STBL 20251

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UFMG SEGURANÇAE TÉCNICAS BÁSICAS DELABORATÓRIO DEQUÍMICA Departamento de Química Instituto de Ciências Exatas Coordenador de Prática: Adão Aparecido Sabino Revisores: Amanda Silva de Miranda, Diogo Montes Vidal, Julio Cesar Dias Lopes, Rosemeire Brondi Alves e Rossimiriam Pereira De Freitas 2025/12 SUMÁRIO Introdução Geral 3 Recomendações que devem ser observadas ao longo do curso 4 Requisitos básicos para o Relatório 5 Atividade 1: Ácido acetilsalicilico: filtração e extração sólido-liquido 6 I) Filtração: Separação de Substâncias 6 II) Extração Obtenção de Substâncias 7 Atividade 2: Ácido recristalização 10 Cristalização e Recristalização 10 Questionário (atividade I c2) 11 Atividade 3: Extração aquecimento sob refluxo e destilação simples 13 I) Extração separação de substâncias 13 sob refluxo e destilação simples: purificação de substâncias 15 18 Questionário: 18 Bibliografia Recomendada: 19 Atividade 4: Cromatografia em camada delgada - CCD 20 Questionário: 24 Atividade 5 - Separação de corantes por cromatografia em coluna 26 Atividade 6: Destilação fracionada - separação de substâncias líquidas 31 Questionário (atividade 35 Atividade 7: Destilação por arraste de vapor - separação de substâncias líquidas 36 Obtenção do destilado 37 Atividade 8: Destilação sob pressão reduzida com evaporador rotatório - separação de substâncias 39 Obtenção do óleo essencial 39 Questionário (atividade 403 Objetivos do curso Introduzir algumas técnicas de laboratório pela execução de experiências simples Desenvolver a habilidade no manuseio de reagentes e aparelhagens simples Incentivar a elaboração de relatórios científicos objetivos e concisos Introdução Geral Muitas das técnicas aqui apresentadas serão normalmente utilizadas pelos alunos em seus trabalhos em laboratórios de Outras técnicas serão indicadas pelo professor para conhecimento, apenas como informação e exemplo dos numerosos meios usados atualmente em um laboratório de As experiências serão feitas com o objetivo de apresentar as técnicas, fornecendo informações sobre a sua utilização, mas também oferecer oportunidade ao aluno para se informar à respeito do tema abordado em cada experiência. o aluno deverá ler antecipadamente as informações e o(s) roteiro(s) de cada experiência e, durante a realização das experiências, ficar atento às instruções a serem Serão enfatizadas as Técnicas elementares e necessárias em qualquer Laboratório de Química, dando prioridade aos processos de separação e purificação de substâncias, além de avaliação de pureza e de identificação de substâncias As técnicas extração sólido-liquido, filtração e cristalização serão abordadas neste curso. Este curso pretende também incentivar e subsidiar a elaboração de relatórios que realmente sirvam como documentação treinando os alunos na redação técnica.4 Recomendações que devem ser observadas ao longo do curso 1. Atenção ao manusear as vidrarias para evitar quebras 2. Manter a bancada limpa e seca 3. Iniciar a montagem sempre de baixo para cima, a partir da fonte de aquecimento 4. Sempre usar suporte universal de tamanho proporcional à montagem realizada 5. Nunca usar suporte universal na posição invertida 6. Prestar atenção à fonte de aquecimento a ser usada: manta ou bico de gás (aquecimento direto ou banho maria) 7. Respeitar a distância aproximada de 3 dedos entre o bico de gás e o aro (não se aplica quando se utiliza tripé) 8. Ficar atento à necessidade de uso de tripé ou aro 9. Observar a posição correta da mufa (nunca usá-la invertida) 10. Nunca usar tela de amianto e panela (banho-maria) simultaneamente (mesma função) 11. Observar a correta posição do balão: 11.1. Centrado apoiado sobre a tela de amianto 11.2. Centrado não apoiado sobre a (banho-maria) 12. Ficar atento ao uso correto dos diferentes tipos de (destilação, fundo redondo e bi ou tri-tubulado) 13. Ficar atento ao uso correto dos diferentes tipos de condensadores (ar, reto e bolas) 14. Verificar, antes do início do experimento, se todas as vidrarias estão encaixadas corretamente 15. Ficar atento ao uso correto da pedra de porcelana porosa e adicioná-la ao balão antes de conectá-lo ao sistema 16. Só colocar o balão ou o condensador à respectiva garra após prendê-la no suporte. 17. Nunca deixar o balão sem garra acoplado no condensador 18. Nunca deixar o condensador sem garra acoplado no balão 19. Usar garra de tamanho adequado para prender o condensador (reto e bolas) 20. Sempre usar, em destilações, balão e frasco coletor proporcional ao volume utilizado 21. Não fazer montagem torta ou instável 22. Nunca arrastar a montagem pela bancada depois de pronta 23. Mangueiras de circulação (de água ou gás) devem ser protegidas da fonte de aquecimento 24. Conectar corretamente a no condensador (entrada e saída de água) 25. Nunca colocar ou remover as mangueiras do sistema montado 26. Evitar fluxo de água muito intenso 27. Observar a função do condensador e com isso a necessidade de circulação de água 28. Sempre desconectar as mangueiras do condensador pela entrada de água 29. Sempre colocar a escala e o bulbo do na posição adequada 30. alonga de destilação e funil de adição devem ser sempre os últimos a serem colocados na montagem e os primeiros a serem retirados ao final dos experimentos5 Requisitos básicos para o Relatório 01- Identificação do Relatório Nome da disciplina Professor Número da atividade Título da Atividade Data 02- Identificação do(s) Aluno(s) Grupo Turma Nome(s) do(s) Aluno(s) 03- Objetivo(s) 04- Material Utilizado (incluir reagentes, equipamentos, vidrarias e outros) 05- Introdução ao Assunto 06- Parte experimental (verbo no passado e impessoal) Montagens (desenho ou colagem) com nomes de todos os componentes 07- Resultados Anotações do que foi evidenciado na execução Tabelas e gráficos 08- Discussão da prática (aspectos mais relevantes) e das fontes de erros 09- Conclusão 10- Bibliografia completa 11- Anexo(s) (quando for solicitado pelo professor da disciplina) Não pode haver bom resultado onde a dedicação não acompanha a execução. Procure ser cauteloso(a) e agir com responsabilidade no laboratório, seja qual for a atividade que você esteja6 Atividade 1: Ácido acetilsalicílico: filtração e extração sólido-liquido Filtração: Separação de Substâncias Filtração é uma técnica de separação de misturas heterogêneas constituídas por sólido disperso em meio líquido. Emprega-se um filtro para separar as fases. Os filtros comumente empregados são o papel e o algodão (quando se deseja evitar perda por dispersão através do papel). Os tipos comuns de filtração são: Simples e por sucção (à vácuo). A filtração simples é recomendada quando houver interesse no componente líquido, uma vez que ela permite uma melhor retenção da fase sólida no filtro, fornecendo o líquido (filtrado) com menor grau de contaminação. Na filtração simples com papel de filtro pregueado tem-se maior superficie de filtração e conseqüente aumento na velocidade do processo. A filtração por sucção é recomendada sempre que houver interesse no componente sólido da mistura (que pode ser obtido com residuo de solvente). o rendimento quanto ao tempo, em relação à filtração simples, torna o uso da filtração à vácuo um processo de rotina no laboratório. Entretanto, pode haver perda em eficiência na filtração e desta forma uma filtração simples é recomendada, caso o filtrado seja o componente de interesse. Uma filtração "a quente" é utilizada quando as substâncias são solúveis sob aquecimento e insolúveis sob resfriamento, principalmente em recristalizações. Neste caso, utiliza-se funil apropriado com corrente de água ou quente, ou mesmo aquecido por eletricidade. Entretanto, usa-se improvisar um aquecimento prévio do sistema de filtração por meio de banho de água quente ou aquecimento em estufa. Na filtração simples com aquecimento é aconselhável utilizar funil sem haste. A seguir são fornecidos roteiros para filtrações simples e por Observe as Figuras correspondentes e compare-as. ROTEIROS PARA FILTRAÇÃO: A) FILTRAÇÃO SIMPLES 1) Montar um suporte universal e conectar um anel para funil à haste do suporte; 2) Apoiar o frasco receptor (béquer, Erlenmeyer) na base do suporte e um funil de vidro ao anel de modo que a haste do funil toque a parede interna do frasco; 3) Dobrar o papel de filtro ao meio, e novamente ao meio a de se obter um 4) Adaptar cone de papel ao funil e umedecer com solvente (o mesmo da mistura a ser filtrada); 5) Despejar a mistura no funil, aos poucos, com a ajuda de um bastão de vidro; 6) Cuidar para que a quantidade de resíduo de mistura seja a mínima (agitar o frasco durante o ato de despejar, ou lavar com o mesmo solvente) (Figura7 Sistema de Figura 