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DESTILAÇÃO

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DESTILAÇÃO
A separação de líquidos por vaporização e condensação é um processo importante
numa das técnicas mais antigas: a destilação. Há dois pontos a reter:
Vaporização: transforma um líquido num vapor
Condensação: transforma um vapor num líquido
Quando usar uma destilação? Que tipo de destilação?
1. Usa-se uma destilação simples para separar os componentes da mistura quando a
mistura é composta de dois líquidos miscíveis que apresentam pontos de ebulição
inferiores a 150ºC e distantes mais de 25ºC, ou quando as impurezas são não
voláteis.
2. Usa-se uma destilação a vácuo para separar componentes do mesmo tipo do caso
anterior mas em que a temperatura de ebulição dos componentes é superior a 150ºC
à pressão de 1 atmosfera.
3.
A
destilação
fraccionada
serve
para
separar
líquidos
miscíveis
com
temperaturas de ebulição próximas menos de 25ºC, à pressão de 1 atmosfera.
4. Separam-se óleos e outros líquidos insolúveis ou pouco solúveis em água por
destilação por arrastamento de vapor ou hidrodestilação.
A destilação simples:
A destilação simples emprega um balão em aquecimento, no qual é colocada a
mistura. Ligado ao balão está um tubo de vidro, chamado cabeça de destilação. O
tubo de vidro liga-se a um condensador, que servirá para condensar os vapores ao
estado líquido, que então serão recolhidos em recipientes separados. A montagem
será preparada de modo a que o condensador fique inclinado para que o líquido
escorra para o vaso de recolha. Na extremidade superior da cabeça de destilação
está um termómetro para se poder controlar as temperaturas do processo. Os
recipientes de recolha podem ser vasos de Erlenmeyer ou balões. sa-se uma alonga
para dirigir o destilado do condensador para o balão.
A montagem para destilação, passo a passo:
1. Precisas de dois suportes, garras e nozes de fixação e um anel de suporte que
pode ser substituído por mais garras e nozes. Precisas ainda de um balão de fundo
de redondo de tamanho apropriado à amostra que vais destilar. Este balão é uma
das peças mais importantes, uma vez que vai conter a tua preciosa amostra. Não
queres que se parta e percas a amostra (e a boa nota), nem te está a apetecer
limpar a bancada. Verifica o estado do balão. Vê se não tem rachas no fundo (se
tiver, pede outro: um balão de fundo redondo parece uma peça inocente mas podese transformar num perigo. Não te esqueças que o vais aquecer) e se o esmerilado
está perfeitamente limpo. Se não está, limpa-o antes de começares a montagem.
Prende o balão pelo pescoço ao suporte (mais ou menos a meio do suporte) com uma
garra e noz. Se vais usar um banho de água, prende um anel abaixo do balão (no
mesmo suporte). Se vais usar uma manta de aquecimento, é melhor usar um
elevador, sobre o qual colocarás a manta.
2. A tua próxima peça de vidro é uma cabeça de destilação. A cabeça de destilação
encaixa no balão. É só colocá-la lá. Isto é, se as juntas foram compatíveis. Verifica
os números marcados junto dos esmerilados: exemplo 19/26. Esses números indicam
o diâmetro da junta no seu ponto mais largo (19 mm) e o comprimento da junta (26
mm). As juntas só são compatíveis se os números nas duas peças forem os mesmos.
De outra forma, o teu produto vai-se evaporar quando aqueceres o balão.
Uma palavra para a lubrificação das juntas. Estamos a falar de gordura de silicone,
também conhecida por greese. Esquece a greese! Era também o título de um filme
de 1978 com o John Travolta, que provavelmente não viste nem vais querer ver.
A não ser que vás trabalhar a pressões muito baixas ou com bases muito fortes, o
que é pouco provável numa destilação, não precisas de greese. Nem de fita de
Teflon, que é caríssima. Limpa os esmerilados com éter de petróleo, seca-os bem,
verifica a numeração e tudo correrá bem.
3. A próxima peça é o condensador. Há muitos tipos de condensador, já que são
peças usadas não só para destilações mas também para reacções em refluxo. Na
destilação, a sua função é arrefecer os vapores formados por aquecimento e
conduzi-los ao recipiente de recolha, por isso, o mais simples é o melhor.
O condensador tem duas olivas de ligação a mangueiras: a e baixo deve ser a
entrada de água de arrefecimento e a de cima será a de saída de água, de forma a
manter o condensador sempre frio. É sempre boa ideia começar por procurar
mangueiras de comprimento apropriado muito curtas não chegam nem à torneira
nem à pia de esgoto, muito longas e é uma barafunda de mangueiras e cabos
eléctricos das mantas de aquecimento e de diâmetro adequado às olivas do
condensador. Um conselho: liga as tuas mangueiras ao condensador, abre a torneira
(só um bocadinho, não queres muita pressão) e verifica se não há fugas, ANTES de
continuar a montagem. Não há nada tão deprimente como uma hotte ou bancada
inundada, com aparelhos eléctricos em cima, uma quantidade de material de vidro
frágil e quente e um grupo de estudantes em pânico. Prepara uma noz ou um grampo
pesado para pores na ponta da mangueira que despejará água no esgoto. Vais
precisar dela se não a mangueira pode saltar e o cenário de inundação está aí de
novo.
