relatorio triplo

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Separação e Identificação de sólidos
Aluno: Luca Salles Fonseca Nesic de Freitas (DRE 116050569)
1–Introdução
A separação e consequente purificação de sólidos possui um leque de técnicas de importância ímpar tanto na indústria quanto no laboratório. Uma das práticas químicas primordiais era justamente a obtenção de extratos e estudo das propriedades químicas de sólidos com o fim de explorá-las para purificá-los..
1.1. Extração Ácido-Base
A extração ácido-base é uma técnica que explora a diferença de potencial de ionização (pKa ou pKah) entre dois compostos, insolúveis em solução aquosa a ph neutro. A uma determinada faixa de ph, um dos compostos se ioniza (o que o torna solúvel em água) e passa para a fase aquosa enquanto o outro composto permanece em seu estado original (insolúvel em água) e se mantém na fase orgânica. Todo esse processo é realizado num funil de separação para que estas duas fases, orgânica e aquosa, imiscíveis, possam ser então facilmente separadas.
 1.2. Recristalização e Purificação
A recristalização é uma técnica utilizada para purificar sólido explorando a diferença de solubilidade de um determinado composto em um solvente a duas temperaturas diferentes. Após a adição do composto ao solvente, este é aquecido para que a amostra se solubilize, então a solução é resfriada até que esteja sobrecarregada uma vez que a solubilidade do composto diminuiu mas não sua concentração. A diferença entre a concentração e a solubilidade então precipita, caso o choque térmico ocorra, ou se cristaliza lentamente formando cristais bem delineados no fundo do recipiente, caso a mudança de temperatura seja mais lenta.
Figura 1- curva de solubilidade ilustrativa
(fonte uol mundo educação)
Os pontos indicam a concentração da solução hipotética. Em A a solução está supersaturada, em B, saturada; e em C, diluída. Conforme a temperatura diminui a solubilidade é reduzida, logo, em A ocorre cristalização da diferença entre a concentração e a solubilidade.
 1.3.Ponto de fusão
O ponto de fusão é uma propriedade física das substância químicas fixa, a dadas condições como a pressão atmosférica. Esta temperatura é definida como aquela em que o sólido e o líquido coexistem na amostra, isto é, a temperatura a partir da qual a substância utiliza toda a energia a ela fornecida para romper sua estrutura cristalina e mudar seu estado físico. Como a medida da temperatura de uma amostra não necessariamente reflete a temperatura de todas as moléculas, e sim uma média delas, alguma margem de erro é esperada. Esta margem de erro é determinada como a faixa de medida em que a primeira temperatura delimitante desta faixa corresponde aquela em que a primeira gota é observada na amostra e a segunda aquela em que a amostra se liquefaz totalmente. Para tornar mais acurata a medida da temperatura das moléculas numa amostra, é utilizada uma amostra pequena. Para substâncias puras, o ponto de fusão é bem definido e dificilmente varia mais que 1 grau celsius. Por este motivo o ponto de fusão da amostra de uma determinada substância acaba em si se tornando uma medida da pureza desta naquela, uma vez que impurezas aumentam a faixa de fusão. Com a exceção do ponto eutético, em que uma mistura de duas substâncias se comporta como uma substância pura, ou seja, com um ponto de fusão bem definido, a presença de impurezas numa amostra aumenta a faixa de fusão, isto é, a distância entre as temperaturas em que é observada a primeira gota e em que a amostra se liquefaz totalmente. Como o ponto de fusão de uma substância é específico a ela, este serve como um indicativo de qual a substância presente numa amostra (supondo-a pura). 
