1 INTRODUÇÃO

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

Disciplina: Química Orgânica e Bioquímica Experimental

EXTRAÇÃO COM SOLVENTES QUIMICAMENTE ATIVOS

Data da realização do experimento: 27/03/2012

Turma: TQM_T01 Prof. Responsável: Msc. Geverson Façanha da Silva

Aluno: Amina MourãoUso do Professor

Nota do grupoAluno: Rayane AraújoUso do Professor

Aluno: Rosebrícia Pereira BritoUso do Professor

Aluno: Silvana da Silva MacedoUso do Professor

Manaus, AM

2012

A extração é uma técnica para purificação e separação, baseada nos diferentes graus de

solubilidade dos constituintes. Compostos orgânicos, por exemplo, são, em geral, mais solúveis

em solventes também orgânicos e pouco solúveis em água (BLACKADDE & NEDDERMAN,

1982).

Quando se colocam em contato duas fases de composições diferentes, pode ocorrer a

transferência de componentes de uma fase a outra e vice-versa. Esta transferência entre as fases

ocorre até que o estado de equilíbrio seja atingido (BLACKADDE & NEDDERMAN, 1982).

Os componentes de uma mistura são solúveis, em diferentes graus, no solvente. No caso

ideal, o componente a ser extraído é solúvel no solvente, e os outros componentes são insolúveis.

Então, o soluto é o único componente transferido da mistura inicial para a fase do solvente.

Depois do contato entre a carga e o solvente, as duas fases líquidas imiscíveis e de diferentes

densidades formadas são denominadas de extrato (a fase mais rica em solvente que acolhe o

soluto) e rafinado (a fase mais pobre em solvente de onde foi extraído o soluto). Removendo-se o

solvente do extrato e do rafinado obtém-se o produto extraído e o produto rafinado. A esse

processo damos o nome de extração (BLACKADDE & NEDDERMAN, 1982).

1.1 COMPONENTES DO PROCESSO DE EXTRAÇÃO

Descontínua

Etração líquido-líquido

Solvente quimicamente

ativo

Contínua

Aparelho Soxhlet

Extrator líquido-líquido

Técnicas de Extração

Soluto: produto ou produtos que se deseja extrair da carga.

Co-solvente: o outro ou os outros componentes da carga que não deve(m) ser extraído(s).

Solvente: produto utilizado para a extração do soluto, o qual nele se solubiliza

(GONÇALVES & ALMEIDA, 1988).

1.2 CRITÉRIO PARA ESCOLHA DO SOLVENTE

Os critérios para a escolha do solvente ideal para o processo de extração podem ser

agrupados em classes, cada qual com sua importância relativa para cada processo. Alguns deles

foram explanados a seguir (GONÇALVES & ALMEIDA, 1988):

Capacidade de separação do solvente

O solvente deve ser capaz de provocar a formação de uma fase separada da fase rica em

co-solvente, além de ser facilmente separável daquela fase. Cinco critérios estão relacionados a

esta capacidade:

Solubilidade : o solvente ao ser adicionado à carga deve provocar a formação de duas

fases. Solvente e soluto devem ser miscíveis, enquanto que solvente e co-solvente devem

ser praticamente imiscíveis.

Densidade : a densidade do solvente deve ser bem diferente da densidade do co-

solvente para que seja possível a separação das fases formadas, até mesmo por decantação

(eliminando o uso de outros dispositivos de separação).

Tensão interfacial : as fases formadas pela adição do solvente se apresentam sob a

forma contínua e dispersa. A fase dispersa, seja ela rafinado ou extrato, deve apresentar

elevada tensão interfacial, de forma a provocar o rápido coalescimento das gotas

formadas.

Estabilidade e reatividade química : o solvente não deve reagir com as outras

substâncias do sistema, nem deve ser quimicamente instável.

Viscosidade : a transferência de matéria é favorecida por baixas viscosidades

(bombeamento turbulento).

Performance do Solvente

Considerando-se como performance a capacidade do solvente de extrair o soluto da carga,

três fatores adquirem importância:

Coeficiente de distribuição do soluto nas duas fases K C = (YC/XC): definido como a

relação da concentração do soluto na fase extrato para a da fase rafinado, este coeficiente

indica a tendência de distribuição do soluto nestas fases. Se a relação for superior a 1,

melhor será a recuperação do soluto pelo solvente.

Seletividade CA = (KC/KA): traduz a capacidade de o solvente extrair o soluto sem

extrair o co-solvente, sendo expressa pela relação entre os coeficientes de distribuição do

soluto e do co-solvente. Se a relação for superior a 1, maior será a eficácia do solvente

para a extração do soluto.

