TEXTO EXPLICATIVO O processo de extração consiste na separação de um componente de uma mistura por meio de um solvente. A extração fundamenta-se no fato de que as substâncias orgânicas são, em geral, solúveis em solventes orgânicos e muito pouco solúveis na água, de modo que, ao se formar duas fases pela adição do solvente, após agitação, a substância passa em maior parte da fase aquosa para o solvente (Gonçalves, 1988, pág. 75). A técnica de extração com solventes solventes reativos depende do uso de um reagente reagente que reaja quimicamente com o composto à ser extraído, e geralmente é empregado para remover pequena impurezas de um composto orgânico ou para separar os componentes de uma mistura. Incluem-se, entre tais reagentes, soluções aquosas diluídas (5%) de hidróxido de sódio ou potássio, solução (5-10%) de carbonato de sódio, solução saturada de bicarbonato de sódio (cerca de 5%), soluções diluídas de ácido clorídrico ou sulfúrico e ácido sulfúrico concentrado (Vogel, 1971-1980, pág. 166). Entre os solventes orgânicos mais empregados como extratores, destacamos: éter etílico, benzeno, tolueno, éter de petróleo, dicloroetileno, clorofórmio, tetracloreto de carbono, acetato de etila e acetona. O éter etílico tem sido preferido, porém devido a sua grande volatilidade e sua fácil inflamabilidade, deve ser usado com as devidas preocupações (Gonçalvez, 1988, pág.78). Uma extração líquido-líquido pode ser contínua ou descontínua. Na extração descontínua utiliza-se um funil de separação, onde ambos os solventes são adicionados. Com a agitação do funil de separação, o soluto passa a fase na qual está o solvente com maior afinidade. A separação é feita, então, sendo que a fase mais
densa
é
recolhida
antes.
A extração descontínua é indicada quando existe uma grande diferença de solubilidade do soluto nos dois solventes ( Extração líquido-líquido, acessado 01/mar/2012).
Na extração contínua, o solvente orgânico passa continuamente sobre a solução contendo o soluto, levando parte deste consigo, até o balão de aquecimento. Como o solvente está sendo destilado, o soluto vai se concentrando no balão de aquecimento. É um processo útil para quando a diferença de solubilidade do soluto em ambos os solventes não é muito grande ( Extração líquido-líquido, acessado 01/mar/2012).
Procedimento experimental: Extração descontínua Neste experimento separou-se uma mistura de quatro compostos orgânicos: naftaleno, ß-naftol, ácido benzóico e p-nitroanilina, usando solventes reativos. A pnitroanilina foi removida da fase etérea por extração, com uma solução aquosa de ácido clorídrico, a qual converte a base no seu respectivo sal. O ácido benzóico foi extraído da fase etérea com adição de solução aquosa de bicarbonato de sódio. O ß-naftol, por ser menos ácido que o ácido benzóico, foi extraído com solução aquosa de hidróxido de sódio. Primeiramente, pesou-se 1 g de cada um dos seguintes compostos: naftaleno, ß-naftol, ácido benzóico e p-nitroanilina. Juntou-se os quatro compostos em um erlenmeyer e dissolva em 30 mL de éter etílico. Em seguida, transferiu-se a solução etérea para um funil de separação para dar início à extração com soluções aquosas. Mantendo a solução etérea no funil, abria-se a torneira do mesmo periodicamente, permitindo a equiparação de pressão. O processo de extração se dividiu nas seguintes etapas: 1- Extraiu-se a p-nitro-anilina, com HCl 10% (3x) usando porções de 15 mL, combinando as frações aquosas e neutralizando com NaOH concentrado. Recuperou-se o precipitado por filtração a vácuo. 2- Extraiu-se o ácido benzoico, com NaHCO 3 10% (3x) usando porções de 15 mL, combinando as frações aquosas e neutralizando, vagarosamente, com HCl concentrado e com agitação branda. Recuperou-se o precipitado por fi ltração a vácuo. 3- Extraiu-se B-naftol com NaOH 10% (3x), com porções de 15 mL, Combinando as frações aquosas e neutralizando com HCl concentrado. Recuperou-se o precipitado por filtração a vácuo.
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4- Removeu-se a solução etérea do funil de separação, lavando com H 2O,em seguida, secou-se com Na 2SO4, transferindo a solução aquosa para um erlenmeyer e evaporou-se o éter em banho-maria. O composto recuperado nesta etapa foi o naftaleno. Após a extração de todos os compostos, secou-se os mesmos entre papéis de filtro e depois em dessecador a vácuo. Pesando todos os compostos para calcular a porcentagem de material recuperado e determinando o ponto de fusão de cada sólido.
Procedimento experimental: Extração contínua Primeiramente montou-se o extrator tipo Soxhlet de acordo com as instruções passadas pelo técnico presente. Em seguida, colocou-se cerca de 10 gramas de folhas verdes no cilindro poroso de papel filtro, inserindo-o no aparelho Soxhlet. Utilizou-se para a extração 200 mL de etanol, aguardando que a extração passasse por três refluxos. Logo, interrompeu-se o processo, retirou-se todo o solvente por evaporação, secando o material e pesando a massa de extrato bruto obtida.
