Com base nos conhecimentos de solubilidade e propriedades físico-químicas de compostos orgânicos, sugira uma rota para a separação de uma mistura dos seguintes compostos: pmetilanilina, ácido salicílico e naftaleno. Faça um fluxograma do procedimento de separação proposto.

Passo 1

O que o enunciado pede: sugerir uma rota (procedimento prático) para separar uma mistura contendo três compostos orgânicos — p‑metilanilina, ácido salicílico e naftaleno — e apresentar um fluxograma do procedimento.
Informações dadas (explicitadas): a mistura contém os três compostos listados; não foram dados solventes nem quantidades, então você deve propor reagentes e sequência adequadas para separá‑los.

Passo 2

Primeiro: quais propriedades físicas/químicas vou usar para separar esses três compostos? Vou explicar devagar porque essa é a parte que decide a estratégia.
  • Propriedade 1 — comportamento ácido/base:
    • p‑metilanilina é uma amina aromática (base). Em presença de ácido forte ela é protonada e vira um sal solúvel em água. Em termos práticos: trata‑se de um composto que se transfere da fase orgânica para a fase aquosa quando se usa ácido.
    • ácido salicílico é um ácido carboxílico (ácido). Em presença de base forte ele é desprotonado (forma o íon salicilato) e fica solúvel em água. Em meio neutro/ácido permanece neutro e solúvel em solvente orgânico apolar/pouco polar.
    • naftaleno é um hidrocarboneto aromático, neutro e apolar; não reage com ácidos ou bases e permanece na fase orgânica.
  • Propriedade 2 — solubilidade em fases orgânicas vs aquosas:
    • Sais iônicos (p.ex. anilínio‑HCl, salicilato de Na+) são hidrossolúveis e praticamente insolúveis em solventes orgânicos típicos.
    • Compostos neutros apolares (naftaleno) e compostos neutros aromaticamente pouco polares (ácido salicílico na forma não ionizada) permanecem em solvente orgânico como diclorometano (DCM) ou éter dietílico.
  • Conclusão prática (resumo): usando extrações ácido/base sequenciais consigo separar a amina (convertendo‑a em sal com HCl) e o ácido (convertendo‑o em sal com NaOH), deixando o naftaleno na fase orgânica. Essa é a ideia central.

Passo 3

Escolha de solventes e soluções (com justificativa e valores úteis):
  • Solvente orgânico para dissolver a mistura inicial: usar \text{diclorometano (DCM)} ou \text{éter dietílico}éí. Recomendo DCM porque é mais denso que água (fica em baixo no funil de separação) e facilita a separação.
  • Ácido para protonar a amina: solução aquosa de \,1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{HCl} (ou HCl diluído ca. \,10\% v/v). Isso converte p‑metilanilina em seu sal solúvel em água.
  • Base para desprotonar o ácido salicílico: solução aquosa de \,1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{NaOH}. Isso forma salicilato solúvel em água.
  • Secante para a fase orgânica: \mathrm{Na_2SO_4} anidro ou \mathrm{MgSO_4}.
  • Volumes e número de extrações: usar extrações repetidas 3\times com volumes menores é melhor que uma extração só com grande volume (ex.: 3\times 20\\ \mathrm{mL} em vez de 1\times 60\\ \mathrm{mL} para obter maior recuperação).
Explicação didática do raciocínio: quando eu agito a mistura orgânica com \mathrm{HCl}, a amina reage:
\text{RNH}_2 + \text{HCl}_{(aq)} \rightarrow \text{RNH}_3^+ \text{Cl}^-_{(aq)}
o sal formado fica na fase aquosa. Depois, ao agitar o orgânico com \mathrm{NaOH},
\text{RCOOH} + \text{OH}^-_{(aq)} \rightarrow \text{RCOO}^-_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}
o sal carboxilato também vai para a fase aquosa. O naftaleno não participa dessas reações e fica no orgânico.

Passo 4

Sequência prática — passo a passo experimental (parte I: remoção da amina):
  1. Dissolver a mistura bruta em DCM (ex.: total ~ 50\\ \mathrm{mL} de DCM para quantidades de escala de laboratório); transferir ao funil de separação.
  2. Extrair com solução aquosa de \,1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{HCl}, agitando e aliviando pressão, repetir a extração 3\times (cada uma com \sim 20\\ \mathrm{mL}). O objetivo: protonar a p‑metilanilina e transferi‑la para a fase aquosa.
  3. Deixar as fases separarem; coletar a fase aquosa ácida (contém o sal da p‑metilanilina). A fase orgânica agora contém naftaleno e ácido salicílico (ambos neutros). Marque/guarde ambas as frações separadas. Obs.: se usar DCM, a fase orgânica é a inferior — confirme pela densidade e observação.
Didática extra sobre separador de fases: o funil tem duas fases; sempre drene com cuidado; identifique qual é orgânica (normalmente DCM = fase inferior); anotar volumes ajuda — sempre etiquetar frascos.

