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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA CAMPUS VITÓRIA DA CONQUISTA DANILO RAFAEL SILVA SANTOS AULA PRÁTICA Nº 09 CROMATOGRAFIA DE ADSORÇÃO VITÓRIA DA CONQUISTA JULHO/2019 DANILO RAFAEL SILVA SANTOS AULA PRÁTICA Nº 09 CROMATOGRAFIA DE ADSORÇÃO Relatório apresentado ao componente curricular Química Orgânica Experimental I, no curso de Licenciatura em Química, do Instituto Federal da Bahia – IFBA, campus de Vitória da Conquista, ministrado pelo Professor Dr. Anderson Marques de Oliveira, para fins avaliativos. Experimento realizado nos dias 08,15 e 22 de julho de 2019. VITÓRIA DA CONQUISTA JULHO/2019 INTRODUÇÃO Cromatografia é um processo de separação e identificação de componentes de uma mistura. Essa técnica é baseada na migração dos compostos da mistura, os quais apresentam diferentes interações através de duas fases. Fase móvel: fase em que os componentes a serem isolados "correm" por um solvente fluido, que pode ser líquido ou gasoso. Fase estacionária: fase fixa em que o componente que está sendo separado ou identificado irá se fixar na superfície de outro material líquido ou sólido. Para compreender a cromatografia, precisa-se saber dois conceitos básicos: Eluição: é a corrida cromatográfica. Eluente: é a fase móvel, um tipo de solvente que vai interagir com as amostras e promover a separação dos componentes. O processo cromatográfico consiste na passagem da fase móvel sobre a fase estacionária, dentro de uma coluna ou sobre uma placa. Assim, os componentes da mistura são separados pela diferença de afinidade através das duas fases. Cada um dos componentes da mistura é seletivamente retido pela fase estacionária, resultando em migrações diferenciais destes componentes. A cromatografia serve para identificação de substâncias, purificação de compostos e separação de componentes de misturas. A cromatografia em coluna é a mais antiga técnica cromatográfica. É uma técnica para separação de componentes entre duas fases, sólida e líquida, baseada na capacidade de adsorção e solubilidade. O processo ocorre em uma coluna de vidro ou metal, geralmente, com uma torneira na parte inferior. A coluna é preenchida com um adsorvente adequado que irá permitir o fluxo do solvente. A mistura é então colocada na coluna com um eluente menos polar. É usado uma sequência contínua de vários eluentes com o objetivo de aumentar a sua polaridade e consequentemente, o poder de arraste de substâncias mais polares. Assim, os diferentes componentes da mistura irão se mover em velocidades distintas, conforme a afinidade com o adsorvente e eluente. Isso torna possível a separação dos componentes. Figura 1- Cromatografia em coluna A cromatografia planar compreende a cromatografia em papel e a cromatografia em camada delgada: Cromatografia em papel: é uma técnica para líquido-líquido, no qual um deles é fixo a um suporte sólido. Recebe esse nome porque a separação e identificação dos componentes da mistura ocorre sobre a superfície de um papel filtro, sendo essa a fase estacionária. Cromatografia em camada delgada: é uma técnica para líquido-sólido, na qual a fase líquida ascende por uma camada fina de adsorvente sobre um suporte, geralmente, uma placa de vidro colocada dentro de um recipiente fechado. Ao ascender, o solvente arrastará mais os compostos que interagiram menos na fase estacionária. Isso provocará a separação dos componentes mais adsorvidos. Figura 2 - Cromatografia por camada delgada OBJETIVOS • Conhecer técnicas de separação dos componentes de uma mistura; • Realizar os processo de cromatografia por coluna e por camada delgada. PROCEDIMENTOS MATERIAIS E REAGENTES: • Balança analítica; • Clorofórmio; • Acetado de etila; • Éter de Petróleo • Heptano; • Metanol; • Sílica; • Tubo capilar; • Béquer de 250 mL; • Bureta