relatÓrio recristalizaÇÃo de Ácido benzÓico

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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESC

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

ANDREY EDUARDO MARQUES CASTRO

HENRIQUE DE PELEGRINI

PROCESSO DE SEPARAÇÃO: RECRISTALIZAÇÃO

CRICIÚMA, SETEMBRO DE 2010

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ANDREY EDUARDO MARQUES CASTRO

HENRIQUE DE PELEGRINI

PROCESSO DE SEPARAÇÃO: RECRISTALIZAÇÃO

Relatório apresentado ao Curso de Engenharia Química da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC, solicitado na disciplina de Química Orgânica Experimental, pelo Profo. Gilson Menegali.

CRICIÚMA, SETEMBRO DE 2010

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................4

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................................5

2.1 Recristalização................................................................................................................5

2.2 Separação de impurezas..................................................................................................5

3 OBJETIVO GERAL................................................................................................................8

3.1 Objetivos Específicos .....................................................................................................8

4 MATERIAIS E MÉTODOS....................................................................................................9

4.1 Materiais e Reagentes.....................................................................................................9

4.1 Método............................................................................................................................9

5 APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS ..............................................................................11

5.1 Dados de solubilidade...................................................................................................11

5.2 Recuperação da amostra................................................................................................11

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................12

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................................13

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1 INTRODUÇÃO

Recristalização é uma técnica de purificação de compostos orgânicos sólidos a

temperatura ambiente. Os compostos orgânicos obtidos por reações químicas ou extraídos da

natureza, raramente são puros, o que necessita de uma técnica de purificação. A

recristalização está fundamentada principalmente na idéia de que a solubilidade dos

compostos varia em função de sua temperatura. O nome recristalização deriva do fato de que

a substancia será dissolvida no solvente e após o esfriamento ela se recristalizará, e desta vez

mais pura do que no estado anterior, uma vez que as impurezas tendem a ficar retidas no

solvente. Neste relatório, será descrito um procedimento experimental de recristalização do

ácido benzóico, propositalmente contaminado com enxofre em proporção desconhecida,os

métodos e materiais necessários e uma análise dos dados,com seus comentários.Uma breve

descrição da técnica e os fatores mais importantes serão discutidos na Revisão Bibliográfica.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 RECRISTALIZAÇÃO

A recristalização é uma técnica de purificação de compostos orgânicos sólidos à

temperatura ambiente. O método consiste em promover a dissolução do sólido orgânico em

um solvente a uma temperatura elevada e em seguida diminuir lentamente a temperatura.

Como a solubilidade diminui com a temperatura, ocorre à formação de cristais.

Grande parte das substâncias sólidas é solúvel em ao menos um líquido. E muitas

delas também se dissolvem em um numero grande de solventes disponíveis. Alguns com mais

facilidade e outros não. O coeficiente de solubilidade é a maneira que se encontrou para

mensurar a solubilidade dos compostos e poder comparar com outros compostos, e em outras

temperaturas. Graças a diferença de solubilidade é que existem várias técnicas de separação

de substancias e a recristalização é uma delas.

Dito isto, a recristalização consiste em dissolver a substância a ser purificada em um

solvente em ebulição. Mais para isso, deve se atentar para um fato indispensável a esta

técnica: o soluto precisa ser mais solúvel no solvente quente do que frio. Para isso, deve se

consultar as tabelas de solubilidade dos compostos envolvidos. Um exemplo usado para

ilustrar a importância da solubilidade em função da temperatura pode ser visto na Figura 1,

que mostra a solubilidade de um soluto em diferentes solventes (A, B, C).Note que na figura,a

curva A mostra que a solubilidade a 25°C a solubilidade é 1g/100mL,enquanto que a 125°C a

solubilidade sobe para 18g/mL.Segundo MARAMBIO (2007),a recristalização de 18g do soluto

neste solvente,produz 17g de material sólido puro,o que representa uma recuperação de 95%.Por outro

lado,a recristalização do mesmo soluto nos outros dois solventes (B e C) não é favorável.O solvente da

curva B,a 25°C dissolve 9g/mL e a 120°C dissolve apenas 14g/mL.