O que foi dito antes acerca das juntas, repete-se aquí. Verifica-as antes, para não
te lamentares depois.
4. O condensador prende-se ao segundo suporte. Dito assim, é fácil, na prática nem
por isso: é que o condensador tem de ficar inclinado. O grau de inclinação é dado
pelo ângulo da cabeça de destilação, que é de vidro e, por isso, é antes de quebrar
que torcer. Sugestão: prende a garra ao suporte de maneira a que fique firme mas
não muito apertado. Prende o condensador à garra (bem firme). Aproxima o
condensador da cabeça de destilação e vai rodando a garra até teres o ângulo certo.
Agora podes encaixar as peças e apertar as nozes. Não te enerves!
A peça seguinte é a alonga. Serve para conduzir o líquido destilado para o recipiente
de recolha. É importante que todo o sistema esteja aberto para a atmosfera, senão
explode! Estamos a produzir vapores por aquecimento de líquidos num sistema de
vidro. A oliva lateral da alonga tanto pode servir como equalizador de pressão se a
recolha for feita num balão que se liga por juntas de esmerilado, como pode servir
para efectivamente baixar a pressão, se for ligada a uma bomba de vácuo (ver
destilação a pressão reduzida).
Aviso: se colocares a alonga na ponta do condensador inclinado sem a prenderes,
não esperes que ela fique lá! Vai cair e partir-se em cima da bancada. Vais ter de a
pagar. É cara.
As peças amarelas na figura são clips de Keck. Podem ser de várias cores,
dependendo dos tamanhos. São muito úteis para manter ligadas as juntas dos vários
elementos de vidro da montagem. Têm um inconveniente: derretem! Por isso lembrate de nunca os usares para ligar o balão à cabeça de destilação: essas são
precisamente as partes que serão fortemente aquecidas. Não tem piada, quando
quiseres desmontar tudo, estares a raspar pedaços de plástico derretido das juntas
de vidro&
5. Antes de fechares este sistema, há que colocar a amostra. É aconselhável
colocar pequenos fragmentos de porcelana porosa dentro da mistura pois, quando
aquecida, ela desprende bolhas de ar. Os fragmentos, chamados regularizadores de
ebulição, têm por função distribuir regularmente o calor pela mistura e evitar a
formação de bolhas grandes. NUNCA coloques regularizadores num líquido quente,
ou vais levar com uma espuma quente em cima.
Da próxima vez que partires um funil de porcelana ou um almofariz, não te apresses
a pôr os cacos no lixo esses cacos são aproveitados para reguladores de ebulição.
6. Usa um funil de haste comprida para deitar a amostra no balão de destilação, se
não vais contaminar a cabeça de destilação com a mistura e comprometer uma boa
separação.
A quantidade de líquido a colocar no balão de destilação também tem que se lhe
diga: se o balão ficar demasiado cheio a área superficial é demasiado pequena para
uma evaporação rápida e a destilação torna-se muito lenta. Se contiver muito pouco
líquido, haverá um volume demasiado grande disponível para os vapores com
resultante perda de eficácia da destilação.
Como referência, enche o balão até meio ou um pouco menos de meio. Se colocares a
tua solução num balão e ficar demasiado cheio ou não suficientemente cheio,
escolhe um balão de outro tamanho.
7. O laboratório pedagógico de Química Orgânica vem gradualmente substituindo os
termómetros de mercúrio por termómetros de álcool por razões de segurança e
impacto ambiental. Os novos termómetros têm ainda a vantagem de ser mais
facilmente visualizados por conterem um líquido vermelho. Tem a grande
desvantagem de ser mais fácil a interrupção da coluna capilar de líquido.
Cuidados a ter com todos os termómetros:
- tratá-los como peças extremamente frágeis.
- não os utilizar em situações em que o aquecimento atinja temperaturas mais
elevadas do que o máximo da escala do termómetro. Se isto acontecer, o
termómetro fica tão inutilizado como se estivesse partido.
- NÃO SACUDIR o termómetro. Isso funciona apenas para os termómetros de
aplicação clínica, que têm um estreitamento do capilar que permite ler a
temperatura vários minutos depois de se tirar o termómetro da fonte calor. No
laboratório, se tirares o termómetro do líquido quente (ou frio) ele volta
rapidamente à temperatura ambiente.