Capacidade : quantidade de solvente necessária para tratar a carga. Quanto menor for

esta quantidade, melhor será a extração em termos de processo e de custo.

Aceitabilidade do Sistema

Entre os outros critérios que afetam a escolha do solvente, pois influem no custo do

processo e na operação, temos:

Corrosividade : quanto menor for à corrosão provocada pelo solvente, menor será o

custo operacional.

Pressão de vapor : quanto menor for a pressão de vapor, menor será a pressão de

operação e menores serão as perdas de produto.

Inflamabilidade e toxicidade : quanto menos inflamável e tóxico for o solvente,

menores serão os riscos associados à sua utilização.

Recuperabilidade : após extrair o soluto da carga, o solvente deve ser facilmente

separado deste para ser reutilizado. Esta separação normalmente é feita por destilação

(flash ou fracionada), exigindo adequada volatilidade relativa.

Custo e disponibilidade : fatores decisivos para a escolha de um solvente quando

ocorrer mais de uma possibilidade de uso.

2 OBJETIVOS

2.1 GERAL

Separar os componentes orgânicos de uma mistura através da extração com solventes

quimicamente ativos.

2.2 ESPECÍFICOS

Aplicar a técnica de extrações múltiplas líquido-líquido, com base nos procedimentos

básicos e na solubilidade dos compostos envolvidos;

Relatar e investigar todas as etapas do método, bem como os fenômenos observados

durante a execução do experimento, atentando-se às propriedades físico-químicas de cada

amostra fornecida para análise e às possíveis reações químicas ocorridas;

Calcular os rendimentos, coeficientes de distribuição e concentrações de solutos em um

dado solvente, analisando os resultados numéricos da técnica para diferentes compostos

orgânicos, averiguando a sua eficácia;

Justificar quaisquer equívocos cometidos ao longo da prática, bem como identificar seus

fatores causadores.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Seguem abaixo os materiais, reagentes e procedimentos adotados durante a execução da

prática:

3.1 MATERIAIS UTILIZADOS

- Erlenmeyer de 250 mL (04)

- Funil de separação de 250 mL (01)

- Funil de vidro (01)

- Papel de Filtro (03)

- Proveta de 50 e 100 mL (01)

- Bastão de vidro (01)

- Béquer 50 mL (04)

- Placas de Petri (03)

- Banho Maria (01)

- Vidro de relógio (03)

- Tesoura

- Balão de fundo redondo de 500 mL

- Cubetas para cromatografia

- Garra (01)

- Pipeta Graduada 10 mL (02)

- Óculos de segurança

- Pisseta com água destilada (01)

- Espátula (03)

- Balança analítica (01)

- Suporte Universal (01)

-Papel tornassol

3.2 REAGENTES UTILIZADOS

- Ácido benzoico (P.A.)

- Naftaleno (P.S.)

- β-naftol (P.A.)

- Éter etílico (P.A.) (100 mL por

equipe).

- Ácido clorídrico (HCl) concentrado.

- Solução de bicarbonato de sódio

(NaHCO3) a 10% (90 mL por equipe).

- Solução de Hidróxido de sódio

(NaOH) a 10% (90 mL por equipe).

- Sulfato de sódio anidro (Na2SO4)

(P.A.)

3.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

3.3.1 Alterações nos procedimentos:

Os experimentos contaram com as seguintes modificações:

Constava-se sob a bancada laboratorial, dois frascos contendo, teoricamente,

solução de NaHCO3 10%. Todas as equipes usufruíram do frasco que continha

maior quantidade da solução, apenas uma equipe utilizou o frasco com menor

quantidade; e, no entanto, apenas essa obteve os resultados esperados. Conclui-se,

portanto, que a solução utilizada pela maioria das equipes não estava em bom uso

ou não fora devidamente preparada, o que levou a equipe do referido relatório a

decidir em refazer toda a prática utilizando a solução correta.

O roteiro da prática previa a utilização de erlenmeyers de 125 mL, no entanto,

estavam disponível apenas erlenmeyers de 250 mL.

Não foi realizada a etapa referente ao método de cromatografia em camada

delgada (CCD), em razão de não estar disponível sob a bancada os materiais

referentes à técnica.

