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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CENTRO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA – CCN DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA PARA ZOOTECNIA PROFª. DRª NILZA CAMPOS ANDRADE. DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO Teresina 2021 MAYSA TORRES DE SOUSA SOARES MAYSA TORRES DE SOUSA SOARES DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO Relatório elaborado por discentes do 2° período do curso de Zootecnia da Universidade Federal do Piauí, apresentado a disciplina de Química Orgânica, ministrada pela Profª. Drª Nilza Campos Andrade. Teresina 2021 4 . .. . .. SUMÁRIO RESUMO ..............................................................................................................04 1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................04 2. PARTE EXPERIMENTAL .................................................................................05 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................06 4. CONCLUSÃO ...................................................................................................08 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................08 QUESTIONÁRIO. .................................................................................................09 4 4 RESUMO O experimento tem como objetivo determinar o ponto de fusão de uma substância utilizada no laboratório. 1. INTRODUÇÃO O ponto de fusão é uma propriedade física característica de uma substância pura, tal como o ponto de ebulição, a densidade, a rotação óptica, as propriedades espectroscópicas no ultravioleta e no visível, no infravermelho, de ressonância magnética nuclear, entre outros. O ponto de fusão de uma substância é definido como sendo a temperatura na qual, à pressão de uma atmosfera (760 mmHg), encontram-se em equilíbrio os estados sólido e líquido da substância. Para uma substância pura, a mudança de estado é geralmente muito rápida e a uma temperatura característica, não sendo afetada por mudanças moderadas de pressão. Em geral uma substância pura funde em um intervalo de cerca de 1°C. A presença de pequenas quantidades de impurezas geralmente aumenta esse intervalo e faz com que o início da fusão aconteça em temperaturas mais baixas. Por esse motivo pode-se utilizar o ponto de fusão como critério de pureza de uma substância. A maioria dos compostos orgânicos possui pontos de fusão suficientemente baixos (50-300°C) para poderem ser determinados convenientemente com equipamentos simples. Os químicos orgânicos utilizam por isso os pontos de fusão, rotineiramente, para avaliarem a pureza de compostos cristalinos e para ajudar a identificar esses compostos. A temperatura e a extensão do intervalo de fusão são atributos importantes de uma dada substância e que refletem a sua pureza. Os compostos cristalinos puros têm intervalos de fusão estreitos. A presença de impurezas numa amostra, mesmo em pequenas quantidades, baixa geralmente a temperatura de fusão e alarga o seu intervalo. Um intervalo de fusão grande (maior que 5°C) indica, normalmente, que a substância é impura. Um intervalo de fusão estreito (0,5-2,0°C) é, em geral, indicativo de um composto praticamente puro. Existem, no entanto, algumas exceções a estas generalizações. De fato, pequenas diferenças no ponto de fusão (na ordem de 5 2-3 °C) podem também resultar do modo de cristalização do composto, da exatidão do termômetro do aparelho de medição do ponto de fusão e da experiência de quem faz a sua determinação. Este trabalho tem como objetivo determinar o ponto de fusão do ácido oxálico. 2. PARTE EXPERIMENTAL Materiais e reagentes • Lamparina • ácido oxálico • Almofariz com pistilo • Termômetro • Rolha com buraco • Tubo de Thiele • Béquer de 100 ml • Base de ferro • Tubos capilares • Espátula Procedimento experimental: • Ligou-se a lamparina. Depois, aqueceu-se na chama uma das extremidades do tubo capilar, fazendo um movimento de rotação nesse tubo, até o surgimento de um pequeno nódulo (nesse instante, o capilar encontrou-se fechado). • Colocou-se a amostra que se quis determinar o ponto de fusão, o acido ácido oxálico, em um almofariz com o uso de uma espátula, iniciou a marceração do solido afim de diminuir sua granulometria. • O tubo capilar foi mantido o mais horizontal possível; empurrou-se sua extremidade aberta de encontro à amostra com o auxílio da espátula, a fim de acomodar a amostra no tubo. • Com pequenas batidas no balcão do laboratorio, a amostra se acomodou no fundo do capilar 6 • Introduziu-se um termômetro em rolha furada até a metade do mesmo. • Prendeu-se no termômetro o tubo capilar, que já se encontrava com a amostra a ser determinada o ponto de fusão, utilizando uma liga, com o cuidado de deixar a amostra o mais perto possível do bulbo do termômetro. • Adaptou-se uma garra à base de ferro e fixou-se o termômetro. • Adicionou-se glicerina com o auxilou de um bequer até a parte de cima do tubo de Thiele. • Colocou-se o termometro com o tubo capilar dentro do tubo de Thiele com glicerina • Aqueceu-se lentamente o banho de glicerina com a lamparina’, comecando pela alça do tubo de Thiele. • Registrou-se a temperatura na qual apareceu a primeira gota de líquido e a temperatura na qual desapareceu o restante da porção sólida. Essa faixa de temperatura representa o ponto de fusão para a substância pura utilizada. