1. INTRODUÇÃO

Uma substância, um composto ou uma espécie química, em seu estado puro, apresenta propriedades físicas, físico-químicas e químicas características. Entre estas propriedades, chamadas de constantes, estão o ponto de fusão, a densidade, o ponto de ebulição, o índice de refração, a absortividade molar, etc (ATKINS, LORETTA, 2006). Uma das propriedades mais utilizadas em métodos analíticos é o ponto de fusão.

O ponto de fusão de um sólido cristalino é a temperatura na qual o sólido começa a se transformar em líquido sob a pressão de 1atm. Para substâncias puras, a mudança de sólido para líquido é bem precisa (dentro de 0,5oC), logo a temperatura é muito valiosa para fins de identificação de substância (VOGEL, 1974). O ponto de fusão depende das forças existentes entre as moléculas (ou entre íons, no caso de cristais iônicos) da substância sólida. Se estiverem fortemente ligadas umas às outras, como no caso das pontes de hidrogênio, a temperatura necessária para separá-las deve ser elevada, para dispô-las em sua nova forma, o líquido. Neste estado as partículas não podem se afastar muito umas das outras e nem se avizinhar demais. Por isso, suas características físicas são intermediárias entre sólidos e gases. (ATKINS, LORETTA, 2006).

De forma análoga, se um líquido for resfriado, a solidificação irá ocorrer sob a mesma temperatura e, para uma substancia pura, a solidificação e a fusão irão ocorrer sob a mesma temperatura (VOGEL, 1974).

O ponto de fusão é consideravelmente influenciado pela presença de outras substâncias e é, portanto, um importante indicador de pureza (VOGEL, 1974). Para compreender o efeito das impurezas sobre a fusão, é necessário entender, primeiramente, o conceito de pressão de vapor e a lei de Raoult.

A pressão de vapor de um líquido depende da facilidade que as moléculas de um líquido encontram para escapar das forças que as mantém juntas. Em temperaturas mais elevadas, mais energia está disponível para isso do que em temperaturas mais baixas (ATKINS, LORETTA, 2006).

Considerando-se uma mistura binária líquida, cujos componentes não interagem quimicamente, pode-se afirmar que esta solução, assim como qualquer substancia líquida, possuirá uma pressão de vapor. Entretanto, esta pressão de vapor total será diferente das pressões de vapor das amostras puras. Cada componente contribuirá, então, com uma pressão parcial de vapor para a mistura. A lei de Raoult estabele que, para uma solução ideal, a pressão parcial de um componente, p i, é proporcional à sua fração molar na fase líquida (BALL, 2005). Apesar de a lei de Raoult tratar de soluções ideais, seu conceito pode ser extrapolado para situações reais. Além disso, o conceito de pressão parcial é crucial para a compreensão do efeito de impurezas sobre o ponto de fusão.

Tomando-se, por exemplo, uma amostra pura de 1-naftol, pode-se analisar como o ponto de fusão será influenciado com a adição de pequenas quantidade de naftaleno (impureza) a uma mistura equilibrada de 1-naftol sólido e liquido à temperatura de 95,5oC. O naftaleno líquido irá se dissolver no 1-naftol líquido (já que são líquidos miscíveis entre si) e, de acordo com a lei de Raoult, a pressão de vapor do último será reduzido. Assim, o 1-naftol irá passar preferencialmente para a fase líquida e, se a temperatura externa for mantida a 95,5oC, resultará que o 1-naftol irá se fundir completamente. Já que fusão requer calor e nenhum calor é fornecido ao sistema, a temperatura cairá. Este efeito pode ser facilmente notado na figura abaixo. O sistema inicial é representado por M. Com a adição de pequenas quantidade da segunda substancia, a pressão de vapor do líquido primeiro cai para A. Agora, uma fase solida com pressão de vapor M não pode mais coexistir com uma fase liquida com uma pressão de vapor mais baixa A. O sólido representado por M irá, então, se fundir e tender a passar para a condição expressa em A. Entretanto, na fusão o calor é absorvido e a temperatura ira, consequentemente, cair. Além disso, a pressão de vapor M e o liquido A irão cair de acordo com suas curvas de pressão de vapor, que se intersecionam em Mv. Em Ml, o equilíbrio é alcançado e nenhuma outra mudança irá ocorrer; aqui o solido de 1-naftol e a solução de naftaleno em 1-naftol podem coexistir indefinidamente - sendo abaixo da temperatura de fusão do naftaleno puro. Uma maior adição de naftaleno resultará em curvas com pressão de vapor e pontos de fusão mais baixos como M2, M3, etc.; as curvas nesses pontos indicam as temperaturas nas quais o 1-naftol sólido pode coexistir com soluções de teor de naftaleno crescentes. É natural se perguntar até que ponto o ponto de fusão pode decrescer por adições da segunda substancia. A temperatura limite ME é conhecida como ponto eutético; é a temperatura abaixo da qual nem mesmo liquido impuro pode existir. Um resfriamento resultaria na solidificação completa dos dois compostos (VOGEL, 1974).