O termómetro é sempre a última peça a colocar porque geralmente é a primeira a
partir&
A posição do termómetro no adaptador é importante: procura que o bolbo do
termómetro fique ligeiramente abaixo da saída lateral para o condensador.
O recipiente de recolha deve ter o tamanho suficiente para recolher todo o
destilado. Podes precisar de vários, um para líquido a destilar, mais um para a
primeira fracção que destila antes da estabilização da temperatura e geralmente
não é aproveitável. Tem-nos prontinhos à mão antes de dar início à destilação. Se
usares balões de fundo redondo (e se fores destilar a pressão reduzida não podes
usar outros) arranja sogras (de cortiça ou plástico) já que os balões não se
aguentam direitos.
8. O sistema de aquecimento do balão de destilação pode ser um banho de água ou
vapor, se a temperatura de destilação a atingir é inferior a 100ºC (caso mais
frequente), ou uma manta de aquecimento como apresentado na figura seguinte.
Quando se necessita de temperaturas mais altas, usa-se uma manta de aquecimento
ou um banho de óleo que é colocado sobre um placa de aquecimento:
Qualquer que seja a fonte de calor, ela deve ficar sempre elevada em relação à
superfície de trabalho, quer através do anel ou de um elevador, para que se possa
retirar e deixar arrefecer o conjunto de destilação, em caso de azar. Repara que a
montagem de destilação tem uma data de peças presas a dois suportes, por uma
quantidade de garras e nozes. Não é prático afastar esta montagem rapidamente da
fonte de calor: a fonte de calor tem de ser facilmente afastada da montagem.
Pensa nisso.
Vais fazer destilações nas hottes ou nas bancadas do laboratório. Em qualquer
destes casos, a torneira de água de arrefecimento e o pio de despejos dessa água
ficarão ATRÁS da tua montagem. Toma atenção à posição das mangueiras. Aliviando
um pouco as juntas, roda suavemente o condensador para que as mangueiras fiquem
fora do caminho e não atrapalhem o trabalho. A fonte de aquecimento tem um
componente eléctrico: vai ter de ser ligada a uma tomada. Nas hottes, as tomadas
estão à frente, nas bancadas estão atrás. Atenção à posição dos fios! Arruma-os de
forma a que não te estorvem.
Fios pendurados na hotte podem ser um perigo: se alguém precisar de tirar algo do
armário por baixo da hotte pode fazer cair a montagem sobre si!
A destilação propriamente dita
Com o aquecimento, a temperatura aumenta até atingir o ponto de ebulição de um
dos líquidos da mistura. Aí mantém-se constante enquanto durar a ebulição. O vapor
do líquido sobe pelo tubo e atinge o refrigerador, condensando-se e caindo no balão
de recolhimento.
Um salto brusco na temperatura indicada no termómetro marca o fim da destilação de um líquido
e o início da destilação do seguinte. É possível, desta maneira, recolher separadamente os
constituintes da mistura original, substituindo os balões de recolha, conforme as indicações do
termómetro.
A destilação a pressão reduzida
Se os componentes da mistura têm pontos de ebulição muito elevados, pode
conseguir-se um abaixamento da temperatura de mudança de estado através de
uma redução da pressão no interior do sistema, bastando para isso ligar a oliva da
alonga a uma bomba de vácuo ou trompa de água.
Como todas as técnicas que usam pressões diferentes da atmosférica, este tipo de
destilação requer que se pense cuidadosamente no procedimento a executar
ANTES de deitar mãos à obra. Justifica-se destilar a pressão reduzida se a
substância que ferve a temperatura elevada corre o risco de se decompor perto
dessa temperatura.
Porém, convém:
- Ter a certeza que uma destilação à pressão atmosférica não é suficiente; não é
mal pensado fazer primeiro uma destilação simples para remover solventes de baixo
ponto de ebulição.
- Determinar a pressão produzida pelo sistema disponível (trompa ou bomba de
vácuo)
- Calcular a temperatura de ebulição da substância à pressão reduzida.
- Garantir agitação do sistema. Reguladores de ebulição podem não ser suficientes.
Se possível, usar uma manta de aquecimento com agitação magnética. Se não, é
melhor optar por um banho de óleo.
- O controle de temperatura é absolutamente crítico. Aplicar vácuo primeiro à
temperatura ambiente e esperar que haja estabilização. Só depois elevar a
temperatura gradualmente.
LEMBRA-TE: primeiro a agitação, depois o vácuo, depois o aquecimento.
- Se decidiste fazer primeiro uma destilação simples, deixa arrefecer o sistema até
à temperatura ambiente antes de aplicar vácuo., caso contrário vais ver a tua
mistura trepar pelo adaptador acima e contaminar tudo.
