destilação simples

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1.INTRODUÇÃO
 1.1 Destilação 
A destilação é um método de separação de líquidos misturados com sólidos ou com outros líquidos, baseados na diferença dos pontos de ebulição dos diferentes componentes da mistura. O processo consiste no aquecimento de um líquido até o ponto de ebulição, fazendo-o passar para o estado gasoso e, em seguida, retornar à forma líquida (condensação) por meio da refrigeração do vapor (1).
É o método de separação baseado no fenômeno de equilíbrio líquido-vapor de mistura. Em termos práticos, quando se têm duas ou mais substâncias formando uma mistura líquida, a destilação pode ser o método adequado para purificá-las.
 1.2 Destilação Simples
A destilação simples envolve apenas um ciclo de vaporização-condensação, é aplicada para separar líquidos com pontos de ebulição muito diferentes, ou seja, que diferem em pelo menos 60 a 80ºC. Geralmente, o método é a última etapa da purificação de uma substância líquida que contenha impurezas não-voláteis ou pequenas quantidades de impurezas voláteis cujos pontos de ebulição sejam muito diferentes do líquido a ser purificado (2).
Pela evaporação do líquido é gerada uma pressão de vapor, a qual depende do tipo de substância e da temperatura. Um aumento desta última leva a um aumento na pressão de vapor da substância. 
Ponto de ebulição: temperatura na qual a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão externa. Para que dois compostos possam ser separados eficientemente por destilação simples, é necessário que a diferença entre seus pontos de ebulição seja superior a 80,0°C (3).
Figura 1:Variação da pressão em função da temperatura (3).
A vaporização se dá pelo aumento rápido da temperatura ou pela redução de pressão no balão, onde a mistura a ser purificada está inicialmente. O vapor gerado no aquecimento é imediatamente resfriado no condensador. O líquido condensado, também chamado de destilado, é armazenado por fim no recipiente coletor (VOGEL,1985).
Com líquidos de ponto 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 no final da separação (4).
Afim de evitar a ebulição tumultuosa de um líquido durante o processo de destilação sob pressão atmosférica, pode-se adicionar algumas pedras de porcelana porosa, pois liberam pequenas quantidades de ar que irão promover uma ebulição mais regular (4).
A destilação tem algumas vantagens sobre outros processos de separação. Não é necessária nenhuma substância (solvente) para efetivar a separação, facilidade de instrumentação e controle automático, baixo custo de mão de obra e existência de equipamentos padrão. Porém a destilação não pode ser empregada em produtos termolábeis, além de ter necessidade de condições extremas de temperatura e pressão, e em produtos com volatilidades muito próximas (5).
A operação de Destilação tem muitas e variadas aplicações a nível industrial, mas a aplicação mais conhecida é na Indústria Petroquímica, na separação do petróleo (crude) em frações de hidrocarbonetos com diferentes gamas de peso molecular. Contudo, existem muitos outros processos industriais que utilizam a Destilação, como seja na produção de polímeros, nas indústrias alimentares e farmacêutica, na reciclagem de óleos e, também, na indústria dos biocombustíveis, por exemplo na purificação do bioetanol, e até na dessalinização da água6
 1.2 Refratometria
O fundamento da refratometria é bem simples. Quando uma luz penetra num líquido ela muda de direção; isto é chamado de refração. O ângulo de refração, medido em graus, indica à mudança de direção do feixe de luz. Um refratômetro obtém e transforma os ângulos de refração em valores de índices de refração (nD) (7).
O refratômetro é um instrumento simples que pode ser usado para medir concentrações de soluções aquosas, consumindo apenas umas poucas gotas da solução. Sua aplicação estende-se pelas áreas de alimentos, agricultura, química e em industrias de manufaturados (7).
O índice de refração é uma propriedade física importante de sólidos, líquidos e gases. A medida de índice de refração pode ser usada para determinar a concentração de uma solução pois o índice de refração dela varia com a concentração (7).