 1.4. Solubilidade
Solubilidade é uma característica físico-química de uma substância e corresponde à sua capacidade se dispersar indistinguivelmente, em qualquer âmbito que não o molecular, dentro de uma outra. Àquela dá-se o nome de soluto e a esta de solvente. Como outras características físico-químicas, como o ponto de fusão ou de ebulição, um determinado composto possui um valor fixo para sua solubilidade em outro a determinadas condições de temperatura e pressão, para substâncias puras. Esta característica, assim como as outra citadas, pode ser explorada tanto para a identificação quanto para a separação de compostos. Para que ocorra a solvatação é necessário que o soluto interaja com o solvente, portanto, quanto mais semelhantes às interações intermoleculares realizadas pelo soluto as do solvente mais eficaz será a solvatação, isto vale para os três tipos principai de interações intermoleculares em que os compostos que realizam as interações de van der waals são classificados como “apolares” e os que realizam dipolo permanente ou ponte de hidrogênio são classificados como “polares”. Um atalho mnemônico existe para este conceito, “semelhante dissolve semelhante”, em referência aos compostos de mesma classificação solvatarem-se entre si. A solubilidade de um composto noutro é essencialmente avaliada quantitativamente uma vez que nenhum composto é completamente insolúvel noutro, devido ao efeito entrópico. Contudo, uma análise qualitativa pode ser efetuada estabelecendo padrões de interpretação. 
Figura 2 - marcha de solubilidade
(Fonte foto tirada de apostila)
1.5.“Spot Tests”
A premissa por trás dos“Spot Tests” são a de um teste rápido e simples para a identificação de determinados grupos funcionais em uma substância. Isto se consegue com o uso de reagentes extremamente específicos que podem ser usados em pequenas quantidades sobre pequenas quantidades de analito e que identificam com clareza através de uma reação química que produza uma mudança de cor de fácil observação.Alguns dos testes existentes são os testes de Le Rosen , 1,2-dinitrohidrazina e o do nitrocerato.
1.5.1 Le Rosen
O Teste de Le Rosen é utilizado para identificar a presença de aromáticos (anéis benzênicos) na espécie química. Muitos compostos que contém o núcleo benzênico, reagem com o Aldeído Fórmico e Ácido Sulfúrico concentrado com formação de produtos de cor intensa (Reação de Le Rosen). A cor final pode variar de acordo com o tipo de composto que está sendo analisado (figura ao lado).
Figura 3 - reação do teste de Le Rosen e tabela de cores apresentadas por alguns compostos aromáticos neste teste.
Fonte - apostila de análise orgânica 2 unigranrio
Disponível em https://pt.slideshare.net/JssicaBatista1/apostila-analliseorgnica20
1.5.2 Teste da 2,4-dinitrofenilhidrazina
O teste da hidrazina é utilizado para identificar presença de aldeídos e cetonas na amostra. Aldeídos e cetonas reagem com a 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNFH) em meio ácido para formar 2,4-dinitrofenil-hidrazonas, usualmente como um precipitado de coloração amarelo-avermelhada, que pode ser visualmente identificado durante o teste.
Figura 4 - reação do teste da 2,4-dinitrofenilhidrazina
Fonte aperfeiçoamento em química, PROF ARGEOMAR ALVES
1.5.3 Teste do nitrocerato
Teste utilizado para identificação de álcoois. Na reação do nitrocerato com um álcool
observa-se o surgimento da coloração laranja na amostra.
Figura 5 - reação do teste do nitrocerato
Fonte apostila de análise orgânica 2 unigranrio
Disponível em https://pt.slideshare.net/JssicaBatista1/apostila-analliseorgnica20
2 – Objetivos
O objetivo desta prática é separar os compostos de uma mistura de dois sólidos através do método de extração ácido-base, purificá-los fazendo uso da técnica de recristalização para então medir seus respectivos pontos de fusão e solubilidade em solventes e soluções de acordo com a marcha de solubilidade (figura 2) e pesquisar funções orgânicas em sua estrutura com “spot tests” (figuras 3, 4 e 5) tudo isto para o fim de, possuindo estas evidências e propriedades físico-químicas de cada um dos compostos, identificá-los a partir de uma lista de sólidospossíveis. A lista com todos as possibilidades de sólidos está disposta a seguir na figura 6 :
Figura 6 - lista dos sólidos possíveis
2 – Material e Métodos
2.1 Extração Ácido-Base
2.1.1 Material
• Suporte Universal
• Garras
• Argola
• Béquer
• Bastão de Vidro
• Amostra 3
• Funil de Líquido
• Solventes (água e Diclorometano)
• sol. De NaOH 10%
• Placa de Aquecimento
• Microtubo
• Funil de Separação
• Filtro à Vácuo
• Funil de Buchner
• Kitasato
• Papel de Filtro
• Provetas
2.1.2 Métodos
A amostra foi dissolvida em 30ml de diclorometano (DCM).
