Separação e Extração de Uma Mistura de Substâncias

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
Campus​ Sorocaba 
 
 
 
 
 
 
 
Prática II 
 
 
Separação e Extração de Uma Mistura de Substâncias 
 
 
 
 
 
 
 
 
Docente: Profº Dr. Aparecido Júnior de Menezes 
Discentes: Ana Paula Rodrigues Furtado RA.: 570974 
Franciny Oliveira Rodrigues R.A.: 641286 
Patrícia de Almeida R.A.: 427594 
 
 
 
 
 
 
Sorocaba, 
18 de Abril de 2017. 
 
1. Objetivos 
O experimento em questão consiste em separar uma mistura de substâncias 
fazendo uso da reatividade diferenciada destas, junto a técnica de extração de 
solventes. 
 
2. Introdução Teórica 
Na parte experimental de Química Orgânica, a maioria dos procedimentos 
experimentais é realizada utilizando substâncias dissolvidas em algum tipo de 
solvente. Sabemos que as forças intermoleculares existentes entre os compostos 
têm uma grande influência sobre sua solubilidade. 
Quando dissolvemos um composto, as interações entre eles são substituídas 
por interações entre eles e o solvente; sabe-se também, por definição, que os 
compostos se dissolvem melhor em solventes com polaridades semelhantes, ou 
seja, compostos polares se dissolvem bem em solventes polares e compostos 
pouco polares se dissolvem bem em solventes pouco polares. 
Serão discutidas, adiante, três formas de separação/extração de misturas de 
substâncias: extração líquido-líquido, separação utilizando solventes quimicamente 
ativos e sublimação. 
 
2.1. Extração líquido-líquido (ELL) 
Nesse processo ocorre a separação da amostra em questão em duas fases, 
imiscíveis entre si: uma orgânica e a outra, aquosa. 
A afinidade do soluto pelo solvente, a razão das fases e o número de 
extrações definirão a eficiência da extração. 
Para alguns sistemas, o valor da constante de distribuição, K, entre as fases 
pode ser aumentado pelo ajuste do pH, para prevenir a ionização de ácidos ou 
bases, pela formação de par iônico com solutos ionizáveis, pela formação de 
complexos lipofílicos com íons metálicos ou pela adição de sais neutros, para 
diminuir a solubilidade de compostos orgânicos na fase aquosa. ​2 
As vantagens de se utilizar tal técnica, se resumem ao fato da mesma ser 
simples e poder utilizar um número grande de solventes. 
 
Além disso, as proteínas presentes nas amostras são desnaturadas, 
eliminando a contaminação da coluna cromatográfica. Por outro lado, esta técnica 
possui uma série de desvantagens, tais como: as amostras com alta afinidade pela 
água são parcialmente extraídas pelo solvente orgânico, resultando em perda do 
analito; impurezas do solvente são concentradas junto com a amostra, implicando 
no uso de solventes ultrapuros; pode ocorrer a formação de emulsões, o que resulta 
em grande consumo de tempo; volumes relativamente grandes de amostras e de 
solventes são requeridos, gerando problemas de descartes; alguns solventes 
orgânicos são tóxicos; pode ocorrer adsorção dos analitos na vidraria; 
decomposição de compostos instáveis termicamente, na etapa de 
pré-concentração.​2 
Para determinar o melhor solvente para uma determinada extração, podemos 
nos embasar nas teorias que apresentam propostas sobre os parâmetros de 
solubilidade dos compostos: a teoria de Hildebrand e a teoria de Hansen. 
Para que ocorra a solubilização de um soluto, é necessário que as interações 
intermoleculares entre as moléculas do solvente (A-A) e do soluto (B-B) sejam da 
mesma ordem de grandeza. Assim, é possível que as interações A-A e B-B sejam 
quebradas para formação de interações do tipo A-B. Termodinamicamente, para a 
ocorrência de um processo espontâneo de solubilização entre dois componentes 
diferentes, é necessário que a variação da energia livre de mistura seja nula ou 
negativa. ​1 
A definição do parâmetro de solubilidade é dado por: 
δ = √(∆E /∆V) [1] 
Se considerarmos, agora, a solubilidade de um soluto em dois líquidos 
imiscíveis, e adicionarmos à essa amostra um terceiro composto, no caso, um 
soluto sólido, que será solúvel nas duas camadas, temos a ocorrência da chamada 
lei de distribuição ou lei de partição. Tal lei estabelece que, na situação descrita 
anteriormente, a substância se distribui entre as camadas, de modo que a razão da 
concentração em um solvente para a concentração no outro permaneça constante a 
uma temperatura constante. O coeficiente de partição é dado por: 
K = [C]​0​ / [C] [2] 
 
onde [C]​0 representa a concentração do soluto no solvente extrator e [C] representa 
a concentração do soluto no outro solvente. 
 
