Introdução
Neste tópico, pode encontrar o método de determinação do ponto de ebulição, que pode ser utilizado para a avaliação de reagentes líquidos. Quando obtém um reagente líquido estranho, pode medir o ponto de ebulição e comparar o seu resultado com os dados da literatura do composto escolhido.
O ponto de ebulição de um composto é a temperatura onde ocorre a mudança de fase líquido-gás. Em termos mais técnicos, é quando a pressão de vapor de um líquido é igual à sua pressão aplicada (normalmente a pressão atmosférica). Os pontos de ebulição são muito sensíveis a alterações na pressão aplicada, pelo que todos os pontos de ebulição devem ser comunicados 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, tal como o ponto de fusão, pelo que pode ser utilizado para apoiar a identificação de um composto. No entanto, ao contrário dos pontos de fusão, os pontos de ebulição não são geralmente utilizados como um indicador de pureza. Os líquidos impuros entram em ebulição numa gama de temperaturas (semelhante à amplitude dos pontos de fusão), mas o intervalo de temperatura não está bem correlacionado com a pureza. Assim, a medição do ponto de ebulição de um composto é utilizada principalmente para apoiar a sua identificação.
Um ponto de ebulição experimental é frequentemente comparado com o ponto de ebulição da literatura, que é tipicamente reportado para 1 atmosfera de pressão. Se um ponto de ebulição for determinado a uma pressão significativamente diferente de 1 atmosfera, a pressão deve 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 geral é que, por cada redução para metade da pressão, o ponto de ebulição diminui cerca de 10 °C.
Existem vários métodos para determinar o ponto de ebulição de uma amostra, incluindo a destilação, o refluxo e a utilização de um tubo de Thiele. O método mais simples utiliza um tubo de Thiele e tem a vantagem de utilizar menos de 0,5 ml de material.
O ponto de ebulição de um composto é a temperatura onde ocorre a mudança de fase líquido-gás. Em termos mais técnicos, é quando a pressão de vapor de um líquido é igual à sua pressão aplicada (normalmente a pressão atmosférica). Os pontos de ebulição são muito sensíveis a alterações na pressão aplicada, pelo que todos os pontos de ebulição devem ser comunicados 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, tal como o ponto de fusão, pelo que pode ser utilizado para apoiar a identificação de um composto. No entanto, ao contrário dos pontos de fusão, os pontos de ebulição não são geralmente utilizados como um indicador de pureza. Os líquidos impuros entram em ebulição numa gama de temperaturas (semelhante à amplitude dos pontos de fusão), mas o intervalo de temperatura não está bem correlacionado com a pureza. Assim, a medição do ponto de ebulição de um composto é utilizada principalmente para apoiar a sua identificação.
Um ponto de ebulição experimental é frequentemente comparado com o ponto de ebulição da literatura, que é tipicamente reportado para 1 atmosfera de pressão. Se um ponto de ebulição for determinado a uma pressão significativamente diferente de 1 atmosfera, a pressão deve 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 geral é que, por cada redução para metade da pressão, o ponto de ebulição diminui cerca de 10 °C.
Existem vários métodos para determinar o ponto de ebulição de uma amostra, incluindo a destilação, o refluxo e a utilização de um tubo de Thiele. O método mais simples utiliza um tubo de Thiele e tem a vantagem de utilizar menos de 0,5 ml de material.
Método de destilação
Existem métodos mais simples do que uma destilação para medir o ponto de ebulição de um composto, e recomenda-se a exploração de outras opções (por exemplo, tubo de Thiele) se este for o único objetivo. No entanto, se os materiais forem limitados ou se estiver planeada uma purificação, pode ser utilizada uma destilação para determinar o ponto de ebulição de um composto.
Uma destilação simples deve ser suficiente para a maioria das situações (Fig. 1) e devem ser utilizados pelo menos 5 mL de amostra no balão de destilação, juntamente com algumas pedras de ebulição ou uma barra de agitação. À medida que a maior parte do material destila, a temperatura mais elevada registada no termómetro corresponde ao ponto de ebulição. Uma das principais fontes de erro deste método é o registo de uma temperatura demasiado baixa, antes de os vapores quentes mergulharem completamente o bolbo do termómetro. Certifique-se de que monitoriza o termómetro periodicamente, especialmente quando a destilação está ativa. Registe a pressão barométrica juntamente com o ponto de ebulição.
Uma destilação simples deve ser suficiente para a maioria das situações (Fig. 1) e devem ser utilizados pelo menos 5 mL de amostra no balão de destilação, juntamente com algumas pedras de ebulição ou uma barra de agitação. À medida que a maior parte do material destila, a temperatura mais elevada registada no termómetro corresponde ao ponto de ebulição. Uma das principais fontes de erro deste método é o registo de uma temperatura demasiado baixa, antes de os vapores quentes mergulharem completamente o bolbo do termómetro. Certifique-se de que monitoriza o termómetro periodicamente, especialmente quando a destilação está ativa. Registe a pressão barométrica juntamente 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. O refluxo é quando um líquido está ativamente a ferver e a condensar, com o líquido condensado a regressar ao balão original. É análogo a uma configuração de destilação, com a principal diferença sendo a colocação vertical do condensador.