O funil foi acoplado ao suporte e a ele foi adicionada a solução de DCM, em seguida, foi adicionado também ao funil 10ml de uma solução aquosa de NaOH de concentração a 10% (molar). O funil foi fechado, mexido em movimentos circulares com pausas intermitentes em que se abria o funil com o colo do funil para cima a fim de permitir a liberação do excesso de pressão causada pelos vapores de DCM. Após algumas mexidas o funil foi recolocado no suporte e permitiu-se que as fases separassem. A fase inferior, orgânica, foi retirada primeiro em um béquer; e a fase aquosa em seguida, em outro. Este processo foi repetido 3 vezes com a mesma fase orgânica porém cada vez com uma nova solução de 10ml de NaOH que após a etapa de extração foi reunida à fase aquosa das outra extrações. 
Ao final obteve-se 30ml de solução de DCM e 30 ml de solução aquosa. A fase orgânica foi transferida para um vidro de relógio e este foi transferido para a capela onde o solvente evaporou lentamente até que só restasse o soluto. À fase aquosa foi adicionada uma solução de HCl concentrada (68% molar) de tal forma a protonar o soluto numa reação ácido base que formou NaCl, que se manteve em solução, e o ácido original, que precipitou da solução aquosa. Este precipitado foi filtrado, lavado (com água destilada resfriada) e secado num funil de buchner acoplado a um kitasato.
2.2 Recristalização e Purificação
2.2.1 Material
• Capilares
• Placa de aquecimento
• Sólidos separados na etapa de extração
• Solventes
• Gelo
• Funil
• Filtro à vácuo
• Funil de Buchner
• Kitasato
2.2.2 Métodos
Utilizando os sólidos obtidos através da extração ácido-base, realizou-se o teste de solubilidade em ambos os sólidos para o etanol e a água, a frio e a quente. 
O solvente escolhido para a recristalização do ácido foi a água, pois o sólido se apresentou insolúvel neste solvente à temperatura ambiente porém solúvel a quente. Para o neutro, foi utilizada uma mistura dos solventes etanol, no qual ele era solúvel à temperatura ambiente, e água, no qual ele era insolúvel tanto a quente quanto a frio.
O ácido foi adicionado a um erlenmeyer, e este foi aquecido sobre uma placa de aquecimento e gradativamente foi adicionada água agitando intermitentemente até que todo sólido fosse dissolvido com a menor quantidade de solvente possível. Após a completa solubilização, ainda quente, o conteúdo do erlenmeyer foi filtrado por um papel de filtro comum para um outro erlenmeyer, previamente aquecido a aproximadamente 100ºC para evitar precipitação do composto no colo do funil ou ainda antes da filtração.
Para a solubilização do neutro este foi dissolvido em quantidade mínima de etanol e a esta solução foi adicionada água até que a solução turva-se, apontando precipitação do soluto. A solução foi então aquecida até que ocorresse a ressolubilização do precipitado. Similarmente ao processo utilizado no ácido, foi realizada uma filtração a quente da solução nim filtro previamente aquecido para um outro erlenmeyer, também previamente aquecido. 
Ambas as soluções foram deixadas sobre a bancada até que atingissem a temperatura ambiente e ocorresse cristalização. Os erlenmeyers contendo os cristais foram então transferidos para banhos de gelo para garantir maior rendimento na cristalização.
Os respectivos sólidos foram então filtrados, lavados e secados num funil de buchner acoplado a um kitasato por sua vez acoplado a uma bomba de vácuo. Os cristais resultantes de cada uma das purificações foram reservados para a próxima etapa.
