Introdução
Neste tópico, você encontrará o método de determinação do ponto de ebulição, que pode ser usado para a avaliação de reagentes líquidos. Quando você obtém um reagente líquido estranho, pode medir o ponto de ebulição e comparar o resultado com os dados da literatura do composto escolhido.
O ponto de ebulição de um composto é a temperatura em que ocorre a mudança de fase líquido-gás. Em termos mais técnicos, é quando a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão aplicada (normalmente a pressão atmosférica). Os pontos de ebulição são muito sensíveis a mudanças na pressão aplicada, portanto, todos os pontos de ebulição devem ser informados com a pressão medida. O "ponto de ebulição normal" de um composto refere-se ao seu ponto de ebulição a uma pressão de 760 mm Hg.
O ponto de ebulição de um composto é uma constante física, assim como o ponto de fusão, e pode ser usado para apoiar a identificação de um composto. No entanto, diferentemente dos pontos de fusão, os pontos de ebulição geralmente não são usados como indicador de pureza. Os líquidos impuros fervem em uma faixa de temperaturas (semelhante à amplitude dos pontos de fusão), mas o intervalo de temperatura não se correlaciona bem com a pureza. Assim, a medição do ponto de ebulição de um composto é usada principalmente para apoiar sua identificação.
Um ponto de ebulição experimental é frequentemente comparado ao ponto de ebulição da literatura, que normalmente é relatado para 1 atmosfera de pressão. Se um ponto de ebulição for determinado em qualquer pressão significativamente diferente de 1 atmosfera, a pressão deverá ser corrigida. Uma regra geral é que, para pressões dentro de 10% de uma atmosfera, uma queda de 10 mm Hg na pressão será responsável por uma queda de 0,3-0,5 °C no ponto de ebulição. Outra regra prática é que, para cada redução da pressão pela metade, o ponto de ebulição cai cerca de 10 °C.
Há vários métodos pelos quais o ponto de ebulição de uma amostra pode ser determinado, incluindo destilação, refluxo e uso de um tubo de Thiele. O método mais simples usa um tubo de Thiele e tem a vantagem de usar menos de 0,5 ml de material.
O ponto de ebulição de um composto é a temperatura em que ocorre a mudança de fase líquido-gás. Em termos mais técnicos, é quando a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão aplicada (normalmente a pressão atmosférica). Os pontos de ebulição são muito sensíveis a mudanças na pressão aplicada, portanto, todos os pontos de ebulição devem ser informados com a pressão medida. O "ponto de ebulição normal" de um composto refere-se ao seu ponto de ebulição a uma pressão de 760 mm Hg.
O ponto de ebulição de um composto é uma constante física, assim como o ponto de fusão, e pode ser usado para apoiar a identificação de um composto. No entanto, diferentemente dos pontos de fusão, os pontos de ebulição geralmente não são usados como indicador de pureza. Os líquidos impuros fervem em uma faixa de temperaturas (semelhante à amplitude dos pontos de fusão), mas o intervalo de temperatura não se correlaciona bem com a pureza. Assim, a medição do ponto de ebulição de um composto é usada principalmente para apoiar sua identificação.
Um ponto de ebulição experimental é frequentemente comparado ao ponto de ebulição da literatura, que normalmente é relatado para 1 atmosfera de pressão. Se um ponto de ebulição for determinado em qualquer pressão significativamente diferente de 1 atmosfera, a pressão deverá ser corrigida. Uma regra geral é que, para pressões dentro de 10% de uma atmosfera, uma queda de 10 mm Hg na pressão será responsável por uma queda de 0,3-0,5 °C no ponto de ebulição. Outra regra prática é que, para cada redução da pressão pela metade, o ponto de ebulição cai cerca de 10 °C.
Há vários métodos pelos quais o ponto de ebulição de uma amostra pode ser determinado, incluindo destilação, refluxo e uso de um tubo de Thiele. O método mais simples usa um tubo de Thiele e tem a vantagem de usar menos de 0,5 ml de material.
Método de destilação
Há métodos mais simples do que a destilação para medir o ponto de ebulição de um composto, e é recomendável explorar outras opções (por exemplo, tubo de Thiele) se esse for o único objetivo. No entanto, se os materiais forem limitados ou se uma purificação for planejada de qualquer forma, uma destilação pode ser usada para determinar o ponto de ebulição de um composto.
