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Nikolas Bezerra Lima dos Santos
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Reajo, logo solubilizo? Eis a questão INTRODUÇÃO Antes de dar início a um conceito importante que é a solubilidade, sua compreensão requer o auxílio de um dos fatores que a determinam, as interações intermoleculares. Os sólidos, líquidos e gases são estados que dependem das interações entre as moléculas ou a sua ausência. Na natureza, há diferentes formas de duas ou mais moléculas interagirem entre si, como, por exemplo, as interações do tipo íon-íon, íon-dipolo, dipolo-dipolo, forças de van der waals e ligações de hidrogênio(1). Porém, para o entendimento dos resultados dos experimentos que serão mostrados, a análise se resume somente as interações dipolo-dipolo, forças de van der waals e ligações de hidrogênio e o que as diferencia, é a energia envolvida, sendo classificadas de acordo com a força em ordem decrescente da seguinte forma: ligações de hidrogênio > dipolo-dipolo > forças de van der waals. (2) A solubilização de um composto requer a quebra dessas interações intermoleculares do soluto e do solvente para a formação de novas interações soluto-solvente (3). Vale ressaltar que, no estágio final, a molécula deve estar no seu estado fundamental de menor energia. Além desse fator, para que um composto se solubilize em um determinado solvente, as moléculas do soluto devem ser solvatadas pelas moléculas do solvente. Para os compostos orgânicos, a solubilidade depende também de fatores como a quantidade de interações intermoleculares, o tamanho da cadeia carbônica, a quantidade de grupamentos hidrofílicos, a arranjo da cadeia, etc. (2,4). A extração, é um procedimento em que o objetivo central, geralmente é o isolamento de certa substância em uma mistura, que também, em certos casos, pode ser tratada como uma purificação. Já em uma extração reativa, o objetivo continua o mesmo, porém, a diferença básica é que o solvente reage quimicamente com determinado componente da mistura para a efetivação do isolamento. Quando se trata de compostos orgânicos, à “grosso modo”, ácidos orgânicos fortes e fracos reagem com bases fracas e fortes e bases orgânicas fortes e fracas reagem com ácidos fracos e fortes, respectivamente.(5) O objetivo do texto é mostrar como as interações intermoleculares (além dos outros fatores envolvidos) são importantes para a compreensão e previsão da solubilidade de compostos, principalmente orgânicos, em determinados solventes e também evidenciar que uma extração reativa é mais eficaz quando se quer separar misturas íntimas onde cada componente apresenta uma certa diferença de caráter (mais de uma substância pode ter o mesmo caráter).
PARTE EXPERIMENTAL Segue em anexo.
RESULTADOS E DISCUSSÕES 1
No experimento que a solubilidade dos diferentes alcoóis foram testadas em água com corante azul (apenas para melhor visualização), os resultados foram os seguintes:
(1)(2)(3)(4)(5)-
(6)(7)-
COMPOSTO
SOLUBILIDADE EM ÁGUA
(1) Etanol
Miscível
(2) 1-propanol
Miscível
(3) 1-butanol
Parcialmente miscível
(4) 2-metil-1-propanol
Parcialmente miscível
(5) 2-metil-2-propanol
Miscível
(6) 1-pentanol
Imiscível
(7) Cicloexanol
Imiscível
(8) Açúcar
Solúvel
A solubilidade de alcoóis de até três carbonos se explica pelo fato da cadeia carbônica ser muito pequena permitindo a solvatação e formando ligações de hidrogênio com água. Os compostos parcialmente miscíveis são explicados pelo fato da cadeia carbônica ser relativamente grande impedindo uma solvatação efetiva, porém, como o número de carbonos não é tão grande, ainda se consegue solvatar uma parte das moléculas. Já os compostos imiscíveis são devido justamente ao tamanho da cadeia carbônica. Por ser muito grande, a solvatação não acontece, e também pelo fato do número de interações dipolo induzido-dipolo induzido ser grande entre as moléculas do próprio álcool, além das ligações de hidrogênio entre as hidroxilas, a energia necessária para a quebra das interações