Resultados e discussões: extração descontínua ETAPA 1
ETAPA 2
ETAPA 3
ETAPA 4
COMPOSTO EXTRAÍDO
p-nitro-anilina
Ácido benzóico
B-naftol
Naftaleno
MASSA FILTRO (g) MASSA FILTRO (g)+MASSA EXTRAÍDA RENDIMENTO (%) P.F. ( C) P. F. ( C) OBTIDO
1,0554 1,7595
1,0404 1,2631
0,9992 1,8050
126,8519 127,7613
70,41% 146-147 112,6
22,27% 121-122 93,9
80,58% 122-123 56,9
90,94% 80-81 62,8
Tabela 1: resultados da extração descontínua. Resultados e discussões: extração contínua Os resultados obtidos foram: Peso do béquer: 43,2883 gramas. 3
Peso do béquer + extrato: 43,4450 gramas. A extração foi realizada em um tempo de 50 minutos e 30 segundos, onde obteve-se uma massa de extrato de 0,1567 gramas. A técnica de extração não apresenta 100% de rendimento em nenhum momento, pois durante o processo ocorrem perdas de reagente, tanto pela interação da substância com o solvente ou com outros compostos da mistura quanto pela lavagem do composto já extraído. Porém é uma técnica de fácil reprodução, não tão rápida e consideravelmente eficiente no processo de separação de substâncias em uma mistura já que mostra um rendimento maior que 70%. Já em relação aos pontos de fusão obtidos experimentalmente, em todos os componentes, ficou abaixo do seu ponto de fusão real. Isso se explica pelo fato de que as substâncias não estão puras e contém também água nesta composição. Os resultados obtidos foram:
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GONÇALVES, Daniel; WAL, Eduardo; ALMEIDA, Roberto Riva de. Química
orgânica experimental. São Paulo: McGraw-Hill, 1988. 269 p. MINATTI, Edson;Química orgânica experimental A. Departamento de química da UFSC, www.qmc.ufsc.br/organica/docs/qo_lab_2000_word97.doc
Separação da panacetina: extração líquido-líquido. UFSC. http://www.qmc.ufsc.br/organica/exp7/liquido.html SILVEIRA, Claudio C.; Química orgânica experimental. Universidade Federal de Santa Maria – UFSM. http://coralx.ufsm.br/lab2228/docs/Tecnicas-aulas-experimentais-pdf.pdf SOLOMONS, T. W. Graham. Química orgânica. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996. 2 v. ISBN 85-216-1082-3(v. 1) 85 VOGEL, Arthur Israel. Quimica orgânica: análise orgânica qualitativa. 2. ed. Rio de Janeiro: Livro Técnico, 1971-1980. 2 v.
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ANEXO I QUESTIONÁRIO 1- Forneça as equações das reações ocorridas nas etapas A, B e C da extração: R: Etapa A:
Figura 1:reação da p-nitro-anilina Etapa B:
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Figura 2: reação do ácido benzoico Etapa C:
Figura 3: reação do β – naftol 2- Qual o princípio básico do processo de extração com solventes? R: O processo de extração, ou seja, a separação, com solventes é geralmente empregado quando se quer isolar uma substância que se encontra dissolvida em outra substância líquida. Às vezes, a substância a isolar está misturada com um sólido insolúvel nos solventes orgânicos. O processo também é empregado quando se quer afastar de uma substância as impurezas nela contidas. 3- Por quê a água é geralmente usada como um dos solventes na extração líquidolíquido? R: A água é usada como um dos solventes na extração líquido-líquido, uma vez que a maioria dos compostos orgânicos são imiscíveis em água e porque ela dissolve compostos iônicos ou altamente polares 7
4- Quais as características de um bom solvente para que possa ser usado na extração de um composto orgânico em uma solução aquosa? R: Nos processos de extração para separar compostos orgânicos de soluções ou suspensões aquosas, o solvente extrator não deve ser solúvel em água nem reagir quimicamente com a substância a ser separada. 5- Qual fase (superior ou inferior) será a orgânica se uma solução aquosa for tratada com: a) éter etílico b) clorofórmio c) acetona d) n-hexano e) benzeno R: a) ρ=0,71 g/cm3 , logo o éter etílico permanecerá na fase superior. b) ρ=1,48 g/cm3 , logo o clorofórmio permanecerá na fase inferior. c) ρ=0,79 g/cm3 , logo a acetona permanecerá na fase superior. d) ρ=0,65 g/cm3 , logo o n-hexano permanecerá na fase superior. e) ρ=0,87 g/cm3 , logo o benzeno permanecerá na fase superior. 6- Pode-se usar etanol para extrair uma substância que se encontra dissolvida em água? Justifique sua resposta: R: Não, pois o etanol também é solúvel em água (composto polar em meio polar) e não ajudaria, portanto, a extração da substância. 7- Deseja-se separar um composto A a partir de 500 mL de uma solução aquosa contendo 8,0 g de A. Utilizando-se éter etílico como solvente para a extração, quantos gramas de A seriam extraídos: a) Com uma única extração usando 150 mL de éter etílico? b) Com 3 extrações sucessivas de 50 mL de éter etílico cada uma? (Assuma que o coeficiente de distribuição éter etílico/água é igual a 3). R: a) K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 3= [(8g-x)150mL] / x . 500mL x= 0,727g b) K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 3= [(8g-x)50mL] / x . 500mL 8