Figura 1 Gráfico da pressão de vapor do 1-naftol na presença de impurezas

Considerando-se, agora, um caso geral de um sistema no qual dois componentes A e B são completamente miscíveis no estado líquido e as fases sólidas se constituem de componentes puros, pode-se representar a temperatura de fusão da mistura como função da fração molar, conforme o diagrama de equilíbrio da figura 2. O ponto C é chamado de ponto eutético e representa a temperatura na qual o sistema liquido-sólido A-sólido B pode existir em equilíbrio; em resumo, ele traduz a temperatura e a composição do sistema quando ambos os componentes se cristalizam simultaneamente. Uma mistura eutética tem um ponto de fusão fixo como se fosse uma substancia pura, mas ela não é, entretanto, um composto químico definido pois (I) cristais separados dos compostos podem ser vistos sob microscópio e (II) ela raramente corresponde à exata composição de um composto químico simples, sendo, de fato, uma mistura mecânica intima ou um conglomerado de dois componentes sólidos.

Olhando a figura 2, é possível também explicar a faixa de fusão observada por substancias impuras. Considerando que o composto a ser analisado é o A e as impurezas, o composto B, como a fração molar do composto A não é igual a fração eutética, é necessário que se aumente a temperatura lentamente para ocorrer a fusão completa dos dois compostos. Portanto, pode-se afirmar que as impurezas, além de diminuírem o ponto de fusão, fazem com que a temperatura varie muito durante a fusão.

De modo geral, cada 1% de impureza diminui aproximadamente o ponto de fusão de 1oC. Deve-se ressaltar que a porcentagem de pureza é calculada dividindo a quantidade da amostra recristalizada pela massa inicial e multiplicando o resultado por 100%. Os rendimentos na obtenção e na purificação de uma substância são extremamente importantes do ponto de vista econômico, especialmente numa indústria

Figura 2 Diagrama de equilíbrio de uma mistura A+B

(DUVOISIN, 2012). Por isso é tão importante o estudo do ponto de fusão de um composto, visto que este pode determinar facilmente a pureza de uma amostra.

Há vários métodos de determinar o ponto de fusão, entre eles, 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, ou aparelhos de resistência elétrica equipados com termômetros (LENZI, 2004).

Outra forma de se estudar o ponto de fusão de um composto é obter as suas curvas de aquecimento e de resfriamento. Tanto o aquecimento como o resfriamento devem ser lentos, mas, em geral, melhores resultados são obtidos com o resfriamento, pois o controle sobre o calor fornecido é geralmente mais difícil, resultando num aquecimento muito rápido. Para realizar a análise dos dados, é necessária a montagem de um gráfico temperatura versus tempo (DUVOISIN, 2012).

2. OBJETIVOS2.1. Objetivos Gerais

Determinar pontos de fusão utilizando o método gráfico da curva de resfriamento Fazer o gráfico de um fenômeno não-linear Identificar compostos e determinar suas purezas usando pontos de fusão

2.2. Objetivos Específicos

Compreender a influência da presença de impurezas sob o valor do ponto de fusão

Diferenciar compostos puros de impuros observando apenas seus pontos de fusão

Analisar curvas de resfriamento e de aquecimento, fazendo comparações.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. Materiais

2 Bicos de bunsen 2 Argolas de Metal 1 Tripé 1 Tela de amianto 1 Espátula 2 Base de ferro 2 Termômetros 2-Naftol 3 tubos capilares 1 Tubo de vidro grande

Ácido benzóico 1 Vidro de relógio 1 Béquer de 100,0 mL Mistura de 2-naftol e ácido

benzóico (1:1) 1 Garra de Metal 2 Rolha de cortiça Naftaleno Óleo nujol ou vaselina 1 Tubo de Ensaio 1 tubo de Thiele

3.2. Procedimento Experimental

O procedimento foi dividido em duas etapas, consistindo, assim, de dois experimentos diferentes:

3.2.1. Etapa I – Observação do ponto de fusão

Este experimento se constituiu da observação do ponto de fusão do 2-Naftol, do ácido benzoico e de uma mistura dos dois compostos na proporção 1:1.