Uma destilação simples deve ser suficiente para a maioria das situações (Fig. 1), e pelo menos 5 mL de amostra devem ser usados no balão de destilação, juntamente com algumas pedras de ebulição ou barra de agitação. À medida que a maior parte do material destila, a temperatura mais alta registrada no termômetro corresponde ao ponto de ebulição. Uma das principais fontes de erro desse método é registrar uma temperatura muito baixa, antes que os vapores quentes mergulhem totalmente o bulbo do termômetro. Certifique-se de monitorar o termômetro periodicamente, especialmente quando a destilação estiver ativa. Registre a pressão barométrica junto com o ponto de ebulição.
Uma destilação simples deve ser suficiente para a maioria das situações (Fig. 1), e pelo menos 5 mL de amostra devem ser usados no balão de destilação, juntamente com algumas pedras de ebulição ou barra de agitação. À medida que a maior parte do material destila, a temperatura mais alta registrada no termômetro corresponde ao ponto de ebulição. Uma das principais fontes de erro desse método é registrar uma temperatura muito baixa, antes que os vapores quentes mergulhem totalmente o bulbo do termômetro. Certifique-se de monitorar o termômetro periodicamente, especialmente quando a destilação estiver ativa. Registre a pressão barométrica junto com o ponto de ebulição.
Método de refluxo
Uma configuração de refluxo também pode ser usada para determinar o ponto de ebulição de um composto. Refluxo é quando um líquido está fervendo e condensando ativamente, com o líquido condensado retornando ao frasco original. É análogo a uma configuração de destilação, com a principal diferença sendo o posicionamento vertical do condensador.
Fig. 2: a) Instalação de refluxo, b) Inserção do termômetro digital no condensador, c) Posição do termômetro, d) Resfriamento da instalação
Se os materiais estiverem disponíveis, a melhor configuração de refluxo para essa aplicação é mostrada na Fig. 2b e usa um condensador em microescala e um termômetro digital. A configuração usa 5 mL de líquido e algumas pedras de ebulição ou barra de agitação. O condensador é acoplado ao frasco de fundo redondo, com a mangueira de água inferior conectada à torneira de água e a mangueira de água superior drenada para a pia. É importante verificar se a junta que conecta o frasco e o condensador está bem fixada. O líquido é levado à ebulição em um banho de areia e o termômetro é colocado na parte inferior do aparelho (Fig. 2c), de modo que a polegada inferior fique entre o líquido em ebulição e a parte inferior do condensador. Nessa posição, o termômetro pode medir com precisão os vapores quentes e a temperatura se estabilizará no ponto de ebulição do composto.
Registre a pressão barométrica junto com o ponto de ebulição.
Embora possa parecer prudente mergulhar o termômetro diretamente no líquido em ebulição, é possível que o líquido esteja superaquecido ou mais quente do que o ponto de ebulição. Após determinar o ponto de ebulição, o frasco deve ser retirado do banho de areia (Fig. 2d) para esfriar e o condensador deve ser mantido em funcionamento até que o frasco esteja quente ao toque. Nesse ponto, a configuração pode ser desmontada.
Se um condensador em microescala não estiver disponível, um método alternativo de refluxo também pode ser usado, conforme mostrado na Fig. 3. Aproximadamente 5 mL de amostra são colocados em um tubo de ensaio médio (18 x 150 mm) com o termômetro preso dentro, de modo que não toque as laterais do vidro. O aparelho é cuidadosamente aquecido em um banho de areia para que o refluxo ocorra de forma controlada e os vapores não escapem do tubo. A temperatura durante o refluxo acabará se estabilizando (isso leva algum tempo), e a temperatura mais alta registrada corresponde ao ponto de ebulição do composto. Os pontos de ebulição medidos com esse método podem apresentar um erro significativo se o ponto de ebulição for muito baixo ou alto (<70 °C ou >150 °C), pois os compostos com baixo ponto de ebulição evaporam com muita facilidade e os compostos com alto ponto de ebulição tendem a esfriar com muita facilidade.