Fig. 2: a) Instalação de refluxo, b) Inserção do termómetro digital no condensador, c) Posição do termómetro, d) Arrefecimento da instalação
Se os materiais estiverem disponíveis, a melhor configuração de refluxo para esta aplicação é mostrada na Fig. 2b e utiliza um condensador em microescala e um termómetro digital. A preparação utiliza 5 mL de líquido e algumas pedras de ebulição ou uma barra de agitação. O condensador é ligado ao balão de fundo redondo, com a mangueira de água inferior ligada à torneira de água e a mangueira de água superior drenada para o lava-loiça. É importante verificar se a junta que liga o balão e o condensador está bem apertada. O líquido é levado à ebulição num banho de areia e o termómetro é colocado na parte inferior do aparelho (Fig. 2c), de modo a que a polegada inferior fique entre o líquido em ebulição e o fundo do condensador. Nesta posição, o termómetro pode medir com precisão os vapores quentes e a temperatura estabilizará no ponto de ebulição do composto.
Registar a pressão barométrica juntamente com o ponto de ebulição.
Embora possa parecer prudente mergulhar o termómetro diretamente no líquido em ebulição, é possível que o líquido esteja sobreaquecido ou mais quente do que o seu ponto de ebulição. Depois de determinar o ponto de ebulição, o balão deve ser retirado do banho de areia (Fig. 2d) para arrefecer e o condensador deve ser mantido em funcionamento até que o balão esteja apenas quente ao toque. Nesta altura, a instalação pode ser desmontada.
Se não estiver disponível um condensador à escala microscópica, pode também ser utilizado um método alternativo de refluxo, como se mostra na Fig. 3. Colocam-se cerca de 5 mL de amostra num tubo de ensaio médio (18 x 150 mm) com o termómetro preso no interior, de modo a não tocar nos lados do vidro. O aparelho é cuidadosamente aquecido num banho de areia, de modo a que o refluxo ocorra de forma controlada e os vapores não saiam do tubo. A temperatura durante o refluxo acaba por estabilizar (o que demora algum tempo) e a temperatura mais elevada registada corresponde ao ponto de ebulição do composto. Os pontos de ebulição medidos com este método podem apresentar um erro significativo se o ponto de ebulição for muito baixo ou muito alto (<70 °C ou >150 °C), uma vez que os compostos com baixo ponto de ebulição entram em ebulição muito facilmente e os compostos com alto ponto de ebulição tendem a arrefecer muito facilmente.
Registar a pressão barométrica juntamente com o ponto de ebulição.
Embora possa parecer prudente mergulhar o termómetro diretamente no líquido em ebulição, é possível que o líquido esteja sobreaquecido ou mais quente do que o seu ponto de ebulição. Depois de determinar o ponto de ebulição, o balão deve ser retirado do banho de areia (Fig. 2d) para arrefecer e o condensador deve ser mantido em funcionamento até que o balão esteja apenas quente ao toque. Nesta altura, a instalação pode ser desmontada.
Se não estiver disponível um condensador à escala microscópica, pode também ser utilizado um método alternativo de refluxo, como se mostra na Fig. 3. Colocam-se cerca de 5 mL de amostra num tubo de ensaio médio (18 x 150 mm) com o termómetro preso no interior, de modo a não tocar nos lados do vidro. O aparelho é cuidadosamente aquecido num banho de areia, de modo a que o refluxo ocorra de forma controlada e os vapores não saiam do tubo. A temperatura durante o refluxo acaba por estabilizar (o que demora algum tempo) e a temperatura mais elevada registada corresponde ao ponto de ebulição do composto. Os pontos de ebulição medidos com este método podem apresentar um erro significativo se o ponto de ebulição for muito baixo ou muito alto (<70 °C ou >150 °C), uma vez que os compostos com baixo ponto de ebulição entram em ebulição muito facilmente e os compostos com alto ponto de ebulição tendem a arrefecer muito facilmente.
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 utilizar pequenas quantidades de material (menos de 0,5 mL de amostra). A amostra é colocada num pequeno tubo juntamente com um tubo capilar invertido. O conjunto é ligado a um termómetro (Fig. 5) e aquecido dentro de um tubo de Thiele (Fig. 4) até um ponto ligeiramente superior ao ponto de ebulição do composto (o que é evidenciado por um fluxo contínuo de bolhas que emergem do tubo capilar). O tubo é então deixado arrefecer 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
Este 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 actua como um reservatório para reter os vapores do composto. À medida que o aparelho é aquecido, o ar inicialmente retido no tubo capilar expande-se e faz com que as bolhas saiam do tubo (Fig. 5 b). Com a continuação do aquecimento, 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 arrefecido, eventualmente a pressão no interior do tubo capilar (devida apenas aos vapores do composto) igualará a pressão atmosférica, altura em que as bolhas abrandarão e o líquido será arrastado para o tubo. A temperatura onde isto começa é o ponto de ebulição do composto (Fig. 5 d).
