Extração Liquido-Liquido-Guia Completo de Técnicas e Coeficientes

1 Química Orgânica Experimental Técnicas de Laborátório de Química Orgânica 2º Semestre de 2025 4 EXTRAÇÃO A transferência de um soluto de um solvente para outro é chamada de extração mais precisamente uma extração líquidolíquido Fazendo uso da diferença de solubilidade dos compostos em diferentes solventes é possível separar os componentes de uma mistura através do uso da extração por solvente OS DOIS SOLVENTES UTILIZADOS DEVEM SER IMISCÍVEIS Geralmente utilizase um solvente orgânico fase orgânica e água fase aquosa identificálas corretamente garante o sucesso da separação Quadro 1 Densidades dos solventes mais comuns em um laboratório Solvente Densidade gmL Éter dietílico 0710 Acetato de etila 0902 Diclorometano 133 Clorofórmio 149 Hexano 0659 Tolueno 0865 Água 100 2 Para extrações com solvente utilizase o funil de separação também chamado de funil de extração e de funil de decantação Modo correto de manuseio do funil de separação agitação vigorosa deve ser imposta para que seja estabelecido o equilíbrio do soluto entre as duas fases Devese abrir a torneira para alívio da pressão intera sempre que se efetuar agitação do funil Sistema trifásico em um funil de separação 3 Extração LiquidoLiquido um movimento dinâmico se estabelece entre as fases e após um determinado tempo atingese um equilíbrio termodinâmico de maneira que a uma temperatura constante as concentrações do analito dentro de cada uma das soluções permanecem constantes O coeficiente de distribuição KD será a constante de equilíbrio para a reação S na superior S na fase inferior Coeficiente de distribuição ou de partição No equilíbrio a relação das concentrações do soluto nas duas fases é aproximadamente constante esta relação é chamada de coeficiente de distribuição sendo função da temperatura K C2C1 Onde K coeficiente de distribuição C2 concentração do soluto no solvente 2 em gL ou mgmL C1 concentração do soluto no solvente 1 em gL ou mgmL Esta relação é uma razão de duas concentrações e independe portanto da quantidade dos dois solventes em questão É possível facilmente concluir que a extração com solvente em geral não retira todo o soluto da mistura original a menos que o valor de K seja muito elevado Realizando extrações sucessivas com volume total igual dos dois solventes é possível retirar mais soluto do que realizando uma única extração O número máximo de extrações sucessivas normalmente fica entre 3 a 5 vezes não adianta dividir o volume total do solvente de extração em volumes muito pequenos pois a partir de um certo ponto a quantidade de produto extraído fica cada vez menos significativa Introdução Destilação Definição É uma operação que se baseia na propriedade dos líquidos puros possuírem a uma dada pressão um ponto de ebulição pe bem determinado permitindo designadamente separar um líquido volátil de substâncias não voláteis nele dissolvidas ou separar líquidos voláteis com pe diferentes DESTILAÇÃO Destilação é o processo onde se fornece calor suficiente para o composto passar da fase líquida para a fase de vapor o vapor entra então em contato com uma superfície fria e é condensado e coletado portanto compreende dois processos VAPORIZAÇÃO E CONDENSAÇÃO Tem 2 objetivos principais 1 Separação de líquido volátil de substâncias não voláteis p ex destilação da água 2 Separação de líquido volátil de outros líquidos voláteis tem que haver diferença entre os pontos de ebulição Tipos de destilação 1 Destilação simples 2 Destilação a pressão reduzida 3 Destilação fracionada 4 Destilação por arraste a vapor 5 Destilação azeotrópica Teoria da destilação Pressão de vapor e ponto de ebulição A pressão de vapor de um líquido ou sólido é a pressão exercida por seu vapor quando este e o líquido ou sólido estão em equilíbrio físico dinâmico EQUILÍBRIO FÍSICO DINÂMICO implica na ação contínua e simultânea de processos físicos contrários ou seja o processo direto e o seu reverso acontecem a taxas iguais Neste caso os processos físicos são vaporização e condensação Quando um líquido e seu vapor estão em equilíbrio dinâmico dentro de um recipiente fechado a taxa na qual as moléculas deixam o líquido vaporização é igual à taxa na qual elas retornam condensação H2O l H2O g Líquidos com altas pressões de vapor são