Registre a pressão barométrica junto com o ponto de ebulição.
Embora possa parecer prudente mergulhar o termômetro diretamente no líquido em ebulição, é possível que o líquido esteja superaquecido ou mais quente do que o ponto de ebulição. Após determinar o ponto de ebulição, o frasco deve ser retirado do banho de areia (Fig. 2d) para esfriar e o condensador deve ser mantido em funcionamento até que o frasco esteja quente ao toque. Nesse ponto, a configuração pode ser desmontada.
Se um condensador em microescala não estiver disponível, um método alternativo de refluxo também pode ser usado, conforme mostrado na Fig. 3. Aproximadamente 5 mL de amostra são colocados em um tubo de ensaio médio (18 x 150 mm) com o termômetro preso dentro, de modo que não toque as laterais do vidro. O aparelho é cuidadosamente aquecido em um banho de areia para que o refluxo ocorra de forma controlada e os vapores não escapem do tubo. A temperatura durante o refluxo acabará se estabilizando (isso leva algum tempo), e a temperatura mais alta registrada corresponde ao ponto de ebulição do composto. Os pontos de ebulição medidos com esse método podem apresentar um erro significativo se o ponto de ebulição for muito baixo ou alto (<70 °C ou >150 °C), pois os compostos com baixo ponto de ebulição evaporam com muita facilidade e os compostos com alto ponto de ebulição tendem a esfriar com muita facilidade.
Método do tubo de Thiele
Teoria do tubo de ThieleO método do tubo de Thiele é um dos métodos mais simples para determinar o ponto de ebulição de um composto e tem a vantagem de usar pequenas quantidades de material (menos de 0,5 mL de amostra). A amostra é colocada em um pequeno tubo junto com um tubo capilar invertido. A configuração é conectada a um termômetro (Fig. 5) e aquecida dentro de um tubo Thiele (Fig. 4) até um pouco acima do ponto de ebulição do composto (o que é evidenciado por um fluxo contínuo de bolhas que emergem do tubo capilar). Em seguida, deixa-se o tubo esfriar e, no momento em que o líquido é puxado para dentro do tubo capilar, a temperatura é o ponto de ebulição do composto.
Fig. 4: Aparelho de tubo de Thiele
Esse método utiliza a definição de ponto de ebulição: a temperatura em que a pressão de vapor do composto é igual à pressão aplicada (atmosférica). O tubo capilar invertido atua como um reservatório para reter os vapores do composto. À medida que o aparelho é aquecido, o ar inicialmente preso no tubo capilar se expande e faz com que as bolhas saiam do tubo (Fig. 5 b). Com o aquecimento adicional, os vapores do composto acabam por deslocar todo o ar aprisionado, razão pela qual o calor é aplicado até que haja um fluxo contínuo de bolhas.
Quando o aparelho é resfriado, eventualmente a pressão dentro do tubo capilar (devido apenas aos vapores do composto) se igualará à pressão atmosférica, momento em que as bolhas diminuirão e o líquido será puxado para dentro do tubo. A temperatura em que isso começa é o ponto de ebulição do composto (Fig. 5 d).
Quando o aparelho é resfriado, eventualmente a pressão dentro do tubo capilar (devido apenas aos vapores do composto) se igualará à pressão atmosférica, momento em que as bolhas diminuirão e o líquido será puxado para dentro do tubo. A temperatura em que isso começa é o ponto de ebulição do composto (Fig. 5 d).
Fig. 5: Determinação do ponto de ebulição: a) Configuração inicial, b) Após o aquecimento além do ponto de ebulição, c) Resfriamento, d) O líquido acaba de entrar no tubo capilar (a temperatura é o ponto de ebulição), e) O líquido está dentro do tubo capilar (a temperatura é inferior ao ponto de ebulição).
Procedimento do tubo de Thiele
Fig. 6: a) Tubo de Thiele, com a seta indicando a altura mínima do óleo, b) Tubo preso ao termômetro com um elástico, c) Adição da amostra, d) Inserção do tubo capilar
- Obtenha um tubo de Thiele e prenda-o em um suporte de anel na capela de exaustão (Fig. 6a). Normalmente, o tubo é preenchido com óleo mineral transparente, mas ele pode ter escurecido devido à oxidação ou a compostos derramados. Se o óleo estiver muito escuro, ele deverá ser substituído. O óleo deve ser enchido até pelo menos 1 cm acima do braço triangular superior (um nível de óleo adequado está indicado na Fig. 6a) e, se estiver muito baixo, o óleo não circulará conforme necessário (Fig. 7c).