 
2.2. Separação usando solventes quimicamente ativos 
A extração por meio de utilização de solventes quimicamente ativos depende 
do uso de um reagente que reaja quimicamente com o composto a ser extraído, e 
geralmente é empregado para remover pequenas quantidades de impurezas de um 
composto orgânico ou para separar componentes de uma mistura. Esta extração 
está baseada no fato que o sal sódico do ácido é solúvel em água ou em um álcali, 
mas é insolúvel em solvente orgânico. De maneira semelhante um fenol pode ser 
removido de sua solução em solvente orgânico pelo tratamento com solução de 
NaOH. Os ácidos clorídrico ou sulfúrico diluídos podem ser empregados na extração 
de substâncias básicas de misturas ou na remoção de impurezas básicas. O ácido 
transforma a base em sal solúvel em água. O ácido sulfúrico concentrado a frio 
remove hidrocarbonetos não saturados presentes em hidrocarbonetos saturados ou 
álcoois e éteres presentes em halogenetos de alcoíla. No primeiro caso, formam-se 
produtos sulfonados solúveis, enquanto que no segundo caso, originam-se sulfatos 
ácidos de alcoíla ou complexos de adição solúveis no ácido concentrado. ​5 
 
2.3. Sublimação 
A sublimação é um processo que consiste na passagem de uma substância 
do estado sólido para o estado de vapor sem passar pelo estado líquido. É uma 
característica de substâncias que, quando aquecidas, alcançam pressão de vapor 
igual à atmosférica em temperaturas inferiores às necessárias para a fusão das 
mesmas. O naftaleno e a cânfora são exemplos de substâncias que sublimam 
lentamente à temperatura ambiente. A sublimação é um processo simples e que 
encontra bastante aplicação na purificação de substâncias, especialmente 
levando-se em consideração que muitos sólidos que fundem à pressão atmosférica 
podem ser sublimados à pressão reduzida. Em teoria, todos os sólidos poderiam ser 
purificados por este processo bastando, para tal, condições de pressão e de 
temperatura adequadas.​3 
 
 
3. Materiais utilizados 
- Naftaleno; 
- Ácido Benzóico; 
- 𝝰-naftilamina; 
- Éter Etílico; 
- Solução de NaHCO3; 
- Erlenmeyer; 
- Funil; 
- Gelo; 
- HCl concentrado 
- Papel indicador de pH; 
- Solução de NaOH 0,5M; 
- Filtro à vácuo; 
 
4. Metodologia 
Deu-se início ao experimento pesando separadamente 1g de cada substância a 
ser misturada: Naftaleno, Ácido benzóico e 𝝰-naftilamina, a fim de obter - se o peso 
real das substâncias;posteriormente misturou-se 50 mL de Éter etílico em um 
erlenmeyer, em seguida, a solução resultante foi transferida para um funil de 
separação. 
Adicionou-se 25 mL de uma solução de NaHCO3 10%. Então o funil foi 
tampado e agitou-se a mistura. 
Posicionou-se o funil adequadamente em um suporte, retirou-se a tampa para 
que houvesse a saída de gases e vapores, bem como abriu-se a torneira do funil até 
que as fases (duas) se separassem. 
Após a separação da fase aquosa e orgânica esta foi depositada em um 
erlenmeyer, o processo foi repetido para a fase orgânica no funil de separação 
O Erlenmeyer com a fase aquosa das duas separações (da primeira vez e da 
repetição) foi colocado numa vasilha com gelo por alguns minutos e acidificado com 
HCl concentrado. Apareceu um precipitado, que foi filtrado a vácuo. 
 
A fase orgânica que permaneceu no funil de separação foi tratada com 10 ml 
de solução de HCl 0,25N. 
Separou-se a fase aquosa obtida e repetiu-se o processo por mais duas 
vezes. 
Posteriormente, juntou-se às três fases aquosas obtidas do processo anterior 
em um erlenmeyer previamente resfriado em banho de gelo; e adicionou-se em 
pequenas quantidades uma solução de NaOH 0,5N até obter pH básico. Obteve-se 
o precipitado que foi filtrado à vácuo. 
A fase orgânica restante foi levada a capela a fim de que o solvente 
evaporasse. 
Pesou-se as substâncias obtidas após a filtração à vácuo, bem como 
anotou-se os resultados obtidos pelos demais grupos presentes no intuito de se 
comparar tais resultados. 
 