Em posse de 3 tubos capilares, uma das extremidades de cada um foi aquecida com o bico de bunsen, formando um pequeno nódulo com a finalidade de fechar esta extremidade. Em seguida, com o auxilio da espátula, a amostra pulverizada contida no vidro de relógio, foi empurrada para dentro do tubo, com este na posição horizontal. Em seguida, com o tubo de vidro grande na vertical, largou-se o capilar dentro do tubo. Desta forma, o capilar quicou dentro do tubo, empurrando a amostra para o fundo do capilar graças à força da gravidade. Este procedimento foi realizado até que cada capilar contivesse pelo menos 1cm de espessura da amostra. Deve-se ressaltar que cada tubo continha uma amostra diferente: o 2-Naftol, o ácido benzoico e uma mistura dos dois.

Com os tubos capilares prontos com as amostras, introduziu-se um termômetro em rolha furada até a metade do mesmo. Na extremidade do termômetro, prender o

primeiro capilar a ser analisado, o de 2-Naftol,com o auxílio de uma liga, tomando cuidado de deixar a amostra o mais perto possível do bulbo do termômetro. Então, posicionou-se o termômetro dentro do tubo de Thiele cheio de óleo, de forma que a ponta ficasse exatamente na frente da abertura superior do triângulo.

Com o tubo de Thiele pronto, deu-se inicio à montagem do sistema. Com a base de ferro já montada, adaptou-se uma garra à mesma para fixar o tubo de Thiele, de forma que o termômetro se encontrava preso a este pela rolha. Posicionou-se o tubo sobre o bico de bunsen, de forma que a chama deste ficasse bem abaixo da extremidade triangular do tubo de Thiele, conforme a figura 1.

Esse posicionamento é importante pois, conforme um liquido é aquecido, este fica menos denso. Ao ficar menos densa, a parte quente tende a subir, enquanto a parte fria do liquido desce. O tubo de Thiele permite esse movimento do liquido, garantindo a homogeneidade da temperatura no recipiente. Além disso, ao ser posta a ponta do bulbo sobre a abertura superior, garante-se a medição correta da temperatura, já que estará em contato direto com a massa de liquido quente.

Com o sistema pronto, ligou-se o bico de bunsen, para que este aquecesse lentamente o banho de óleo. O tubo capilar foi observado até o ponto de fusão da amostra, tomando-se o devido cuidado de anotar a temperatura na qual aparece a primeira gota de líquido até a temperatura em que desaparece o restante da porção sólida. Essa faixa de temperatura representa o ponto de fusão para a substância pura usada.

Terminada a primeira amostra, repetiu-se o experimento para os dois outros compostos: o ácido e a mistura.

3.2.2. Etapa II – Curvas de Aquecimento e Resfriamento

a. Curva de Aquecimento:

Deu-se inicio à montagem do sistema. Como o tubo de ensaio contendo o naftaleno e o termômetro estavam prontos previamente e foram disponibilizados para o experimento, restou à equipe apenas a montagem do sistema.

Assim, fixou-se a argola de metal ao suporte universal com a tela de amianto acima do bico de bunsen, a uma distância de 8,0 a 12,0 cm, conforme indicado na figura 1. Com a garra, o tubo de ensaio que contem o naftaleno e o termômetro foi fixado de maneira a ficar dentro do béquer contendo água suficiente para que todo o naftaleno ficasse submerso. Como o naftaleno se encontra inicialmente em estado sólido, é impossível manusear o termômetro que se encontra preso dentro da amostra.

Com o sistema pronto, acendeu-se o bico de bunsen de forma que a água dentro do béquer fosse aquecida lentamente. A partir de 60o C, a temperatura do termômetro foi anotada a cada 30 segundos até que atingisse 90o C. Com o naftaleno fundido, o termômetro ficou solto, permitindo a utilização deste para agitar o liquido. É importante

agitar a mistura para que se possa garantir a homogeneidade da temperatura do liquido.