voláteis A pressão de vapor de um líquido está relacionada às forças moleculares existentes entre suas moléculas Tabela 6 Pressões de vapor de alguns líquidos a 25ºC Substância Pressão de vapor Torr Benzeno 946 Etanol 588 Mercúrio 00017 Metanol 1227 Água 238 A pressão de vapor de um líquido a uma dada temperatura pode ser esperada sendo baixa se as forças que atuam entre suas moléculas são fortes Unidades de pressão 1 atm 760 mmHg 760 Torr Variação da pressão de vapor com a temperatura para alguns líquidos O ponto de ebulição normal de um dado composto é a temperatura na qual a pressão de vapor igualase a 1 atm 760 mmHg ou 760 Torr ver destaque na figura para o PE da água Destilação simples A destilação simples a pressão ambiente é utilizada para a purificação de um líquido de suas impurezas não voláteis por exemplo destilação da água atenção deve ser dada para o posicionamento correto do bulbo do termômetro Destilação simples manta ou chapa de aquecimento aquecimento indireto balão de fundo redondo adaptador com saída em ângulo termômetro condensador reto alonga com saída de ar balão coletor Em teoria durante a destilação de uma substância pura a temperatura medida pelo termômetro deve ser constante se não houve variação da pressão ambiente Se houver mistura de líquidos voláteis a temperatura varia durante a destilação T temperatura do vapor medida pelo termômetro numa aparelhagem de destilação simples Situações A destilação de uma substância pura B mistura com dois componentes de pontos de ebulição similares C mistura de dois componentes de pontos de ebulição muito diferentes ligada a uma bomba de sucção ou alto vácuo Destilação a pressão reduzida manta ou chapa de aquecimento aquecimento indireto tubo em Y com saída de segurança nem sempre necessário balão de fundo redondo termômetro condensador reto alonga com saída lateral para bomba de vácuo balão coletor Destilação a pressão reduzida ou a vácuo Se para entrar em ebulição a pressão de vapor do líquido tem que igualarse a pressão ambiente então o abaixamento da pressão de um sistema de destilação acarretará em um abaixamento do ponto de ebulição do composto p acarreta em T A destilação a vácuo é utilizada para líquidos com PE elevados tipicamente 200oC para líquidos que sob aquecimento forte pode reagir violentamente com oxigênio do ar 16 Nomograma A que temperatura a anilina destilaria a pressão fosse reduzida a 40 mmHg Traçando a reta no nomograma a partir de 40 mmHg passando pela T184oC PE a pressão ambiente verificar a temp na escala da pressão reduzida T 90oC Qual é o PE a 760 mmHg ou 1 atm para um composto que entra em ebulição a 250oC a 10 mmHg Traçando a reta no nomograma a partir de 10 mmHg unindo à T250oC na escala de PE a pressão reduzida a reta passa por T 410oC a pressão normal Lei de Raoult Pparcial X Fração Molar x Pvapor X Mistura líquida com 50 de A e 50 de B Pressão Parcial de A 05 x Pvapor A Pressão Parcial de B 05 x Pvapor B Pressão Parcial de A Pressão Parcial de B Ebulição Pressão Parcial P externa Composição do vapor NÃO É a mesma que a do líquido Líquido A Líquido B Na destilação fracionada o vapor percorre uma coluna de fracionamento superfície acidentada onde o vapor condensase parcialmente escorrendo de volta ao balão o vapor que vem subindo pela coluna troca calor com o líquido que escorre e provoca nova destilação deste ao mesmo tempo em que o vapor condensa Tipos de coluna de fracionamento Destilação fracionada manta ou chapa de aquecimento aquecimento indireto balão de fundo redondo coluna de fracionamento vigreux tubo com saída em ângulo termômetro condensador reto alonga com saída lateral balão coletor Vaporizaçãocondensação em uma coluna de fracionamento PRATOS TEÓRICOS são unidades teóricas geralmente em altura de uma coluna de fracionamento que conseguem o enriquecimento no composto mais volátil correspondente a uma destilação do líquido isto é correspondente a um dos degraus do gráfico anterior Por exemplo em uma coluna vigreux de cerca de 25 mm de diâmetro a altura correspondente a um prato teórico é de aproximadamente 12 cm Perguntase Quem é o componente mais volátil menor ponto de ebulição A ou B 54 Destilação azeotrópica AZEÓTROPO mistura de dois ou mais líquidos de diferentes pontos de ebulição que destila em uma temperatura constante