5. Resultados e Discussão 
 
Parte I- Ácido Benzóico 
À amostra pesada inicialmente de 1g de Ácido Benzóico, Naftaleno e 
𝝰-naftilamina, ​utilizou-se o éter para a dissolução da mistura por ser um dos 
melhores solventes para substâncias orgânicas por possuir baixo ponto de 
ebulição. 
A fim de separar os três compostos orgânicos homogêneos entre si, 
analisaram-se as estruturas e propriedades químicas destes compostos, onde foi 
possível determinar o caráter ácido-base de cada composto. Depois de 
homogeneizados (o ácido benzóico, um composto de caráter ácido; a α- 
Naftilamina, composto de caráter básico; e o Naftaleno, composto que não 
apresenta caráter ácido-base) primeiramente reagiu-se esta mistura com 
NaHCO​3​; o bicarbonato de sódio, que por se tratar de uma base reagiria 
preferencialmente com o ácido benzóico (reação de neutralização) formando água 
e sal como demonstrado na figura 1. 
 
 
Figura 1 – Reação de neutralização (ácido benzóico e bicarbonato de sódio)
 
Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_chemistry [7] 
 
Como o HCO​3​- é uma base fraca, há a dissociação da base, pela reação 
com um ácido mais forte, no caso o ácido benzóico. A reação se tornou mais 
efetiva pelo fato da base conjugada do ácido benzóico ser mais fraca, entrando 
em ressonância. 
Neste primeiro tratamento para separar os compostos, ocorre a liberação 
de gás carbônico (CO​2​), originado da reação de neutralização entre o ácido 
benzóico e o bicarbonato de sódio. Em consequência da reação de neutralização, 
as interações entre as moléculas que antes eram do tipo dipolo-dipolo, 
evidenciado por se tratar de uma interação mais fraca, passam a ser íon-dipolo (já 
que o sal permanece dissociado no meio aquoso). A mistura se divide em duas 
fases (uma aquosa e outra orgânica) evidenciando a não miscibilidade dos 
solventes. Em razão da diferença de densidade entre o éter etílico (utilizado para 
solubilizar os compostos orgânicos) e a água (produto da reação de 
neutralização), a fase inferior no funil de decantação é a fase aquosa, pois sua 
densidade é próxima à 1,00 g/mL, enquanto a fase superior é a fase orgânica, 
pois a densidade do éter etílico utilizado equivale à 0,712 a 0,714 g/mL. 
Observa-se que a fase aquosa leva uma coloração marrom. Isso evidencia 
que houve transferência de α-naftilamina para a fase aquosa juntamente com o 
ácido benzóico, agora como sal solubilizado benzoato de sódio. Após ser repetido 
o processo de adição de bicarbonato de sódio na fase orgânica, foi separada a 
fase aquosa e posteriormente acidificada com HCl (ácido clorídrico) concentrado, 
para que o benzoato de sódio voltasse a ser ácido benzóico (figura 2). 
 
 
 
Figura 2 – Reação de precipitação (Benzoato de sódio e Ácido clorídrico 
concentrado) 
 
 
 
 
 
 
Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_chemistry [7] 
 
A acidificação foi feita com o erlenmeyer em banho de gelo, já que a 
temperatura baixa diminui a solubilidade do ácido benzóico, o que auxilia na 
formação do precipitado. 
A adição de ácido sulfúrico levou o benzoato de sódio a se tornar 
novamente ácido benzóico, liberando vapor (processo exotérmico), que ao ser 
levado ao banho de gelo se cristalizou. Este procedimento usa como conceito a 
diferença de solubilidade dos compostos em meio ao solvente (ácido sulfúrico). 
 
Parte II – α-naftilamina 
Para a separação da α-naftilamina tratou-se a fase orgânica, contendo 
agora Naftaleno e α-naftilamina dissolvidos em éter etílico, com ácido clorídrico 
0,25N. O ácido foi usado para promover uma reação de neutralização com a 
α-naftilamina, uma vez que o ácido tenderá a reagir preferencialmente com a base. 
 
Figura 3 – Reação de protonação do grupo amina 
 
Fonte: Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_chemistry [7] 
 
 
Nesta reação ocorre a protonação do grupo amina, ou seja, o grupo amina 
fica com um hidrogênio a mais em sua estrutura. Por efeito da reação com a 
solução de ácido clorídrico, nesta etapa também ocorre separação de fases 
(aquosa, devido a água na solução de ácido clorídrico; orgânica, devido a presença 
de éter etílico), novamente causada pela não miscibilidade dos solventes e pela 
diferença de densidade a fase aquosa fica abaixo da fase orgânica. Repetindo o 
mesmo procedimento três vezes com a fase orgânica a fim de reagir totalmente a 
base com o ácido, a fase aquosa resultante foi submetida a reação com NaOH 
(hidróxido de sódio) a fim de desprotonar o grupo amina. A fase aquosa foi mantida 
em banho de gelo para facilitar na precipitação da α-naftilamina. 
 