1: Montagem para Figura 2: Montagem para filtração filtração sob pressão reduzida. B) FILTRAÇÃO À VÁCUO (por sob pressão reduzida) 1) Fixar o Kitasato à haste de suporte com auxílio de uma mufa e uma garra para condensador; 2) Conectar o funil de Büchner ao Kitasato através de uma rolha de borracha e conectar o Kitasato ao sistema de vácuo (mangueira ligada à trompa d'água e à torneira, ou à bomba de 3) Adaptar um circulo de papel filtro à base do funil de modo a cobrir todos os orifícios (ver Figura 2) e umedecer com solvente (o liquido da mistura a ser filtrada); 4) Liberar o fluxo de água (ou ligar a bomba) para sucção do ar e despejar a mistura sobre o centro da base do funil, com ajuda de um bastão de vidro; 5) Esperar até verificar ausência de gotas de filtrado para interromper a de ar e, então, fechar a torneira (nunca feche a torneira sob sucção de ar!); 6) Remover o sólido do funil, com ajuda de espátula. II) Extração Obtenção de Substâncias Extração consiste na separação de um componente de uma mistura, por meio de um solvente. São comuns extração e extração A extração é largamente empregada para separar um composto orgânico de soluções ou suspensões Neste caso, a extração fundamenta-se no fato de que as substâncias orgânicas são, em geral, solúveis em solventes orgânicos e muito pouco solúveis na água, de modo que ao se formar duas fases pela adição de solvente orgânico, após agitação, a substância passa em maior parte da fase aquosa para o solvente Uma decantação posterior e subseqüente remoção (por do solvente permite separar a substância desejada.8 A extração simples de mistura sólida (extração no entanto, é feita, geralmente, por aquecimento e/ou agitação da mistura com solvente e posterior Os componentes do extrato (que estão no líquido) podem ser obtidos através de recuperação (remoção por destilação) do solvente. É possível empregar um solvente que dissolva sob aquccimento certo componente da mistura sólida, tendo-se o cuidado de filtrar o material ainda a quente e, então, deixa-lo em repouso para precipitação do sólido com a redução da Neste caso, uma filtração fornecerá o componente sólido extraído. Outra técnica de extração, a extração exaustiva, é aquela em que a mistura permanece em contato com o solvente por tempo prolongado, ou por extrações repetidas, até total remoção dos componentes A extração contínua tanto de misturas sólidas quanto líquidas exige aparelhagem própria como extratores adequados, os percoladores, por exemplo. A montagem ao lado apresenta uma extração em aparelho Soxhlet. Nesta experiência, o ácido ativo do analgésico e antipirético será extraído do comprimido utilizando a técnica "extração o OH CH3 Ácido (AAS) Parte Experimental Cada aluno deverá providenciar 2 (dois) comprimidos de similar adulto e levar para utilizar na experiência (serão 4 comprimidos por grupo). ATENÇÃO: adquirir comprimidos com composição tradicional (comprimidos de "Aspirina MicroAtiva" são úteis neste experimento) Materiais Béquer de 250 Erlenmeyer de 250 mL; proveta de 100 bastão de vidro; funil simples; aro; conjunto para filtração (funil de Büchner, Kitasato, trompa d'água (ou bomba de vácuo), papel de filtro, mufa, garra, suporte universal); tubos de ensaio e suporte; conta-gotas; garrafa lavadeira; tesoura; espátula, vidro de relógio, pinça de Reagentes de 500 mg adulto (ou outro similar contendo AAS), etanol, gelo picado, água e solução de iodo em9 Procedimento Extração do ácido acetilsalicílico de comprimidos 1. Colocar 20 mL de etanol em um béquer de 250 mL. 2. Adicionar ao etanol 4 comprimidos de (ou outro similar contendo AAS), de 500 mg (adulto). Observar o ocorrido antes de agitar. 3. Triturar os comprimidos e agitar com um bastão de vidro. Observar o ocorrido e 4. Realizar uma filtração simples para retirar o sólido insolúvel (Sólido I), recolhendo o filtrado em um Erlenmeyer de 250 mL. Reserve o sólido para testes posteriores. 5. Adicionar gelo triturado no Erlenmeyer até atingir o volume de 150 mL. Aguardar até que todo o gelo triturado tenha derretido. 6. Filtrar o sólido a vácuo, lavando as paredes do Erlenmeyer com pequenas porções de água gelada para remover o sólido remanescente (Sólido II). Secar o Sólido Il obtido o máximo deixando a trompa ou bomba de vácuo 7. Transferir uma pequena quantidade da solução contida no Kitasato (passo 6) para um tubo de Adicionar 3 gotas de solução de iodo em iodeto. Observar e anotar o ocorrido. 8. Transferir uma pequena quantidade do sólido insolúvel (sólido I), obtido durante a filtração simples (passo 4), para um tubo de ensaio contendo cerca de 2 mL de água. Aquecer. Agitar. Resfriar e adicionar 3 gotas de solução de iodo em 9. Transferir uma pequena quantidade do sólido (sólido II) obtido durante a filtração à vácuo (passo 6), para um tubo de ensaio contendo cerca de 2 mL de água Agitar. Resfriar e adicionar 3 gotas de solução de iodo em 10. Comparar os resultados obtidos nos testes. 11. Armazenar o sólido II para secagem e utilização na próxima aula.10 Atividade 2: Ácido acetilsalicílico recristalização Cristalização e Recristalização A cristalização é o processo de formação de cristais de um soluto em uma solução, por abaixamento da temperatura ou aumento da concentração do soluto. fenômeno da cristalização é justamente o inverso da dissolução. Com o abaixamento da temperatura as forças de difusão das particulas do soluto no líquido são diminuídas, as particulas se aproximam de modo que as forças de coesão e reticulares aumentam e terminam por aprisioná-las na rede cristalina. A cristalização é usada para a obtenção de cristais de certas substâncias, para purificação e para separação de Na parte dos casos, é essencial que a substância a ser cristalizada seja solúvel a quente e insolúvel a frio no solvente ou mistura de solventes escolhida para o processo. Distinguem-se dois tipos de cristalização simples quando a solução contém apenas um soluto; cristalização fracionada quando a solução contém mais de um soluto. A recristalização é o método mais comum de purificação de substâncias sólidas e inclui pelo menos quatro etapas: ] Dissolução da substância de interesse no solvente escolhido a uma temperatura mais elevada que a ambiente (dissolução a quente). Às vezes, torna-se necessário, nesta etapa, uma filtração a quente de modo a eliminar qualquer material 2 Resfriamento da 3 Separação dos cristais formados (recristalizados) do meio líquido geralmente por 4 Secagem do recristalizado. O solvente para a recristalização deve dissolver grande quantidade da substância em temperatura elevada e pequena quantidade em temperatura baixa. Além disso, deve dissolver as impurezas mesmo a frio ou não mesmo a Uma mistura de solventes pode ser mais conveniente em alguns casos, desde que um dos solventes dissolva bem a substância a frio e outro não, mesmo a Neste caso, dissolve-se a substância em pequena quantidade do solvente no qual ela é acrescenta-se o outro solvente até ligeira turvação da solução (sob aquecimento) e, então, adiciona-se novamente pequena quantidade do solvente (mínimo necessário) no qual a substância é solúvel até que a solução se torne limpida. Nesta experiência, o ácido extraído dos comprimidos de (ou similar), será purificado por11 Parte Experimental Materiais Erlenmeyer de 100 proveta de 50 bastão de conjunto para aquecimento (tripé, bico de gás, tela de amianto, conjunto para filtração (funil de Büchner, kitazato, bomba de vácuo, papel de filtro. mufa, garra, suporte universal); tubos de ensaio e suporte; conta-gotas; garrafa lavadeira; tesoura; espátula, vidro de relógio. Reagentes Ácido acetilsalicílico isolado de comprimidos de (ou outro similar) e solução de iodo em iodeto. Procedimento de Recristalização do produto obtido 1. Transferir o ácido obtido de comprimidos de Aspirina (ou outro similar) para um Erlenmeyer de 100 mL. 2. Adicionar 20 mL de água destilada ao Erlenmeyer e aquecer sobre tela de amianto ou placa até que os cristais Remover o aquecimento e deixar a solução resfriar à temperatura ambiente em absoluto até que novos cristais sejam formados. Evitar agitação e resfriamento o professor pode preferir resfriar em banho de água gelada, caso o processo demore muito 3. Filtrar a vácuo e secar o máximo possível os cristais obtidos, deixando o sistema de vácuo ligado. Reservar o sólido e o filtrado resultante no Kitasato para testes posteriores. Questionário (atividade 1 e 2) 1. Dada uma mistura heterogênea, que fatores determinam a escolha do filtro e do tipo de filtração a ser utilizados para a separação de suas fases? 2. Como se deve proceder para lavar, no filtro, um sólido razoavelmente solúvel em água? 3. Seria conveniente fazer uma filtração à pressão reduzida com um funil de vidro (usado na filtração simples), em lugar do funil de Büchner? 