2.3. Ponto de fusão
2.3.1 Material
• Suporte
• Tubos capilares
• Bico de Bunsen
• Tubo de Thiele com óleo
• Garra móvel
• Sólidos da amostra 3 purificados
• Mufa
• Termômetro
• Elástico
2.3.2 Métodos
O suporte foi posicionado na bancada e a ele foram acopladas as mufas às quais, por sua vez, foram presas as garras móveis, a de três dedos na de cima e a de dois na de baixo. À garra de dois dedos foi preso o tubo de thiele, contendo óleo, a aproximadamente quatro dedos acima do bico de bunsen; à de três, o termômetro. Cada um dos tubos capilares foi selado em uma das extremidades posicionando-a no fogo até que o vidro fundisse fechando a abertura, em seguida uma quantidade da amostra foi colocada pela extremidade aberta do capilar e este foi então batido contra a bancada com a extremidade fechada para que a amostra descesse. Para cada medida um tubo capilar contendo o analito foi preso ao termômetro, com o auxílio do elástico, de tal forma que a amostra e o bulbo do termômetro ficassem lado a lado. A montagem mufa/garra/termômetro/capilar foi então foi baixada até que o bulbo do termômetro estivesse submerso no óleo contido no tubo de thiele aproximadamente na altura do acesso superior da alça do tubo à coluna principal dele. A alça do tubo de thiele foi aquecida sobre a chama do bico de bunsen produzindo uma corrente de convecção no óleo que aqueceu a amostra enquanto a marcação de temperatura no termômetro foi monitorada. Uma primeira temperatura (T. Inicial) foi registrada para quando a primeira gota da substância se torna visível e uma segunda (T. Final) para quando a amostra se liquefaz totalmente. Este processo foi repetido ´para ambos os sólidos, o proveniente da fase aquosa da extração (ácido), e o proveniente da fase orgânica (neutro).
2.4. Teste de Solubilidade
2.4.1 Material
• Amostras 3 (proveniente da fase aquosa)
• Amostra 3 (proveniente da fase orgânica)
• Solventes
• Pipeta
• Espatula
• Microtubo
2.4.2 Método
 Com o auxílio de uma espátula foi coletada uma pequena quantidade do sólido (ponta de espátula) e esta foi colocada dentro do microtubo. Em seguida o microtubo foi preenchido até cerca de 2 cm utilizando cada um dos solventes conforme a marcha de solubilidade (figura 2), o recipiente foi então agitado até que ocorresse, caso ocorresse, a dissolução.
2.5. “Spot Test”
2.5.1 Material
• Vidro de relógio
• Formol
• Ácido sulfúrico Concentrado
• Solução de 2,4-dinitrofenilhidrazina
• Solução de nitrocerato
2.5.2 Métodos
2.5.2.1 Le Rosen
Colocou-se 5 gotas de solução contendo o analito em um vidro de relógio e pingou-se aproximadamente 5 gotas de formol (metanal) e em seguida 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado, e observou-se a cor. Uma mudança de cor na solução originalmente incolor foi registrada como um resultado positivo e a ausência desta como negativo. Foi realizado também um teste num composto sabidamente não possuidor do grupo funcional benzênico (ácido acético) a fim de produzir um resultado negativo para fins comparativos. Com este mesmo objetivo foi realizado também um ensaio em branco, sem amostra nenhuma, para verificar se o reagente não mudaria de cor por si só, revelando algum problema com ele que geraria falsos positivos. 
2.5.2.2 Teste da 2,4-dinitrofenilhidrazina
Adicionou-se 5 gotas de solução contendo o analito em um vidro de relógio foram pingadas algumas gotas da solução de 2,4-dinitrofenilhidrazina e observou-se a formação ou não de precipitado amarelo avermelhado. A formação de um precipitado amarelo- avermelhado foi registrada como um resultado positivo e a ausência deste como negativo. Foi realizado também um teste num composto sabidamentenão possuidor do grupo funcional carbonila (tolueno) a fim de produzir um resultado negativo para fins comparativos. Com este mesmo objetivo foi realizado também um ensaio em branco, sem amostra nenhuma, para verificar se o reagente não produziria um precipitado por si só, revelando algum problema com ele que geraria falsos positivos. 