causaria um “déficit” no final do processo, por mais que a entropia ajudasse. O 2-metil2-propanol é miscível pelo fato da molécula ser compacta, facilitando a solvatação e o açúcar é solúvel por ter diversos grupos hidróxi ligados aos carbonos, formando também diversas interações com as moléculas da água. Quando a solubilidade em água da acetona, hexano e diclorometano foram analisadas, somente o primeiro se mostrou miscível, pois, na acetona, o oxigênio da carbonila permite fazer ligações de hidrogênio com a água, diferente do hexano e do diclorometano, ambos são apolares, os elementos que os compõem não apresentam uma diferença de eletronegatividade significativa e portanto não formarão interações com as moléculas da água. O diclorometano, quando formado o sistema bifásico em água, como possui uma densidade maior que a da água ( 1,3g/cm³), é a fase inferior. Ácido benzóico, m-nitroanilina, naftaleno e -naftol foram colocados em HCl 10%, NaOH 10%, NaHCO3 5% e em água, apresentando os resultados que seguem em anexo. O ácido benzóico, por ser um ácido, reage somente com as soluções básicas de hidróxido de sódio e bicarbonato de sódio, sendo insolúvel em água, pois, por mais que faça ligações de hidrogênio com a água, o grupo fenila impede que a solvatação seja bem sucedida. A m-nitroanilina reage somente com a solução ácida de HCl 10%, por ser básica devido ao grupo amino (base de Lewis) e não se solubiliza em água pois, o grupo amino, mesmo fazendo ligações de hidrogênio com a água, essas interações são mais fracas 2
que as dos alcoóis, diminuindo a sua solubilidade (2). O naftaleno não reage com nada nem se solubiliza, pois é considerado neutro e sendo apolar, não apresenta interação com a água. Já o naftol, por ser um ácido orgânico fraco, reage somente com o HCl 10% e é insolúvel em água pois apresenta uma cadeia carbônica muito grande (10 carbonos). Na extração reativa, a solubilização da mistura em diclorometano foi necessária pra desfazer a mistura íntima. Ao se adicionar 10,0 mL de HCl 10%, a m-nitroanilina reage, produzindo íons anilinium. Esse processo é realizado 3 vezes para que ocorra máxima reação entre a base e o ácido. A Fase orgânica separada, agora contendo o naftaleno e o ácido benzóico, é adicionado NaOH 10%, reagindo com o ácido benzóico, produzindo íons benzoato que fica na solução aquosa e é separada. Para a recuperação da m-nitroanilina e do ácido benzóico, é adicionado, no primeiro caso, é adicionado NaOH concentrado, deslocando o equilíbrio para a preciptação da m-nitroanilina e na solução com íons benzoato, é adicionado HCl concentrado, deslocando também o equilíbrio para a preciptação do ácido benzóico. O banho de gelo é necessário para que o calor liberado no processo não interfira na solubilidade do composto. Ex.: C6H5COOH + NaOH C6 H5COO - + Na+ + H2O HCl (conc.) H+ + ClC6H6N2O2 + HCl [C6H7N2O2]+ + ClNaOH (conc.) Na+ + OH-
CONCLUSÃO Quando se for analisar a solubilidade de um determinado composto em um determinado solvente, deve-se sempre lembrar que muitos fatores influenciam, principalmente quando os compostos são orgânicos. A extração reativa, geralmente, é bastante eficaz quando os compostos de uma mistura reagem com diferentes solventes, o que facilita o isolamento de cada substância, porém, nem sempre isso acontece, dessa forma, outros métodos para a separação são agregados na tarefa para chegar ao objetivo.
BIBLIOGRAFIA (1)- Atkins, P. W.; Jones, L. L.; Princípios de Química, 3ª Ed., São Paulo: Bookman, 2002. (2)- Vollhardt, C. K. P.; Schore, E. N.; Química Orgânica : estrutura e função, 4ªEd., São Paulo: Bookman, 2004. (3)- Constantino, M. G.; da Silva, G. V. J.; Donate, P. M.; Fundamentos de Química Experimental, 1° Ed., Edusp, São Paulo, 2003. (4)- Solomons, T. W. G.; Química Orgânica Vol. 1, 6ª Ed., Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996. (5)- Zubrick, J. W.; Manual de sobrevivência no laboratório de química orgânica, 6° Ed., Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 2005. 3