4. Para que fins se utiliza a recristalização? 5. Numa cristalização, qual é o efeito exercido sobre o tamanho dos cristais a serem formados, por um processo de resfriamento lento ou rápido da solução? 6. Que cuidados devem ser tomados para se obter cristais maiores em uma cristalização?7. A Aspirina contém ácido acetilsalicílico e amido. Como esses dois componentes podem ser separados? 8. Por que nos comprimidos usados como medicamento se mistura amido ao princípio ativo? Bibliografia Recomendada: ENGEL, R. G.; PAVIA, D. L.; LAMPMAN, G. M., KRIZ, G.S. Química Orgânica Experimental-Técnicas de Pequena Escala, São Paulo: Cengage Learning, 2012. SOLOMONS, T. W. orgânica. Rio de Janeiro: LTC, 2. VOGEL, Química orgânica. Análise orgânica qualitativa. 3. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico e 1971-1985. 1. 2, 3.1 3 Atividade 3: Extração aquecimento sob refluxo e destilação simples Extração líquido-liquido: separação de substâncias Os solventes orgânicos adquiridos comercialmente e utilizados no laboratório geralmente apresentam contaminantes que devem ser eliminados antes de sua é um solvente importante pois é capaz de solubilizar grande parte das moléculas orgânicas, sendo amplamente utilizado em diversas áreas industriais e de pesquisa. Este solvente foi utilizado no passado como anestésico em cirurgias, mas seu uso foi abandonado devido à sua reage lentamente com o oxigênio ou agentes oxidantes, quando exposto ao e à resultando principalmente em fosgênio e O clorofórmio comercial pode conter também até 1% de ou etanol, que são usados como pode reagir com o etanol formando carbonato de etila. O fosgênio pode também reagir com a água para formar dióxido de carbono e o qual pode ser neutralizado com sal de por fosgênio presente no reage lentamente com água e álcalis, podendo então ser eliminado pela agitação com solução alcalina. No entanto, devido à alta reatividade do à luz e ao oxigênio, não é possível a eliminação completa do A eliminação dos contaminantes e aditivos de solventes de grau comercial pode ser realizada por meio de repetidas lavagens com água, um solvente que apresenta baixa miscibilidade com o e que reage ou solubiliza os Em amostras de origem duvidosa ou envelhecida é sempre aconselhável lavar o solvente inicialmente com solução aquosa alcalina, a fim de reduzir o nivel de Em alguns casos, é também aconselhável um tratamento mais efetivo utilizando, por exemplo, além de solução alcalina (ex. hidróxido de lavagem com ácido concentrado seguida de lavagens sequenciais com solução de bicarbonato de sódio e água. Quando a amostra comercial já for de grau PA (Para Análise) mas tiver que ser usada para fins de medidas de constantes a purificação pode ser feita simplesmente por meio de sucessivas lavagens com água, seguida de secagem da fase orgânica com sulfato de sódio ou de cálcio e posterior destilação da fase orgânica em montagem adequada. A extração consiste na separação de componentes de uma mistura, por meio de uma distribuição das substâncias entre meios líquidos que formam fases Segundo a lei da distribuição ou lei da partição, a uma dada temperatura, se a um sistema formado por duas camadas líquidas for adicionado um terceiro componente sólido, em ambas as camadas, este sólido irá se distribuir entre os dois solventes em uma proporção na qual a razão entre as suas concentrações (CA Ca) em cada um dos solventes permanecerá constante Esta razão K é denominada coeficiente de distribuição ou coeficiente de partição. A extração é muito empregada para remover um componente de natureza orgânica existente em mistura aquosa ou para remover de um solvente orgânico os compostos1 4 inorgânicos indesejáveis, ou outros de natureza ou polares, solúveis em água. No primeiro em caso, a extração fundamenta-se no fato de que as substâncias orgânicas são solúveis solventes orgânicos e, em geral, muito pouco solúveis em água. Um solvente orgânico extração é então adicionado ao meio aquoso para extração do componente No segundo caso, a em no fato de que as substâncias inorgânicas (e outras de natureza são, geral, solúveis na água, de modo que se formam duas fases pela adição de água ao solvente da orgânico. Após agitação, as substâncias mais polares e passam cm sua maior parte fase orgânica para a fase aquosa. Tal procedimento é geralmente denominado de Uma decantação posterior e subsequente destilação do componente orgânico (solvente) permitem a sua purificação. Um ponto importante a ser destacado é que a extração é mais eficiente quando se particiona o volume total de solvente em volumes menores para lavagens sequenciais do que realizar uma única lavagem com o volume total do solvente. Nesta experiência seguiremos um procedimento simples para a remoção de contaminantes presentes num solvente orgânico, o clorofórmio. Em etapas subsequentes trataremos da sua purificação fazendo o uso da técnica de destilação simples. Parte Experimental Materiais Funil de separação de 250 mL, provetas de 100 e 50 mL Erlenmeyers de 120 mL, suporte com anel. Reagentes aq. 5%, água destilada. Procedimentos 1. Em funil de separação de 250 mL, colocar 50 mL de e 25 mL de água destilada. Tampar o funil adequadamente e segurá-lo de modo que a haste fique inclinada e voltada para cima (Figura 1). Agitar delicadamente a mistura e liberar o gás de seu interior, abrindo a torneira, com funil invertido e Repetir a agitação por duas vezes, abrindo sempre a torneira para diminuir a pressão interna. 2. Deixar o funil suspenso em um suporte universal acoplado com um anel por alguns minutos até que a camada inferior (orgânica) fique perfeitamente limpida. Remover a tampa do funil e separar esta camada, controlando a torneira do funil e recolhendo-a em Erlenmeyer limpo (Figura 2). 3. Recolher a fase aquosa em outro Erlenmeyer (II), através da junta esmerilhada. Lavar o funil de separação com água destilada e colocar 25 mL de solução aquosa de NaHCO3 (5%) no funil. Transferir o oriundo da primeira extração para o funil de separação e realizar uma nova extração, agitando suavemente por Separar as fases, recolhendo a fase orgânica no Erlenmeyer vazio (I) e a fase aquosa no outro (II), juntando as fases aquosas.15 4. Lavar o funil de separação novamente com água destilada, e adicionar novamente 25 mL de água Transferir novamente o para o funil de separação e realizar nova extração, agitando por Separar as fases recolhendo a fase orgânica no Erlenmeyer vazio (1) e a fase aquosa no Erlenmeyer II. juntando as fases 5. Descartar a fase aquosa na pia, sob água corrente (com torneira aberta) e reservar a fase orgânica para a parte II da atividade. Figura 1: correta manusear um funil de separação. Figura 2: Montagem para extração. II) Aquecimento sob refluxo e destilação simples: purificação de substâncias aquecimento sob refluxo é utilizado quando uma reação é lenta à temperatura ambiente e necessita de aquecimento para que a mesma ocorra mais rapidamente. Esta técnica permite que a mistura seja aquecida a temperatura de do não ocorrendo perda dos reagentes nem dos produtos por evitando também o vapor produzido é condensado por um condensador apropriado conectado à boca do balão de reação (Figura 3), de maneira que o condensado retorna ao balão condensador de bolas um dos mais utilizados para esta aplicação, devido à sua forma a qual proporciona uma maior superficie de contato entre o vapor e as paredes do em relação ao condensador reto, mais apropriado para solvente que será utilizado na reação que ocorrerá sob refluxo deve solubilizar reagentes e produtos e não reagir de forma com os mesmos. Finalmente, a suatemperatura de ebulição deve permitir que a reação progrida com velocidade razoável e que seja eliminá-lo posteriormente do meio de reação. A destilação constitui um processo de vaporização de um líquido, seguido de condensação e coleta do produto condensado em um recipiente separado Esta técnica é amplamente aplicada em situações em que uma mistura é composta por substâncias com pontos de ebulição diferentes. As técnicas básicas de destilação são divididas em quatro tipos: destilação simples, destilação fracionada, destilação à vácuo e destilação por arraste de vapor. Na destilação simples apenas um constituinte deve necessariamente ser líquido à temperatura ambiente. Geralmente o líquido está contaminado com compostos sólidos solúveis desta forma, pode ser separado no processo, permanecendo os contaminantes no balão de destilação. Aquecendo-se um líquido puro em um equipamento de destilação como o da Figura 4, a pressão de vapor do líquido, ou a tendência das moléculas sairem da aumenta até se igualar à pressão quando então o líquido