3.3.2 Execução dos experimentos:

3.3.2.1 Preparo da solução:

A solução a ser extraída fora preparada da seguinte forma:

Utilizando a balança analítica, pesou-se aproximadamente 1,0000 g de cada um

dos seguintes componentes: naftaleno, β-naftol e ácido benzóico. As aferições de

massa foram realizadas uma a uma e diretamente em um erlenmeyer vazio de 250

mL, no qual a solução seria preparada, com o intuito de diminuir as etapas do

processo e, consequentemente, reduzir a perda de massa dos compostos;

Analisaram-se as propriedades físicas dos compostos orgânicos, para comparar os

aspectos iniciais dos sólidos com as aparências ao final da extração;

Adicionou-se ao mesmo erlenmeyer de 250 mL um volume de 100,0 mL de éter

etílico, o qual fora medido em uma proveta de 50,0 mL, formando uma mistura

homogênea de coloração amarelo-clara denominada solução etérea;

Transferiu-se a solução para o funil de separação, com o cuidado de lavar o

erlenmeyer com um pouco de éter, a fim de garantir que toda a massa inicial dos

compostos orgânicos fosse transferida ao aparato.

3.3.2.2 Aplicação da técnica:

Após a transferência da solução ao funil de separação, procedeu-se à adição de

algumas soluções aquosas extratoras, nas quais determinados solutos orgânicos seriam

solubilizados.

Acrescentou-se 30,0 mL de solução aquosa de NaHCO3 ao funil de separação,

que era tampado hermeticamente. Retirou-se o funil da alça e agitou-o cinco

vezes, com o dedo indicador segurando a tampa e a mão o corpo do funil.

Após a agitação, direcionou-se o tubo de saída do funil para cima – como uma

medida de segurança -, abrindo a torneira do tubo para retirar a pressão criada

no interior desta vidraria. A pressão criada no interior do tubo era devida à

intensa agitação, ao calor emitido pela mão da pessoa que segura o funil e ao

atrito da mão com o vidro. Colocou-se o funil no suporte universal e observou-

se a formação de uma linha tênue entre as fases. Abriu-se a torneira do funil

para despejar em um erlenmeyer de 250 mL a fase mais densa da mistura

imiscível, correspondente à fase aquosa da solução que permaneceu no fundo

do funil. Tomou-se o devido cuidado para que a fase superior da solução, que

continha éter e os demais solutos orgânicos, não fosse passada para o

erlenmeyer. Esse procedimento foi repetido mais duas vezes, ou seja,

efetuando-se extrações múltiplas. O filtrado obtido foi designado como

solução 1.

O mesmo procedimento foi executado para a solução extratora de NaOH,

sendo o filtrado (solução 2) despejado em outro erlenmeyer.

Lavou-se a solução etérea contida no funil de separação com 30,0 mL de água

destilada, realizando o mesmo processo de agitação dos solventes extratores.

Secou-se o filtrado com Na2SO4. Através de filtração simples, filtrou-se a

solução etérea que continha excesso de sal, para retirar totalmente a água. O

filtrado foi transferido para um balão de fundo redondo de 500 mL,

previamente pesado, e levado ao banho-maria a uma temperatura de

aproximadamente 66 ⁰C, que garante que o éter seja volatilizado.

As soluções aquosas 1 e 2 foram neutralizadas dentro da capela com HCl

concentrado. Esse processo ocorreu com o auxílio de um conta-gotas, sendo

que a cada gota adicionada de ácido, agitava-se o recipiente com movimentos

circulares e constantes. Assim que apareciam os precipitados, os pHs eram

medidos com papel indicador de pH. Os precipitados finais foram recuperados

por filtração à vácuo. Os papéis de filtro de cada solução foram previamente

identificados e pesados, antes da filtração. O sólido retido no papel de filtro de

ambas as filtrações foram colocados, cada um, em placas de petri e colocados

no interior da estufa para que o restante de água evaporasse.

Retirou-se o balão de fundo redondo de 250 mL que estava no banho-maria,

secando a água que estava no seu exterior. Aferiu-se a massa total do

erlenmeyer e, em seguida, este foi lavado para também ser levado à estufa.

Após aproximadamente 48 horas da realização do experimento a equipe

retornou ao Laboratório de Química C34 para pesar os materiais que estavam

na estufa e proceder à análise e discussão dos resultados.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A corrente prática consistia no isolamento de três sólidos orgânicos: naftaleno, ß-

naftol e ácido benzóico. A técnica empregada na prática foi a extração líquido-líquido do tipo

descontínua, uma vez que as três substâncias mencionadas são suficientemente solúveis no

solvente orgânico escolhido sendo, portanto, desnecessário aplicar uma extração do tipo

contínua. Ademais, estes solutos também são mais solúveis no solvente orgânico do que em

água (SOLOMONS & FRYHLE, 2008), o que contribui para acentuar a eficácia do método

escolhido.