de 25 mL; • Suporte universal; • Erlenmeyer; • Placa de cromatografia; • Bastão de vidro; • Espátula; • Pinça metálica; • Câmara UV; • Proveta; • Almofariz e pistilo; • Amostra de Cafeína; • Extrato de sabugueiro; • Extrato de hortelã; • Papel alumínio e filme de PVC. PARTE EXPERIMENTAL: Experimento 1 • Fixou-se em um suporte com auxílio de garras, uma bureta de 25 mL na vertical; • Colocou-se uma fina camada de algodão na base inferior da bureta, com auxílio de um bastão de vidro, e introduziu-se Heptano até completar ¼ da altura da bureta; • Pesou-se 10 g de sílica gel em um béquer de 100 mL, adicionou-se Heptano, misturando com um bastão de vidro até que se formasse uma pasta fluída e sem bolhas de ar incluídas; • Abriu-se um pouco a coluna deixando-a gotejar em um frasco Erlenmeyer durante o enchimento; • Com o auxílio do bastão de vidro deitou-se de modo contínuo a suspensão de sílica na coluna introduzindo o solvente coletado no Erlenmeyer novamente na coluna; • Deixou-se gotejar por 5-10 minutos após o enchimento da coluna para facilitar a sedimentação dos grânulos sílica. Terminado o empacotamento, o nível de Heptano ficou 1 cm acima da camada de sílica. • Distribui-se homogeneamente sobre o topo da coluna de sílica, a amostra do extrato de sabugueiro que foi devidamente preparada no almofariz no qual o extrato foi macerado com pequena quantidade de sílica; • Deixou-se se a coluna para dar continuidade no experimento na aula da semana seguinte; • Como a coluna cromatográfica acabou rachando, optou-se por realizar outro tipo de experimento citado nos experimentos 2 e 3 abaixo. Experimento 2 • Colocou-se, com a ajuda de um tubo capilar, a amostra do extrato de hortelã na placa de cromatografia; • Colocou-se a placa sobre 10 mL de Éter de Petróleo e esperou-se a amostra ser arrastada pelo solvente; • Olhou-se na câmara UV as cores da amostra que havia sido arrastada; • Adicionou-se 5 mL de Clorofórmio no Éter de Petróleo e deixou-se subir novamente a amostra colocando a placa sobre a solução; • Olhou-se novamente na câmara UV as cores da amostra que haviam sido arrastadas; • Adicionou-se na solução 5 mL de Acetato de Etila e verificou-se novamente o arraste do extrato na Câmara UV, após a placa de cromatografia ficar sobre os três solventes; • Realizou-se os mesmos procedimento anteriores para a cromatografia do extrato de sabugueiro. Experimento 3 • Colocou-se, com a ajuda de um tubo capilar, a amostra de cafeína que foi dissolvida em Clorofórmio, na placa de cromatografia; • Colocou-se a placa sobre 10 mL de Éter de Petróleo e Clorofórmio, esperou-se a amostra ser arrastada pelo solvente; • Olhou-se na câmara UV as cores da amostra que havia sido arrastada; • Adicionou-se 5 mL de Acetato de Etila no Clorofórmio e Éter de Petróleo, deixando subir novamente a amostra colocando a placa sobre a solução; • Olhou-se novamente na câmara UV as cores da amostra que haviam sido arrastadas; • Adicionou-se na solução 2 mL de Metanol na solução anterior e verificou-se novamente o arraste do extrato na Câmara UV, após a placa de cromatografia ficar sobre os quatro solventes. RESULTADOS E DISCUSSÃO Experimento 1: Como a coluna cromatográfica acabou se rachando, não foi possível realizar o experimentode cromatografia por coluna. Porém o resultado que poderia se esperar com o experimento, seria coletar em pequenas frações, os vários componentes da amostra de Sabugueiro, que podiam ser separados através da interação diferenciada com o solvente (fase móvel) e a fase estacionária. Para a fase estacionária contendo sílica, compostos polares iriam interagir mais fortemente que compostos não polares, ficando mais retidos e sendo eluídos posteriormente. Depois de coletadas as frações e tendo evaporado os solventes, seriam realizadas as cromatografias de camada delgada, como nos