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UFSC – Departamento de Química

QMC 5119 – Introdução ao Laboratório de Química

Prof. Marcos

Profa. Maryene

Prof. Santiago

Experiência 11

Recristalização e determinação da Pureza de Sólidos

1. Introdução

O método mais utilizado para a purificação de sólidos orgânicos é a recristalização. Nesse método, um composto impuro é dissolvido em um solvente e deixado cristalizar, se separando da solução. À medida que se formam cristais, moléculas de outros compostos dissolvidos (consideradas impurezas) na solução são excluídas da estrutura cristalina e o composto de interesse pode ser obtido na forma pura. Devemos diferenciar entre os processos de cristalização e de precipitação de um sólido. Na cristalização, ocorre uma lenta e seletiva formação de cristais, o que resulta no composto puro, enquanto que na precipitação, um sólido amorfo é formado rapidamente da solução, misturado com impurezas e por isso deve ser recristalizado. Por esta razão, normalmente conseguimos um sólido, a partir de uma solução, que em seguida deve ser cristalizado e recristalizado, no processo de purificação. O processo de recristalização tem por base a propriedade que muitos compostos variam a solubilidade em função da temperatura, ou seja, aumentando a temperatura da solução a solubilidade do sólido também aumenta. Por exemplo, uma maior quantidade de açúcar pode ser dissolvida em água quente em comparação à temperatura ambiente. O que você poderia esperar se uma solução concentrada de açúcar, em água quente, for colocada na geladeira? À medida que a temperatura da solução diminui a solubilidade do açúcar na água também decresce e certa quantidade de sólido começa a cristalizar. ▪ Etapas para a recristalização de um composto: a) Encontre, mediante ensaios, um solvente ou uma mistura de solventes, adequado para a recristalização; b) Dissolva o sólido impuro em um volume mínimo do solvente quente (antes do seu ponto de ebulição); c) Realize uma filtração, para eliminar impurezas insolúveis e recolha o filtrado; d) Deixe a solução em repouso, ate atingir a temperatura ambiente para cristalizar o composto desejado; e) Filtre os cristais ou os micro-cristais, conforme o caso, para em seguida realizar a recristalização.

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▪ A escolha do solvente Existem 4 importantes propriedades do solvente que você deverá levar em conta, para a recristalização:

1. O composto deve ser muito solúvel a quente e pouco solúvel à temperatura ambiente. Esta diferença de solubilidade, em função da temperatura, será essencial para o processo de recristalização. Por exemplo, água é excelente para a recristalização do ácido benzóico. A 10

oC,

somente 2,1 g desse ácido se dissolve em um litro de água, mas a 95oC a solubilidade aumenta para 68 g/L;

2. As impurezas devem ser solúveis à temperatura ambiente ou insolúvel à quente e assim podem ser removidas por filtração. Desse modo, após a solução ser esfriada, alguma impureza remanescente ficará dissolvida e o filtrado será descartado;

3. O solvente não deverá reagir com o composto de interesse, pois esse composto seria perdido durante a recristalização;

4. O solvente deve ser volátil, para facilitar a cristalização e evitar que moléculas do solvente se incorporem na rede cristalina do composto.

