Destilação

Destilação

Universidade Federal da Grande Dourados

Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia – FACET

____________________________INTRODUÇÃO____________________________

Para a purificação da substância citada nesse relatório, foi utilizado o método de destilação. Esta será definida no decorrer deste texto, onde será ressaltado tudo o que rege uma destilação.

O método de destilação surgiu na Idade Média, pelo alquimista Jabir Ibn Hayyan (Geber), por volta do ano 800. (Método de destilação. Acesso em: 10 out 2009). Define-se destilação como um importante método para a purificação de líquidos, e pode ser baseada em vaporização e condensação. A mesma pode ser dividida em dois tipos: a separação de um líquido volátil de substâncias não voláteis e separação de um líquido volátil de outros líquidos voláteis.

São quatro métodos de destilação, são eles: destilação simples, destilação fracionada, destilação a vácuo e destilação a vapor.

  • Destilação simples (Figura 1.1): Usa-se este tipo de técnica para a separação de um líquido volátil de outro não volátil. É muito utilizada para a separação de um sólido com um líquido. Exemplo: a separação de uma mistura de água e sal. (Conceito de destilação e destilação simples. Acesso em: 11 out 2009).

  • Destilação fracionada (Figura 1.2): Consiste em separar misturas voláteis de dois ou mais líquidos de diferentes pontos de ebulição. Exemplo: refinamento de petróleo. (Destilação fracionada. Acesso em: 11 out. 2009).

A coluna de fracionamento utilizada nessa destilação é utilizada para reduzir o número de destilações necessárias para uma separação razoavelmente completa de dois líquidos. Onde sua eficiência está relacionada tanto a sua altura (equivalente por prato teórico) quanto sua construção interna. Defina-se prato teórico como seção de uma coluna de destilação de um tamanho tal que o vapor esteja em equilíbrio com o líquido; onde o vapor que deixa o “prato” possui a mesma composição que o vapor que entra. (Coluna fracionada e prato teórico. Acesso em: 11 out. 2009).

  • Destilação a vácuo (Figura 1.3): É uma destilação realizada sob pressão reduzida, que consequentemente reduz o ponto de ebulição da substância a ser destilada em relação ao ponto de ebulição de uma destilação simples. É uma destilação muito usada em indústrias e laboratórios, devida a redução do ponto de ebulição que, por conseguinte acaba impedindo a decomposição das substâncias. (Destilação a vácuo. Acesso em: 11 out 2009). Um líquido entra em ebulição a uma temperatura na qual a pressão de vapor iguala-se à pressão exercida sobre sua superfície. Onde a pressão de vapor de um líquido sempre cresce quando a temperatura se eleva e o ponto de ebulição pode diminuir com o abaixamento da pressão exercida sobre ele. (Princípios de química. Pág. 234).

  • Destilação a vapor (Figura 1.4): A destilação a vapor, ou também, destilação por arraste a vapor, consiste em destilar misturas de substâncias imiscíveis (não se comportam como soluções) de compostos orgânicos e água (na forma gasosa). “Os componentes de uma mistura imiscível evaporam a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais, por isso, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água poderão ser destilados à temperatura menor que 100°C (ponto de ebulição da água).” (Destilação a vapor. Acesso em: 11 out 2009)

Existem três leis que regem a técnica de destilação, são elas: Raoult, Henry e Dalton. “Na Lei de Raoult, pode ser utilizada para calcular várias propriedades coligativas, tais como, o abaixamento do ponto de congelamento, elevação do ponto de ebulição e pressão osmótica, onde estas propriedades podem ser relacionadas com os pesos moleculares dos solutos nas soluções. Essa lei apresenta a seguinte fórmula:

Onde P1 é a pressão do vapor no solvente na solução, 1 é a pressão do solvente puro e X1 é a fração molar do solvente na solução.

A Lei de Henry foi proposta para explicar à solubilidade dos gases em água onde a pressão do gás é proporcional a pressão parcial do gás acima do líquido. Expressa pela seguinte proporcionalidade:”

(MAHAN, B.M, MYERS, R.J. Pág.68-79).

