Aula Prática 6: Propriedades Físicas dos Compostos Orgânicos - Ponto de Ebulição

Química Orgânica Profa Neoli Lucyszyn PUCPR PUCPR Aula prática 6 Propriedades físicas dos compostos orgânicos Ponto de ebulição 1 OBJETIVOS Determinar o ponto de ebulição de diferentes compostos orgânicos 2 INTRODUÇÃO TEÓRICA Ponto de ebulição pode ser definido como sendo a temperatura na qual a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão de vapor externa exercida sobre a superfície ou ainda é a temperatura em que o vapor e o líquido estão em equilíbrio a uma dada Pressão GONÇALVES WAL e DE ALMEIDA1985 Quando um líquido é aquecido a pressão de vapor aumenta até se igualar à pressão aplicada sobre ele geralmente a pressão atmosférica Nesta temperatura o líquido ferve O ponto de ebulição normal é medido em 760 mmHg 760 torr ou 1 atm Quando a pressão aplicada é inferior à atmosférica a pressão de vapor necessária para que o líquido entre em ebulição também diminui e o líquido ferve a uma temperatura mais baixa A relação entre a pressão aplicada e a temperatura de ebulição é determinada pela variação da pressão de vapor com a temperatura PAVIA et al 2009 A Figura 1 apresenta o comportamento típico de pressão de vapor de um líquido quando a temperatura se altera Figura 1 Curva de pressão de vapor versus temperatura de um líquido típico Fonte PAVIA et al 2009 Em geral o ponto de ebulição de um composto depende de sua massa e estrutura molecular e da intensidade de forças de atração intermoleculares Numa série homóloga o ponto de ebulição cresce mais ou menos regularmente com o aumento da massa molar dos seus compostos Por outro lado os compostos polares apresentam os pontos de ebulição superior aos dos apolares de mesma massa molar GONÇALVES WAL e DE ALMEIDA1985 Há ainda a considerar os compostos polares com capacidade de associação intermolecular e os que não apresentam esta propriedade Nos primeiros o ponto de ebulição é maior em virtude da energia calor necessário para romper as forças que ligam as moléculas entre si Existem moléculas que se associam por ligações de hidrogênio associação hidrogênio como no caso do álcool etílico GONÇALVES WAL e DE ALMEIDA1985 Na verdade a ebulição consiste na libertação das moléculas ou pares de íons das forças de coesão que as mantém ligadas no estado líquido Produzse este fenômeno quando se atinge a temperatura à qual a energia térmica das partículas vence a ação das forças de coesão que as mantém no estado líquido GONÇALVES WAL e DE ALMEIDA1985 Como o ponto de ebulição é sensível à pressão é importante registralo quando se faz a determinação do ponto de ebulição em uma altura significativamente acima ou abaixo do nível do mar As variações atmosféricas normais podem afetar o ponto de ebulição mas elas são usualmente de pequena importância Entretanto se o ponto de ebulição está sendo acompanhado Química Orgânica Profa Neoli Lucyszyn PUCPR PUCPR enquanto uma destilação à vácuo está sendo feita com uma trompa de água ou com uma bomba dágua ou com uma bomba de vácuo a pressão é muito diferente da atmosférica Nestes casos é muito importante conhecer a pressão com a maior acurácia possível PAVIA et al 2009 Uma regra empírica é que o ponto de ebulição de muitos líquidos cai cerca de 05o C para cada 10 mmHg de diminuição da pressão nas proximidades de 760 mmHg Em pressões mais baixas observase uma queda de 10oC a cada vez que a pressão cai à metade Por exemplo se o ponto de ebulição observado de um líquido é 150oC na pressão de 10 mmHg o ponto de ebulição será de 140oC na pressão de 5 mmHg PAVIA et al 2009 O ponto de ebulição das substâncias puras a uma dada pressão é sempre exato e se mantém constante durante a ebulição enquanto que o das misturas varia dentro de um intervalo de temperatura que depende da natureza e das proporções de seus constituintes GONÇALVES WAL e DE ALMEIDA1985 A ação de um soluto sobre o ponto de ebulição de um solvente dependerá da natureza do soluto Se o soluto é menos volátil que o solvente a tensão de vapor é menor a uma dada temperatura que a tensão de vapor do solvente puro Ao inverso se o soluto é mais volátil que o solvente a tensão de vapor é maior que a do solvente puro GONÇALVES WAL e DE ALMEIDA1985 21 Métodos para a determinação do ponto de ebulição A Métodos de escala macro Quando se dispõe de grande quantidade de material simplesmente registrar o ponto de ebulição ou faixa de ebulição observado no termômetro durante a destilação simples Como alternativa podese usar o método mostrado na Figura 2A Com este método o bulbo do termômetro pode ficar imerso no vapor do líquido em ebulição por um período suficientemente longo para entrar em equilíbrio e dar uma boa leitura da temperatura Um tubo de ensaio de 13 mm x 100 mm pode ser utilizado neste procedimento Usase 0305 mL de líquido Enquanto o líquido estiver aquecendo é útil