Prática 2 - Determinação do Ponto de Ebulição

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA / CCEN / QUÍMICA ORGÂNICA I
PRÁTICA Nº 2
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE EBULIÇÃO
INTRODUÇÃO:
As moléculas de um líquido tendem a escapar da superfície, tornando-se gasosas, mesmo a temperaturas inferiores ao ponto de ebulição. Quando o líquido é colocado em um recipiente fechado, a pressão exercida pelas moléculas na fase gasosa sobe até atingir o equilíbrio, a uma determinada temperatura. Esta pressão de equilíbrio é conhecida como pressão de vapor e é uma constante característica do material para uma dada temperatura. 
Quando um líquido é aquecido, sua pressão de vapor aumenta até atingir o ponto onde se iguala à pressão externa. Quando atinge este ponto de equilíbrio o líquido entra em ebulição. Este fenômeno é importante como método de caracterizar uma amostra líquida (ponto de ebulição) e/ou como técnica de purificação de misturas (destilação).
Chama-se ponto de ebulição a temperatura na qual a pressão do vapor se iguala à pressão atmosférica. O ponto de ebulição é uma das propriedades físicas dos líquidos e é extremamente variável com a pressão atmosférica. Se a pressão aplicada abaixar, a pressão de vapor também abaixará e o líquido entrará em ebulição a uma temperatura mais baixa. O ponto de ebulição normal é a temperatura na qual um líquido entra em ebulição à pressão de 760 mmHg (1 atm). 
Atenção! Como Brasília está a cerca de 1000m de altitute, a pressão atmosférica é aproximadamente 675 mmHg, assim o ponto de ebulição observado é mais baixo que o observado ao nível do mar onde a pressão atmosférica é de 760 mmHg.
Além da pressão externa, o ponto de ebulição de um composto guarda estreita relação com a estrutura. Por exemplo, os pontos de ebulição de uma série homóloga de hidrocarbonetos elevam-se à medida que ascendem na série. O acréscimo dos pontos de ebulição é uniforme e devido ao aumento de forças de Van der Walls. A introdução de grupos polares na molécula promove associação intermolecular, com consequente elevação do ponto de ebulição. Este efeito é especialmente pronunciado nos álcoois e ácidos carboxílicos, devido à formação de pontes de hidrogênio.
Como no caso das relações de solubilidade, as ramificações da cadeia e a posição do grupo funcional influenciam o ponto de ebulição. O conhecimento dos pontos de ebulição de algumas substâncias simples é freqüentemente valioso para excluir alguns tipos de substâncias. As seguintes generalizações simplificadas têm utilidade: 
(1) Uma substância orgânica clorada que ferve abaixo de 132 0C deve ser alifática. Quando ferve acima de 132 0C pode ser alifática ou aromática. Esta regra é conseqüência de o ponto de ebulição do cloreto de arila mais simples, o clorobenzeno, ser 132 0C. 
(2) Analogamente, uma amostra orgânica com bromo que ferve abaixo de 157 0C, ou um iodocomposto que ferve abaixo de 188 0C, deve ser alifático. Os outros compostos de bromo ou de iodo podem ser alifáticos ou aromáticos.
PURIFICAÇÃO DE LÍQUIDOS ORGÂNICOS POR DESTILAÇÃO
A destilação é o principal método para remover um solvente, purificar um líquido ou para separar os componentes de uma mistura de líquidos com diferentes pontos de ebulição, ou ainda separar líquidos de sólidos.
Na destilação, a mistura a ser destilada é colocada no balão de destilação (balão de fundo redondo) e aquecida, fazendo com que o líquido de menor ponto de ebulição seja vaporizado e então condensado, retornando à líquido (chamado de destilado ou condensado) e coletado em um frasco separado.
Numa situação ideal, o componente de menor ponto de ebulição é coletado em um recipiente, e outros componentes de pontos de ebulição maiores permanecem no balão original de destilação como resíduo.
O ponto de ebulição de um líquido pode ser definido como a temperatura na qual sua pressão de vapor é igual a pressão externa, exercida em qualquer ponto, sobre sua superfície. O líquido entra em ebulição e “ferve”, ou seja, é vaporizado por bolhas formadas no seio do líquido.
Com líquidos de pontos de ebulição muito próximos, o destilado será uma mistura destes líquidos com composição e ponto de ebulição variáveis, contendo um excesso do componente mais volátil (menor ponto de ebulição) no final da separação.