Figura 4 – Reação de desprotonação do grupo amina 
 
 Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_chemistry [7] 
 
Parte III - Naftaleno 
Restando apenas a fase orgânica contendo éter etílico (solvente) e 
naftaleno, esta foi levada a capela de exaustão para eliminar o solvente através de 
evaporação, deixando apenas o naftaleno. 
 
Discussão 
Ambas as partes experimentais (exceto a parte III onde o solvente foi 
separado pela evaporação do solvente) foram filtradas a vácuo, separando assim o 
precipitado do solvente. 
Posteriormente os precipitados foram pesados, possibilitando o cálculo de 
rendimento de cada composto, dispostos na Tabela 1, a partir da Equação 1. 
 
 
 
 
Tabela 1 – Rendimento dos compostos orgânicos 
 
Composto 
OrgânicoMassa inicial 
(g) 
Massa final 
(g) 
Rendimento 
(%) 
Naftaleno 1,0023 0,18351 18,3 
Ácido 
benzóico 
1,0063 0,0739 7,34 
α-Naftilamina 1,0137 0,0276 2,72 
 
 
 
Eq. [1] 
 
 
Os rendimentos encontrados não se aproximam dos valores esperados. A 
causa deste resultado não satisfatório pode ser a ineficiência da aplicação desta 
técnica de separação, visto que parte da fase aquosa fica retida no funil de 
decantação e em outros momentos a fase orgânica é retirada juntamente com a 
fase aquosa, ocasionando a perda de produtos intermediários. 
Além disso, no momento de realizar a filtração à vácuo, o papel filtro e o filtro 
se apresentaram obstruídos diversas vezes ao longo do processo, já que a fase 
líquida do filtrado se mostrava um tanto quanto oleosa, e na tentativa de limpá-los, 
houve perda do material. 
 
Questão: 
Este método de separação poderia ser utilizado para separar a mistura: 
Antraceno, Naftaleno e ácido para- hidroxibenzóico? 
O método utilizado anteriormente não seria eficaz para separar estes três 
compostos, posto que o antraceno e o naftaleno não se separariam com esta 
 
técnica já que não diferem-se nas propriedades usadas para separação. Neste caso 
ambos compostos não apresentam caráter ácido-base, ou seja, não se separariam 
quando submetidos a diferentes reações de neutralização (como feito para o ácido 
benzóico e a α-Naftilamina anteriormente). 
 
Figura 5 – Estrutura do Antraceno, Naftaleno e Ácido para-Hidroxibenzóico 
 
 Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_chemistry [7] 
 
 
6. Conclusão 
Do ponto de vista técnico da prática, o resultado não se mostrou de acordo 
com o esperado, visto que os valores das massas finais das substâncias obtidas na 
separação e extração da mistura inicial são consideravelmente distantes dos valores 
das massas iniciais. 
 Entretanto, do ponto de vista didático, pode-se dizer que a prática foi além de 
cumprir seu objetivo de fornecer um aprendizado mais aprofundado a respeito de 
separação e extração de misturas através de um experimento; ao tempo que 
conceitos de interações intermoleculares também puderam ser trabalhados bem 
como pode-se notar como a diferença das forças de interação é determinante em 
cada tipo de reação. 
 
7. Referências Bibliográficas 
[1] NOVO, Lísias Pereira, Determinação da relação dos parâmetros de solubilidade 
de Hansen de solventes orgânicos com a deslignificação organossolve de bagaço 
de cana-de-açúcar, disponível em 
 
<http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-17042012-170249/publico/
LisiasPereiraNovoR.pdf> acesso em 15 de abril de 2017. 
 
[2] QUEIROZ, Sonia C. N., ​et all, ​Métodos de extração e/ou concentração de 
compostos encontrados em fluidos biológicos para posterior determinação 
cromatográfica, Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, Quim. 
Nova, Vol. 24, No. 1, 68-76, 2001. 
 
[3] Química Orgânica Experimental I, Departamento de Química Orgânica/UFRGS, 
QUI02 223, disponível em 
<http://www.iq.ufrgs.br/dqo/poligrafos/poligrafo_223_ed2012_1.pdf> acesso em 15 
de abril de 2017. 
 
[4] SILVA, Marco Antônio Alves, Extração, disponível em 
<http://www2.connection.com.br/marcoaas/aula/apostilas/qoexp1_cap5.pdf>, acesso 
em 15 de abril de 2017. 
 
[5] SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. Química Orgânica. 9. ed. v.1, New York, 
2003. 
 
[6] VOGEL, Arthur Israel, Qualitative Organic Analysis, 5ª ed./rev. p.166. 
 
[7] Figura 5 ​<​https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_chemistry​> acesso em 17 de Abril 
de 2017