Portanto, para um novo composto, deve-se pesquisar, através de ensaios (envolvendo tentativas que envolvem erros, acertos e certo fator “sorte”) para se encontrar o solvente ou a mistura de solventes adequados para a recristalização. Primeiro deve-se realizar testes de solubilidade (em tubos de ensaio), com diferentes solventes (água, metanol, etanol, acetato de etila, hexano, etc.) à temperatura ambiente. Se o composto dissolver à temperatura ambiente, então aquele solvente não serve para a recristalização. Quando o composto é insolúvel à temperatura ambiente, a mistura deverá ser aquecida, para se observar se o sólido sofre dissolução a temperatura mais elevada. Em seguida a solução deve ser resfriada até a temperatura ambiente, seguida de repouso em geladeira (se precisar) para se observar o aparecimento de cristais. ▪ Dissolvendo o sólido Uma vez selecionado o solvente, adicione o sólido impuro em um erlenmeyer ou em um béquer e adicione um pequeno volume do solvente quente. Atenção: Nesta prática você não irá utilizar metanol, por ser muito tóxico e inflamável (com chama invisível), mas quando “um dia” você utilizar esse solvente não esqueça que metanol não pode ser aquecido, em recipiente aberto (como em um béquer), diretamente em chapa de aquecimento ou na chama de Bunsen, devendo ser aquecido em banho maria. Mantenha a solução em leve aquecimento (banho maria ou chapa de aquecimento) e adicione pequenos volumes do solvente quente, sob agitação, até dissolver todo o sólido. Se outras adições do solvente quente não dissolver algum sólido remanescente, isso seria uma indicação de impurezas insolúveis. Então fique atento e observe se existem impurezas insolúveis, mesmo à temperatura mais elevadas e nesse caso filtre a solução, desprezando as impurezas retidas no papel de filtro e aproveitando o filtrado. ▪ Cristalizando o sólido Após as impurezas terem sido removidas, feche o recipiente com um vidro de relógio ou com papel alumínio e nesse caso, faça pequenos furos para o escape do solvente. Deixe a solução quente em repouso (sem tocar, nem agitar) para esfriar até a temperatura ambiente e se for o caso coloque-a na geladeira, para cristalizar. Nunca provoque um esfriamento rápido, antes de atingir a temperatura ambiente, pois você estaria favorecendo o aparecimento de um precipitado impuro, misturado aos cristais. Muitas vezes, durante o resfriamento em um banho de gelo, por exemplo, o composto dissolvido falha na formação de cristais. Quando isso ocorre e o seu objetivo é o de obter cristais, então friccione, por algum tempo, o interior do recipiente com um bastão de vidro. Desse modo, surgem pequenas partículas de vidro que induzirá a nucleação dos cristais e rapidamente você iria observar uma grande massa de cristais serem formados. Essa técnica foi utilizada durante o experimento para a obtenção do

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alúmen de alumínio e potássio (Experiência 09). Outras vezes podemos adicionar um cristal do composto desejado à solução, para atuar como “semente”, para induzir a cristalização. Se em ambas as tentativas falharem, provavelmente o composto foi dissolvido em muito solvente quente. Se você decidir que isso estaria ocorrendo, então, reaqueça a solução até a ebulição (para diminuir o volume) e repita o processo, isto é, permita que a solução atinja novamente a temperatura ambiente para se iniciar a cristalização e posterior filtração para a separação dos cristais. Não podemos lhe garantir sucesso total em uma cristalização, pois “cada caso é um caso”, mas essas são as orientações básicas para você iniciar a sua formação em técnicas de cristalização/recristalização/ purificação de sólidos.

2. Pré-Laboratório

1- Procure na literatura a fórmula química para acetanilida, alúmen de alumínio e potássio e ácido benzóico.

2- Procure na literatura o valor do ponto de fusão da acetanilida, do alúmen de alumínio e potássio e do ácido benzóico.

3- O que significa recristalização e qual a sua utilidade? 4- O que significa um sólido amorfo? 5- Utilize no máximo 30 palavras para descrever o método de recristalização. 6- Apresente uma propriedade do solvente que se deve levar em conta para uma recristalização. 7- Apresente 10 solventes em ordem crescente de polaridade. 8- Porque metanol não deve ser aquecido diretamente em uma chapa de aquecimento? 9- Apresente duas possibilidades para se tentar induzir a formação de cristais. 10- Por que o processo de cristalização deve ser lento? 11- O que significa banho maria? 12- Prepare uma lista dos materiais, incluindo vidrarias (por exemplo; tubos de ensaio, equipamento de

Thiele, tubos capilares, termômetro, etc.), que você julga necessários para a realização deste experimento.

3. Procedimento experimental

Nesta experiência você irá realizar purificações de sólidos e para decidir o grau de pureza das substâncias escolhidas, você irá realizar a determinação da temperatura de fusão (pelo método de Thiele), do composto impuro, ou seja, antes da cristalização e após a recristalização. Tendo como referência o valor do ponto de fusão, publicado na literatura, você decidirá quantas recristalizações serão necessárias para se obter o melhor grau possível de pureza. Ao final do processo, você deverá calcular o rendimento do processo. Portanto, não se esqueça de pesar as substâncias (antes e após a recristalização)!

Utilize as substâncias acetanilida, alúmen de alumínio e potássio e ácido benzóico. Prepare uma tabela para a anotação dos dados sobre a solubilidade dos sólidos e sobre os pontos de fusão.

Dicas para o relatório:

i) Apresente a tabela com os dados sobre os valores dos pontos de fusão dos compostos (antes e após as purificações) e com as respectivas massas. Discuta os resultados e apresente os cálculos dos rendimentos nos processos de purificação dos sólidos utilizados no experimento.

ii) Conclua sobre a eficiência do processo de purificação para cada composto utilizado.