O solvente representado pela curva C apresenta um comportamento diferente e

também desfavorável ao processo de recristalização. A queda de solubilidade é tão grande em

um pequeno intervalo de temperatura, que uma pequena queda de temperatura acidental,

poderia cristalizar o material antes do tempo.

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Figura 1 – Solubilidade um soluto em diferentes solventes (A, B e C) em função da temperatura. (Fonte: MARAMBIO, 2007)

Há ainda outra condição necessária para o solvente. O solvente deverá ter um ponto de

ebulição mais baixo que o ponto de fusão do sólido, caso contrário o composto se fundirá

antes de se dissolver no solvente.

Segundo MARAMBIO (2007), um solvente apropriado para a recristalização deverá cumprir

os seguintes requisitos:

• Dissolver grande quantidade de soluto em temperatura elevada

• Dissolver pequena quantidade de soluto quando frio

• Apresentar volatilidade favorável a posterior separação

• Dissolver grande quantidade de impurezas quando frio

• Não sofrer reação química com o solvente

• Não ser inflamável

• Ter baixo custo

Para a seleção adequada do solvente a ser usado em função de cada soluto, deve-se consultar as tabelas de solubilidade nos manuais de anexos das principais publicações de Química e Engenharia Química. Outra maneira se selecionar o solvente mais adequado é a maneira empírica. Testam-se diferentes tipos de solvente, de polaridades em ordem crescente e em diferentes temperaturas, ambiente e de ebulição, e coletar os dados de solubilidade. Os solventes mais utilizados, além da água, são: éter de petróleo, dietileter, clorofórmio, tetra

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cloreto de carbono, acetato de etila, tolueno, metanol e etanol. Algumas vezes, o mais adequado pode ser uma mistura de solventes.

2.2 SEPARAÇÃO DE IMPUREZAS

As impurezas que podem ser separadas por recristalização se classificam em:

a) Substâncias pouco solúveis ou insolúveis: são facilmente removidas da solução seja a

frio ou a quente.

b) Substâncias de solubilidade parecida ou igual: difíceis de serem separadas, pois

tendem a cristalizar indiscriminadamente sem realizar a seleção.

c) Substâncias mais solúveis: causa poucos problemas, pois permanece em solução

mesmo após o resfriamento.

d) Substancias coloridas: geralmente são formadas pela polimerização ou oxidação pelo

oxigênio do ar. Geralmente se encontram em pequena quantidade e podem ser

posteriormente adsorvida com carvão ativado.

Em uma situação ideal de recristalização, segundo MARAMBIO (2007),a substância se

separa de forma cristalina e as impurezas se encontram dissolvidas totalmente na fase líquida.Isso na

filtração a quente.Caso não tenha se obtido a purificação desejada,pode se repetir o processo com o

mesmo ou com outro solvente.

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3 OBJETIVO GERAL

Desenvolver um experimento de recristalização de ácido benzóico a fim de reduzir a

enxofre contaminante.

3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Dissolver uma amostra de ácido benzóico em solvente quente

• Filtrar a solução ainda quente

• Esfriar a solução e operar nova filtração (a frio)

• Secar a amostra retida no papel filtro, previamente pesado vazio.

• Pesar o filtro com a fração retida de ácido puro.

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4 MATERIAIS E MÉTODO Os procedimentos experimentais descritos neste capítulo foram extraídos de VOGEL(1981).

4.1 MATERIAIS E REAGENTES

• Ácido benzóico • Enxofre • Água destilada • Mistura 1:1 de ácido benzóico e enxofre • Béquer de 250 e 100 mL • Funil de vidro sem haste • Funil de vidro com haste • Bastão de vidro • Tela de amianto • Bico de Bünsen • Proveta de 100 mL • Papel filtro • Base de ferro • Tripé de ferro • Balança analítica • Vidro de relógio • Anel de ferro

4.2 MÉTODO

Inicialmente se adicionou aproximadamente 0,5 g de ácido benzóico em um béquer de

100 mL, e dissolveu-se com 15 mL de água destilada a temperatura ambiente. Após isso,

iniciou-se o aquecimento da solução para observar a solubilidade da mesma a quente e a frio.

Repetiu-se o procedimento com o enxofre.