O éter etílico foi o solvente designado para o preparo da solução em razão de ser um

composto orgânico com cadeias apolares, facilitando a dissolução dos componentes também

apolares da mistura. O baixo ponto de ebulição deste éter (SOLOMONS & FRYHLE, 2008)

também justifica a sua escolha, uma vez que favorecem a volatilização da substância e,

portanto, agilizam a obtenção dos produtos a serem recuperados (PAVIA, LAMPMAN [et.

al], 2009). A solubilidade dos compostos orgânicos empregados é explicada por interações

dipolo-induzido entre as cadeias carbônicas destas substâncias orgânicas (BROWN, LEMAY

[et. al], 2007).

A figura 1 abaixo ilustra as interações entre o éter etílico e os três compostos

orgânicos aludidos:

Figura 1. Representação das interações dipolo-induzido na mistura etérea:

A separação dos três compostos presentes na mistura foi realizada por meio da

agitação da solução original com solventes quimicamente ativos que, ao reagirem com os

constituintes orgânicos, induzem a formação de íons - conformações mais polares

(SOLOMONS & FRYHLE, 2008) - corroborando para a miscibilidade destes no solvente

aquoso predominante (PAVIA, LAMPMAN [et. al], 2009). Portanto, os compostos orgânicos

inicialmente apolares e miscíveis em éter passam a ser polares e miscíveis em água.

Os solventes quimicamente ativos citados são soluções diluídas de compostos

inorgânicos, selecionados com base na solubilidade dos componentes de caráter orgânico a

serem extraídos (VOGEL, 1989).

Conforme especificado no item Materiais e Métodos, os compostos extraídos pelos

solventes quimicamente ativos foram recuperados através de filtração à vácuo, restando no

recipiente – nesse caso um balão de 500 mL – apenas o composto neutro.

Para obtenção da massa final dos compostos recuperados, os mesmos foram colocados

em uma estufa a 50°C com a finalidade de remover os resíduos aquosos.

Após 48 horas, os compostos sólidos foram colocados em um dessecador que se

encontrava a uma temperatura inferior, a fim de que fosse resfriada lentamente, uma vez que,

para pesar a massa do composto obtida pela extração, o papel de filtro ou o balão de 500 mL

não poderia se encontrar a elevadas temperaturas (SKOOG, WEST [et. al], 2006).

A tabela 1 a seguir apresenta as massas iniciais e finais de cada composto orgânico

extraído.

Composto

extraído

Massa inicial (g) Massa do

conjunto papel

de filtro/balão de

fundo redondo*

+ composto

extraído (g)

Massa do papel

de filtro ou do

balão de fundo

redondo* (g)

Massa final (g)

Ácido

benzóico

(1,0382 ± 0,0001) (1,2557 ± 0,0001) (0,7581 ± 0,0001) (0,5154 ± 0,0001)

β-naftol (1,0490 ± 0,0001) (1,6642 ± 0,0001) (0,7403 ± 0,0001) (0,9061 ± 0,0001)

Naftaleno* (1,0039 ± 0,0001) (53,9357±0,0001) (53,1103±0,0001) (0,8255 ± 0,0001)

Tabela 1: Massas dos compostos e suas incertezas.

As incertezas das massas totais e massas dos papeis de filtro e recipiente

correspondem à incerteza da balança analítica, igual a ± 0,0001 g. Já o cálculo da propagação

dos erros da massa final corresponde ao erro acumulado das incertezas da massa total e da

massa do recipiente e/ou papel de filtro, uma vez que a incerteza da massa final é baseada na

diferença entre a massa do conjunto e massa do papel de filtro ou recipiente. Logo, o cálculo

das incertezas referente à coluna 5 da tabela 1 é definido pela seguinte fórmula:

Δm = (Δm12 + Δm2

2)1/2

Δm = (2 . 0,00012)1/2

Δm = 1,414.10-4 g

Como devem ser mantidas quatro casas decimais, o valor de ∆m encontrado fora

arredondado para 0,0001 g. Para efeitos dos cálculos posteriores, utilizaram as seguintes

equações:

Equação 1:

Equação 2:

Equação 3:

Onde: S = massa do soluto (g) no solvente A;

Vb = volume de B (mL);

Va = volume de A (mL);

X = massa do soluto extraído (g).

Em relação às extrações de cada composto, constarão nos subitens seguintes as

explicações dos fenômenos químicos presenciados ao longo da prática, através da exposição

de equações químicas; apresentação dos cálculos de coeficiente de partição e rendimento e;

discussão dos resultados finais.