2.5.2.3 Teste do nitrocerato
Foram adicionadas 5 gotas de solução contendo o analito num vidro de relógio e sobre este foram pingadas 5 gotas do reagente observando se ocorria uma mudança de cor. Uma mudança de cor na solução originalmente amarela foi registrada como um resultado positivo e a ausência desta como negativo. Foi realizado também um teste num composto sabidamente não possuidor do grupo funcional hidroxila (propanona) a fim de produzir um resultado negativo para fins comparativos. Com este mesmo objetivo foi realizado também um ensaio em branco, sem amostra nenhuma, para verificar se o reagente não mudaria de cor por si só, revelando algum problema com ele que geraria falsos positivos. 
3 – Resultados
3.1 Extração Ácido-Base
 Após a realização da extração ácido base, obteve-se como resultado duas soluções, uma orgânica (DCM como solvente) e uma aquosa. A solução orgânica foi transferida para um vidro de relógio que por sua vez foi transferido para a capela onde foi deixado até que todo o solvente evaporasse e restasse apenas o soluto nele contido, este sólido foi transferido para um recipiente para ser reservado para a etapa seguinte, de purificação. Já à solução aquosa foi adicionado ácido clorídrico concentrado de tal forma a protonar o soluto, um sal orgânico de sódio, numa reação de dupla troca que formou NaCl, que se manteve em solução, e o ácido original, que precipitou da solução aquosa (figura 7). Este precipitado foi filtrado, lavado (com água destilada resfriada) e secado num funil de buchner acoplado a um kitasato. Figura 7 - reação de dupla troca 
 (fonte-produção autoral)
3.2 Recristalização
Após a realização da recristalização, foi possível observar que o sólido proveniente da fase orgânica, o neutro, possuia aparência amarelada, enquanto o sólido proveniente da fase aquosa (ácido) possuia aparência esbranquiçada
3.3 Ponto de Fusão
	Tabela 1 - Resultados da medida do ponto de fusão do ácido
	
	T. inicial (ºC)
	T. final (ºC)
	∆T (ºC)
	Média (ºC)
	1ª medida
	123
	124
	1
	123.5
	2ª medida
	119
	120
	1
	119.5
	3ª medida
	121
	122
	1
	121.5
	Média das medidas
	121.5ºC
	Desvio padrão
	2ºC
	
	Tabela 2 - REsultados da medida do ponto de fusão do neutro
	
	T. inicial (ºC)
	T. final (ºC)
	∆T (ºC)
	Média (ºC)
	1ª medida
	79
	80
	1
	79.5
	2ª medida
	80
	81
	1
	80.5
	3ª medida
	81
	82
	1
	81.5
	Média das medidas
	80.5ºC
	Desvio padrão
	1ºC
	
Admitindo uma margem de erro de 5ºC para mais ou para menos e analisando a Lista de Sólidos Possíveis (figura 6) as substâncias com pontos de fusão compatíveis são:
Fase aquosa Sólido Estrutura PF (oC)
Ácido benzoico 122,35
Ácido pícrico 122,5
β-naftol 121,5
Fase Orgânica Sólido Estrutura PF (oC)
Ácido fenil-acético 76,5
4-hidroxi-3-metoxi-benzaldeído 81.5
Dibenzofurano 79-82
Naftaleno 80.26
3.4 Solubilidade
Segue abaixo os resultados observados para a análise de solubilidade para os respectivos sólidos de acordo com a marcha de solubilidade ilustrada na FIGURA 2:
	Tabela 3 - marcha de solubilidade do Ácido
	Água
	NaOH (sol. aq. 10%)
	NaHCO₃ (sol. Aq. 10%)
	insolúvel
	solúvel
	insolúvel
GRUPO dos fenóis
	Tabela 4 - marcha de solubilidade do Neutro
	água
	NaOH (sol. aq. 10%)
	HCl (sol. aq. 10%)
	H₂SO₄ (conc.)
