1. INTRODUO Refratometria

A refratometria pode ser considerada um mtodo instrumental, pois utiliza dos princpios analticos desta cincia que envolve fenmenos fsicos, como o de refrao. Este fenmeno resulta na mudana de direo ocasionada pela velocidade da luz (radiao) ao passar de um meio para outro de diferente densidade. A proporo das velocidades e uma propriedade geral da matria conhecida como ndice de refrao. Ela depende do comprimento de onda e temperatura. A equao de SNELL permite obter dados qualitativos e quantitativos que possibilitam identificar e estimar a concentrao de solutos que apresentam o fenmeno da refrao, conforme a equao abaixo:(1)

Onde: = ndice de refrao do meio - em relao ao meio i= ngulo formado pelo raio incidente e a normal r= ngulo formado pelo raio refrato e a normal v1= velocidade da luz no primeiro meio v2= velocidade da luz no segundo meio (1) Para avaliar o ndice de refrao foi criada uma escala chamada Brix. A escala em percentagem Brix (Bx) mostra a porcentagem de slidos solveis contidos em uma amostra. Os slidos solveis contidos e o total de todos os slidos dissolvidos na gua, comeando com acar, sais, protenas, cidos, etc. A leitura do valor medido e a soma total desses. Essa escala percentual calibrada pelo nmero de gramas de acar contidos em 100 g de soluo. (2) Quando se mede o ndice de refrao de uma soluo de acar, a leitura em porcentagem de Brix deve combinar com a concentrao real de acar na soluo. A escala Brix foi originalmente derivada quando Adolph Brix (1798- 1870), recalculada Balling da escala de referencia para uma

temperatura de 15,5 C. A escala Brix foi posteriormente recalculada novamente, e agora usa uma temperatura de referncia de 20 C.(2)

O ndice de refrao varia de acordo com a concentrao do soluto. Ele aumenta linearmente com a concentrao, somente quando esta for expressa por massa por volume.(3) O mtodo refratomtrico usado para medida de slidos solveis, principalmente frutas e produtos de frutas, mas tambm pode ser usado em ovos, cerveja, vinagre, leite e produtos lcteos.(3) Trs raios de radiao monocromtica atravessam um meio de diferentes densidades. Dois so refratados e devem produzir luz no outro lado do meio. Porm o terceiro raio, e todos os outros raios com ngulo de incidncia igual ou maior que o segundo, chamados de raio crtico, no so refratados, mas refletidos (Figura 1). E este ngulo utilizado para medir o ndice de refrao de vrias substncias, pois o ngulo crtico diferente para cada substncia.(4)

Refratmetro Abb

H duas escalas: ndice de refrao e 0 Brix. Antes de qualquer leitura, o refratmetro deve ser calibrado com gua destilada (ndice de refrao = 1,3330 e 0 Brix a 20C). O ndice de refrao varia com a temperatura. Sendo assim, as leituras que no forem realizadas a 20C, necessria uma correo de temperatura (tabelas).(5)

o refratmetro mais comum e mais usado. Apresenta um intervalo de ndices de refrao de 1,3 a 1,7 (preciso de 0,0003 unidades). utilizado com leitura direta e necessita apenas de 1-2 gotas por amostra.(5)

Figura 2: Refratmetro Abb Destilao Simples A destilao um processo de separao de componentes de uma mistura lquida baseado nas diferenas do ponto de ebulio das substncias que as constituem. A destilao pode ser simples a presso normal, simples a presso reduzida, fracionada e por arraste a vapor.(6) Dentro desse contexto existe a destilao simples, que um mtodo utilizado para separar substncias com pontos de ebulio diferentes, levando em considerao que para se obter resultados eficazes, esses valores no podem ser to prximos. A mistura aquecida em um balo de vidro e uma das substncias entra em ebulio. O vapor da mesma passa pelo interior do condensador, que refrigerado com gua corrente. Graas a isso, esse vapor condensa- se. Essa substncia, isenta da outra, recolhida num frasco.

2. OBJETIVOS Objetivo Geral Realizar a separao de dois constituintes de uma mistura por meio do mtodo de destilao simples. Objetivos Especficos - Conhecer o processo de destilao simples; - Separar uma frao de ciclohexano de uma soluo de tolueno; -Construir uma curva analtica; -Determinar frao molar dos constituintes das amostras usando a curva analtica.