4.1 ÁCIDO BENZÓICO

Para a obtenção do ácido benzóico, a solução etérea foi extraída três vezes com a

solução de NaHCO3 e recolhida em um mesmo erlenmeyer de 250 mL. Em todas as extrações

foi perceptível a formação de duas fases no funil de separação, o que é justificado pela

imiscibilidade dos solventes. Como a solução aquosa era mais densa que a solução etérea, a

primeira localizava-se ao fundo no funil de separação, podendo ser transferida para uma

vidraria diferente, permanecendo a solução etérea com os dois outros componentes orgânicos

no funil. A cada extração, as fases do sistema apresentavam o mesmo aspecto físico, não

sendo constatadas diferenças entre uma extração e outra.

Por ser uma base fraca, o NaHCO3 reage com o composto orgânico mais ácido, nesse

caso o ácido benzóico, formando benzoato de sódio, água e dióxido de carbono. Esta reação

ocorre preferencialmente porque o ácido benzóico é mais forte e porque sua base conjugada é

mais estável que a base do β-naftol, devido a contribuição de estabilidade proveniente da

ressonância.

A reação ocorrida entre o ácido benzóico e o bicarbonato de sódio é exemplificada

abaixo:

Reação 1: Obtenção do carboxilato

(1)

Na reação acima, ocorre uma substituição eletrofílica aromática: o íon Na+ da solução

aquosa, um eletrófilo, atrai o oxigênio da hidroxila, tendendo assim a substituir o hidrogênio,

que é um átomo menos eletropositivo. Desta forma, o produto desta reação, o benzoato de

sódio, é mais estável e apresenta uma característica polar (SOLOMONS & FRYHLE, 2008),

razão pela qual ocorre a solubilidade do benzoato na solução aquosa, sendo separado da

solução etérea. Como os produtos são solúveis em água, ocorre a formação de duas fases. O

sal de ácido carboxílico formado é estabilizado por hidratação, verificando que há solvatação

através de interações íon-dipolo. Também ocorre a interação de ligação de hidrogênio entre a

água e o sal de ácido carboxílico.

Após a extração da solução aquosa de benzoato de sódio, este sal de ácido carboxílico

devia retornar à forma de composto insolúvel em água para que enfim fosse aferida a massa

de ácido benzóico final. A conversão do benzoato de sódio em ácido benzóico depende da

reação de protonação deste carboxilato, ou seja, da reação de neutralização deste sal polar

com um ácido forte.

Sendo assim, com o auxílio de um conta-gotas, foi adicionando uma solução

concentrada de HCl. A cada gota adicionada agitava-se o erlenmeyer com movimentos

circulares, a fim de que todo o ácido acrescentado reagisse com a solução aquosa. A reação de

neutralização podia ser percebida por uma intensa efervescência devido ao contato do sal de

ácido carboxílico com o ácido. Quanto mais a solução se aproximasse da neutralidade, maior

era a efervescência verificada. O pH final verificado foi de 1,0, em um sinal de que todo o

carboxilato existente em solução havia sido convertido no ácido carboxílico original. O ácido

benzóico é pouco solúvel em água devido às suas interações de Van der Waals, portanto, ao

final da neutralização, obteve-se um sistema de duas fases: no topo, encontrava-se o

precipitado ácido benzóico e, na parte inferior, a solução aquosa diluída de sal. Durante as

agitações, perdeu-se um pouco de massa da solução.

A reação entre as espécies químicas mencionadas é ilustrada a seguir:

Reação 2: Neutralização da solução com HCl concentrado

(2)

A reação 2 explana uma interação eletrônica entre o íon Na+ do benzoato de sódio e o

íon Cl- do ácido clorídrico concentrado (SOLOMONS & FRYHLE, 2008). Formou-se como

produto o sal cloreto de sódio e o ácido benzóico sólido na forma de precipitado.

Sabe-se que a desprotonação do ácido benzóico, bem como a protonação de seus

carboxilatos são reações de ocorrência relativamente fácil, sendo a primeira transformação

mais freqüente que a primeira.

Finalmente, a solução de NaCl e ácido benzóico foi filtrada. O sólido coletado exalava

um odor característico do ácido benzóico, o que frisa a certeza qualitativa da prática.

Ademais, sabe-se que parte do sólido obtido não correspondia a cloreto de sódio em razão da

solução original de NaHCO3 ser diluída (10%), de forma que todos os íons Na+ e Cl-

(provavelmente na mesma proporção que os de Na+) estavam solubilizados na fase aquosa.

