Teste De Solubilidade

INTRODUÇÃO

A análise orgânica qualitativa, ou seja, a identificação e a caracterização de substâncias desconhecidas é um aspecto muito importante da química orgânica. No Experimento 1 estudamos que as propriedades físicas auxiliam nessa tarefa e que métodos espectroscópicos e espectrométricos também são muito utilizados para tal fim. Há também os testes químicos e os testes de solubilidade, que são de fácil execução, e que podem auxiliar na identificação e caracterização de uma substância.

Em geral, o procedimento para obter toda a informação necessária para identificação de uma dada substância inclui as seguintes etapas:

1) Classificação preliminar por estado físico, cor e odor: Muitos compostos possuem cores e odores característicos. Por exemplo, a cor de compostos com elevado grau de conjugação varia de amarelo a vermelho. Aminas de cadeias carbônicas curtas possuem odor de peixe; vários ésteres têm odor de frutas ou flores e alguns ácidos carboxílicos apresentam odor acentuado e picante. O estado físico de uma amostra na temperatura ambiente também auxilia na classificação prévia da amostra.

2) Determinação da temperatura de fusão ou ebulição e da densidade: A obtenção das constantes físicas da substância desconhecida limita muito o número de compostos possíveis.

3) Purificação (se necessário): Faixas de temperatura de fusão ou ebulição indicam a necessidade de purificação da substância a fim de se obterem informações mais precisas sobre as suas constantes físicas.

4) Testes de elementos químicos: Alguns testes simples (teste de Beilstein e de ignição) permitem a determinação da presença de certos elementos (N, S e halogênios) na substância.

5) Testes de solubilidade: A determinação da solubilidade da substância em água, soluções ácidas, soluções básicas e solventes orgânicos fornece informações importantes sobre grupos funcionais presentes em sua estrutura e também indicam a extensão relativa da sua cadeia carbônica.

6) Aplicação de testes de classificação química: Os ensaios de solubilidade usualmente sugerem ou eliminam vários grupos funcionais. Os testes de classificação química permitem distinguir dentre as classes indicadas pelos ensaios de solubilidade.

7) Comparação com dados da literatura: Sendo conhecidos os grupos funcionais presentes na estrutura da substância e a extensão aproximada de sua cadeia carbônica, procede-se a uma pesquisa na literatura (bancos de dados, handbooks e tabelas com constantes físicas de compostos conhecidos) para encontrar estruturas possíveis para a substância, por comparação com as temperaturas de fusão ou ebulição e densidade determinadas.

8) Análises espectroscópicas e espectrométricas: Essas análises são as ferramentas mais poderosas e modernas para a determinação da estrutura de um composto desconhecido. Elas permitem a decisão final sobre a estrutura da amostra desconhecida. Esses métodos são abordados nas disciplinas Química Orgânica Experimental II (QUI 236) e Química Orgânica IV (QUI 235).

9) Análise elementar: A análise elementar permite a determinação da composição percentual da amostra em relação a carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre. Os resultados desses experimentos confirmam a pureza da amostra e sua fórmula mínima.

10) Preparo de derivados: Uma alternativa para identificação correta de uma substância é convertê-la, por uma reação química, em uma outra substância, chamada de derivado. Idealmente, o derivado deve ser sólido, porque a temperatura de fusão do derivado permite a identificação acurada e confiável da maior parte dos compostos.

11) Confirmação da identidade: Um teste definitivo para a identificação de uma substância é a comparação de suas propriedades físicas, químicas e espectroscópicas com as de uma amostra autêntica da substância.

1.1. TESTES DE SOLUBILIDADE

Os testes de solubilidade são importantes para a determinação da natureza do grupo funcional principal da substância desconhecida. Em tais testes, utiliza-se pequena quantidade de amostra e as informações obtidas mostram se a substância é uma base forte (amina), um ácido orgânico fraco (fenol), um ácido orgânico forte (ácido carboxílico) ou uma substância neutra (aldeído, cetona, éster, álcool, etc), por exemplo.

Os solventes ou reagentes mais utilizados nesses ensaios são: solução aquosa de HCl (5 % v/v), de NaHCO3 (5 % m/v), de NaOH (5 % m/v), H2SO4 concentrado, água e solventes orgânicos, especialmente éter dietílico. Os testes de solubilidade são realizados de acordo com a seqüência ilustrada na Figura 1 (p.4).

A solubilidade das substâncias em determinados solventes depende da sua interação com o solvente. Compostos orgânicos contendo oxigênio, nitrogênio ou enxofre com até quatro átomos de carbono, por exemplo, são frequentemente solúveis em água. Portanto, praticamente todos os grupos funcionais contendo esses elementos farão com que uma substância orgânica de cadeia carbônica curta (até quatro átomos de carbono) seja solúvel em água. Compostos contendo esses grupos funcionais, mas que tenham mais que cinco carbonos terão baixa solubilidade ou serão insolúveis em água. Por outro lado, quando o número de átomos de oxigênio, nitrogênio e/ou enxofre aumenta em relação ao número de átomos de carbono, a solubilidade do composto em água também aumenta.

Se o composto é insolúvel em água, testa-se sua solubilidade em ácido diluído (HCl 5 % v/v). Se ocorrer dissolução pode-se concluir que o composto reagiu com o ácido formando um produto solúvel em água. Por exemplo, pode-se considerar a possibilidade de uma amina. Aminas têm características básicas e, por isso, ao reagirem com ácidos formam cloridratos, que são solúveis em água, conforme mostrado na equação seguinte.

Por outro lado, compostos insolúveis em água, mas que se dissolvem em solução aquosa de bicarbonato de sódio (uma base fraca), são ácidos mais fortes. Já compostos que se dissolvem apenas em solução aquosa de hidróxido de sódio, são ácidos mais fracos. Assim, é possível distinguir ácidos fracos e fortes determinando sua solubilidade na presença de uma base forte (NaOH) e uma base fraca (NaHCO3). Um ácido carboxílico será solúvel em ambas as soluções aquosas básicas, enquanto um fenol sem grupos eletrofílicos será somente solúvel em solução aquosa de NaOH.