Ao atingir os 90oC, o bico de bunsen foi desligado, dando-se inicio à nova parte do experimento: determinação da curva de resfriamento.

b. Curva de Resfriamento:

Sem retirar o tubo com naftaleno de dentro do béquer com água, observou-se a temperatura de resfriamento do naftaleno a cada 30segundos até atingir 60oC, tomando-se o cuiddade de utilizar o termômetro para agitar o naftaleno fundido, até ficar sólido.

Quando a temperatura chegou a 60oC, o experimento foi finalizado, desmontando-se todo o sistema e procedendo-se à limpeza do equipamento.

Figura 4 Sistema de aquecimento montado

Figura 3 Tubo de Thiele em aquecimento

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. Etapa I

As temperaturas observadas na 1a etapa do experimento estão dispostas na tabela 1. Deve-se ressaltar erros obtidos foram previamente determinados pelo fabricante do termômetro.

Composto Primeira gota Fusão completa

Faixa de temperatura (oC)

Fusão do composto puro (RAPPOPORT, 1967)

2-Naftol (117,0±0,5)oC (123,0±0,5)oC 117,0 – 123,5 123oCÁcido benzoico (119,0±0,5)oC (124,0±0,5)oC 119,0 – 124,0 122,4oC2-Naftol e ácido benzoico (1:1)

(80,0±0,5)oC (110,0±0,5)oC 80,0 – 110,0 -

Tabela 1. Resultados Experimentais da Etapa I

O primeiro composto a ser analisado foi o 2-Naftol, apesar de que, neste caso, não haveria diferença entre quais dos dois compostos seria usado primeiro, devido a proximidade de pontos de fusão de ambos.

Na forma sólida, o 2-Naftol possuía uma coloração bege. Ao ser pulverizado e colocado dentro do capilar, podia-se notar uma coloração ora bege ora branca, variando no decorrer da altura da amostra. Ao se fundir, o líquido assumiu a cor bege original, ainda que fosse um líquido transparente. Já o ácido benzoico possuía uma coloração branca, quando pulverizado e, ao ser fundido, tornou-se um liquido incolor. E, assim como o acido puro, a mistura dos dois era branca e se tornou incolor quando fundido.

Conforme pode ser visto na tabela, o 2-naftol começou a se fundir a temperatura de 117,0oC. Conforme explanado na introdução, cada 1% de impureza diminui o ponto de fusão em aproximadamente 1oC. Assim, pode-se chegar a conclusão de que a pureza da amostra analisada é de (94,0±0,5)%, segundo a fórmula abaixo (o cálculo do erro foi omitido).

p = 100 - (123-117)*100 = 94%

Analogamente, é possível determinar a pureza da amostra de ácido benzoico:

p = 100 - (122,4-119,0)*100 = 96,6%

Assim, pode-se concluir de que a amostra de 2-naftaleno, com (94±0,5)% é menos pura do que a amostra de ácido benzoico, de (96,6±0,5)%

Analisando-se as estruturas dos dois compostos, pode-se chegar a uma boa explicação para os seus pontos de fusões serem próximos.

Ambas as estruturas tem um elevado valor de fusão graças ao volume da molécula. Quanto maior uma molécula no espaço, maior será seu ponto de fusão. Além disto, o 2-Naftol é o isômero de naftol mais estável, garantindo a ele um ponto de fusão mais elevado que seu isômero, o 1-Naftol, cujo ponto de fusão é 95,5 oC (VOGEL, 1974). Isto ocorre pois, na posição beta, o hidróxido possui mais “espaço” para si, já que se encontra mais distantes dos átomos de hidrogênio ligados ao anel do que estaria na posição alfa (BRUICE, 2003).

Figura 5 Estrutura do 2-Naftol

Figura 6 Estrutura do ácido benzoico

Figura 7 Estrutura do 1-naftol

Entretanto, mesmo possuindo pontos de fusão muito próximos, a mistura dos dois compostos (2-Naftol e ácido benzoico) possui um ponto de fusão muito inferior a seus valores individuais, conforme previsto pela teoria das misturas, previamente explanado. Esta mistura começou a se fundir sob 80,0oC e prosseguiu até 110,0oC.

Deve-se ressaltar, entretanto, que o bico de bunsen utilizado neste experimento estava sujo e, nesta última parte, a chama estava muito forte, fornecendo muito calor ao sistema. Assim, o intervalo de tempo necessário para este intervalo de temperatura foi muito menor do que o tempo necessário para os intervalos das outras duas amostras, o que pode ter interferido na real faixa de fusão da mistura, com um total de 30oC de intervalo. Ou seja, como não foi possível controlar a quantidade de calor fornecida ao sistema, é possível que a fusão completa ocorresse a uma temperatura mais baixa.