Para os cálculos referentes ao coeficiente de partição e ao rendimento, utilizaram-se os

dados da tabela 1, os quais inserindo nas equações 1, 2 e 3, obtem-se:

C ( éter )=1,0382−0,5154100

=5,228.10−3 g /mL

C ( água )=0,515490

=5,726.10−3 g /m L

K=C (éter )C ( água )

=(5,228.10¿¿−3)

5,726.10−3=0,9130¿

ŋ=m(final )

m(inicial).100 %=0,5154

1,0382.100 %=49,64 %

Um rendimento baixo para o ácido benzóico pode ter ocorrido por diversos fatores, dentre eles

a perda de massa durante a transferência do material entre as vidrarias ou provavelmente devido ao

efeito da salgadura, pois como havia um sal inorgânico dissolvido na solução aquosa, ocorreu

uma diminuição da solubilidade do benzoato de sódio em água. Ademais, o bicarbonato de

sódio empregado não é um sal de caráter básico tão forte, de forma que a reação envolvida

(reação 1) por si só já apresenta um rendimento mediano.

4.2 β-NAFTOL

Após a extração do ácido benzóico, a solução etérea permaneceu dois componentes

orgânicos restantes: β-naftol e naftaleno. Para separação dos dois compostos a solução etérea

foi, então, extraída três vezes com a solução de NaOH. O composto extraído fora o β-naftol.

Observou-se a imiscibilidade das soluções não apenas pela linha tênue entre as fases

com distintas polaridades, mas através dos diferentes aspectos físicos das fases do sistema: na

primeira extração, a solução etérea, localizada na parte superior do funil de separação, tornou-

se turva e mais clara, enquanto a solução aquosa passou de uma coloração incolor para um

tom amarelo claro. O β-naftol, por ser um sólido marrom, era responsável pela tonalidade das

soluções em que estava dissolvido. Portanto, a atenuação da coloração da solução etérea, bem

como a acentuação da tonalidade da solução aquosa é devida à migração do β-naftol de uma

solução etérea para a solução aquosa de NaOH.

Na segunda extração, a solução aquosa estava mais clara do que na primeira. Na

terceira, a solução aquosa estava praticamente transparente, em um sinal positivo de que boa

parte da massa de β-naftol empregada havia sido convertida no seu íon correspondente.

O β-naftol é um composto apolar, solúvel em éter e insolúvel em água (SOLOMONS

& FRYHLE, 2008). O seu pKa = 9,5 também indica um leve caráter ácido, o que justifica a

ocorrência de reação entre este composto e as moléculas de NaOH presentes, bases fortes.

A reação da primeira etapa desta extração é mostrada abaixo:

Reação 3: Reação entre as espécies químicas mencionadas.

(3) + NaOH H2O +

A reação entre o β-naftol e o hidróxido de sódio sucede de forma análoga à reação 1:

ocorre uma substituição eletrofílica entre o íon Na+ e o oxigênio do fenol, originando água e

β-naftolato de sódio.

Posteriormente à solubilização do naftolato de sódio, efetuou-se a neutralização desta

solução aquosa com solução concentrada de HCl. Diferentemente da neutralização do

experimento anterior, observava-se uma efervescência mais contida, de forma que o dispêndio

de ácido clorídrico, bem como o tempo levado para que surgisse o precipitado de β-naftol foi

muito maior. Outra distinção observada foi quanto à geração de calor: o erlenmeyer da

solução que continha β-naftol ficou muito quente, em um sinal de que ocorria, durante a

adição de ácido clorídrico, a conversão do β-naftolato no β-naftol original.

A reação (4) explana a reação ocorrida:

(4) + HCl NaCl +

Analogamente à reação 2, ocorre a reação entre HCl e o íon orgânico obtido, havendo

a formação de cloreto de sódio e do composto original. A intensa liberação de energia sugere

que a reação ocorreu violentamente: como o íon Cl- possui uma densidade eletrônica muito

maior que o íon O- (ATKINS, 2008) do benzoato, o Na+ é atraído pelo primeiro ânion,

produzindo cloreto de sódio. O íon H+, por sua vez, assume o antigo lugar do Na+, finalizando

a reação. Dessa forma, obteve-se β-naftol na forma de precipitado branco e NaCl solvatado.

Para os cálculos pertinentes ao coeficiente de partição e para o rendimento, procedeu-

se de forma semelhante ao item anterior. Sendo assim, aplicando-se os valores de massa

inicial e final do β-naftol nas equações 1, 2 e 3, obtem-se:

C ( éter )=1,0490−0,9061100

=1,429.10−3 g/mL

C ( água )=0,906190

=0,0100677 g/mL

K=C (éter )C ( água )

=(1,429.10¿¿−3)

0,0100677=0,1419¿

ŋ=m(final )

m(inicial).100 %=0,9061

1,0490.100 %=86,37 %

Referente à extração do β-naftol provavelmente ocorreu um fenômeno conhecido

como emulsão. Após a adição do solvente e agitação do funil de separação, as duas fases –

aquosa e orgânica – não se separam completamente, ficando gotículas de uma fase dissolvida

na outra, formando uma interface não definida, comprometendo assim uma separação

eficiente; o que justifica a não obtenção de um rendimento máximo.