Em seguida, pesou-se 2 g de uma mistura de enxofre mais ácido benzóico (ácido com

impureza),e dissolveu-se essa mistura em 100 mL de água destilada fria em um Becker. A

solução foi aquecida até sua ebulição usando o bico de Bünsen. Paralelamente a isto,

utilizando o calor proveniente da ebulição no Becker, o funil de vidro foi aquecido para não

promover uma queda na temperatura de filtragem ao entrar frio em contato com o líquido

quente.

Filtragem: Após o líquido entrar em ebulição e atingir sua temperatura máxima,

imediatamente foi realizado a filtragem da solução quente. Nesse momento, o enxofre que

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estava contaminando o ácido já ficou retido no filtro de papel. A filtragem foi realizada com

filtro pregueado e sem ser adaptado com água. O filtrado foi recolhido em Becker de 250 mL.

Resfriamento: O filtrado obtido anteriormente foi deixado em repouso para o resfriamento,

necessário para a diminuição do coeficiente de solubilidade e conseqüente cristalização.

Segunda filtragem: Depois de encerrado o resfriamento, a solução estava saturada com

cristais de ácido benzóico de elevada pureza. Fez-se necessário uma segunda filtração, desta

vez à temperatura ambiente. Para isto usou de o funil com haste e papel filtro simples,

previamente pesado. Uma pequena quantidade de água fria foi borrifada sobre o filtro para

facilitar a filtragem.

Secagem: Retirado o papel filtro com os cristais de ácido, foi colocado (papel) no vidro de

relógio e levado a estufa a aproximadamente 100oC.Após a secagem completa da amostra,foi

pesado o conjunto papel + amostra para contabilizar a recuperação do ácido.

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5 APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS

5.1 DADOS DE SOLUBILIDADE

Após o desenvolvimento do experimento de recristalização de ácido benzóico

contaminado (propositalmente) com enxofre, os resultados abaixo foram encontrados:

Nota: convém destacar que neste experimento, a solubilidade foi classificada apenas em solúvel

e insolúvel. Não foram apurados números de coeficiente de solubilidade.

Tabela 1 – Solubilidade observada dos compostos em solução aquosa.

COMPOSTO SOLUBILIDADE A QUENTE SOLUBILIDADE A FRIO

Ác. Benzóico Solúvel Insolúvel

Enxofre Insolúvel Insolúvel

Fonte: Elaboração dos autores, 2010.

Como podemos observar, o comportamento dos compostos em solução torna o processo

de recristalização favorável. Enquanto o ácido benzóico, que é o produto de interesse, passa

pelo filtro quente por ser insolúvel, o enxofre é retido tanto quente quanto frio.

5.2 RECUPERAÇÃO DA AMOSTRA

Com os cristais que ficaram retidos no papel filtro após a secagem, foi realizada a

pesagem, demonstrada abaixo:

Filtro de papel vazio: 1,086g -

Filtro de papel com ác. Benzóico: 1,724g

Peso dos cristais recuperados: 0,638g

Como foram adicionados 2g de mistura de soluto (ácido benzóico + enxofre), foi

calculada uma recuperação de aproximadamente 32% de material sólido puro.

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6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

• Como o experimento foi deficiente em termos de dimensionamento e controle rigoroso das condições de operação, os resultados não foram os mesmos esperados em uma operação real visando produtividade. Isso justifica a recuperação de apenas 32% do material.

• Ainda em relação a afirmação acima,pode-se notar a importância de consultar as tabelas de solubilidade e as curvas de equilíbrio de cada composto,dados de entalpia,balanços de massa e energia e outras situações.Apenas realizando o dimensionamento adequado da operação se pode obter o máximo de produtividade em relação a energia requerida no processo.

• Entretanto este experimento foi de grande valor educacional visto que pôs os acadêmicos em contato com uma operação industrial de grande interesse da indústria e que é atribuição do Engenheiro Químico dimensionar e controlar o processo.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 - MARAMBIO,O.G., Métodos Experimentales en Química Orgânica. Pizarro DC.1a Ed. UTEM, , Mayo 2007 .Editorial Universidad Tecnológica Metropolitana. 2 - VOGEL, A, I., Química orgânica: análise orgânica qualitativa, 3ª Ed., Rio de Janeiro, Ao Livro Técnico S.A., 1981. V. 1