e sem alterar sua composição a composição da fase vapor é idêntica à composição da fase líquida Apesar de ter ponto de ebulição e composição definida o azeótropo não pode ser considerado um composto puro pois sua composição é alterada quando há alteração da pressão Um azeótropo pode ter PE maior ou menor do que o PE de seus componentes isolados Azeótropo com PE inferior minimumboilingpoint azeotrope resulta de uma pequena repulsão entre os dois líquidos da mistura Exemplos etanolágua e benzenoágua Azeótropo com PE superior maximunboilingpoint azeotrope resulta de uma pequena atração entre os dois líquidos da mistura São menos comuns Exemplo acetonaclorofórmio Misturas azeotrópicos com PE menor que os dos componentes repulsão entre os líquidos pressão de vapor da mistura PE da mistura Tabela 9 Azeótropos com PE inferior aos componentes da mistura Azeótropo Composição peso PE ºC Etanolágua 956 C2H5OH 44 H2O 7817 Benzenoágua 911 C6H6 89 H2O 694 Benzenoáguaetanol 741 C6H6 74 H2O 185 C2H5OH 649 MetanolCCl4 206 CH3OH 794 CCl4 557 Etanolbenzeno 324 C2H5OH 676 C6H6 678 Metanoltolueno 724 CH3OH 276 C6H5CH3 637 Metanolbenzeno 395 CH3OH 605 C6H6 583 Cicloexanoetanol 695 cC6H12 305 C2H5OH 649 Isopropanolágua 878 CH32CHOH 122 H2O 804 Acetato de nbutilaágua 729 CH3CO2nC4H9 271 H2O 907 Fenolágua 92 C6H5OH 908 H2O 995 Azeótropo ternário utilizado para a obtenção do etanol absoluto Misturas azeotrópicos com PE maior que os dos componentes atração entre os líquidos pressão de vapor da mistura PE da mistura Tabela 10 Azeótropos com PE superior aos componentes da mistura Azeótropo Composição peso PE ºC Acetonaclorofórmio 200 CH3COCH3 800 CHCl3 647 Clorofórmiobutanona 170 CHCl3 830 CH3COCH2CH3 799 Ácido hidroclorídrico 202 HCl 798 H2O 1086 Ácido acéticodioxano 770 CH3CO2H 230 C4H8O2 1195 Benzaldeídofenol 490 C6H5CHO 510 C6H5OH 1856 Uma vez que o azeótropo possui PE maior do que o PE de seus componentes ele será concentrado no balão de destilação a medida que o componente de menor PE for destilado primeiro Quando a composição da mistura restante no balão de destilação atingir a do azeótropo a temperatura deverá ser aumentada e este será destilado até a secura do conteúdo do balão Destilação de líquidos miscíveis e imiscíveis Líquidos miscíveis pA0 pB0 Líquido moles A B Vapor moles A B Pressão de vapor total é dependente das quantidades de A e B Segue Lei de Raoult p pA0 XA pB0 XB pA0 pB0 Líquido moles A B Vapor moles A B Pressão de vapor total é dependente das quantidades de A e B Segue Lei de Raoult p pA0 XA pB0 XB 25 Aproximase da Lei de Dalton dos gases ideais onde se considera que os componentes não possuem interação entre si 26 Destilação por arraste à vapor componentes imiscíveis em água 27 Destilação por arraste à vapor componentes imiscíveis em água Recristalização Muitas preparações orgânicas geram como produto final sólidos impuros A purificação é realizada principalmente por recristalização Baseiase na diferença de solubilidade que pode existir entre o composto a ser purificado e suas impurezas3 Técnica de Recristalização 1 O material impuro é dissolvido a quente em um solvente apropriado 2 A solução é filtrada a quente para remover impurezas insolúveis 3 A solução é resfriada lentamente o que levará à cristalização do composto que está sendo purificado 4 Filtração e lavagem dos cristais com o solvente frio 5 Secagem dos cristais Solvente para recristalização A escolha do solvente O solvente ideal para um processo de recristalização deve a Permitir fácil dissolução do composto a altas temperaturas e pequena dissolução do composto a baixas temperaturas b Permitir a obtenção de cristais bem formados do composto que está sendo purificado c Ser quimicamente inerte ou seja não deve reagir com os compostos que estão sendo separados e nem com o solvente d Possuir um ponto de ebulição relativamente baixo para que possa ser facilmente removido do composto recristalizado após filtração e Solubilizar mais facilmente as impurezas do que o composto a ser recristalizado f Ser barato e nãotóxico Secagem dos cristais A eliminação completa da água é realizada em dessecador com carga de cloreto de cálcio anidro Critério de pureza Início da desagregação dos cristais 1116 1133 C Amostra completamente líquida Impurezas provocam Intervalo de fusão Início da fusão