3. RESULTADOS E DISCUSSO Para a destilao simples foi preparado inicialmente uma soluo de 100,0 mL contendo 70,0 ml de ciclohexano e 30,0 ml tolueno, resultando em uma soluo 70 % de ciclohexano. Por se tratar de uma destilao, a separao ocorrer por meio das diferenas de volatilidades existentes entre os dois compostos, ou seja, pela diferena dos pontos de ebulio entre os dois constituintes. O ciclohexano tem por ponto de ebulico 81,0oC e o tolueno tem por ponto de ebulio 111,0oC, sugerindo que o ciclohexano mais voltil que o tolueno [7]. Contudo a destilao simples no recomendada nesse caso, pois os pontos de ebulio dos componentes no tem uma variao muito grande entre si cerca de 30,0 oC e acaba afetando a eficincia. A princpio a elevao da temperatura provocou a ebulio do ciclohexano, assim como uma pequena frao de tolueno. Eles passavam para fase de vapor e subiam rapidamente para a cabea de destilao do aparato. Assim que esses vapores quentes entravam em contato com a gua, que estava em uma temperatura razoavelmente menor, o choque trmico propiciava a condensao dos vapores orgnicos. Logo medida que se formava quantidades razoveis de lquidos, estes, por intermdio da fora gravitacional, desciam pelo condensador, que estava inclinado e atingiam os tubos usados para a coleta at um volume de cerca de 5,0 mL. No foi possvel aferir a temperatura do sistema, pois no havia termmetros disponveis para isso. Curva analtica A tabela 1 apresenta os ndices de refrao de cada soluo de diferentes concentraes de ciclohexano e tolueno. O grfico 1exibe a curva analtica e a equao da reta que ilustram a relao entre o ndice de refrao (eixo de ordenadas) e concentrao de ciclohexano (eixo da abscissas).Os valores foram calculados, porm para obter melhores medies na pipeta eles foram arredondados Tabela 1: Curva analtica Frao molar de No moles No moles Ciclohexano Tolueno Ciclohexano (x) Ciclohexano Tolueno Volume Volume (mL) (mL) 0 -0,10 -3 gotas 0,2 0,02 0,08 2.16 8,50 0,4 0,04 0,06 4,33 6,38 0,6 0,06 0,04 6,49 4,25 0,8 0,08 0,02 8,65 2,12 1,0 0,10 -3 gotas -ndice de refrao 1,4946 1,4738 1,4563 1,4521 1,4352 1,4228

De acordo com os dados fornecidos pelo roteiro o ndice de refrao do ciclohexano e do tolueno so, respectivamente, 1,424 e 1,494. A diferena existente entre os obtidos com os fornecidos oconteceram devido ao erro de leitura do operador do equipamento, visando minimizar esse erro, todas as leituras foram realizadas pelo mesmo operador.

Grfico 1: Curva analtica A curva analtica obtida tem a seguinte equao:

Onde: IR= ndice de refrao X= Frao molar O coeficiente de correlao (R2) da funo igual a 0,97646, que um valor aceitvel o que demonstra a aplicabilidade da curva analtica. As concentraes de destilados devem ser calculados isolando-se a abscissa x da equao 1, na qual devem ser substitudos os valores dos ndices de refrao das diferentes alquotas.

Ao se observar o grfico 1 quanto maior a frao molar do ciclohexano menor o ndice de refrao da mistura, podendo ento a partir desse grfico encontrar as fraes de ciclohexano e tolueno presentes na mistura destilada durante a prtica. Resultados da destilao simples Na tabela 2, encontram-se os dados adquiridos para as 18 alquotas obtidas durante a destilao: volume, ndice de refrao e concentrao de ciclohexano. No foi possvel completar as 20 alquotas necessrias, pois o volume de soluo que restava no balo de destilao era muito pouco, haja vista as perdas que ocorreram na troca de tubos pra recolhimento de alquotas.

Tabela 2: Resultados da destilaoAlquota 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Volume (mL) 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 80,00 85,00 90,00 IR -1,4313 1,4307 1,4305 1,4316 1,4326 1,4342 1,4349 1,4342 1,4343 1,4362 1,4367 1,4379 1,4402 1,4416 1,4458 1,4548 1,4698 1,4829

Tabela 3: Fraes molares obtidas a partir da frmulaVolume (ml) 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 80,00 85,00 90,00 Frao Molar de Ciclohexano 0,86 0,87 0,87 0,85 0,84 0,82 0,81 0,82 0,81 0,79 0,78 0,76 0,73 0,71 0,65 0,51 0,29 0,10 Frao Molar de Tolueno 0,14 0,13 0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,18 0,19 0,21 0,22 0,24 0,27 0,29 0,35 0,49 0,71 0,90

A partir dos dados descritos na tabelas 2 e 3, possvel organizar uma disperso associando o IR com frao molar e IR com volume, na qual cada alquota fora coletada. Os grficos 2 e 3 ilustram as disperses individualmente.

Grfico 2: Comparao de curvas de IR vs. Frao Molar Pode-se observar atravs do grfico 2 no houve momento durante a destilao em que a mistura que estava saindo do balo fosse pura em um dos compostos, tendo ao final da destilao a uma frao quase pura de tolueno, haja vista que IR deste composto 1,4946 e o IR da ltima alquota 1,4829, assim a mistura que estava ficando no balo era quase pura.