experimentos 2 e 3 que foram realizados. Experimento 2: Ao colocar a placa cromatográfica contendo a amostra do extrato de hortelã sobre o Éter de Petróleo, verificou se na Câmara UV que houve um pequeno arraste no qual pode -se observar pelo menos a separação de duas substâncias da amostra, como mostra a figura 3 abaixo: Figura 3 - Arraste do extrato de Hortelã com Éter de Petróleo Ao colocar novamente a placa cromatográfica na solução anterior com a adição do clorofórmio, percebeu-se ao olhar na Câmara UV, que houve uma separação ainda maior das substâncias presentes, com o arraste mais para cima da placa, como mostra a figura 4 a seguir: Figura 4 - Arraste do extrato de Hortelã com Éter de Petróleo e Clorofórmio Ao adicionar Acetato de Etila na solução anterior, e colocar a placa de cromatografia sobre a solução, percebeu-se na Câmara UV que pela alta polaridade, o arraste foi muito significativo, ficando pouco identificável, a separação de substâncias, como mostra a figura 5 a seguir: Figura 5 - Arraste do extrato de Hortelã com Éter de Petróleo, Clorofórmio e Acetato de Etila Sendo assim para o extrato de Hortelã, até a segunda etapa, poderia ser a solução com polaridade adequada para separar por cromatografia, as substâncias presentes. Realizando os mesmos procedimentos com o extrato de Sabugueiro, nas duas primeiras etapas, no qual a placa de cromatografia foi colocada sobre Éter de Petróleo e Clorofórmio, a amostra não subiu devido a baixa polaridade dos solventes em relação a amostra, como pode-se perceber nas figuras 6 e 7. Figura 6 - Arraste do extrato de Sabugueiro com Éter de Petróleo Figura 7 - Arraste do extrato de Sabugueiro com Éter de Petróleo e Clorofórmio Ao adicionar o Acetato de Etila, a polaridade da solução aumentou bastante, e pode-se observar que houve um arraste considerável do extrato, onde percebe-se pelo menos a separação de duas substâncias pelas cores distintas apresentada, como mostra a figura 8. Figura 8 - Arraste do extrato de Sabugueiro com Éter de Petróleo, Clorofórmio e Acetato de Etila Percebe-se então que para a realização de cromatografia por camada delgada para o extrato de Sabugueiro, necessita de alta polaridade do solvente, para que assim, o arraste da amostra aconteça. Experimento 3 Na cromatografia por camada delgada da amostra de Cafeína, na primeira etapa com o solvente Éter de Petróleo, por ter polaridade baixa, a amostra não foi arrastada na placa. Ao adicionar Acetato de Etila, percebeu-se que a amostra começou a subir devido ao aumento da polaridade do solvente, porém não foi polar o suficiente para arrastar grande parte do extrato, como mostra a figura 9 a seguir: Figura 9 - Arraste da amostra de Cafeína com Éter de Petróleo e Acetato de Etila Quando misturado metanol a solução anterior, percebeu-se que na placa de cromatografia, ao ser colocada sobre a solução que ficou bastante polar, houve arraste significativo da amostra de cafeína, inclusive o isolamento de uma única substância centralizada, com coloração que não esta na faixa do visível, mas perceptível ao ser colocado abaixo das luzes da Câmara UV, como mostra a figura 10 a seguir: Figura 10 - Arraste da amostra de Cafeína com o Metanol Sendo assim, para a cromatografia em camada delgada da amostra de Cafeína, se faz necessária alta polaridade, para poder arrastar e isolar a substância presente nela. Questionário 1. Cite os principais tipos de força que fazem com que os componentes de uma mistura sejam adsorvidos palas partículas do sólido. São diversas forças intermoleculares, que podem ter a ordem aproximada dessas interações a seguir: Cátion-Ânion > ion-dípolo > ligação de hidrogênio > dipolo-dipolo > Van der Waals. 