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Em relação os dados obtidos a partir da técnica de experimentação para determinar o ponto de fusão de alguns compostos, verificou-se que os resultados foram satisfatórios se comparados aos valores padronizados na literatura. Evidentemente, os valores obtidos na prática não asseguram garantia plena, uma vez que o procedimento empregado para determinar o ponto de fusão não se estende a um valor considerado altamente preciso e exato como ao valor de compostos analisados em equipamentos automatizados. Como foi demonstrado na prática, o ponto de fusão pode ser facilmente determinado em laboratório, com apenas um tubo capilar a partir de um tubo comum de vidro, um termômetro e uma fonte de calor. Ao observar a 7 Tabela 1, temos a temperatura inicial e final determinadas durante a experimentação. Tabela 1. Valores de ponto de fusão inicial e final do composto. VALORES PADRONIZADOS* VALORES DO EXPERIMENTO P.F. inicial P.F. final P.F. inicial P.F. final Ácido oxálico 98 ºC 101 ºC 99 ºC 100 ºC Na prática, observou-se que a fusão se completou no tempo decorrido entre o seu início e a verificação da temperatura no termômetro. Uma vez que, a temperatura atinge o início da fusão da amostra, os cristais sólidos contidos no capilar, se amalgamaram em gotas, dando surgimento dos resíduos da fase sólida embebidos na fase líquida. Neste momento, necessita- se observar, com atenção, o termômetro a fim de registrar a temperatura que indica o ponto de fusão da amostra. É importante ressaltar que a quantidade de calor suficiente para fundir a amostra em análise não deve ser em excesso. Uma vez que, para determinar o ponto de fusão das gorduras sólida naturais, com ponto de fusão inferior ao ponto de ebulição da água, utiliza-se apenas um banho-maria. Porém, algumas substâncias, com ponto de fusão superior ao ponto de ebulição da água, deve-se preferir um banho de óleo, glicerina, parafina e ácido sulfúrico. O ponto de fusão, a certa pressão, é sempre um valor constante e característico de uma substância pura, por isso sua determinação se baseia em um método cujafinalidade é calcular e determinar de forma exata o grau de pureza de um sólido e identificar amostras desconhecidas; uma vez que existem tabelas de pontos de fusão para uma série de substâncias pura. Conforme a literatura, os compostos orgânicos, geralmente, e com raras exceções, apresentam ponto de fusão relativamente baixo, fator este muitas vezes utilizado para distingui-los dos compostos minerais. Ocorre algumas vezes que certos compostos orgânicos se decompõem à temperatura 9 de fusão, caráter este que deve ser assinalado, quando se registra o seu ponto de fusão. Uma vez que, as impurezas ocasionam o abaixamento do ponto de fusão das substâncias. Este fato se observa quando as impurezas são solúveis na substância fundida e insolúveis na sua fase sólida. 4. CONCLUSÃO Em suma, a partir deste experimento, pode-se concluir que uma substância, quando em seu estado puro, possui um valor de temperatura de fusão definido e com um intervalo aceitável entre a temperatura de início e de término de fusão muito pequeno. Assim, pode-se determinar a pureza de uma substância a partir de seu ponto de fusão (além de outras características que também podem determinar o grau de pureza de um composto). 9 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA Experimento: https://www.youtube.com/watch?v=Uyz_XssjWqc&t=83s ALL INGER, N. L.; CAVA, M. P.; JONGH, D. C.; JOHNSON, C. R.; LEBEL, N. A.; STEVENS, C. L. Química orgânica. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. 961p. CAMPOS, M. M. (Coord.); AMARAL, L. F. P.; EL SEOUD, O.; ALVARENGA, M. A.; VICENTINI, G.; YOSHIDA, M.; LOPES FILHO, J. C. Fundamentos de química orgânica. São Paulo: Blücher, 1980. 606p. GONÇALVES, D.; WAL, E.; ALMEIDA, R. R. Química experimental orgânica. São Paulo: McGraw-Hill, 1988. 269p. RUSSELL, J. B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 2008. 1v. SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química orgânica. Rio de Janeiro: LTC, 2013. v.1. 10 QUESTIONÁRIO 1 - Que se entende por ponto de fusão? Com que finalidade é usado? Entende-se por ponto de fusão a temperatura na qual uma substância passa do estado de agregação sólido para o estado líquido. As substâncias puras fundem-se a uma temperatura constante, já as impuras ou misturas não apresentam ponto de fusão bem definido, mas uma faixa de fusão que será maior, quanto mais impurezas contiver a substância. Sua finalidade é determinar de forma exata o grau de pureza de um sólido e identificar amostras desconhecidas, uma vez que existem tabelas de pontos de fusão para uma series de substâncias puras. 2 - Procurar na bibliografia indicada o ponto de fusão do α-naftol, do ácido benzóico. Comparar com os resultados obtidos. O ácido benzoico possui ponto de fusão de 122,1˚C e o α-naftol de 95-96˚C na literatura, o que indica um bom resultado da pratica realizada que obteve para o ácido benzoico um ponto de fusão de 124,8°C e para o α-naftol de 95,1°C, valores próximos do preconizado. 3 - Por que se recomenda que a determinação do ponto de fusão seja realizada inicialmente com o α-naftol e não com o ácido benzóico? O α-naftol possui ponto de fusão menor, portanto é recomendado que os testes fossem realizados primeiramente com o mesmo, pois atingira um valor de 96˚C que não é suficiente para fundir o ácido benzoico que necessita de 122,1˚C., portanto uma economia de tempo e material. 4 - Tendo em vista a estrutura molecular do α-naftol, do ácido benzóico, apresentar uma explicação para as diferenças de seus pontos de fusão. O α-naftol deveria ter um ponto de fusão maior, pois possui mais carbonos. Porém o ácido benzoico tem a possibilidade de formar duas pontes de hidrogênio enquanto que o α-naftol apenas uma, assim as forças intermoleculares do ácido benzoico é maior que a do α-naftol. 11 5 - De acordo com o ponto de fusão pesquisado, qual deveria ser a temperatura em que o ácido benzóico passaria do estado líquido para o sólido, ou seja, qual seria o ponto de solidificação o ácido benzóico? O ponto de solidificação é igual ao ponto de fusão em substâncias puras, portanto o ponto de solidificação do ácido benzoico é de 124,8˚C.
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