começa a ferver. À medida que o sistema vai absorvendo o calor necessário para a transformação do líquido em vapor, ocorre a vapor é liberado alcançando o condensador, onde por meio de uma troca de calor com a do condensador, retorna à fase processo de vaporização, em substâncias puras, ocorre em temperaturas definidas (ponto de que permanecem fixas até a completa vaporização do líquido. Desta forma, a temperatura de ebulição constitui uma propriedade física útil na caracterização das substâncias químicas De forma semelhante, pode-se avaliar a pureza de um líquido através da temperatura na qual ela se destila. O ponto de ebulição de um líquido pode ser definido como a temperatura na qual sua pressão de vapor é igual à pressão externa exercida, em qualquer ponto, sobre a sua superficie. Desta forma, a redução da pressão externa que atua sobre um líquido permite que ele destile em temperatura mais baixa que a sua temperatura de ebulição normal. À pressão de 760 mm de mercúrio, ou atmosfera, o ponto de ebulição de um líquido é denominado ponto de ebulição normal. A Tabela I mostra os pontos de ebulição normal para algumas substâncias puras utilizadas como solventes. Tabela I Pontos de ebulição de algumas substâncias Substância Acetona 56,2 61,2 Metanol 64,7 Hexano 68,7 Tetracloreto de carbono 76,7 Etanol 78,3 Agua 100,0 Tolueno 110,617 Nesta experiência vamos utilizar a técnica de destilação simples para obter um solvente, o clorofórmio, com um grau de pureza adequado para utilização em atividades Parte Experimental Materiais Balão de fundo redondo de 125 mL, condensador reto e de bolas, mangueiras, tela de alonga, rolhas furadas, conjuntos suporte com garras e mufas, manta aquecedora, proveta de 50 mL, funil de haste longa, espátula. Reagentes (ou ou Procedimentos 1. Transferir a fase orgânica (reservada na primeira parte) para um balão de fundo redondo de 125 mL e adicionar (ou sulfato de sódio ou sulfato de cálcio) até que o líquido fique perfeitamente (geralmente a quantidade de agente secante necessária é pequena, e deve ser adicionado pouco a pouco, até que apresente-se "solto" no fundo do agente secante CaCl2 dispensa utilização de porcelana na destilação, desde que não esteja totalmente pulverizado Na utilização de outro agente é necessário introduzir um ou dois pedaços de porcelana no balão de destilação a fim de evitar uma superebulição e consequente projeção do 2. Conectar ao balão de destilação um condensador de bolas, verificando se as juntas esmerilhadas estão perfeitamente encaixadas (lembrar de conectar as mangueiras de água antes da montagem) (Figura 3). Deixar a água passar pelo condensador e aquecer o líquido até a Controlar a temperatura da manta para que o vapor não ultrapasse a segunda ou terceira bola do condensador. Deixar sob refluxo por 15 a 20 minutos. Após esse tempo, desligar o aquecimento e esperar que o líquido resfrie um pouco para diminuir a geração dos vapores. 3. Substituir o condensador de bolas pela vidraria chamada cabeça de destilação e conectar a este um termômetro e um condensador reto (Figura 4). Novamente, lembrar de colocar as mangueiras de água antes da montagem. Deixar a alonga por último e só a colocar no momento de executar a destilação, isto é, após ligar o 4. Destilar líquido mantendo a temperatura de aquecimento na manta de forma a permitir um fluxo de destilado de aproximadamente uma gota por segundo. Recolher o destilado em uma proveta graduada. 5. Acompanhar e anotar a temperatura na qual ocorre a destilação e interromper o aquecimento após destilação de 20-30mL de (nunca permitir que ocorra a evaporação completa do solvente no balão de Remover a alonga logo após o término da 6. Verificar o volume de destilado obtido na proveta e transferir o produto para um frasco identificado, conforme indicado pelo professor.18 7. Desmontar o sistema, lavar as vidrarias e posicioná-las de maneira adequada para secagem nas estufas. de quente condensador de cabeça de garra entrada de reto balão de It de fundo de universal de Figura 3: Montagem para sob refluxo. Figura 4: Montagem para destilação simples. Observações: 1) As montagens devem ser feitas seguindo uma "ordem" preferencial de baixo para cima. 2) Lembre-se: O condensador só deve ser inserido na montagem após instalação das mangueiras. 3) Lembre-se: A alonga deve ser a última peça a ser colocada na montagem e sempre a primeira a ser retirada. 4) só deve ser colocado na cabeça de destilação após ser introduzido de forma adequada na Sempre verifique se o orificio está apropriado para o de modo a evitar acidentes que possam resultar em quebras (tanto do termômetro quanto do sistema). 5) Atente para as posições e uso correto de garras, mufas, mangueiras, etc. 6) Não lave os 7) Não descarte sólidos na pia, mas sim nos recipientes indicados em cada aula. 8) Procure deixar as bancadas limpas e organizadas, lembrando sempre de colocar as vidrarias lavadas nas estufas para secagem. Questionário: 1. Conceitue extração e destilação simples.19 2. Pesquise em livros ou na internet, e faça alguns comentários sobre a eficiência e os tipos de agentes secantes mais comumente utilizados para tratar solventes orgânicos. Para que casos específicos são eles empregados? 3. Determine o rendimento obtido no processo de purificação do 4. Qual foi a função da utilização de bicarbonato de sódio no tratamento do clorofórmio comercial? 5. Forneça as estruturas químicas (fórmula estrutural) das substâncias: clorofórmio, bicarbonato de sódio, acetona, etanol e fosgênio. 6. Escreva a equação química completa e balanceada entre o etanol e o fosgênio. 7. Faça uma pesquisa e comente sobre a ficha de segurança do fosgênio e verifique a sua toxicidade. Bibliografia Recomendada: ENGEL, R. G.; PAVIA, D. L.; LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S. Química Orgânica Experimental-Técnicas de Pequena Escala, São Paulo: Cengage Learning, 2012. VOGEL, A. I. Quimica orgânica. Análise orgânica qualitativa. 3. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico e CHAI, C.L.L. Purification of Laboratory Chemicals. Butterworth- Heinemann, 2013.Atividade 4: Cromatografia em camada delgada CCD Nesta atividade será introduzida a técnica de análise Serão abordados tópicos sobre os tipos de cromatografia e empregada a técnica de cromatografia em camada delgada, a CCD, para análise de amostras de Introdução aos métodos cromatográficos A cromatografia é um processo que se refere à purificação, separação, identificação ou doscamento de substâncias orgânicas e inorgânicas tendo como base a diferença de velocidade com que as substâncias se movem através de um meio poroso (fase estacionária) quando arrastadas por um solvente (eluente, fase móvel) em movimento. termo cromatografia foi primeiramente empregado em 1906 e sua utilização é atribuída ao russo Michael Tswett descreveu suas experiências na separação dos componentes de extratos de Nesse estudo ele utilizou uma pequena coluna de vidro empacotada com carbonato de cálcio em pó (fase estacionária) no topo da qual foi depositada a amostra a ser separada. A passagem de éter de petróleo (fase móvel) através da coluna, levou à separação dos componentes em faixas Este é provavelmente o motivo pelo qual a técnica é conhecida como cromatografia (chrom = con e graphie = escrita). Apesar deste estudo e de outros anteriores, que também poderiam ser considerados precursores do uso dessa técnica, a cromatografia foi praticamente ignorada até a década de 30, quando foi redescoberta. A partir dai, diversos trabalhos na área possibilitaram seu aperfeiçoamento e, em conjunto com os avanços levaram- na a um elevado grau de sofisticação, que resultou no seu grande potencial de aplicação em muitas A seguir são apresentados alguns métodos utilizados para separações ou análises cromatográficas. Cromatografia de partição em papel Este método é um dos mais simples e consiste em depositar uma pequena alíquota da solução contendo a mistura a ser analisada próximo à extremidade de um pequeno pedaço retangular de papel de filtro (fase estacionária), sendo esta colocada em contato com o solvente (fase móvel) que se encontra em um recipiente fechado (câmara de maneira a facilitar a ascensão do solvente por solvente elui, passando sobre a amostra e arrastando os componentes com velocidades Cromatografia em camada delgada Este método, introduzido por Stahl, usa uma placa de vidro (ou folha de plástico, ou folha metálica) revestida com uma fina camada de um material adsorvente, que é a fase estacionária (sílica, alumina, celulose, etc.), formando as A amostra a seranalisada é aplicada em uma das extremidades da placa e em atmosfera saturada com o solvente empregado (fase em um recipiente chamado de