 1.3 Curva de Calibração
A linearidade de um método expressa a faixa na qual o sinal analítico, denominado variável dependente yi, é linearmente proporcional à sua concentração, denominada variável independente xi, e a equação matemática que descreve esta dependência é conhecida como curva analítica ou curva de calibração (8)
2. OBJETIVOS
 2.1 Objetivo geral
Aprender a técnica de destilação simples a fim de se identificar misturas suscetíveis a separação.
 2.2 Objetivos específicos
Fazer a destilação de uma solução de etanol e butanol.
Construir uma curva de calibração a partir do índice de refração da mistura de etanol e butanol em diferentes composições.
Com base na curva de calibração, determinar a composição das amostras do destilado.
Construir os gráficos: volume acumulado x temperatura; composição do butanol x volume acumulado.
3. MATERIAIS
1 Garras para o condensador;
2 Suportes Universais;
19 frascos de laboratório;
Balão de 250 mL 
Butanol (C4H10O) P.A.;
Etanol (C2H6O) P.A.;
Manta para balão de 250 mL;
Pedrinhas de porcelana;
Proveta de 100,0 mL;
Proveta de 250 mL;
Pipeta de 5,00 mL;
Pipeta Pasteur;
Condensador Liebig;
Pisseta com água;
Mangueira;
Termômetro 200,0 °C;
4. MÉTODOS
 4.1Curva de calibração
A partir da Tabela 1 e dos valores de massa específica das substâncias a serem analisadas, calculou-se o volume necessário de etanol e butanol para o preparo de cada uma das quatro amostras em diferentes composições. No caso das duas outras amostras que continham somente um dos componentes, coletou-se apenas uma porção suficiente de cada uma para análise no refratômetro.
Tabela 1: Dados para o cálculo do volume a ser usado no preparo das soluções.
	Fração molar do butanol 
	 N° moles butanol (mol) 
	 N° moles etanol (mol) 
	-
	-
	0,10
	0,20
	0,02
	0,08
	0,40
	0,04
	0,06
	0,60
	0,06
	0,04
	0,80
	0,08
	0,02
	1,00
	0,10
	-
Massa específica do Butanol (): 0,81g/mL
Massa específica do Etanol (): 0,789g/mL
Após o preparo das 6 soluções em frascos de laboratório, cada uma foi coletada com auxílio de uma pipeta Pasteur e levada para o refratômetro. Foram colocadas quatro gotas de cada amostra no equipamento a fim de medir-se seus índices de refração. Os valores foram anotados e organizados em Tabela 2.
 4.2Destilação
	Montou-se um equipamento de destilação simples semelhante ao da Figura x, de acordo com os seguintes passos: Duas garras foram inseridas nos suportes universais e giradas de forma a obter-se uma posição conveniente para receber o condensador e o balão de 250 mL; colocou-se o balão de forma levemente inclinada na garra de destilação para que as gotas do destilado pudessem ser recolhidas.
Figura 2: Esquema para a montagem do equipamento de destilação. (4)
	Preparou-se 150,0 mL da solução a ser destilada, cuja composição era 70% etanol e o restante, de butanol. Dessa forma, acrescentou-se 105,0 mL de etanol e 45,0 mL de butanol ao balão de 250 mL. Adicionou-se as pedrinhas de porcelana à mistura. Firmou-se o balão no suporte e no aquecedor, envolvendo-o com uma manta de papel alumínio. Alguns frascos foram marcados em 5 ml, com o auxílio de uma proveta e água, para fazer-se o controle dos volumes do destilado a serem coletados. O primeiro deles foi colocado dentro de um béquer sobre um suporte elevado que auxiliou no recolhimento das amostras.
Iniciou-se o aquecimento, e, tão logo as primeiras gotas caíram, anotou-se a temperatura. Em seguida, esperou-se completar os 5 mL de destilado no frasco para então marcar-se a próxima temperatura. O procedimento foi feito até que restasse pouco menos de 1 quarto da solução inicial no balão de 250 mL. A cada 5 mL recolhidos, a temperatura eraanotada. Os valores foram tabelados para a construção dos gráficos.