- Insira um termômetro em uma rolha de borracha de um orifício com uma fenda em um dos lados. Prenda um pequeno frasco de vidro ("tubo de Durham" ou tubo de cultura de 6 x 50 mm) ao termômetro com um pequeno elástico (Fig. 6b). A parte inferior do frasco deve estar nivelada com a parte inferior do termômetro.
- Encha o frasco até a metade com a amostra, o que exigirá entre 0,25 e 0,5 mL de amostra (Fig. 6c).
- Insira um tubo capilar na amostra (o mesmo tipo usado para pontos de fusão), com a extremidade aberta para baixo e a extremidade vedada para cima (Fig. 6d).
A-D: Sequência mostrando a inserção e o aquecimento do tubo capilar com termômetro dentro do tubo de Thiele.
Fig. 7: a) Inserção do conjunto no tubo de Thiele, b) O elástico está acima do óleo, c) Aquecimento, d) Borbulhamento vigoroso da amostra.
- Coloque o conjunto de rolha de borracha e termômetro no tubo de Thiele, ajustando a altura de modo que a amostra fique no meio do tubo (se possível) (Fig. 7a). O elástico deve estar mais alto do que o topo do óleo mineral (Fig. 7b), tendo em mente que o óleo pode se expandir um pouco durante o aquecimento. O termômetro não deve tocar as laterais do vidro e, se tocar, deve ser fixado de forma que não toque mais.
- Aqueça o óleo suavemente no braço lateral do tubo de Thiele com um microqueimador, se disponível, ou com um bico de Bunsen, fazendo movimentos para frente e para trás (Fig. 7c). À medida que o óleo se aquece e se torna menos denso, ele sobe e percorre a parte triangular do tubo. O óleo mais frio e mais denso afundará, criando assim uma corrente, conforme mostrado na Fig. 7c). Esse método é uma excelente maneira de aquecer a amostra de forma indireta e lenta.
- Embora não devam ser vistas bolhas no tubo de Thiele à medida que ele se aquece, elas geralmente são vistas se o tubo tiver sido usado anteriormente para determinações de ponto de ebulição. Nesse método, o elástico ocasionalmente se rompe, fazendo com que a amostra caia no óleo e o contamine. Se o óleo não for trocado posteriormente, a amostra poderá ferver quando aquecida no tubo. Não háproblema em continuar aquecendo um tubo Thiele se forem observadas bolhas.
- Os estudos desse método determinaram que é melhor aquecer o óleo suavemente e de forma contínua, já que parar e começar fez com que os resultados fossem prejudicados.
- Continue aquecendo até que um fluxo vigoroso de bolhas emerja da ponta do tubo capilar (Fig. 7d), de modo que as bolhas individuais mal possam ser distinguidas. O objetivo dessa etapa é expurgar o ar originalmente presente no tubo capilar e substituí-lo pelo vapor da amostra. Não aqueça tão vigorosamente que toda a amostra ferva. Quando as bolhas estiverem saindo vigorosamente do tubo capilar, a pressão de vapor dentro do tubo é maior do que a pressão atmosférica (o óleo está em uma temperatura mais alta do que o ponto de ebulição).
- Desligue o queimador e deixe o aparelho esfriar. As bolhas diminuirão e, por fim, pararão. Em algum momento, a pressão de vapor dentro do tubo capilar se igualará à pressão atmosférica e o líquido será puxado para dentro do tubo. O ponto de ebulição deve ser registrado como a temperatura em que o líquido começa a entrar no tubo capilar (Fig. 8b).
Fig. 8: Entrada de líquido no tubo capilar em um lapso de tempo. O ponto de ebulição deve ser registrado como a temperatura em b)
- Registre a pressão atmosférica junto com o ponto de ebulição.
Vídeo manual de determinação do ponto de ebulição
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