cuba de Muitas das substâncias analisadas por este processo não são coloridas, mas podem ser visualizadas, por exemplo, por exposição da cromatoplaca à luz ultravioleta. Estas substâncias incolores podem também ser convertidas a derivados coloridos quando a cromatoplaca é pulverizada com um reagente apropriado (ex.: sulfato cérico) ou exposta à atmosfera contendo vapores de um reagente (ex. iodo) em um recipiente muitas vezes chamado de cuba de revelação (Figura Após a aplicação das substâncias na cromatoplaca elas irão interagir com a fase Após a eluição e revelação observa-se que substâncias com diferentes polaridades interagiram de modo diferente com a fase No caso de uso da silica as substâncias mais polares ficam mais retidas do que as substâncias menos uma vez que a silica tem caráter polar. A ordem de independe do solvente utilizado (substâncias polares sempre depois que as menos polares, quando se utiliza silica gel comum). Solventes mais polares deslocam as substâncias a uma distância maior do que solventes menos A cromatografia em camada delgada apresenta algumas vantagens em relação à cromatografia em papel, tais como sensibilidade. Além disso, a CCD permite o uso de solventes e que são nocivos ao papel (à base de ácidos concentrados e complexos fortemente e a utilização de aquecimento até 300 o pode permitir uma melhor visualização das A análise em CCD permite avaliar o grau de complexidade de uma mistura e a identificação de compostos através da comparação com amostra autêntica. de do navel A Figura Processo de aplicação (A), processo de (B) e processo de revelação (C) de uma Pode-se utilizar a CCD como um processo de purificação de substâncias Nesse caso, a camada de adsorvente deve ser um pouco mais espessa, a cromatoplaca deve ser maior e a técnica é denominadaNa cromatografia em papel e na CCD, algumas vezes é desejável, para objetivos analíticos, obter os chamados valores de "fator de retenção" (Rf) que são calculados por meio da equação: distância percorrida pela substância = distância percorrida pelo As distâncias percorridas pela substância, di. e pelo eluente, estão ilustradas na Figura 2. Quando a substância não se desloca ou quando ela se move junto com o solvente deve-se mudar a fase móvel (solvente) para se realizar a análise. Frente do Rf= d2 Ponto de aplicação Figura 2: Desenho esquemático de uma Cromatografia em coluna Neste processo um tubo de vidro é preenchido (empacotado) com um material adsorvente (fase A coluna é fixada na posição vertical e a mistura a ser purificada é depositada no topo da mesma e passa-se o solvente apropriado (fase móvel), eluindo a mistura de cima para baixo (Figura 3). A eluição é feita com o objetivo de se obter frações que contenham os compostos puros embora frações possam conter misturas. Essa eluição normalmente é acompanhada por análise Esta em CCD. técnica será analisada em maior detalhe na próxima atividade prática (atividade 5) Cromatografia em fase gasosa Os componentes da mistura que estão sendo separados estão no estado de vapor quando eles passam através de uma coluna. Os vapores são arrastados através da coluna um gás transportador (fase móvel), conhecido também como gás de arraste, por é normalmente o hélio, nitrogênio ou método é empregado primariamente que para objetivos embora alguns equipamentos sejam capazes de separar quantidades de Um registrador automático constrói um gráfico pequenas da concentração relativa das na mistura versus tempo de retenção de cada uma na coluna. Veja na Figura 4 os componentes de um cromatógrafo à gás, A cromatografia em gasosa constitui um dos melhores recursos para a pureza de uma quimica ou a complexidade de uma Quando acoplada se avaliar aum espectrômetro de massas, a técnica permite a caracterização e identificação de cada um dos componentes da mistura. Figura 3: Ilustração de uma coluna 1 - Reservatório de gás e controle de vazão 2 - Injetor da amostra 3 - Coluna cromatográfica e forno da coluna 4 - Detector 5 Amplificação do sinal 6 - Registrador (cromatograma) Figura 4: Ilustração de um cromatógrafo a Parte Experimental Materiais Béquer de 50 mL, tubos capilares, placas cromatográficas previamente preparadas, cubas de vidro, vidros de "penicilina", iodo sólido, papel de filtro, espátula. Reagentes Tolueno, benzidrol, benzofenona, acetona. Procedimentos Transferir uma pequena quantidade da substância A (uma pontinha de espátula) para um frasco pequeno (béquer ou vidro de penicilina) e adicionar três gotas de acetona para dissolver a substância. 2. Aplicar a solução cuidadosamente usando um tubo capilar, a de distância da extremidade inferior da placa, conforme mostrado nas Figuras 1A e 2. Ao fazer a24 aplicação, cuidar para que, na transferência do líquido, o capilar toque apenas levemente o Ele deve ficar o mais vertical e a mancha não deve ultrapassar um diâmetro de 5 mm. Fazer a aplicação levando em conta que uma outra amostra será aplicada na mesma placa (aplique a cerca de I cm da borda lateral). Reabastecer o capilar e fazer uma segunda aplicação no mesmo 3. Pegar um segundo frasco pequeno e, de modo semelhante, dissolver pequena quantidade da substância B em pequena quantidade de acetona. Aplicar a nova solução num ponto próximo à outra borda lateral da placa (1 cm) e de modo que os dois pontos de aplicação não fiquem muito juntos (afastados cerca de I cm). 4. Verificar se o solvente a ser usado na se encontra em cuba já preparada. Caso a cuba esteja seca, adicionar o solvente de modo a atingir não mais que 1 cm de altura. A presença de um pedaço de papel de filtro permite saturar de vapor a cuba. 5. Introduzir a placa na cuba de eluição (conforme Figura 1B), tampar e proceder a eluição da placa com tolueno. Deixar que o solvente suba até atingir uma altura correspondente a cerca de I cm abaixo da extremidade superior da 6. Remover a placa para o exterior e marcar, imediatamente, com de lapiseira ou outro material fino, a posição atingida pelo eluente (frente do cluente). Esperar até a total evaporação do solvente (5-10 minutos na capela) e então introduzir a placa numa cuba reveladora (contendo iodo). Aguardar até a complexação do iodo para visualização das manchas. Remover a placa, as manchas com auxílio de material pontiagudo (lápis ou lapiseira, por exemplo) e medir as distâncias entre o ponto de aplicação da amostra e a frente do (Figura 2), bem como do ponto de aplicação e o centro de cada uma das manchas para cálculo dos Rf 7. Associar as manchas ao benzidrol e à benzofenona, em função da polaridade. 8. Desprezar o adsorvente no descarte, os capilares em local indicado pelo professor e lavar o material utilizado. Questionário: 1. Em que consiste a técnica CCD? 2. Em que situações a CCD pode ser utilizada como técnica de separação/purificação? Justifique. 3. Como a confirmação da identidade dessas substâncias poderia ser feita, utilizando CCD?4. Complete a tabela abaixo: Substância Estrutura Polaridade Rf (ordem decrescente) OH Benzidrol Benzidrel o Benzofenona Benzofenona Bibliografia Recomendada: ENGEL, R. G.; PAVIA, D. LAMPMAN, KRIZ, G.S. Quimica Orgânica Experimental-Técnicas de Pequena Escala, São Paulo: Cengage Learning, 2012. COLLINS, C.H., BRAGA, BONATO, P.S. Fundamentos de cromatografia. Campinas: Editora da UNICAMP, 2006. STAHL, E.; Thin-Layer A Laboratory Handbook, reimp. da ed., Springer-Verlag: New York, 1990.Atividade 5 Separação de corantes por cromatografia em coluna Na presente atividade será introduzida a técnica de cromatografia em coluna e a sua utilização para a separação de uma mistura de corantes. INTRODUÇÃO A cromatografia é um método de análise que se presta tanto às análises qualitativas quanto às quantitativas, bem como à purificação de compostos e separação de misturas. Esta técnica fundamenta-se na migração diferencial dos componentes de uma mistura em um meio poroso (fase estacionária) quando arrastados por um solvente (fase móvel). A grande variedade de combinações entre fases móveis e estacionárias torna esta técnica extremamente versátil e de grande aplicação. Conforme discutido na atividade anterior (Atividade 4), existem vários tipos de cromatografia, sendo a cromatografia coluna um deles. Esta técnica é muito utilizada para isolamento de produtos naturais e purificação de produtos de reações As fases estacionárias sólidas mais utilizadas são sílica e alumina. Entretanto, em algumas técnicas cromatográficas são usadas fases estacionárias líquidas assim como fases móveis em estado gasoso. Fases estacionárias sólidas levam à separação por adsorção e fases estacionárias líquidas por partição. A Figura ilustra o processo de separação em uma coluna empacotada com sílica. A cromatografia em coluna fundamenta-se no fato de