4.3 NAFTALENO

A este estágio da prática, ácido benzóico e β-naftol já haviam sido isolados, restando

na solução o composto naftaleno, que é insolúvel em água por ser extremamente apolar. Além

disso, o naftaleno é impassível de reagir com NaOH ou NaHCO3 em razão de não possuir em

seus anéis aromáticos grupos hidroxila, carboxila ou quaisquer outros que possam sofrer

interação dos íons sódio (SOLOMONS & FRYHLE, 2008). Desta forma, o naftaleno é

solúvel apenas em compostos orgânicos semelhantemente apolares como o éter etílico.

Portanto, é justificada a permanência do naftaleno na solução etérea tanto por sua apolaridade

quanto pela impossibilidade de reagir com os solventes extratores.

Não havendo reações a serem explanadas, é conveniente explicar os fenômenos

ocorridos durante o processo experimental para obtenção do naftaleno puro:

A lavagem da solução de éter e naftaleno teve o intuito de retirar resquícios de

água deixados pelas soluções aquosas anteriores (PAVIA, LAMPMAN [et. al],

2009). Ao adicionar a água destilada, os traços das soluções aquosas passam a

interagir através de ligações de hidrogênio (BROWN, LEMAY [et. al], 2007),

depositando-se no fundo do recipiente, uma vez que a água possuía a maior

densidade;

A função do sulfato de sódio anidro na solução era estimular a secagem da

solução etérea (PAVIA, LAMPMAN [et. al], 2009), de forma que apenas

restasse, ao final, éter e naftaleno;

O éter etílico foi para o banho maria para ser volatilizado, em razão de seu

baixo ponto de fusão.

De maneira análoga aos compostos anteriores, calculou-se o coeficiente de partição e

rendimento do naftaleno. Os cálculos se encontram efetuados na sequência:

C ( éter )=1,0039−0,8255100

=1,784.10−3 g/mL

C ( água )=0,825590

=9,172.10−3 g /mL

K=C (éter )C ( água )

=(1,784.10¿¿−3)

9,172.10−3=0,1945¿

ŋ=m(final )

m(inicial).100 %=0,8255

1,0039.100 %=82,23 %

Acumulando todas as perdas de massa oriundas das extrações anteriores, obteve-se um

rendimento de 82,23% para o naftaleno. Considera-se também que a extração não alcançou

um rendimento de 100% em virtude de a equipe não ter agitado as soluções ou esperado-as

repousar suficientemente.

4.4 DISCUSSÕES FINAIS

A tabela 2 resume os resultados finais obtidos:

Composto extraído

Ca (g/mL) Cb (g/mL) Coeficiente de partição K

(adimensional)

Rendimento (%)

Ácido Benzóico 5,228.10-3 5,726.10-3 0,9130 49,64

β-naftol 1,429.10-3 0,001 0,1419 86,37

Naftaleno 1,784.10-3 9,172.10-3 0,1945 82,33

Tabela 2: Resultados finais.

As incertezas não foram consideradas na tabela em virtude de serem muito pequenas –

da ordem de 10-4 ou menos.

Analisando-se os resultados, é possível perceber que quanto maior o coeficiente de

partição K, menor será o rendimento da reação. Isto porque o numerador da equação de K

(equação 3) contem a concentração do soluto no solvente inicial. Se essa concentração for

elevada, em um sinal de que pouco soluto fora transferido ao segundo solvente, o K será

elevado e o rendimento da reação será baixo.

Constata-se que, à exceção do ácido benzóico, que possuiu um rendimento inferior a

50%, juntamente com um K quase igual a 1, os outros compostos apresentam rendimentos

relativamente altos, acima de 80%. Tendo em vista que esta foi a primeira realização da

prática pela equipe, os resultados são satisfatórios.

5 CONCLUSÃO

A corrente prática consistia em separar os componentes orgânicos de uma mistura

através da extração com solventes quimicamente ativos. Mesmo com alguns impasses como

perda de massa, conseguiu-se isolar os três componentes da mistura: ácido benzóico, β-naftol

e naftaleno. As extrações não tiveram um rendimento máximo, mas a prática

foi de grande valia para o aprendizado, onde foi possível aprofundar conhecimentos sobre

técnica de extração com solventes quimicamente ativos; que se baseia em separar e

isolar componentes de uma mistura e de remover impurezas solúveis indesejáveis através do

processo de lavagem. Além disso, a prática permitiu elucidar conhecimentos sobre polaridade

das substâncias, as reações envolvidas e metodologia desenvolvida, constatando a eficácia da

mesma mediante a massa final obtida em comparação com a massa inicial.