x= 0,258g s=8g – 0,258g s=7,742g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 3= [(7,742g-x)50mL] / x . 500mL x= 0,249g s=7,742g – 0,249g s=7,493g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 3= [(7,493g-x)50mL] / x . 500mL x= 0,241g xtotal = 0,258 g + 0,249g + 0,241g xtotal = 0,748g
8- A solubilidade (a 25 oC) do ácido m-hidroxibenzóico em água é de 0,0104g/mL e de 0,0908g/mL em éter. a) estime o coeficiente de distribuição deste ácido em um sistema água/éter; R: K = C A/CB K = 0,0104g/mL / 0,0908g/mL K = 0,1145 b) estime a massa de ácido extraído de 100 mL de sua solução aquosa saturada, por uma única extração usando 100 mL de éter; R: 0,0104g 1mL x 100mL x = 1,04g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 0,1145= [(1,04-x)100mL] / x . 100mL 9
x= 0,9331g
c) estime a massa de ácido extraído de 100 mL de sua solução aquosa saturada por duas extrações sucessivas, empregando 50 mL de éter em cada uma; R: 0,0104g 1mL x 100mL x = 1,04g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 0,1145= [(1,04g-x)50mL] / x . 100mL x= 0,8462g s=1,04g – 0,8462g s=0,1938g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 0,1145= [(0,1938g-x)50mL] / x . 100mL x= 0,1577g xtotal = 0,8462 g + 0,1577g xtotal = 1,004g
d) calcule o número mínimo de extrações sucessivas, usando volumes totais iguais de éter e solução aquosa, necessárias para remoção de 99% do ácido da solução aquosa. R: 1,04g 100% X 99% x=1,029g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 0,1145= [(1,04g-x)25mL] / x . 100mL x= 0,713g s=1,04g – 0,713g 10
s=0,327g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 0,1145= [(0,327g-x)25mL] / x . 100mL x= 0,224g s=0,327g – 0,224g s=0,103g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 0,1145= [(0,103g-x)25mL] / x . 100mL x= 0,070g s=0,103g – 0,070g s=0,033g K= C A/ CB K= [(s-x)VB] / xV A 0,1145= [(0,033g-x)25mL] / x . 100mL x= 0,022g xtotal = 0,713 g + 0,224g + 0,070g + 0,022g xtotal = 1,029g A extração do composto pode ser feita com 4 extrações de 25mL de solução.
9- A solubilidade do 2,4-dinitrofenol a 25 oC é de 0,0068g/mL em água, e de 0,66g/mL em éter. Qual é o número mínimo de extrações necessárias, usando volumes totais iguais de éter e solução aquosa, para remover 95% do composto de sua solução aquosa? R: K = C A/CB K = 0,0068g/mL / 0,66g/mL K = 0,0103 0,0068g
1mL 11
x x = 0,68g 0,68g X x=0,646g
100mL
100% 95%
K= [(s-x)VB] / xV A 0,0103= [(0,68g- 0,646g) V B] / 0,646g . 100mL VB= 19,57mL Em apenas uma extração é possível extrair 95% do composto.
10- Esquematize uma sequência plausível de separação, usando extração líquidolíquido, de uma mistura equimolar composta de N,N-dietilanilina (solubilidade em água 0,016g/mL, muito solúvel em éter), acetofenona (insolúvel em água, solúvel em éter) e 2,4,6-triclorofenol (solubilidade em água de 0,0008g/mL, muito solúvel em éter). R: Primeiramente, junta-se os compostos à uma solução etérea em um funil de separação, fazendo as seguintes extrações: Na primeira extração, por ser ter uma solubilidade em água maior que todas as outras substâncias, será separada da mistura a N-N-dietilanilina. Na segunda extração, será separada da mistura o 2,4,6-triclorofenol, pois sua solubilidade em água é menor do que a primeira substância extraída. Já na terceira etapa, o composto que estará na solução etérea é a acetofenona, pelo fato de ela ser insolúvel em água e solúvel em éter. 11- Como funciona um extrator do tipo Soxhlet? R: Funciona da seguinte forma: o solvente evapora e condensa sobre o material sólido. Quando o solvente condensado ultrapassa um certo volume, ele escoa de volta para o balão, onde é aquecido, e novamente evaporado. Os solutos são concentrados no balão. O solvente, quando entra em contato com a fase sólida, está sempre puro, pois vem de uma destilação.
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ANEXO II MEMÓRIA DE CÁLCULO Cálculo dos rendimentos da extração descontínua: 1. p - nitro-anilina 1g
100%
0,7041g
x
x = 70,41%
2. Ácido benzoico 1g
100%
0,2227g
x
x = 22,27%
3. β – naftol 1g
100%
0,8058g
x
x = 80,58%
4. Naftaleno 1g
100%
0,9094g
x
x = 90,94%
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