Ao final da destilação, cada amostra do destilado foi levada ao refratômetro para medir-se os índices de refração. Anotou-se os valores.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Consoante com os procedimentos experimentais, calculou-se os volumes necessários para o preparo das soluções da seguinte forma:
: volume do composto (butanol ou etanol);
: massa específica;
: Massa Molecular;
: N° de moles.
Sabendo que a massa molecular do butanol é de 74,12 g/mol e a do etanol, 46,07 g/mol, os volumes foram obtidos e a amostras, analisadas pelo índice de refração. Em Tabela 2, estão apresentados esses valores:
	Fração molar do butanol 
	 N° moles butanol (mol) 
	 N° moles etanol (mol) 
	 Butanol volume (mL) 
	 Etanol volume (mL) 
	Índice de refração
	 - 
	 - 
	 0,10 
	 - 
	 5,80 
	1,3606
	 0,20 
	 0,02 
	 0,08 
	 1,80 
	 4,60 
	1,3700
	 0,40 
	 0,04 
	 0,06 
	 3,70 
	 3,50 
	1,3801
	 0,60 
	 0,06 
	 0,04 
	 5,50 
	 2,30 
	1,3872
	 0,80 
	 0,08 
	 0,02 
	 7,40 
	 1,20 
	1,3922
	 1,00 
	 0,10 
	 - 
	 9,20 
	 - 
	1,3990
A partir desses dados, fez-se o gráfico do índice de refração e fração molar do butanol, através do qual obteve-se uma função.
Gráfico 1: Índice de refração x fração molar do butanol.
A função ilustra a dependência do índice de refração (y) e a composição do butanol (x). A partir do valor de R (coeficiente de correlação), julga-se a linearidade do gráfico como sendo fortíssima, pois se encontra na faixa 0,91<R<0,99. (9) 
A destilação simples começou com a temperatura próxima de 79,0 °C. Nesse momento, as primeiras gotas começaram a cair no primeiro frasco. Após recolher-se 13 amostras do destilado, mediu-se por meio do refratômetro os índices de refração de cada uma. A cada volume recolhido, anotou-se a temperatura. Para o cálculo da fração molar, utilizou-se a equação gerada no gráfico 1. Os resultados estão inseridos na Tabela 2.
Tabela 2: Dados para a curva de calibração.
	Volume (mL)
	Temperatura (°C)
	Índice de Refração
	Fração Molar do Butanol
	0,00
	-
	-
	-
	5,00
	81,0
	1,3645
	0,06
	10,00
	81,0
	1,3671
	0,13
	15,00
	81,0
	1,3653
	0,08
	20,00
	82,5
	1,3658
	0,09
	25,00
	83,0
	1,3658
	0,09
	30,00
	84,0
	1,3659
	0,09
	35,00
	85,0
	1,3666
	0,11
	40,00
	85,0
	1,3664
	0,11
	45,00
	87,0
	1,3675
	0,14
	50,00
	89,0
	1,3679
	0,15
	55,00
	91,0
	1,3705
	0,21
	60,00
	94,0
	1,3712
	0,23
Com base nos valores de volume e fração molar do Butanol, foram feitos os Gráficos 2 e 3, conforme se segue:
Gráfico 2: Temperatura x Volume acumulado 
Gráfico 3: Volume acumulado x Fração molar do Butanol
A partir do Gráfico 2, é possível notar que a temperatura apresentou uma variação de 13,0 C° (94,0 °C – 81,0 °C= 13,0°C) durante a destilação. Além disso, ela foi inferior ao ponto de ebulição do butanol, cujo valor é de 117,4 °C, e quase a mesma do etanol (78,4°C). Para uma mistura binária, tal como o etanol e butanol, o ponto de ebulição é uma faixa de temperatura, cujo valor é descrito como sendo um intermediário dos pontos de ebulição de seus componentes (10). Tendo em vista esse argumento, vê-se que a mistura foi condizente com o esperado para uma solução binária, já que a mesma começou a ebulir aos 79,0 °C, quando as primeiras gotas caíram.