	insolúvel
	Insolúvel
	insolúvel
	insolúvel
GRUPO dos inertes (alcanos, haletos de alquila, compostos aromáticos)
3.5 “Spot Test”
	Tabela 5 - resultados dos “spot tests”
	
	Teste do Nitrocerato
(aponta presença de álcool)
	Teste da 2,4-dinitro-fenilhidrazina
(aponta presença de grupo funcional cetona ou aldeído)
	Teste de Le Rosen
(aponta presença de compostos aromáticos)
	Ácido
	negativo
	positivo
	positivo
	Neutro
	negativo
	negativo
	negativo
4 – Discussão
 Dentre os compostos cujo ponto de fusão é compatível com o do ácido todos possuem anel aromático, como confirmado pelo teste de Le Rosen (tabela 5) porém o ácido pícrico e o ácido benzóico por serem ácidos fortes (relativamente, para compostos orgânicos) seriam solúveis na solução de bicarbonato de sódio (10%) e portanto podem ser descartados restando apenas o β-naftol que inclusive se encaixa também no grupo dos fenóis, determinado pela marcha de solubilidade para o ácido (tabela 3).
 Já para o neutro, dos composto de ponto de fusão compatível, há dois que pertencem ao grupo dos inertes determinado pela marcha de solubilidade, o dibenzofurano e o naftaleno. O teste de Le Rosen foi negativo, contudo, apesar de um resultado positivo confirmar a presença de um composto aromático, um resultado negativo não descarta a possibilidade de um composto aromático, como é o caso destes dois compostos. Todavia, como indica a tabela da figura 3, o naftaleno teria um resultado positivo no teste de Le Rosen e demonstraria uma cor verde na solução, o que não ocorreu. Ademais, como consta na figura 6, os cristais do naftaleno apresentam aparência esbranquiçada enquanto os do dibenzofurano apresentam aparência amarelada, como observado nos resultados após a purificação do neutro. As evidências apontam, portanto, para o dibenzofurano.
5 – Conclusão
Conclui-se, portanto, que os compostos presentes na amostra 3 são o β-naftol (figura 8) e o Dibenzofurano (figura 9) . 
figura 8 - estrutura do β-naftol
Fonte - IUPAC
figura 9 -estrutura do dibenzofurano 
Fonte - merckmillipore, comerciante de produtos químicos
6 – Referências
• CONSTANTINO, M. G.; SILVA, G. V. J.; DONATE, P. M.; Fundamentos de Química Experimental. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2004.
• LENZI, E. et al.; Química Geral Experimental. Rio de Janeiro: Freitas Bastos Editora, 2004.
• RUSSELL, John B.; Química Geral vol.1, São Paulo: Pearson Education do Brasil, Makron Books,1994.
• SARDELLA, Antônio; MATEUS, Edegar; Curso de Química: química geral, Ed. Ática, São Paulo/SP – 1995.
• DEGANI, A.L.G.; CASS, Q.B.; VIEIRA, P.C., Química Nova na Escola, 1998.
• CUSACK, R.W., GLATZ, D., et al, "Fresh Look at-A Liquid Liquid Extraction", Engenharia Química, Fevereiro, Março e Abril de 1991.
• REGER,D.; SCOTT, G.; MERCER, E. Química: Princípios e Aplicações. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1997.
• SOLOMONS, T.W.G. Química Orgânica Vol. 1, 6a Ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996.
• PAVIA, D.L; LAMPMAN, G.M; KRIZ, G.S; ENGEL, R.G. Química orgânica experimental: Técnicas de escala pequena. Segunda edição. Bookman.
• SOARES, Bluma G. e outros. Química Orgânica: Teoria e Técnicas de Purificação, Identificação de Compostos Orgânicos. Rio de Janeiro. Editora Guanabara, 1.988.