, R. R. – Quimica Organica Experimental, ed. McGraw-Hill, 1998, pag 78
CONSTANTINO, M. G.; SILVA, G. V. J.; DONATE, P. M. Fundamentos de Química Experimental, 1. Ed. São Paulo: Universidade de São Paulo, 2004. Pág. 390
http://followscience.com/content/321210/apostila-quimica-analitica-quantitativa-e-qualitativa/
https://www.resumoescolar.com.br/quimica/solubilidade-dos-compostos-organicos/
http://web.ccead.puc/rio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL_interacoes_intermoleculares.pdf
ttps://www.resumoescolar.com.br/quimica/a-agua-como-solvente/
Material de química Orgânica da Instituto Federal do Paraná.
ATKINS, P.W., JONES, L. L. Princípios de Química. 3a Ed. São Paulo: Bookman, 2002.
SOLOMONS, T.W.G. Química Orgânica Vol. 1, 6a Ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996.
http://www.cempeqc.iq.unesp.br/Jose_Eduardo/Blog2013/Aula_22_03/Extra%C3%A7%C3%A3o%20com%20solventes%20BAC%202007.pdf