Determinação de recristalização e ponto de fusão

AULA N° 10

Recristalização e Determinação do Ponto de Fusão

Anápolis, 21/05/2012

1. Introdução

Em 1912 descobriu-se que a forma e as dimensões dos padrões atômicos regulares repetidos de um cristal podiam ser determinadas fazendo-se passar raios X numa amostra. Este método, chamado difração de raios X, abriu um novo caminho no estudo da estrutura atômica (KOTZ,2002).

No sal de cozinha, por exemplo, a estrutura cristalina é um cubo perfeito. Um cristal é uma substância sólida homogênea com uma disposição tridimensional ordenada de seus átomos e moléculas. Todos os cristais da mesma substância fazem os mesmos ângulos característicos entre as suas faces, embora possam não ter o mesmo aspecto porque as faces podem crescer aritmos diferentes. A forma externa de um cristal chama-se "face cristalina". Os cristaisda cristalização são formados porque a substância se alia a algumas moléculas de água. Por esta razão, é possível fazê-la voltar ao estado original através de um simples aquecimento, que provoca uma evaporação das moléculas de água (KOTZ,2002).

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 (VOGEL,1987).

Na cristalização, ocorre uma lenta e seletiva formação de cristais, o que resulta no composto puro, 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 (VOGEL,1987).

A cristalização é uma operação unitária que é normalmente utilizada com o propósito de purificação de substâncias sólidas e separação de compostos que só se podem dissolver a quente. Se a solução estiver sobressaturada, ou seja, a sua concentração é superior à concentração de saturação, não se dá a formação de cristais. Neste tipo de situação é necessário acrescentar à solução núcleos de cristalização, que poderão ser simples cristais. Para uma melhor purificação da substância, deverá ser executada uma recristalização. Num cristal, a posição de cada um dos átomos, moléculas ou íons que o constituem é determinada pelas posições ocupadas já existentes. Assim, no momento de cristalização, a partícula forma com as suas vizinhas um conjunto de ligações químicas que determina a posição espacial que tenderá a ocupar (KOTZ,2002).

O ponto de fusão designa a temperatura a qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido. Esta temperatura é a mesma quando a substância se solidifica, ou seja, passa do estado líquido para o estado sólido. É a temperatura na qual a substância sólida está em equilíbrio com a substância que dela se obtêm por fusão. Para uma substância pura, os processos de fusão ou de solidificação ocorrem sempre a uma mesma temperatura, e esta se mantém constante durante todo o processo, ocorrendo o mesmo para os processos de vaporização e condensação. O gelo começa a derreter-se a zero grau célsius, e ao término da fusão toda a água formada ainda encontra-se a zero grau célsius, mesmo que considerável quantidade de energia tenha sido fornecida ao sistema na forma de calor a fim de induzir a transformação (RUSSEL, 1994).

Uma substância, um composto ou uma espécie química, em seu estado puro, apresenta propriedades físicas, físico-químicas e químicas características.O ponto de fusão de uma substância pura é a temperatura em que a fase sólida e a fase líquida coexistem, ou seja, entram em equilíbrio. Neste ponto, um acréscimo de energia (calor) é utilizado para romper a estrutura sólida, e a temperatura permanece constante, ou seja, não sobe até que a substância tenha se fundido completamente. Este acréscimo de energia sem que haja aumento de temperatura é chamado de calor latente de fusão, enquanto a energia utilizada pelo sistema para elevar a temperatura é chamada de calor sensível. A temperatura do ponto de fusão está associada ao tipo de ligação existente entre os átomos da substância. Geralmente, os compostos iônicos, por apresentarem ligações mais fortes, em que seus átomos permanecem unidos por atração de cargas elétricas opostas entre seus pólos, possuem temperatura de fusão elevada. Neste experimento, a substância utilizada para a determinação do ponto de fusão é a acetanilida, uma substância que apresenta ligações iônicas entre seus átomos (LENZI et. al, 2004).

Como já foi dito, o ponto de fusão definido é uma característica de substâncias puras. Dessa forma, é utilizado como um valioso critério de pureza. A presença de impurezas, mesmo em pequena quantidade na amostra produz considerável aumento no intervalo de fusão (diferença entre a temperatura de início da fusão até que a substância torne-se completamente líquida), provocando o início da fusão a uma temperatura mais baixa que a temperatura determinada para a substância pura (CONSTANTINO et al., 2004).

Para determinar o ponto de fusão de uma substância, o método mais simples e mais comum, porém não menos eficiente, é o método do tubo capilar. Este método consiste em colocar uma pequena quantidade de substância em um tubo capilar que se prende a um termômetro, imergindo-se o sistema em um banho líquido e aquecendo-se, observando-se a temperatura em que a fusão ocorre. Os líquidos mais empregados para o banho líquido são os óleos de silicone, devido à sua estabilidade, resistência ao calor e por não serem inflamáveis nem corrosivos. Porém, como têm custo elevado, ainda são utilizados outros líquidos, como a glicerina e a parafina líquida (CONSTANTINO et al., 2004).

2. Objetivo

Caracterizar o processo de cristalização e determinar o ponto