Para evitar a ebulição tumultuosa de um líquido durante a destilação sob pressão atmosférica, adiciona-se alguns fragmentos de “porcelana porosa”. Estes liberam pequenas quantidades de ar e promovem uma ebulição mais regular.
Os tipos mais comuns de destilação são: destilação simples, fracionada, a vácuo e destilação a vapor.
Destilação simples
A destilação simples é uma técnica usada na separação de um líquido volátil de uma substância não volátil. Não é uma forma muito eficiente para separar líquidos com diferença de pontos de ebulição próximos. Consiste, basicamente, na vaporização de um líquido por aquecimento seguida da condensação do vapor formado. A Figura 1 mostra um esquema de um equipamento para destilação simples. Um termômetro é usado para se conhecer a temperatura do que está sendo destilado. O condensador consiste de um tubo, envolvido por uma capa de vidro oca contendo água fria. Para se evitar o aquecimento da água que envolve o tubo, esta é trocada continuamente, através de uma abertura ligada à torneira e outra ligada à pia.
Um detalhe a ser observado na condução do processo é a adequação da aparelhagem à quantidade de material a ser destilado! Um balão muito cheio pode resultar em arraste mecânico do líquido a destilar. Um balão excessivamente grande causa perdas decorrentes do grande volume vapor necessário para enche-lo!
Figura 1: Aparelhagem típica para a destilação simples.
Destilação fracionada
A destilação fracionada é usada para a separação de dois ou mais líquidos de diferentes pontos de ebulição. A Figura 2 mostra o esquema para uma destilação fracionada, o qual contém uma coluna de fracionamento, que consiste essencialmente de um longo tubo vertical através do qual o vapor sobe e é parcialmente condensado. O condensado escoa pela coluna e retorna ao balão. Dentro da coluna, o líquido, que volta, entra em contato direto com o vapor ascendente e ocorre um intercâmbio de calor, pelo qual o vapor é enriquecido com o componente mais volátil. Então, na prática, é comum empregar uma coluna de fracionamento para reduzir o número de destilações necessárias para uma separação razoavelmente completa dos dois líquidos. 
Uma coluna de fracionamento é projetada para fornecer uma série contínua de condensações parciais de vapor e vaporizações parciais do condensado e seu efeito é realmente similar a um certo número de destilações separadas.
Figura 2: Esquema de um equipamento para destilação fracionada.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
Determinar os pontos de ebulição das amostras desconhecidas, A, B, e C. 
O líquido a ser destilado é introduzido no balão através de um funil simples, de colo longo. É aconselhável que o volume do líquido não seja superior a 2/3 da capacidade do balão de destilação; com o fim de homogeneizar a ebulição, coloca-se pedrinhas de porcelana porosa, que irão fornecer ar, durante a fervura, desempenhando o papel de núcleo de ebulição. NOTA: se por esquecimento as pedrinhas de porcelana, não forem colocadas ao iniciar o aquecimento, não se pode fazê-lo enquanto o líquido estiver quente. É conveniente deixar o líquido esfriar um pouco para colocálas; depois de fechar completamente o balão, acender o bico de gás e controlar a chama de acordo, naturalmente, com o ponto de ebulição do produto a destilar; a ponta de gás deve ficar uns três cm abaixo da tela de amianto. Em lugar do bico de gás o mais aconselhável é o uso de uma manta aquecedora, que fornece um aquecimento mais uniforme ao balão de destilação.
4. PÓS-LABORATÓRIO:
1. Qual a vantagem do uso da pressão reduzida na destilação de determinados líquidos?
2. O que é uma mistura azeotrópica e por que seus componentesnão podem ser separados por destilação?
3. Qual dos compostos nos pares abaixo teria o ponto de ebulição maior? E por que?
a) (CH3)3CBr ou CH3(CH2)2CH3Br
b) CH3CH2CH2CH2OH ou (CH3)3COH
c) CH3CH2CH2NH2 ou (CH3)3N
d) CH3SCH3 ou CH3OCH3
e) CH3(CH2)7CH3 ou CH3(CH2)8CH3
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS:
1- Robert T. Morrison and Robert N. Boyb “ Química Organca “ Fundação
Calouste Gulbenzian – Lisboa, 12ª Ed. ( 1997 ).
2- Vogel I. Arthur – Química Orgânica; “Analise Orgânica”; Editora Ao Livro Técnico S.A. ( 1971 )