- Agora sim, vais precisar de greese: unta as juntas de esmerilado com gordura de
silicone de modo uniforme. Quando fechares o sistema vais ver as juntas ficarem
transparentes ao rodá-las suavemente. Sob vácuo, é fácil os materiais chegarem às
juntas e colá-las de forma irreversível, por isso esta lubrificação é indispensável.
- Numa destilação a vácuo não é invulgar recolher o mesmo composto puro num
intervalo de 10-20ºC, principalmente quando se usa uma trompa de água como fonte
de vácuo, já que este é irregular.
Uma destilação a vácuo não é difícil mas requer calma, muita paciência e cuidado
com a linguagem para não ofender os mais sensíveis&
A destilação fraccionada
Quando os componentes da mistura apresentam pontos de ebulição muito próximos,
o mais leve excesso de aquecimento é suficiente para evaporá-los juntos.
Recorre-se então, à destilação fraccionada: nesse caso, a cabeça de destilação é
substituída por uma coluna de fraccionamento. O seu princípio básico: se uma
destilação é bom, duas é melhor e cinquenta melhor ainda. Numa coluna, há muitas
pequenas destilações ocorrendo nas paredes e nas peças de enchimento: o
fraccionamento é fazer com que os vapores percorram o trajecto mais difícil e
longo possível. Dessa maneira, o vapor do líquido menos volátil condensa-se com
maior facilidade em contacto com as paredes frias da coluna, retornando ao balão.
Enquanto isso, o líquido mais volátil é completamente destilado.
Na realidade, a função da coluna é possibilitar uma série de evaporações e
condensações sucessivas, em operações que são favorecidas pela troca de calor
entre o vapor quente que sobe e o líquido mais frio que desce. Uma coluna será
tanto mais eficiente quanto maior a superfície interna de contacto que oferecer
entre líquido e vapor. Quanto menor a diferença entre os pontos de ebulição dos
líquidos, maior deverá ser a altura coluna ou a área de contacto. Com esta finalidade
existe a coluna de Vigreux, constituído por um tubo de vidro com reentrâncias.
Existem vários tipos de coluna de fraccionamento, com anéis de vidro ou em espiral.
Não é inédito usar um condensador de refluxo a fazer as vezes de coluna de
destilação: não deve ser a regra mas serve para desenrascar . Só não se deve usar
água a arrefecer esse condensador, já que o objectivo é fazer com que os vapores
saiam pelo topo da coluna e não que regressem ao balão de destilação. Não tenhas
pressa: numa destilação fraccionada, quanto mais lenta for a destilação, mais
eficiente será a separação dos compostos.
Podes encontrar alguma dificuldade em encontrar colunas com esmerilados
compatíveis com o do balão que vais usar. Se for o caso, procura um adaptador
adequado e coloca-o entre as duas peças:
A grande inconveniência é a montagem extremamente frágil. Como pode ser visto na
figura, o condensador e o termómetro ficam lá nos píncaros e é uma boa ideia
arranjar suporte extra para o vaso de recolha do destilado. Tens que ter atenção
acrescida para que todas as peças estejam firmemente seguras e que a coluna fique
em posição vertical (paralela ao suporte). A torre de Pisa é em Itália e não no
laboratório&
A destilação por arrastamento de vapor
É um processo muito parecido com a destilação simples que se usa quando temos
materiais de alto ponto de ebulição, que se podem decompor se forem muito
aquecidos e que são pouco ou nada solúveis em água. Aquecer na presença de água,
quer vinda de uma fonte externa de vapor, quer colocando essa água no próprio
balão de destilação. Os materiais são vaporizados por arrastamento dos vapores da
água.
A destilação com produção de vapor de água no próprio balão é também chamada de
produção interna de vapor ou hidrodestilação. Este é o método mais usado
principalmente em laboratórios pedagógicos.
A técnica pode ser usada para extrair e separar componentes líquidos a partir de
matrizes sólidas, sendo o exemplo mais comum a obtenção de óleos essenciais a
partir de folhas ou outras partes de plantas.
O material para a montagem de uma hidrodestilação é mostrado na figura seguinte:
O balão de destilação deve conter pelo menos 4 vezes mais agua do que material a
co-destilar:
Alguns aspectos a ter em conta são:
- A água no balão vai ser destilada arrastando pequenas quantidades do(s)
composto(s) orgânico(s): é preciso garantir que o balão nunca seque. Para tal, das
duas uma: ou se arranja maneira de deitar mais agua no balão sem interrupção
significativa da destilação ou se usa um balão de destilação grande em relação à
quantidade de destilado que queremos obter.
- No balão de recolha vão aparecer duas camadas de líquido: uma (a mais abundante)
é principalmente água, a outra (pouca) é principalmente o produto orgânico. Para
descobrir qual é qual, basta juntar água: esta vai-se juntar à camada aquosa. Faz
sentido.
Para isolar a fase orgânica, recorre-se a um processo de extracção com solventes.
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