Através do Gráfico 3, é possível notar que a fração molar do butanol cresceu na medida que as amostras eram coletadas. Observa-se que o Butanol sempre esteve em menor quantidade que o etanol no destilado. Tal comportamento era esperado, visto que o Etanol apresenta ponto de ebulição menor que o Butanol, ou seja, é mais volátil, o que resulta em sua maior fração na fase de vapor. Assim, as primeiras gotas eram mais ricas no componente mais volátil e, conforme a temperatura se aproximava do ponto de ebulição do butanol, a composição deste aumentava no destilado, sem, porém, ficar acima da do etanol. É possível constatar, ainda, que o índice de refração da primeira amostra, IR = 1,3645, foi muito próximo ao do observado para o etanol em Tabela 1, cujo valor foi de 1,3606. Esse fato é razoável, uma vez que a composição do destilado, como mencionado, foi maior em etanol. Ainda no Gráfico 3, apesar da tendência de crescimento dos valores de fração molar, é notável a instabilidade dos dados, uma vez que alguns pontos fogem mais da linearidade que outros. No início da destilação, a amostra de 10,0 mL teve um IR muito elevado (1,3671) e, pois, composição de butanol bem acima das amostras seguintes. Essa discrepância pode ser atribuída ao fato de que, no início da destilação, não se teve um controle adequado da fonte de calor e do fluxo de água no condensador (que parecia estar desligado). Nesse processo, muitas amostras foram perdidas, pois, toda vez que os fracos eram trocados, parte do destilado caía diretamente no béquer. Além disso, a composição da solução de 150,0 mL tinha 70% do componente mais volátil, o que tornou a destilação de certa forma mais rápida. Por fim, possíveis erros no uso do refratômetro podem ter influenciado na inconstância dos dados.
Com base nessa análise, é possível constatar que não foi possível separar o butanol do etanol mediante técnica de destilação simples, pois as últimas frações ainda continham etanol na composição. Esse resultado era esperado, pois tal procedimento de separação é usado quando a diferença no ponto de ebulição de um líquido e um sólido, ou entre dois líquidos (sendo um deles volátil) é superior a 80°C (11). Essa diferença, na mistura de etanol e butanol, foi de 39,0 °C (117,4 °C – 78,4°C = 39,0 °C), ou seja, muito inferior ao estipulado pela literatura. 
6. CONCLUSÃO
Foi observado que existe uma relação relativamente linear entre índice de refração e a composição da mistura. A análise dos gráficos possibilitou o entendimento de como a composição do destilado e a temperatura se comportam durante uma destilação simples. Pode-se constatar que a separação das substâncias não ocorreu, visto que a amostras coletadas continham ambos os líquidos, indicando que as substâncias ebuliram ao mesmo tempo. Tal acontecimento foi atribuído ao fato de os compostos possuírem pontos de ebulição muito próximos. Nesses casos, a técnica de destilação simples não é adequada, visto que ela é melhor empregada em misturas cujos componentes possuem uma diferença de ponto de ebulição superior a 80,0 °C. Assim, constatou-se a não eficiência da destilação simples na separação da solução de etanol e butanol.
	
	
	
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
RUSSELL, J. B. química geral, Brasil - São Paulo 2a. Ed. (1994) química.
CAMARGO, G. C., Química Moderna, Ed. Scipione, São Paulo, 1985. 
Disponível em < http://www.iq.ufrgs.br/dqo/poligrafos/Poligrafo_QUI_02004_2011_1.pdf> Acesso em 17 mar 2014.
DUVOISIN Jr.; Apostila de Práticas de Físico-química Experimental. Manaus, UEA,2014.