No estado líquido, os dois compostos eram miscíveis, uma vez que, após a fusão, pode-se perceber um sistema homogêneo. Sendo assim, é possível afirmar que a mistura pode alcançar um ponto eutético. No experimento realizado, entretanto, a mistura se fundiu sob uma faixa de temperatura, logo, pode-se concluir que o ponto eutético não ocorre sob a fração molar de 0,5 (uma vez que a proporção da mistura é de 1:1, cada composto possui fração molar de 0,5).

No entanto, é provável que, mesmo que fossem realizados outros experimentos, para diferentes valores de fração molar, o ponto eutético não seria atingido, tendo em mente que nenhum dos dois compostos se encontrava 100% puro antes de serem misturados.

Em suma, conforme previsto pela teoria, quanto mais impuro for um composto, menor será o seu ponto de fusão. Prova disto está na mistura 1:1 do 2-naftol e do ácido benzoico. Como existiam grandes concentrações de dois compostos diferentes, o ponto de fusão da mistura caiu drasticamente, se comparado aos pontos de fusão dos compostos puros. Esta mudança no ponto de fusão está diretamente relacionado à pressão de vapor de uma substância.

Quando uma impureza está presente em uma substância, isto significa que novas interações intermoleculares estão presentes entre as moléculas: as interações entre composto-impureza. Graças a isto, as interações intermoleculares originais composto-composto são reduzidas e, com a redução destas, torna-se mais fácil para uma molécula “escapar” para o meio, diminuindo a pressão de vapor parcial. Ou seja, com a presença de novas interações intermoleculares, torna-se mais fácil o rompimento das interações intermoleculares da mistura, sendo necessário, assim, fornecer menos energia para a mudança de fase.

4.2. Etapa II

Durante a realização desta etapa, o bico de bunsen utilizado estava sujo, o que resultou em uma chama relativamente fraca, que só podia ser controlada até certo ponto, resultando em um processo muito mais demorado que o resfriamento. Isto já

evidencia o primeiro problema na construção de uma curva de aquecimento: é muito difícil controlar a quantidade de calor fornecida ao sistema. Assim, a curva de aquecimento não fica tão linear quanto à de resfriamento, realizada a temperatura ambiente, com uma liberação de calor praticamente constante.

Os resultados desta segunda etapa do experimento pode ser observado na tabela 2 e 3, a seguir, e nos gráficos 1 e 2, em anexo., plotados com o auxilio do programa Origin. Os valores dos erros relativos ao tempo se referem não só ao erro do próprio relógio, que não possui muita precisão, como também ao tempo de resposta do operador.

Ao se observar os dois gráficos, pode-se notar que a curva de resfriamento é muito mais linear que a curva de aquecimento. Graças à variação da quantidade de calor fornecida ao sistema pelo bico de bunsen, o gráfico possui um formato mais ovalado do que a curva de resfriamento, que é quase perfeitamente linear. Além disso, o processo de fusão não está tão evidenciado no primeiro gráfico quanto no segundo.

CURVA DE AQUECIMENTOTempo (min) θ (oC)

Tempo (min) θ (oC)

Tempo (min) θ (oC)

Tempo (min) θ (oC)

(0,00± 0,02) (60,0±0,1)

(9,00 ±0,02) (74,2±0,1)

(18,00 ±0,02) (76,5±0,1)

(27,00 ±0,02) (87,5±0,1)

(0,50± 0,02) (61,0±0,1)

(9,50 ±0,02) (74,6±0,1)

(18,50 ±0,02) (76,5±0,1)

(27,50 ±0,02) (87,8±0,1)

(1,00± 0,02) (62,0±0,1)

(10,00 ±0,02) (75,0±0,1)

(19,00 ±0,02) (76,8±0,1)

(28,00 ±0,02) (87,8±0,1)

(1,50± 0,02) (63,0±0,1)

(10,50 ±0,02) (75,2±0,1)

(19,50 ±0,02) (76,9±0,1)

(28,50 ±0,02) (88,0±0,1)

(2,00± 0,02) (64,0±0,1)

(11,00 ±0,02) (75,5±0,1)

(20,00 ±0,02) (77,0±0,1)

(29,00 ±0,02) (88,2±0,1)

(2,50± 0,02) (65,0±0,1)