6 QUESTIONÁRIO

Apesar de quase todos os questionamentos já terem sido respondidos ao longo da

discussão dos resultados, as respostas às perguntas presentes no roteiro da prática seguem

abaixo:

1. Em que consiste a extração por solventes quimicamente ativos?

A técnica da extração envolve a separação de um composto, presente na forma

de uma solução ou suspensão em um determinado solvente, através da agitação com

um segundo solvente, no qual o composto orgânico seja mais solúvel e que seja pouco

miscível com o solvente que inicialmente contém a substância.

Quando as duas fases são líquidos imiscíveis, o método é conhecido como

"extração líquido-líquido". Neste tipo de extração o composto estará distribuído entre

os dois solventes. O sucesso da separação depende da diferença de solubilidade do

composto nos dois solventes. Geralmente, o composto a ser extraído é insolúvel ou

parcialmente solúvel num solvente, mas é muito solúvel no outro solvente.

2. Que composto foi extraído nos itens 1 e 2? Escrever as reações envolvidas em

cada separação, incluindo também as dos itens 4 e 5.

O composto extraído nos itens 1 e 2 foram o ácido benzóico (reações (1) e (2))

e o β-naftol (reações (3) e (4)), respectivamente.

3. Que composto foi recuperado da solução etérea (item 6)?

Como o roteiro da prática não cita um ítem 6, subentende-se que este fora o

último composto a ser extraído. Sendo assim, nesse caso, o composto recuperado foi o

naftaleno, em razão de não possuir grupos que poderiam sofrer substituição

eletrofílica. Ademais, o naftaleno é um composto apolar e extremamente solúvel em

éter.

4. Dispondo-se de éter etílico, soluções aquosas de NaOH (10%), NaHCO3 10%,

HCl (10%) e concentrado, esquematizar, através de fluxograma, todas as etapas

necessárias para separar uma mistura de ciclo-hexanol, ciclo-hexilamina, p-cresol

e ácido benzóico.

Uma vez que processos de extração envolvem uma fase ácida, uma fase básica

e uma fase neutra, após a preparação da solução com éter, os solventes extratores

devem ser aplicados na seguinte ordem:

HCl (10%), NaHCO3 (10%), NaOH (10%) e água destilada (1).

O primeiro composto extraído, a partir da reação com HCl seria a ciclo-

hexilamina, em virtude de ser uma base. O segundo composto seria o ácido benzóico,

seguido do p-cresol e do ciclo-hexanol.

O fluxograma requerido é apresentado:

5. Citar algumas aplicações da extração por solventes quimicamente ativos.

O processo de extração com solventes é um método simples, empregado na

separação e isolamento de substâncias componentes de uma mistura, ou ainda na

remoção de impurezas solúveis indesejáveis. Este último processo é geralmente

denominado lavagem.

HCl (10%)

Extração da ciclo-hexilamina

NaHCO3 (10%)

Extração do ácido benzóico

NaOH (10%)

Extração do p-cresol

H2O (10%)

Extração do ciclo-hexanol

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ATKINS, P; DE PAULA, J. Físico-Química v.1 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.

BLACKADDER D. A. and NEDDERMAN R. M. Extração de Solvente. In: Manual de

Operações Unitárias. Rio de Janeiro: hemus editora LTDA, 1982.

BROWN, T.L.; LeMAY, H.E.; [et al]. Química: A ciência central 9 ed. São Paulo: Pearson, 2007.

GONÇALVES,D.,WAL,E.,ALMEIDA,R.R. Química Orgânica Experimental, São Paulo :McGraw Hill,1988.

MARQUES, J. A.; BORGES, C.P.F. Práticas de Química Orgânica. Editora Átomo, 2007.

PAVIA, D. L.; LAMPMAN, G. M.; KRIZ, G.S.; ENGEL, R.G. Química Orgânica Experimental: técnicas de escala pequena 2. Ed.. Ed. Bookman, 2009.

SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R.; Fundamentos de Química Analítica 8.ed. São Paulo: Cengage Learning, 2006.

SOLOMONS, T.W.G.; FRYHLE, C.B. Química Orgânica v.1 9. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

UFSC. Química Orgânica Experimental 1. Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/52112556/073-Quimica-Organica-Apostila>. Acesso: 01/04/2012.

VOGEL, A. I. Vogel’s Textbook of practical organic chemistry 5 th edition. London: Longman Scientific and Technical, 1989.