registrar a temperatura em um intervalo de 1 minuto Isto torna mais fácil acompanhar as mudanças de temperatura e saber se foi atingido o ponto de ebulição O líquido deve ferver vigorosamente de modo que é possível ver o anel de refluxo acima do bulbo do termômetro e gotas de líquido que se condensam nos lados do tubo de ensaio No caso de alguns líquidos o anel de refluxo é muito fraco e se deve olhar com muita atenção para vêlo O ponto de ebulição do líquido é alcançado quando a temperatura do termômetro ficar constante por 23 minutos na leitura mais alta atingida É melhor colocar o controle de aquecimento inicialmente em uma posição relativamente alta especialmente se utiliza uma placa fria e um bloco de alumínio ou banho de areia Se a temperatura começar a estabilizar em uma temperatura relativamente baixa inferior à 100o C ou se o anel de refluxo alcançar o anel de imersão do termômetro deve ser diminuída a temperatura imediatamente Com quantidades pequenas de material é possível determinar em escala micro ou escala semimicro o ponto de ebulição de acordo com a Figura 2B B Métodos de escala semimicro Para fazer a determinação semimicro ligase um tubo de vidro de 5 mm selado em uma das pontas a um termômetro com um fio de cobre Usase uma pipeta Pasteur para colocar a amostra líquida cujo ponto de ebulição vai ser determinado Colocase no tubo um pequeno capilar de ponto de fusão selado em uma das pontas com a ponta aberta para baixo Colocase o conjunto em um tubo de Thiele O elástico de borracha deve ficar acima do nível do óleo do tubo de Thiele senão pode afrouxar no óleo quente Aquecer a seguir o tubo de Thiele Continuase o aquecimento até que uma corrente contínua de bolhas comece a escapar do capilar invertido Parase o aquecimento neste ponto A corrente de bolhas diminui e pára Quando isto acontecer e olíquido começar a entrar no capilar anotase a temperatura Esta temperatura corresponde ao ponto de ebulição do líquido Química Orgânica Profa Neoli Lucyszyn PUCPR PUCPR C Método de escala micro Em experimentos em escala micro dispõese com frequência de pouca quantidade de produto e não se pode usar o método semimicro descrito Entretanto podese reduzir a escala do método da seguinte maneira Colocase o líquido em um tubo capilar de 1 mm usado para a determinação do ponto de fusão até uma altura de 46 mm Usase uma seringa ou pipeta Pasteur com ponta fina para transferir o líquido Preparase a seguir um microcapilar selado em uma das pontas Invertese o microcapilar com a abertura para baixo e coloqueo no tubo capilar que contém a amostra Empurrar o microcapilar até o fundo com a ajuda de um fio fino se ele aderir à parede Coloque o conjunto de escala micro em uma aparelhagem padrão de ponto de fusão ou um tubo de Thiele para determinar o ponto de ebulição Continuase o aquecimento até que uma corrente contínua de bolhas comece a escapar do microcapilar invertido O aquecimento é parado neste ponto A corrente de bolhas diminui e pára Anotase a temperatura quando isto acontecer e o líquido começar a entrar no capilar Esta temperatura corresponde ao ponto de ebulição do líquido 3 PROCEDIMENTOS 31 Materiais e reagentes Acetona Etanol Éter de petróleo Propanol Hexano Glicerina Tubos de ensaio Tubo de ensaio Tubo capilar Tubo de Thiele Pipeta de Pasteur Termômetro Suporte Universal com garra 32 Metodologia A Determinação da temperatura de ebulição macro Conforme Figura 2A Colocar no tubo de ensaio a amostra e acrescentar pérolas de vidro ajudam a quebrara tensão superficial e evita o superaquecimento Ajustar o termômetro que deve ficar suspenso a 2 ou 3 cm da amostra Aquecer a amostra lentamente e observar a temperatura que a princípio sobe rapidamente e depois pára Anotar a temperatura quando esta estabilizar B Determinação da temperatura de ebulição semimicro Conforme Figura 2B Para fazer o ponto de ebulição semimicro um tubo de vidro é amarrado ao termômetro contendo o líquido e um tubo capilar fechado ao meio para não permitir a entrada de ar Marcase o ponto de ebulição quando for observado uma seqüência de pequenas bolhas que saem uma a uma do tubo capilar e logo se transformam em um colar de pequenas bolhas Observações Usar banho de glicerina para as substâncias de ponto de fusão e ebulição até 160ºC Usar banho de ácido sulfúrico para as substâncias de ponto de fusão e ebulição superior a 160ºC Ponto de Ebulição do ácido sulfúrico 340º C Química Orgânica Profa Neoli Lucyszyn PUCPR PUCPR FIGURA 2 A Determinação do ponto de ebulição macro B Determinação do ponto de ebulição semimicro Fonte GONÇALVES WAL e DE ALMEIDA 1985 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GONÇALVES D WAL E ALMEIDA RR de Química Orgânica Experimental Curitiba Gráfica Editora Barddal Ltda 1985 PAVIA DL et al Química Orgânica Experimental Técnicas de pequena escala Porto Alegre Bookman 2009 A B