2. Cite as características do solvente para arrastar os compostos adsorvidos na CC. Os solventes para arrastar os compostos adsorvidos na CC, devem ser os mesmos utilizados na cromatografia por camada delgada, previamente escolhidos por análise e ordem crescente de polaridade, até encontrar o com polaridade mais adequada para a realização do procedimento. 3. Fale sobre o princípio básico que envolve a técnica de cromatografia. A cromatografia é uma técnica de separação baseada na distribuição dos componentes de uma mistura entre um fluido (fase móvel ou eluente) e um adsorvente (fase estacionária). A fase estacionária pode ser um sólido ou um líquido depositado num sólido inerte, empacotado numa coluna ou espalhado por uma superfície formando uma camada fina. 4. Se os componentes da mistura, após a corrida cromatográfica, apresentam manchas incolores, qual o processo empregado para visualizar essas manchas na placa cromatográfica? Utiliza-se a Câmara UV, na qual a placa cromatográfica é colocada, um raio ultravioleta é direcionado a placa, e as cores que antes eram invisíveis, podem agora se tornar visíveis com a incidência da luz desse aparelho. 5. Sobre a técnica de CC, responda: Quais os fundamentos básicos? Cite alguns usos da técnica. Enumere vantagens e desvantagens da técnica. A cromatografia em coluna é comumente utilizada para purificação de substâncias orgânicas, ou para remover o material de partida ou isolar o produto desejado de uma reação. Para tal, a mistura é passada através de um tubo de vidro vertical preenchido com sílica ou alumina (ou outra fase estacionária) e é coletada em pequenas frações. Os vários componentes de uma amostra podem ser separados através da interação diferenciada com o solvente (fase móvel) e a fase estacionária. Para uma fase estacionária contendo sílica, compostos polares irão interagir mais fortemente que compostos não polares, ficando mais retidos e sendo eluídos posteriormente. As aplicações práticas da cromatografia encontram-se, por exemplo, na produção, onde se usa a cromatografia para a limpeza e isolamento de substâncias. Por outro lado, na analítica química usa-se a cromatografia para separar misturas em compostos homogêneos. A cromatografia desempenha um papel importante em muitos setores, como a Química Orgânica, a Bioquímica, a Química Inorgânica, a Química Ambiental e a Química Alimentícia. Dentre as vantagens dessa técnica destaca-se a capacidade de isolar determinada substância com maior precisão, a pureza maior do produto identificado, análise analítica de determinada amostra. Dentre as desvantagens, destaca-se o tempo para o isolamento de substâncias, a possibilidade de ocorrer erros no empacotamento das frações na coluna, rachaduras na coluna que não permitam uma adsorção significativa das substâncias a serem isoladas. CONCLUSÕES Por meio dos resultados obtidos com os experimentos realizados, pode-se conhecer técnicas de separação de componentes de uma mistura, nos quais percebe- se a relação direta dos solventes com polaridades adequadas para a realização dos diferentes modos de cromatografia, sendo esses processos que visam isolarsubstâncias de amostras, nas quais pelos procedimentos apresentados nesse relatório, pode -se identificar qual a melhor maneira para realizar a cromatografia adequada as propriedades químicas da substância a que deseja-se ser isolada. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRONDANI, Patricia Bulegon. Cromatografia em Coluna: Dicas. Disponível em: http://nuquiocat.quimica.blumenau.ufsc.br/files/2016/07/Cromatografia-em-Coluna.pdf. Acesso em 27 jul. 2019. ENGEL, Randall G. et al. Química Orgânica Experimental. Tradução de Solange Aparecida Visconti. 3. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2012. MAGALHÃES, Lana. Cromatografia; Brasil Escola. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/cromatografia/. Acesso em: 27 jul. 2019.
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