(11,50 ±0,02) (75,6±0,1)

(20,50 ±0,02) (77,5±0,1)

(29,50 ±0,02) (88,2±0,1)

(3,00 ±0,02) (66,0±0,1)

(12,00 ±0,02) (75,8±0,1)

(21,00 ±0,02) (78,0±0,1)

(30,00 ±0,02) (88,8±0,1)

(3,50 ±0,02) (67,0±0,1)

(12,50 ±0,02) (76,0±0,1)

(21,50 ±0,02) (79,0±0,1)

(30,50 ±0,02) (88,8±0,1)

(4,00 ±0,02) (68,0±0,1)

(13,00 ±0,02) (76,0±0,1)

(22,00 ±0,02) (80,0±0,1)

(31,00 ±0,02) (89,0±0,1)

(4,50 ±0,02) (69,0±0,1)

(13,50 ±0,02) (76,0±0,1)

(22,50 ±0,02) (81,0±0,1)

(31,50 ±0,02) (89,1±0,1)

(5,00 ±0,02) (70,0±0,1)

(14,00 ±0,02) (76,0±0,1)

(23,00 ±0,02) (82,5±0,1)

(32,00 ±0,02) (89,1±0,1)

(5,50 ±0,02) (70,3±0,1)

(14,50 ±0,02) (76,0±0,1)

(23,50 ±0,02) (85,0±0,1)

(32,50 ±0,02) (89,3±0,1)

(6,00 ±0,02) (71,0±0,1)

(15,00 ±0,02) (76,0±0,1)

(24,00 ±0,02) (85,8±0,1)

(33,00 ±0,02) (89,5±0,1)

(6.50 (71,8±0,1) (15,50 (76,0±0,1) (24,50 (86,2±0,1) (33,50 (89,6±0,1)

±0,02) ±0,02) ±0,02) ±0,02)(7,00

±0,02) (72,2±0,1)(16,00 ±0,02) (76,0±0,1)

(25,00 ±0,02) (86,5±0,1)

(34,00 ±0,02) (89,8±0,1)

(7,50 ±0,02) (72,8±0,1)

(16,50 ±0,02) (76,0±0,1)

(25,50 ±0,02) (86,8±0,1)

(34,50 ±0,02) (90,0±0,1)

(8,00 ±0,02) (73,3±0,1)

(17,00 ±0,02) (76,0±0,1)

(26,00 ±0,02) (87,0±0,1)

(26,50 ±0,02) (87,3±0,1)

(8,50 ±0,02) (73,8±0,1)

(17,50 ±0,02) (76,0±0,1)

(26,50 ±0,02) (87,3±0,1)

Tabela 2. Dados obtidos com o aquecimento

Como o composto utilizado é o naftaleno puro, ou seja, com uma porcentagem de impureza desprezível, a curva possui um intervalo onde a temperatura é constante, apesar da variação de tempo. Este intervalo é o ponto de fusão.

Na curva de resfriamento, este intervalo é muito mais definido do que na curva de aquecimento, pois, novamente, a falta de controle na quantidade de calor fornecida ao sistema interfere na variação de temperatura com o passar do tempo. Durante o resfriamento, como a troca de calor ocorre somente com o meio, o gráfico é quase linear, pois a taxa de transferência de calor do sistema com a vizinhança (meio) é

Tabela 3. Dados obtidos com o resfriamento

CURVA DE RESFRIAMENTO

Tempo (min)Temperatura (oC) tempo(min)

Temperatura (oC) tempo(min)

Temperatura (oC)