E por fim, a Lei de Dalton estuda o comportamento dos gases ideais. De acordo com esta lei, as moléculas de dois gases não se atraem e nem se repelem, a presença de cada um não afeta nas colisões dos outros. A Lei de Dalton rege que a pressão total é igual a soma das pressões parciais. A mesma pode ser expressa pela seguinte fórmula:

De acordo com as palavras de Dalton: “Em uma mistura gasosa, a pressão de cada componente é independente da pressão dos demais. A pressão total ( P) é igual à soma das pressões parciais dos componentes".(Lei de Dalton. Acesso em: 11 out. 2009).

_________________________________OBJETIVO__________________________

Neste experimento teve-se como objetivo a preparação do cloreto de terc-butila através do álcool terc-butílico anidro e de ácido clorídrico concentrado, fazendo uso de um destilador de fracionamento para purificá-lo.

__________________________PARTE EXPERIMENTAL____________________

MATERIAIS UTILIZADOS

Funil de separação de 250 mL

3 Erlenmeyers de 100mL

Funil com papel de filtro pregueado

Destilador

Cacos de porcelana

Proveta de 150 mL

REAGENTES

Álcool terc-butilico anidro

Ácido clorídrico concentrado

Bicarbonato de sódio a 5%

Cloreto de Cálcio anidro

______________________PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL_______________

Iniciou-se o experimento colocando 11,7g de álcool terc-butílico anidro e 40 mL de ácido clorídrico concentrado em um funil de separação de 250 mL. Durante 20 minutos a mistura foi agitada, afrouxando a tampa a cada agitação para permitir a diminuição da sua pressão interna. Em seguida, a mistura foi deixada em repouso por alguns minutos até as camadas estivessem nitidamente separadas para que a camada inorgânica contendo o ácido clorídrico (camada inferior) fosse retirada, restando somente a camada orgânica cloreto de terc- butila (camada superior).

Dando continuidade ao experimento, lavou-se o haleto com 20 mL de solução de bicarbonato de sódio a 5% e o transferiu em um erlenmeyer para que sua secagem fosse feita na utilização do Cloreto de Cálcio anidro. Decantou-se o haleto por meio de um funil com papel de filtro ( m=1g) pregueado para um erlenmeyer (m= 43,6351g).

Na finalização, por haver apenas um destilador fracionado, ajuntou-se os compostos dos cinco grupos em um erlenmeyer e este foi previamente pesado, tendo a massa igual a 101,6143g. Para a purificação dos compostos obtidos, montou-se o destilador fracionado e aqueceu os compostos a 49º C. Quando a temperatura abaixou para 47º C o destilador foi desligado e o composto pesado, sendo a massa igual a 12,79g.

_______________________RESULTADO E DISCUSSÃO_____________________

Os halogênios orgânicos são componentes que se encontra com maior freqüência como intermediários para sínteses, e o método mais geral de preparação de halogenatos de alquila é a partir de alcoóis. (Allinger, N. L; Cava, M. P. 2ºed. Pág. 541)

O método mais simples de se converter alcoóis em haletos de alquila envolve o tratamento de álcool com HCl, HBr ou HI. A reação funciona melhor com alcoóis terciários, pois os primários e secundários reage com velocidade menor e com uma temperatura mais elevada. A velocidade dessa reação depende somente da concentração do álcool e não da concentração do halogenato de hidrogênio. Logo, esta é uma reação em um processo de primeira ordem (SN1. (Síntese do cloreto de T-butila. Acesso em: 10 out 2009.)

“A etapa limitante da velocidade da reação SN1 é a dissociação unimolecular espontânea do substrato para formar o carbocátion, espera-se que a reação seja favorecida sempre que for formado um carbocátion estável. Medidas termodinâmicas mostraram que, na verdade, essas estabilidades se elevam com o aumento da substituição. Isso se deve aos os efeitos indutivos e a hiperconjugação.

  • Efeitos indutivos: Estes em conexão com a ligação covalente polar resultam do deslocamento de elétrons em uma ligação δ em resposta à eletronegatividade de um átomo vizinho. Assim, quanto maior for o número de substituintes no átomo de carbono positivo, mais deslocada será a densidade eletrônica em direção à carga, o que acarretaria maior estabilização indutiva do cátion.

  • Hiperconjugação: Esta consiste em uma interação que resulta da sobreposição de um orbital p vago sobre um átomo com uma ligação δ C-H vizinha. Quanto mais grupos alquila existem no carbocátion, mais possibilidades existem para a hiperconjugação e mais estável o carbocátion.” (MCMURRY, John. 2008.Pág. Pág. 186-187 e 356).