Quando o aparelho é arrefecido, eventualmente a pressão no interior do tubo capilar (devida apenas aos vapores do composto) igualará a pressão atmosférica, altura em que as bolhas abrandarão e o líquido será arrastado para o tubo. A temperatura onde isto começa é o ponto de ebulição do composto (Fig. 5 d).
Fig. 5: Determinação do ponto de ebulição: a) Configuração inicial, b) Após aquecimento para além do ponto de ebulição, c) Arrefecimento, 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 a indicar a altura mínima do óleo, b) Tubo ligado ao termómetro com um elástico, c) Adição da amostra, d) Inserção do tubo capilar
- Obter um tubo de Thiele e fixá-lo a um suporte em forma de anel na hotte (Fig. 6a). O tubo está normalmente cheio com óleo mineral transparente, mas pode ter escurecido devido à oxidação ou a compostos derramados. Se o óleo estiver muito escuro, deve 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); se for demasiado baixo, o óleo não circulará conforme necessário (Fig. 7c).
- Introduzir um termómetro numa rolha de borracha de um orifício com uma fenda num dos lados. Fixar um pequeno frasco de vidro ("tubo de Durham", ou tubo de cultura de 6 x 50 mm) ao termómetro com um pequeno elástico (Fig. 6b). O fundo do frasco deve ficar nivelado com o fundo do termómetro.
- Encher a ampola até meio com a amostra, o que exigirá entre 0,25-0,5 mL de amostra (Fig. 6c).
- Introduzir um tubo capilar na amostra (o mesmo tipo que é utilizado para os pontos de fusão), com a extremidade aberta para baixo e a extremidade selada para cima (Fig. 6d).
A-D: Sequência de inserção e aquecimento do tubo capilar com termómetro no interior 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.
- Colocar o conjunto da rolha de borracha e do termómetro no tubo de Thiele, ajustando a altura de modo a que a amostra fique a meio (se possível) do tubo (Fig. 7a). O elástico deve estar mais alto do que o topo do óleo mineral (Fig. 7b), tendo em conta que o óleo pode expandir-se um pouco durante o aquecimento. O termómetro não deve tocar nos lados do vidro e, se tocar, deve ser fixado de forma a não tocar mais.
- Aquecer suavemente o óleo no braço lateral do tubo de Thiele com um microchama, se disponível, ou com um bico de Bunsen, utilizando um movimento para a frente e para trás (Fig. 7c). À medida que o óleo aquece e se torna menos denso, sobe e percorre a parte triangular do tubo. O óleo mais frio e mais denso afunda-se, criando assim uma corrente, como mostra a Fig. 7c). Este método é uma excelente forma de aquecer a amostra de forma indireta e lenta.
- Embora não se devam ver bolhas no tubo de Thiele à medida que este aquece, é frequente vê-las se o tubo tiver sido utilizado anteriormente para determinações do ponto de ebulição. Neste método, a banda de borracha parte-se ocasionalmente, fazendo com que a amostra caia no óleo e o contamine. Se o óleo não for posteriormente substituído, a amostra pode ferver quando aquecida no tubo. Não háproblema em continuar a aquecer um tubo de Thiele se forem observadas bolhas.
- Os estudos deste método determinaram que é melhor aquecer o óleo suavemente e de forma contínua, uma vez que as paragens e os arranques têm prejudicado os resultados.
- Continuar a aquecer até que um fluxo vigoroso de bolhas emerja da ponta do tubo capilar (Fig. 7d), de tal forma que mal se conseguem distinguir as bolhas individuais. O objetivo deste passo é expurgar o ar originalmente presente no tubo capilar e substituí-lo pelo vapor da amostra. Não aquecer tão vigorosamente que a amostra inteira entre em ebulição. Quando as bolhas estão a sair vigorosamente do tubo capilar, a pressão de vapor no interior do tubo é superior à pressão atmosférica (o óleo está a uma temperatura superior ao ponto de ebulição).
- Desligar o queimador e deixar arrefecer o aparelho. As bolhas abrandam e acabam por parar. A dada altura, a pressão de vapor no interior do tubo capilar igualará a pressão atmosférica e o líquido será arrastado para o tubo. O ponto de ebulição deve ser registado como a temperatura quando o líquido começa a entrar no tubo capilar (Fig. 8b).
Fig. 8: Entrada de líquido no tubo capilar num intervalo de tempo. O ponto de ebulição deve ser registado como a temperatura a b)
- Registar a pressão atmosférica juntamente com o ponto de ebulição.
Manual em vídeo da determinação do ponto de ebulição
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