(0,00± 0,02) (90,0±0,1) (8,50 ±0,02) (76,0±0,1) (17,00 ±0,02) (75,5±0,1)(0,50± 0,02) (89,0±0,1) (9,00 ±0,02) (76,0±0,1) (17,50 ±0,02) (75,0±0,1)(1,00± 0,02) (88,3±0,1) (9.50 ±0,02) (76,0±0,1) (18,00 ±0,02) (74,8±0,1)(1,50± 0,02) (86,7±0,1) (10,00 ±0,02) (76,0±0,1) (18,50 ±0,02) (74,0±0,1)(2,00± 0,02) (85,8±0,1) (10,50 ±0,02) (76,0±0,1) (19,00 ±0,02) (73,8±0,1)(2,50± 0,02) (84,9±0,1) (11,00 ±0,02) (76,0±0,1) (19,50 ±0,02) (73,2±0,1)(3,00 ±0,02) (84,0±0,1) (11,50 ±0,02) (76,0±0,1) (20,00 ±0,02) (72,8±0,1)(3,50 ±0,02) (83,2±0,1) (12,00 ±0,02) (76,0±0,1) (20,50 ±0,02) (71,7±0,1)(4,00 ±0,02) (83,2±0,1) (12,50 ±0,02) (76,0±0,1) (21,00 ±0,02) (70,8±0,1)(4,50 ±0,02) (81,2±0,1) (13,00 ±0,02) (76,0±0,1) (21,50 ±0,02) (69,2±0,1)(5,00 ±0,02) (80,2±0,1) (13,50 ±0,02) (76,0±0,1) (22,00 ±0,02) (68,5±0,1)(5,50 ±0,02) (79,8±0,1) (14,00 ±0,02) (76,0±0,1) (22,50 ±0,02) (67,2±0,1)(6,00 ±0,02) (79,0±0,1) (14,50 ±0,02) (76,0±0,1) (23,00 ±0,02) (65,8±0,1)(6.50 ±0,02) (78,0±0,1) (15,00 ±0,02) (76,0±0,1) (23,50 ±0,02) (64,0±0,1)(7,00 ±0,02) (77,2±0,1) (15,50 ±0,02) (76,0±0,1) (24,00 ±0,02) (62,0±0,1)(7,50 ±0,02) (76,2±0,1) (16,00 ±0,02) (76,0±0,1) (24,50 ±0,02) (61,5±0,1)(8,00 ±0,02) (76,8±0,1) (16,50 ±0,02) (76,0±0,1) (25,00 ±0,02) (60,0±0,1)

praticamente constante, já que a temperatura ambiente é mantida constante. Assim, olhando apenas a curva de resfriamento, é possível identificar rapidamente que o ponto de fusão do naftaleno é igual a 76,0oC, enquanto que a observação da curva de aquecimento não permite uma conclusão tão clara acerca da temperatura.

Outro ponto que deve ser ressaltado no gráfico é justamente o intervalo de tempo em que ocorre a fusão. Na etapa I deste experimento, as amostras eram tão impuras que, durante o processo de fusão, houve variação de temperatura.

No caso do naftaleno, entretanto, a fusão ocorreu à temperatura constante, de forma que esta só passou a variar novamente quando o processo de mudança de fase terminou. Isto apenas evidencia o fato do quão importante é a influência da impureza sobre os processos de mudança de fase.

5. CONCLUSÃO

Para a análise e identificação de um composto desconhecido, é crucial a observação e determinação de suas propriedades físicas. Comparando-se resultados de propriedades experimentais a valores tabelados, é possível definir uma identidade a uma amostra desconhecida. Entre estas propriedades, pode-se ressaltar o ponto de fusão.

Conforme observado neste experimento, o ponto de fusão é um forte indicador de pureza da amostra. Na segunda etapa do experimento, pode-se observar que, como o naftaleno possuía um alto grau de pureza, sua fusão se deu sob temperatura constante enquanto as amostras impuras da primeira etapa ocorreram com variação da temperatura durante todo o processo de mudança de estado. Além disto, quanto mais impura uma amostra, menor o seu ponto de fusão.

Assim sendo, é de vital importância a utilização de métodos analíticos eficazes para determinação dos pontos de fusão, pois, além de servir para a identificação, também são importantes métodos de separação e extração. Entre estes, encontram-se a curva de resfriamento e o uso de capilares.

Os capilares são mais utilizados quando se precisa determinar a pureza de um composto, pois, quanto menor a amostra a ser analisada, mais fácil será a visualização da variação de temperatura durante a mudança de estado. Além disto, justamente por esta precisão, é um método muito importante para a calibração de termômetros.

Já a curva de resfriamento se torna mais eficaz no processo de definição de pontos de fusão. Em grandes quantidades, uma substância possui menores níveis de impureza que possam influenciar na transição de fases. Assim, ao se montar uma curva de resfriamento, é possível a definir claramente um ponto de fusão onde não há variação de temperatura. Deve-se ressaltar, também, que a curva de resfriamento é mais precisa do que a curva de aquecimento, pois não se pode controlar o fluxo de transferência de calor sistema-vizinhança neste último.