O composto citado neste relatório se trata de um álcool terciário. Este foi tratado com o HCl ocorrendo desta maneira uma reação de substituição nucleofílica de primeira ordem (SN1), onde o grupo hidróxido será substituído pelo íon cloreto. Para a sua purificação utilizou-se a destilação fracionada, pois ambos reagentes são voláteis.

Por haver apenas um destilador fracionado, ajuntou-se os compostos dos cinco grupos para poder realizar essa técnica. Logo, a massa obtida (12,79g) foi divida por cinco (quantidade de grupo) para os cálculos do rendimento que segue abaixo:

  1. Na realização do cálculo do rendimento, considerou-se a concentração de 37% do ácido clorídrico. (Ácido Clorídrico. Acesso em: 10 out 2009.). O rendimento foi ligeiramente melhorado na adição do cloreto de cálcio anidro na secagem, pois este tende a concentrar o ácido e ajuda na separação do cloreto. (vogel, A.L. Pág. 299.)

O mecanismo para a formação do nosso composto segue da seguinte maneira:

O grupo -OH primeiramente é protonado pelo HCl. A dissociação espontânea do álcool protonado ocorre em uma etapa lenta, limitante da velocidade da reação para produzir um intermediário carbocátion mais a água. O intermediário então reage com o íon cloreto em uma etapa rápida para produzir o produto neutro de substituição. (MCMURRY-COMBO.2008.Pág. 359)

“Quando um haleto de alquila é preparado a partir de um álcool terciário pela reação com HCl. O álcool primeiramente é protonado e então espontaneamente perde água para gerar um carbocátion. A reação carbocátion com o íon halogênio leva à formação de um haleto de alquila. Sabendo que a reação SN1 está envolvida na conversão de alcoóis em haletos de alquila, fica claro por que essa reação funciona bem somente para alcoóis terciários: eles reagem mais rapidamente, pois formam os intermediários carbocátions mais estáveis.” (MCMURRY-COMBO.2008.Pág. 358).

Pode utilizar-se o cloreto de terc-butila como uma molécula de partida para reações de substituição nucleofílica, produzindo substâncias diferentes que variam de alcoóis em sais alcóxido. (Cloreto de t-butila. Acesso em: 11 out. 2009)

____________________________CONCLUSÃO______________________________

Por meio das realizações observadas pode-se concluir que foi obtido o composto desejado nesse experimento (cloreto de terc-butila) sendo este comprovado pela temperatura de 47°C utilizada na realização da destilação fracionada. Esta temperatura equivale ao ponto de ebulição da substância a determinada pressão exercida sobre ele.

A síntese do cloreto de terc-butila foi realizada com 17,5% de rendimento. O mesmo teve uma diminuição significativa, pois houve um acidente com o material perdendo assim certa quantidade do composto. Caso não tivesse ocorrido este acidente poderíamos ter obtido um rendimento mais plausível.

_____________________REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA___________________

  1. Ácido Clorídrico. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_clor%C3%ADdrico. Acesso em: 10 out 2009.

  2. ALlinger, n. L.; CAVA, M. P.; JONGH, D. C. et al. Química orgânica. 2 ed, Pág. 541, Cap. 16.

  3. Cloreto de t-butila. Disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/Tert-Butyl_chloride. Acesso em: 11 out. 2009.

  4. Conceito de destilação e destilação simples. Coluna fracionada e prato teórico Disponível em: ube-164.pop.com.br/repositorio/4488/meusite/qorganicaexperimental/destilacao.htm. Acesso em: 11 out. 2009.

  5. Destilação fracionada. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Destila%C3%A7%C3%A3o_fracionada. Acesso em: 11 out. 2009.

  6. Destilação a vácuo. Disponível em: home.furb.br/gisielly/Laboratorio.../evaporador_rotat%F3rio.doc. Acesso em: 11 out. 2009.

  7. Destilação a vapor. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Destila%C3%A7%C3%A3o_a_vapor. Acesso em: 11 out. 2009.

  8. Figuras ilustrativas de destilação. Disponível em: http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/quimica/sensibilidade/saibamais/09__saiba_mais_b.htm. Acesso em: 11 out. 2009.