que os componentes da mistura movem-se com o solvente através da coluna com velocidades diferentes, dependendo de vários fatores, tais como a natureza de cada substância, da fase móvel e da fase estacionária. A separação dos constituintes de uma mistura é efetuada através da passagem do solvente pela coluna e baseia-se na interação dos componentes da amostra e do solvente com a superficie do adsorvente. Adsorventes sólidos ativos têm grandes áreas superficiais e, na das vezes, dispõem de inúmeros polares (no caso da sílica, por exemplo) que podem combinar-se reversivelmente ou adsorver pequena concentração de substâncias através de forças de interação solvente movendo-se pela superficie do adsorvente compete com a amostra adsorvida e com o adsorvente, e então desloca seus constituintes continuamente pela coluna. Este processo pode ser visualizado como uma competição entre a amostra, o solvente e o adsorvente e pode ser expresso pelo a seguir: Amostra-Adsorvente + Solvente Amostra-Solvente + Adsorvente Conforme citado anteriormente, a velocidade de eluição dos componentes depende da natureza de cada um Compostos muito polares ou polarizáveis, tais como alcoóis de cadeia curta, ácidos carboxílicos, aminas e amidas são adsorvidos mais fortemente e mais lentamente do que compostos menos polares tais como compostos27 halogenados, aldeidos, cetonas, éteres e apolares como hidrocarbonetos, no caso da utilização de sílica como fase material compontente A Fração Fração IV compontente B A eluente + B Figura 1: Representação esquemática do processo de eluição em coluna de A atividade do adsorvente sólido também determina a velocidade com que as substâncias são A atividade é determinada pelo seu conteúdo de água e pela granulação das Os adsorventes possuem particulas na faixa de 60-230 mesh, de modo a possibilitar um fluxo razoável do solvente através da uso de de menor (230-400 mesh) como adsorvente para essas colunas requer a utilização de um sistema de bombeamento para o empacotamento e sendo conhecido como Cromatografia A principal etapa ao se utilizar essa técnica é o empacotamento da coluna, o qual, entre outros definirá a eficiência da o empacotamento em colunas usando silica como fase estacionária é realizado usando-se uma suspensão da mesma no solvente escolhido como eluente. A escolha do cluente segue os principios discutidos na cromatografia em camada delgada (CCD). e pode ser na forma de solventes puros, misturas isocráticas ou em gradiente, quando a composição da fase móvel é modificada de forma gradual durante a volume das frações a serem recolhidas e definido em função da quantidade de amostra e do grau de dificuldade da Para análise das frações, recorre-se a alguma técnica auxiliar, usualmente CCD. Tendo em vista que geralmente algumas particulas da amostra permanecem irreversivelmente adsorvidas à fase estacionária, a cada separação é necessário um tratamento para a recuperação do adsorvente, se necessária sua O solvente empregado também afeta a velocidade de No caso do uso de fases estacionárias polares, quanto mais polar for o mais rapidamente os componentes se Decorre dai que a escolha do solvente seja um fatorpreponderante na eficiência da separação e deve ser conduzida de acordo com a natureza dos componentes a serem Solventes pouco polares são empregados para eluição substâncias fracamente adsorvidas enquanto solventes mais polares são para aquelas mais fortemente adsorvidas. É muito importante ressaltar que a ordem de eluição (substâncias polares eluem menos que as mais polares) independe do solvente utilizado. É a interação com a fase estacionária que determina a ordem de eluição. Alguns solventes comumente utilizados estão listados na Figura 2, em ordem crescente de poder de eluição (série propriedade relacionada à polaridade do solvente. Hexano Diclorometano Clorofórmio Éter etílico Acetato de etila Etanol Metanol Água Figura 2 Série eluotrópica. A seta indica o poder crescente de eluição (ou de arraste) do solvente. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL MATERIAL E REAGENTES Coluna com torneira, algodão, solução de alaranjado de metila e de 1-(2-piridilazo)-2- naftol, gel (60-230 mesh), pipeta, Erlenmeyer de 125 e 50 ml, bastão de vidro, mistura hexano:acetona, e mistura acetona:metanol, béquer de 50 mL, frasco coletor e balança. PROCEDIMENTO Empacotamento da coluna Adicionar à coluna cromatográfica uma pequena quantidade de solvente (hexano:acetona 70:30) e depositar na sua extremidade inferior, próximo à torneira, um pequeno pedaço de algodão com espessura de aproximadamente 0,5 cm para impedir a passagem de da fase Em seguida pesar em um béquer cerca de 10g de sílica gel e adicionar aproximadamente 7 mL de hexano:acetona (70:30) para que a sílica possa ser transferida para a coluna. A adição de silica deve ser feita com a torneira parcialmente Transferir lentamente a suspensão de adsorvente para a coluna cromatográfica fixada na posição vertical, batendo-se continuamente ao longo da mesma para que todo o an seja expulso. Isto garante uma compactação uniforme do sólido no interior da coluna. A existência de an entre as leva à formação de canais na coluna, os quais prejudicam a resolução das bandas de Nunca se deve permitir que29 o nível do solvente abaixo do superior do adsorvente, o que poderia acarretar rachaduras, comprometendo a eficiência da coluna Após o empacotamento. é conveniente que se passe quantidade adicional de eluente na coluna antes da introdução da amostra, para que se possa retirar traços de sílica que tenham se fixado nas paredes e homogeneizar o Em seguida, a torneira pode ser fechada e deve se proceder à aplicação da amostra no topo da coluna. Separação dos corantes Adicionar à coluna 1,0 da amostra de corantes com o auxílio de uma pipeta no momento em que o nivel do cluente esteja o mais próximo possível do adsorvente. Esse procedimento ameniza o alargamento das bandas a serem eluidas. Em seguida, adicionar o cluente 70:30) de forma cuidadosa e com o de uma pipeta, ao topo da coluna, ao mesmo tempo em que a torneira é aberta. Coletar a mistura de solventes que sai da coluna em um béquer de e use-a para a na coluna, como se fosse um Observar que ao longo da coluna haverá a separação dos corantes devido as suas afinidades com a fase estacionária, ou seja, um deles sairá primeiro enquanto o outro ficará retido no topo da No momento em que o primeiro corante chegar à base da coluna, deve-se coletá-lo em um frasco Erlenmeyer e marcá-lo como Fração I. Assim que o primeiro corante sair use uma mistura de acetona e metanol (50:50) para eluir o segundo Neste instante troque o frasco coletor e marque-o como Fração II. Proceder da forma como descreveu-se acima para o primeiro eluente e. no momento em que segundo chegar à base da coluna, deve-se coletá- lo em um novo frasco Erlenmeyer e marcá-lo como Fração III. A B C D Figura 3 Ilustração do funcionamento da coluna na separação de corantes. A: da eluição ao longo da coluna; B: Separação dos corantes presentes na amostra; C: Retirada do primeiro corante presente na amostra; D: Retirada do segundo corante presente na amostra Após o término da eluição do segundo corante, cessar a adição de solvente, desmontar a coluna e despejar o conteúdo de silica em um frasco indicado pelo professor.30 Para que a sílica escorra pela coluna ela deve ser invertida e a torneira aberta. Caso a sílica não facilmente, pedir auxilio ao professor. Para identificarmos qual fração contém o alaranjado de metila e qual contém o 1-(2- piridilazo)-2-naftol, adicionar gota-a-gota uma solução de HCI (~10%) em ambas as frações, uma vez que o alaranjado de metila muda de con de amarelo para vermelho em pH menor que 3. QUESTIONARIO 1 - A partir da análise das estruturas químicas dos corantes presentes na amostra é possível determinar a ordem de eluição pela coluna? Na sua opinião, qual o corante saju primeiro da coluna? Justifique sua resposta. Alaranjado de metila OH N=N HO N=N N N 2 - Você acredita que a ordem de eluição de dois compostos possa ser invertida trocando-se apenas o solvente e mantendo-se a mesma fase estacionária? 3 - Um aluno, durante o procedimento experimental, utilizou involuntariamente a mistura acetona-etanol desde o início do processo de eluição. Na sua opinião, de que maneira esta alteração afetará o resultado do experimento? 