OLIVEIRA, D. L. Estudo sobre a variabilidade da operação de uma coluna de destilação piloto com petróleo lev (coluna situada no LCP/EQA)UFSC e construída com ajuda financeira de PRH-34). Florianópolis, 2009.
Disponível em: http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoolmla/ indexpphp?Itemid=413&id=223option=content&task=view> Acesso em 18 mar 2014.
MORAES, R.Rodrigres. Refratometria. Disponível em < http://www.fapepi.pi.gov.br/novafapepi/ciencia/documentos/REFRAT%D4METRO.PDP> Acesso em 17 mar 2014.
RIBEIRO, L.A. Fabiana et al. Planilha de Validação: Uma Nova Ferramento para estimar figuras de mérito na validação de Métodos Analíticos Univariados. Disponível em<lqta.iqm.unicam.br/portugues/dowloads/FabianaArt.pdf> Acesso 18 mar 2014.
CURRIE, L. A.; SVEHLA,G. Nomenclature for the presentation of results of chemical analysis. Pure & Appl. Chem., v. 66, n. 3, p. 595-908, 1994.
CASTELLAN, G. Fundamentos de físico-química, 2001.
8. QUESTIONÁRIO
Por que a destilação simples não é usada na separação de líquidos de ponto de ebulição relativamente próximos?
R: Porque o método da destilação simples é um processo baseado na diferença entre os pontos de ebulição dos componentes da mistura. E se tivermos dois líquidos com pontos de ebulição relativamente próximos, não conseguiremos separara-los com o método da destilação simples.
Por que no início da destilação, o balão deve estar cheio a dois terços de sua capacidade?
 R: Se o líquido ultrapassar a metade do balão, ocorrerá um possível dano à experiência, pois o líquido contido no balão será tanto que o vapor não passará pela estreita passagem que tem o mesmo.
Por que é perigoso aquecer um composto orgânico em uma aparelhagem totalmente fechada?
 R: Pois se acaso a aparelhagem estiver totalmente fechada, a pressão emitida pelo vapor do líquido cuja substância será preparada, será tanta, que poderá a vir causar um acidente.
Qual a função da pedra de porcelana porosa, pedra pomes ou bolinhas de vidro em uma destilação?
R: A função da porcelana porosa é evitar uma ebulição tumultuosa durante o aquecimento do líquido dentro do balão de destilação e só depois que se inicia de fato o processo de destilação. Ajudam a liberar ar na solução, o que causa uma quebra da tensão superficial do líquido, impedindo que o este sofra uma ebulição tumultuosa.
Por que a água do condensador deve fluir em sentido contrário à corrente dos vapores?
R: A entrada de água deve ser feita pela parte inferior do condensador para que ela circule ocupando todo o espaço, porque se ocorrer um erro na montagem e a entrada de água for colocada na parte superior, ela "descerá" pelo condensador sem circular e completar o volume do mesmo, logo, será impossível haver a condensação pelo resfriamento dos gases.
Em que casos se utilizam condensador refrigerado a ar? Justifique.
R: Quando o ponto de ebulição do composto que se quer separar é mais alto que o da água. Se usar água como fluido refrigerador, obviamente ela vai entrar em ebulição e o condensador não vai resistir visto que ao invés de ele resfriar irá ebulir.
Por que misturas azeotrópicas não podem ser separadas por destilação?
R: Porque as misturas azeotrópicas se comportam como se fossem substâncias puras em relação à ebulição, isto é, a temperatura mantém-se inalterada do início ao fim da ebulição. Isso impossibilita a destilação.
Diferenciar destilação simples de destilação fracionada.
R: A grande diferença entre esses dois métodos de separação de substâncias é basicamente: a destilação simples deve ser usada com substâncias que possuam pontos de ebulição bastante distante, já a destilação fracionada pode ser usada na separação de substâncias que tenham pontos de ebulição próximos.