  9. Lei de Dalton. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_dalton. Acesso em: 11 out. 2009.

  10. MAHAN, B.M, MYERS, R.J. Química – um curso universitário. Pág.68-79.

  11. MASTERTON, W.L e EMIL, J S e STANITSKI C, L. Principio de Química. Pág. 234.

  12. Método de destilação. Disponível em: (http://pt.wikipedia.org/wiki/Destila%C3%A7%C3%A3o. Acesso em: 10 de out 2009.

  13. MCMURRY, JOHN. Química Orgânica - Combo. São Paulo: Editora Cencage Learning, 2008. Pág. 186-187, 356, 358-359.

  14. Processo de destilação simples. Disponível em: http://www.infoescola.com/quimica/destilacao-simples/ Acesso: 12 out. 2009).

  15. Processo de destilação fracionada. Disponível em: http://www.infoescola.com/quimica/destilacao-fracionada/. Acesso: 12 out. 2009.

  16. Síntese do cloreto de T-butila. Disponível em: http://www.unifor.br/hp/disciplinas/n307/pratica_02_sintese_do_cloreto_de_tert_butil pdf. Acesso em: 10 out 2009.

  17. vogel, A.L. Química orgânica – análise orgânica qualitativa. 3º Ed., Rio de Janeiro: Editora Ao Livro Técnico S. A, 1981. Vol. 1. Pág. 299.]

  18. Processo de destilação a vacuo e a vapor. Disponível em: http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/quimica/sensibilidade/saibamais/09__saiba_mais_b.htm. Acesso em: 12 out. 2009.

________________________________ANEXOS______________________________

(Figuras ilustrativas de destilação. Acesso em: 11 out. 2009)

Destilação simples (Figura 1.1) : Processo de destilação: A solução no balão é esquentada, até que o líquido com menor ponto de ebulição comece a evaporar. Ao evaporar, ele só tem o condensador como caminho a seguir. As paredes do condensador são frias, pois a sua volta passa água fria. Ao entrar em contato com essas paredes frias, o vapor se condensa, retornando ao estado líquido. Após algum tempo, todo o líquido de menor ponto de ebulição terá passado para o béquer, e sobrará a outra substância, sólida, no balão de vidro. (Processo de destilação simples. Acesso: 12 out. 2009).

(Figuras ilustrativas de destilação. Acesso em: 11 out. 2009)

Destilação Fracionada (Figura: 1.2): Processo de destilação: No balão de vidro é colocada a mistura. Ao ser aquecida, a substância de menor ponto de ebulição irá evaporar primeiro, e logo em seguida, a outra substância vai evaporar também. Porém, ao encostar nas bolinhas da coluna de fracionamento, a primeira substância vai condensar, voltando para o balão, e a outra substância continuará subindo, até encontrar o condensador. O termômetro serve para manter uma temperatura constante, um pouco acima do maior ponto de ebulição. Ao final do processo, o béquer conterá o líquido mais volátil, e o balão de vidro terá o líquido menos volátil. (Destilação fracionada. Acesso: 11 out. 2009)

(Figuras ilustrativas de destilação. Acesso em: 11 out. 2009)

Destilação a vácuo (Figura 1.3). Processo de destilação: Na execução dessa técnica utiliza-se uma aparelhagem similar à da destilação fracionada, com a diferença de que se adapta uma bomba de vácuo que reduzirá a pressão do meio. A nova temperatura pode ser estimada com o auxílio de uma tabela que relaciona colunas de temperatura com pressão (nomograma).(Processo de destilação a vacuo e a vapor. Acesso: 12 out. 2009).

(Figuras ilustrativas de destilação. Acesso em: 11 out. 2009)

Destilação a vapor (Figura 1.4). Processo de destilação: A partir do desenho a seguir, pode-se observar que com o vapor d´água, gerado no primeiro balão do equipamento, pode-se extrair a substância mais volátil da mistura (que se encontra no segundo balão). O resultado do processo (o destilado) é uma mistura formada por água e a substância mais volátil (que podem ser separadas através da decantação por serem imiscíveis).(Processo de destilação a vacuo e a vapor. Acesso: 12 out. 2009)

Síntese do cloreto de terc-butila Química Orgânica Experimental I

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