4 - Faça uma pesquisa sobre outros adsorventes que podem ser utilizados em métodos de separação por cromatografia em coluna, destacando as diferentes aplicações de cada um 5 - Pesquise sobre a cromatografia em fase reversa. Discuta a natureza dos adsorventes utilizados. Como esta técnica afeta a ordem de eluição dos componentes da mistura? BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA: ENGEL, R. G.; PAVIA, D. L.; LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S. Orgânica Experimental-Técnicas de Pequena Escala, São Paulo: Cengage Learning, 2012. COLLINS, C.H., BRAGA, G.L., BONATO, P.S. Fundamentos de Campinas: Editora da UNICAMP, 2006.Atividade 6: Destilação fracionada separação de substâncias líquidas A destilação fracionada é o método utilizado para separar misturas homogêneas, do tipo líquido-liquido. Um exemplo de mistura deste tipo é petróleo, ou o álcool líquido obtido em supermercados e Na destilação fracionada os líquidos são separados através de seus pontos de ebulição, desde que possuam uma diferença no valor de seus respectivos pontos de pontos de ebulição de pelo menos 100°C. Quanto maior a diferença entre eles maior a eficiência do processo. Durante o aquccimento da mistura, é separado primeiramente o líquido de menor Pe (ponto de depois o líquido de Pe intermediário e assim sucessivamente até o de Pe maior. Se uma mistura de líquidos tetracloreto de carbono Pe e tolueno (C6HsCH3, Pe =110,6 por exemplo, for destilada em um sistema de destilação simples (Figura 1). o ponto de ebulição final da mistura será um pouco menor que o do tolueno e todas as frações destiladas se manterão ainda como Como resultado, não haverá uma boa separação entre os dois componentes, pois a diferenca entre pontos de ebulição é pequena. Em um sistema aberto, soluções de líquidos como a mistura e tolueno do exemplo anterior, destilam a temperaturas entre os dois pontos de ebulição e a composição do destilado varia progressivamente durante o Uma vez que as duas substâncias são mutuamente cada uma delas é diluida pela outra com conseqüente diminuição na pressão de vapor de cada um dos líquidos. Para uma solução ideal, segundo Raoult, "a pressão de vapor PA de um componente de uma solução a uma dada temperatura é igual à pressão de vapor PA' da substância pura multiplicada pela sua fração molar na solução" (Lei de Raoult, Na solução, os estão submetidos a uma pressão e a ebulição tem o início quando a pressão de vapor da mistura se iguala à pressão A separação dos dois líquidos utilizando um sistema para destilação simples exigiria uma série de destilações sucessivas visando o enriquecimento de frações destiladas em temperaturas próximas ao Pe de cada um dos Entretanto, a separação destes líquidos pode ser feita de uma só vez com a utilização de uma destilação fracionada (Figura 2).e zarra cabeça de garra mufa ou condensador de redendo pedra de de coletor de suporte universal Figura 1: Montagem para destilação simples. mufa garra cabeça de tridentada coluna (metal gominha) de reto pressilha e garra alonga e garra mufa frasco garra talão de fundo redondo pedra de percelana de manta) de suporte universal universal Figura 2: Montagem para destilação Uma coluna de fracionamento, como mostrado na montagem da Figura 2, contém obstáculos ou reentrâncias que formam um equilíbrio entre o vapor e o condensado. Quando a mistura entra em ebulição, o primeiro vapor que sobe aquece a coluna, e devido à troca de calor,parte dele se resfria e condensa-se ao Novos vapores provenientes do balão sobem através do condensado com correspondente troca de calor, pois o vapor está mais aquecido que o líquido. componente mais volátil do condensado se evapora e o componente menos volátil do vapor equilíbrio ocorre em toda extensão da coluna de modo que o vapor que alcança o topo e passa no condensador está enriquecido do componente mais volátil (A) da mistura, enquanto que o condensado que retorna constantemente para o balão está enriquecido do componente menos volátil (B), conforme pode ser evidenciado na Figura 3. No gráfico (3-a), as curvas inferior e superior correspondem as composição do líquido e do vapor destilado, obtidos a uma dada temperatura de ebulição T. Com a utilização da coluna de fracionamento (Figura 2), é conseguir separações tais como a que se mostra na curva de destilação da Figura 3-b para misturas de líquidos que entram em ebulição em um intervalo de 30 Não obstante, para obter bons resultados é necessário efetuar a ebulição do liquido de forma lenta e constante, de maneira a permitir um completo equilíbrio entre o líquido e o vapor na coluna. Uma destilação fracionada ideal fornece frações de composição definida, cada uma destilando a uma dada temperatura, com aumento brusco de temperatura, entre o final da destilação do primeiro componente e do segundo. Quanto maior o volume coletado com variação de temperatura (mistura de A e B, Figura 3b), menor será a eficiência do processo de separação. A eficiência de uma coluna de fracionamento pode ser expressa pelo número de pratos teóricos. Um prato teórico é um estágio hipotético, que corresponde a um ciclo de vaporização- condensação. O número de pratos teóricos da coluna pode ser determinado a partir da destilação de uma mistura cujas composições de vapor e líquido sejam conhecidas com precisão. Algumas misturas são apropriadas para este como benzeno e tolueno, por exemplo. Para que seja possível comparar a eficiência de colunas diferentes, utiliza-se uma unidade conhecida como altura equivalente de um prato teórico (AEPT), a qual pode ser obtida (em cm/prato) dividindo-se a altura da coluna pelo número de pratos teóricos. temp temp (a) (b) Vapor Componente T2 100 B 90 Mistura de 80 A B Componente 70 Líquido A A B 20 40 60 100 volume de destilado Figura 3: a) Diagrama de fase líquido/vapor para uma mistura binária (A/B): b) Variação do volume do destilado em função da temperatura para uma mistura hipotética Como a separação efetuada em uma coluna de fracionamento depende do equilibrio térmico nos múltiplos processos de o poder de separação aumenta proporcionalmente com a diferença entre os calores de vaporização dos envolvidos. Na3 4 Tabela 1 são apresentados os pontos de ebulição e os calores latentes de vaporização para algumas Tabela 1: Ponto de ebulição e calor latente de vaporização para algumas substâncias puras Substância Pe Calor latente de vaporização (cal/g) Acetona 56,2 125,3 61,2 61,0 Metanol 64,7 261,7 Hexano 68,7 79,2 Tetracloreto de carbono 76,7 46,4 Etanol 78,3 200,0 Ciclo-hexano 65,8 Agua 100,0 536,6 Tolueno 110,6 86,8 Este experimento tem como objetivo a diferenciação dos tipos de destilação: simples e fracionada, bem como a avaliação da composição de uma mistura desconhecida através de destilação fracionada. Parte Experimental Materiais Condensador reto, coluna de fracionamento, balão de fundo redondo, alonga, provetas de 100 e 50 mL, manta de aquecimento, garras, suportes, mufas, mangueiras para condensador, pérolas de vidro (ou pedaços de porcelana), funil. Reagentes Mistura de composição desconhecida (100 mL). Procedimentos Uma mistura de composição desconhecida será submetida ao processo de destilação e poderá apresentar quaisquer componentes da tabela I (que sejam misciveis entre Colocar 100 ml. da mistura e um ou dois pedaços de porcelana em um balão de fundo redondo de 200 Montar o sistema de destilação fracionada, conforme ilustrado na Figura 2. Executar a com velocidade o mais uniforme torno de uma gota do destilado, por segundo), sob aquecimento Utilizar uma proveta de 50 mL para recolher a primeira fração, fazendo as anotações de temperatura a cada 5 de destilado. Substituir a proveta por outra logo que variação considerável na temperatura de Finalizar a destilação conforme orientação do professor.Transferir a primeira fração destilada sob temperaturas baixas (em torno de para o frasco identificado na capela e desprezar as demais (as destiladas na temperatura superior) na pia, sob água corrente. Desprezar também o resíduo do balão com o cuidado de não perder os pedaços de porcelana na pia, Observação: Se correntes de causarem dificuldades na destilação, pode-se enrolar alumínio, algodão, papel ou folha de amianto na coluna. Registre, na tabela abaixo, os volumes de destilado obtido, bem como as temperaturas verificadas: Volume (mL) temperatura Volume (mL) temperatura 5 55 10 60 15 65 20 70 25 75 30 80 35 85 40 90 45 95 50 100 Questionário (atividade 7): 1. Diferencie destilação simples da destilação fracionada. 2. Procure em livros ou pesquise internet e comente sobre os diferentes tipos de coluna de Vigreux, Dufton e Hempel etc. Ilustre, com desenhos ou esboço estes diferentes tipos de coluna. 3. Construa um gráfico da variação da temperatura de ebulição em função do volume da mistura destilada, com os dados obtidos durante a atividade prática. 4. Os constituintes da mistura foram de fato separados como substâncias puras? 5. que você sugere para que a separação entre dois líquidos por destilação fracionada torne-se mais eficiente? 