6. BIBLIOGRAFIA

ATKINS, P.; LORETTA, J. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Bookman, Porto Alegre, 3a edição, 2006.BALL, D. W. Físico- química, vol 1. São Paulo, Cengage Learning, 2005BRUICE, P. Organic Chemistry. Prentice Hall; 4 edition, 2003.DUVOISIN Jr., S. Apostila de Práticas de Físico-química Experimental. Manaus, UEA, 2012.LENZI, E. et al.; Química Geral Experimental. Rio de Janeiro: Freitas Bastos Editora, 2004.ORIGINLAB. Software de funçoes matemáticas, Origin 8.5.1RAPPOPORT, Z. CRC HANDBOOK of tables for ORGANIC COMPOUND IDENTIFICATION. CRC (The Chemical Rubber Co), Florida, 1964. VOGEL, A. I. Vogel’s textbook of Practical Organic Chemistry including qualitative organic analysis. Longman, London, 1974, 3rd edition.

7.2. Anexo II – Questionário

1. Que se entende por ponto de fusão? Com que finalidade é usado?

Primeiramente, fusão é a passagem de uma substância no estado sólido para o estado líquido sob a ação do calor. Conforme explicado na introdução deste trabalho, o ponto de fusão é a temperatura na qual a substância no estado sólido está em equilíbrio com a substância no estado líquido que dela se obtêm por fusão, e é utilizado principalmente para determinar o grau de pureza de substâncias em análise, partindo do princípio de que substâncias puras têm ponto de fusão bem definidos, por isso, na maioria das vezes tabelados.Valores de temperatura de pontos de fusão obtidos experimentalmente que fogem aos valores da tabela, indicam presença de impureza na substância analisada.As impurezas levam a um abaixamento do ponto de fusão.

2. Procurar na bibliografia indicada o ponto de fusão do α-naftol, do ácido benzóico. Comparar com os resultados obtidos.

Substancia Padronizado Pratica

α-naftol 94ᴼC - 96ᴼC (não foi utilizado o 1-naftol)

Acido benzoico 122ᴼC - 123ᴼC 119,0 ᴼC – 124,0 ᴼC

2-naftol 123oC 117,0oC – 123,5oC

A medição do ponto de fusão para o 2-Naftol, conforme explicitado na seção de

Resultados e Discussão, não se apresentou de acordo com o valor padronizado, encontrado em livros, possuindo um valor de 117,0oC na fusão da primeira gota, ou

seja, uma diferença de 6,0oC, explicitando, assim, um grau de pureza de aproximadamente 94%.

Para o valor obtido na observação do ponto de fusão do ácido benzóico constatou-

se que o valor obtido na prática apresentou uma variação de 3ºC na fusão da primeira

gota, comparado ao valor padronizado, ou seja, a amostra possui aproximadamente 97

de pureza.

3. Por que se recomenda que a determinação do ponto de fusão seja realizada inicialmente com o α-naftol e não com o ácido benzoico?

Porque o ponto de fusão do α-naftol, na teoria, é menor que o do ácido benzoico, sendo assim, fazendo primeiramente a determinação do ponto de fusão do α-naftol, não há necessidade de utilizar um béquer novo, com óleo à baixa temperatura.

4. Tendo em vista a estrutura molecular do α-naftol, do ácido benzóico, apresentar uma explicação para as diferenças de seus pontos de fusão.

Conforme já explicado anteriormente no Resultados e Discussão, pode ser observado nas estruturas moleculares das figuras 8, 7 e 6 que a diferença entre seus pontos de fusão se deve a estabilidade gerada nos compostos pelos grupos presentes, o naftaleno no α-naftol, e o fenil no ácido benzílico.

5. De acordo com o ponto de fusão pesquisado, qual deveria ser a temperatura em que o ácido benzoico passaria do estado líquido para o sólido, ou seja, qual seria o ponto de solidificação o ácido benzoico?

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. Essa relação portanto permite afirmar que a temperatura em que o ácido benzoico passa do estado líquido para o sólido (solidificação), é a mesma temperatura

em que passa do estado sólido para o líquido (fusão), sendo essa temperatura o equivalente a 122° C.

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

Disciplina: Físico-química Experimental

DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FUSÃO DE UMA SUBSTÂNCIA

Data da realização do experimento: 15/03/2012

Turma: EQM_T01 Prof(s). Responsável(is): Dr. Sérgio Duvoisin Jr.

Aluno: Laryssa Gonçalves Cesar

Nota do grupoAluno: Adriano Encarnação Lima

Aluno: Jennyfer Loys Batista Sousa

Aluno: Rayane Cardoso Araujo

Manaus, AM

2010