Grfico 3: Frao molar vs. Volume

Com lquidos de pontos de ebulio prximos, o destilado ser uma mistura destes lquidos com composio e ponto de ebulio variveis, contendo um excesso do componente mais voltil (menor ponto de ebulio) no final da separao [8] como visualizado no grfico 3. Isso comprova que no caso desta mistura seria possvel obter um volume maior de tolueno no balo a partir de uma destilao fracionada devido aos pratos de destilao, alm de o teor de destilado ser muito mais puro desde o incio do procedimento.

4. CONCLUSO Por se tratar de uma destilao simples, no foi possvel perceber com clareza, a partir dos grficos, o ponto exato em que o componente menos voltil passa a ser destilado em uma proporo maior, apenas possibilitando suposies. Em uma destilao simples a mistura lentamente aquecida, permitindo que cada componente evapore de acordo com sua temperatura de ebulio, contudo, como demonstrado pelo comportamento das fraes obtidas em relao sua curva analtica, esse mtodo ineficiente para compostos cujos pontos de ebulio tem uma variao pequena.

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1.Disponvel http://www2.uel.br/pos/engproducao/arquivos/Eduardo_Oliveira.pdf. em 10 de abril de 2012. em: Acessado

2. Skoog & West. Princpios de Anlise Instrumental. Nova York: Holt Reinhardt, 1971.

3. UNIVERSIDADE DE SO PAULO. Programa Educar. Refrao: fundamentos tericos. So Carlos. Disponvel em:

http://educar.sc.usp.br/otica/refracao.htm. Acesso em: 09 de abril de 2012.

4. CECCHI, HM. Mtodos fsicos. In: CECCHI, HM. Fundamentos Tericos e Prticos em Anlise de Alimentos. So Paulo: UNICAMP, 2003; 2 edio.

5.

SP

LABOR

EQUIPAMENTOS

PARA

LABORATRIOS.

Refratmetro e suas diversas aplicaes. So Paulo, 2010. Disponvel em: http://www.splabor.com.br/blog/refratometro/refratometro-e-suas-diversasaplicacoes/. Acesso em: 09 de abril de 2012.

6. RUSSEL, P. Qumica geral. So Paulo: Pearson, 2006. v. 1. 7. Disponvel em: http://www.bbquimica.com.br/bbq/produtos/. Acessado em 09 de abril de 2012. 8. MONK, P. Physical Chemistry: Understanding our chemical world. Manchester: Wiley, 2004.

QUESTIONRIO 1 Por que a destilao simples no usada na separao de lquidos de ponto de ebulio relativamente prximos? R: Porque se os pontos de ebulio forem muito prximos, os gases originados pelas substncias em questo se formaro juntos e o destilado ser composto tambm da subtancia indesejada.

2 Por que no incio da destilao, o balo deve estar cheio a dois teros de sua capacidade? R: Por que este 1/3 deixado com ar, ou seja, um volume de segurana, para que a ebulio do lquido tenha um espao para se desenvolver sem haver a passagem de material no destilado para o balo de recolhimento do produto destilado.

3 Por que perigoso aquecer um composto orgnico em uma aparelhagem totalmente fechada? R: Devido ao fato desses gases originados desse aquecimento desejarem ser expelidos para fora da vidraria, ocasionando uma exploso caso ela esteja fechada.

4 Qual a funo da pedra de porcelana porosa, pedra pomes ou bolinhas de vidro em uma destilao? R: As bolinhas de vidro so comumente usadas no interior do balo para evitar a fervura, ( e no espirrar ) e melhorar a homogenizao das solues a serem destiladas.

5 Por que a gua do condensador deve fluir em sentido contrrio corrente dos vapores? R: Os vapores quentes a serem condensado vo subir pela torre de condensao, logo, melhor que a gua, que vai servir como elemento de troca de calor, tem de fluir de baixo para cima. Dessa forma, assim que os gases quentes na base da coluna encontrem a gua mais fresca, j comeam a trocar calor, e, coluna acima, vo acabar condensando. A gua aquecida vai

sair pelo topo da coluna, onde no existiro mais gases quentes para serem retidos, pois todos esses gases j foram condensados coluna abaixo.

6 Em que casos se utilizam condensador refrigerado a ar? Justifique. R: Quando o ponto de ebulio do composto que se quer separar mais alto que o da gua. Se usar gua como fluido refrigerador, obviamente ela vai entrar em ebulio e o condensador no vai resistir visto que ao invs de ele resfriar ir ebulir.

7 Por que misturas azeotrpicas no podem ser separadas por destilao? R: Porque as misturas azeotrpicas se comportam como se fossem substncias puras em relao ebulio, isto , a temperatura mantm-se inalterada do incio ao fim da ebulio. Isso impossibilita a destilao. Ex: Soluo de lcool e gua 96 G (lcool etlilico a 96% e 4%de gua).

8 Diferenciar destilao simples de destilao fracionada. R: A grande diferena entre esses dois mtodos de separao de substncias basicamente: a destilao simples deve ser usada com substncias que possuam pontos de ebulio bastante distante, j a destilao fracionada pode ser usada na separao de substncias que tenham pontos de ebulio prximos.