6. Qual seria o resultado esperado para o caso da mistura utilizada ser destilada por meio de uma destilação simples? Bibliografia Recomendada: ENGEL, R. G.; PAVIA, D. L.; LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S. Quimica Orgânica Experimental-Técnicas de Pequena Escala, São Paulo: Cengage Learning, 2012. ARMAREGO, W.L.F; CHAI, C. L. L. Purification of Laboratory Butterworth- Heinemann,Atividade 7: Destilação por arraste de vapor separação de substâncias líquidas Muitas substâncias de interesse medicinal ou biológico são de origem natural. Sabores e odores característicos de frutos são, geralmente, provenientes de compostos orgânicos; o limoneno, o citral e o são exemplos típicos de constituintes de óleos essenciais. Óleos essenciais são compostos de caráter lipofilico, contidos em vários órgãos de plantas. Estes óleos são constituídos por diversas classes de substâncias, tais como: alcoóis, ésteres, cetonas entre outros. Dentre os constituintes de óleos essenciais mais comuns encontra-se uma classe de substâncias naturais denominada terpenos, compostos cujos esqueletos carbônicos são constituídos por unidades isoprênicas (provenientes do isopreno, o 2-metil-1,3-butadieno, que é um dieno de ocorrência natural). CH2OH CHO isopreno citral limoneno limoneno é o principal terpeno encontrado em muitos óleos, incluindo o de limão, laranja e mexerica enquanto o citral e o citronelol são encontrados no óleo do capim Constituintes aromáticos também podem ser encontrados em óleos essenciais, como o cinamaldeído presente no óleo obtido da canela e o eugenol no óleo do cravo da india. Esses óleos podem ser isolados submetendo determinadas partes da planta a uma destilação por arraste de vapor. O vapor da água passa pela membrana das células e arrasta consigo substâncias solúveis e insolúveis em água. Uma posterior extração utilizando solventes orgânicos permite separar esses óleos e essências das A destilação por arraste de vapor é um método muito utilizado para separação e purificação de compostos orgânicos. O método consiste em volatilizar uma substância, que seja insolúvel ou muito pouco solúvel em água, passando-se vapor em uma mistura aquosa contendo o composto. Caso o composto desejado tenha uma pressão de vapor apreciável a 100 °C (pelo menos 5-10 mmHg), ele destilará com o vapor e pode ser separado do destilado, já que é imiscivel em A "destilação a vapor" ocorre a uma temperatura abaixo do ponto de ebulição da água dos compostos desejados, principio da destilação por arraste de vapor na Lei de Raoult, que diz que a pressão total de vapor de uma mistura de líquidos é igual à soma da pressão de vapor dos componentes puros A pressão total de vapor da mistura torna-se igual à pressão atmosférica (a mistura entra em ebulição) numa temperatura menor que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes + Dessa a a vapor" constitui um bom método para purificação de substâncias de alto ponto de ebulição, principalmente aquelas que se decompõem ao serem destiladas à pressãoNa experiência selecionada para esta aula em uma primeira etapa, introduzir a técnica da destilação por arraste de vapor e isolar o óleo essencial de cravo-da-india. Posteriormente, utilizando a técnica de extração extrairemos o óleo essencial do destilado, também chamado de hidrolato, utilizando um solvente orgânico. Para cada grupo de trabalho, 8g de deve ser providenciado para uso nesta atividade. Parte Experimental Materiais 1 balão bitubulado de 500 1 funil de adição esmerilhado de 100 mL ou 50 cabeça de destilação, condensador reto, alonga, Erlenmeyer de 250 pedaços de porcelana, mangueiras, 2 garras comuns, 1 garra tridentada, mufas, bico de Bünsen. fósforos, espátula, termômetro com rolha, rolha para fechar Erlenmeyer Reagentes NaCl, 8g cravo-da-india. Procedimentos Obtenção do destilado Adicionar pedaços de porcelana, 8 g de cravos-da-india picados e 250 mL de água destilada ao balão bitubulado Encher o funil de adição com água (90 mL ou 40 mL). Fazer a montagem do sistema de destilação como ilustrado na Figura 1. Aquecer o balão bitubulado utilizando o bico de Bünsen, mantendo em ebulição o líquido dentro do balão. Após observar formação de destilado, abrir a torneira do funil de adição de modo a adicionar água ao balão bitubulado a um fluxo constante e similar à velocidade de gotejamento do destilado. Se necessário, adicionar mais água ao funil de adição para manter constante o nível de líquido no balão bitubulado. Desligar o aquecimento e interromper a destilação ao se observar que as gotas de destilado saem do condensador com aspecto límpido (neste momento, espera-se já ter obtido cerca de 100 ml. de destilado). Adicionar uma espátula de NaCl ao destilado, tampar o Erlenmeyer e armazená-lo em local indicado pelo(a) professor(a).Desmontar o sistema de destilação e retirar os restos de cravo-da-india com o auxílio de uma peneira, descartando-os em local adequado, indicado pelo(a) professor(a). mufa e garra cabeça de destilação garra de adição mufa mufa e garra (metal ou condensador reto pressilha balão bitubulado alonga pedra de porcelana tela de H2O (bsco de gás) frasco fonte de coletor aquecimento suporte universal suporte universal Figura 1: Montagem para destilação com arraste de vapor (hidrodestilação) Bibliografia Recomendada: ENGEL. R. G.: PAVIA, D. L.; LAMPMAN, KRIZ, Orgânica de Pequena Escala, São Paulo: Cengage Learning, 2012. ARMAREGO, W.L.F; CHAI, C.L.L. Purification of Laboratory Butterworth- Heinemann, 2013.39 Atividade 8: Destilação sob pressão reduzida com evaporador rotatório - separação de substâncias líquidas Após a realização da destilação por arraste de vapor de água obtivemos o hidrolato que contém o óleo essencial. Para extrairmos o óleo essencial do hidrolato utilizaremos a técnica de extração líquido-liquido empregando neste caso um solvente orgânico de baixo ponto de ebulição, por exemplo éter etílico ou Após a extração para obtenção do óleo essencial, faz-se necessário a eliminação do solvente A eliminação deste solvente pode ser realizada pela evaporação em banho Maria ou pela destilação simples. No caso da remoção de solvente orgânico a destilação simples pode ser realizada utilizando um evaporador rotatório, como mostrado na Figura 1. Este aparelho é muito utilizado nos laboratórios de pesquisa, pois permite a remoção do solvente orgânico de maneira rápida e eficiente. Parte Experimental Materiais Garras, suportes, mufas, balão de fundo redondo de 50 mL com junta esmerilhada, funil de separação, funil, aro ou tripé, sistema para destilação sob pressão reduzida (evaporador rotatório). Reagentes clorofórmio. Procedimentos Obtenção do óleo essencial Nesta parte iremos realizar procedimentos de: extração com solvente orgânico e remoção de solvente orgânico. Transferir o destilado para um funil de separação, adicionar 10 mL de tampar e agitar o funil cuidadosamente, com a haste levemente inclinada para cima e, em seguida, liberar o an de dentro do funil. Deixar o sistema em repouso, sobre um aro, até verificar separação de fases e transferir a fase orgânica para um Erlenmeyer de 100 mL seco. Repetir a extração mais duas vezes juntando todas as fases orgânicas (lavar também o Erlenmeyer com uma porção de solvente Desprezar a fase aquosa na pia e adicionar Na2SO4 à fase orgânica a fim de secá-la (adicionar pontas de espátula até verificar que o líquido está e livre de gotas de água). Deixar em repouso por aproximadamente cinco minutos.40 Transferir a fase orgânica para um balão de fundo redondo com boca esmerilhada previamente tarado, sem deixar passar (se preferir faça uma filtração utilizando algodão). Remover completamente o solvente orgânico em evaporador rotatório (Figura 1). Verificar a temperatura da água do banho para não haver muita perda de solvente. Se as quantidades obtidas de óleo forem muito pequenas, talvez seja conveniente destilar as fases orgânicas de mais de um grupo num mesmo Transferir o óleo para um frasco, indicado pelo professor da disciplina, e lavar todo o material. Figura pressão reduzida. Questionário (atividade 8): 1. Em que circunstâncias a destilação por arraste de vapor é recomendada? 2. Como uma substância líquida pode ser purificada utilizando o arraste de vapor? 3. Explique a função do NaCl adicionado ao destilado. 4. Que tipo de destilação pode ser feita em evaporador rotatório comum? 5. Por que a remoção de solventes menos voláteis deve ser feita sob pressão reduzida? 6. Realize uma pesquisa sobre os principais componentes do óleo essencial Bibliografia Recomendada: R. PAVIA, D. LAMPMAN, G. M., KRIZ, G. S. Orgânica Experimental-Técnicas de Pequena Escala, São Paulo: Cengage Learning, 2012. ARMAREGO, W.L.F: CHAI, Purification of Laboratory Butterworth- Heinemann, 2013.