Passo 5

Recuperação da p‑metilanilina (a partir da fase aquosa ácida):
  1. A fase aquosa que contém o sal (anilínio‑Cl−) pode ser basificada cuidadosamente com \,1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{NaOH} até \mathrm{pH}\sim10 (usar papel indicador ou pHmetro). A reação inversa:
\text{RNH}_3^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{RNH}_2 + \text{H}_2\text{O}
  1. Ao liberar a base (p‑metilanilina) ela fica insolúvel em água e volta a ser solúvel em solvente orgânico. Extrair essa solução aquosa alcalinizada com DCM (ou éter) 3\times (ex.: 3\times 20\\ \mathrm{mL}).
  2. Juntar as porções orgânicas, secar com \mathrm{Na_2SO_4} anidro, filtrar e evaporar o solvente sob capela ou com evaporador rotatório para obter a p‑metilanilina (possivelmente líquida/oleosa). Se necessário, purificar por destilação fracionada a vácuo ou por recristalização se sólido.
Didática: a protonação/desprotonação controla a solubilidade da amina; por isso fazemos a sequência HCl → separar → NaOH → extrair.

Passo 6

Remoção do ácido salicílico da fase orgânica (parte II):
  1. À fase orgânica original (que agora contém naftaleno + ácido salicílico neutro) aplicar extrações com solução aquosa de \,1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{NaOH}, 3\times (ex.: 3\times 20\\ \mathrm{mL}). A base converte o ácido salicílico ao seu sal solúvel:
\text{C}_7\text{H}_6\text{O}_3 + \text{OH}^- \rightarrow \text{C}_7\text{H}_5\text{O}_3^- + \text{H}_2\text{O}
  1. Coletar a fase aquosa básica (contém o salicilato de sódio). A fase orgânica remanescente contém, essencialmente, naftaleno (mais alguns traços).
  2. Secar a fase orgânica (contendo naftaleno) com \mathrm{Na_2SO_4}, filtrar e evaporar o solvente para obter o naftaleno bruto. Purificar por recristalização em etanol quente se desejar.

Passo 7

Recuperação do ácido salicílico (a partir da fase aquosa básica):
  1. Acidificar a solução aquosa de salicilato com \,1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{HCl} até \mathrm{pH}\sim1\text{–}2 (ou até sentir turbidez/precipitação). Ao acidificar:
\text{C}_7\text{H}_5\text{O}_3^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{C}_7\text{H}_6\text{O}_3
o ácido salicílico, pouco solúvel em água em pH ácido, precipita.
2) Isolar o precipitado por filtração à vácuo, lavar com pequena porção de água fria e secar. Se preferir, pode extrair com DCM após acidificar, secar e evaporar para obter o ácido. Purificar por recristalização (por exemplo em etanol/água).

Passo 8

Notas práticas finais e controles de qualidade (por que cada etapa é assim e dicas de prova):
  • Ordem das extrações: primeiro ácido para remover a amina, depois base para remover o ácido. Se trocássemos a ordem sem cuidado, poderíamos reprotonar/desprotonar e perder eficiência. Essa sequência evita que o salicilato volte a ser protonado durante a extração ácida da amina.
  • Número de extrações: use 3\times com volumes menores; isso maximiza recuperação por K_d (coeficiente de partição).
  • Secagem: sempre secar a fase orgânica com secante anidro antes de evaporar solvente — evita espuma e perda do produto.
  • Identificação de fases: se usar DCM, fase orgânica é inferior; se usar éter, fase orgânica é superior. Sempre anote.
  • Pureza: se for para prova, descreva que após cada evaporação ou filtração pode haver necessidade de purificação adicional (recristalização ou destilação) e justificar qual.
  • Segurança: trabalhar em capela, usar luvas e óculos, manipular HCl e NaOH com cuidado.

Passo 9

Fluxograma textual do procedimento (representação passo a passo em bloco com setas). Este é o fluxograma pedido, apresentado de forma linear e clara:
Mistura inicial (p‑metilanilina + ácido salicílico + naftaleno) em DCM
↓ dissolver em DCM
↓ extrair com 1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{HCl} 3\times → fase aquosa ácida (contém sal de p‑metilanilina) | fase orgânica (contém ácido salicílico + naftaleno)
Fase aquosa ácida (p‑metilanilina como RNH3+Cl−)
↓ basificar com 1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{NaOH} até \mathrm{pH}\sim10
↓ extrair com DCM 3\times → juntar orgânicos, secar, evaporar → produto: p‑metilanilina
Fase orgânica restante (ácido salicílico + naftaleno)
↓ extrair com 1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{NaOH} 3\times → fase aquosa básica (salicilato) | fase orgânica (naftaleno)
Fase orgânica (naftaleno)
↓ secar e evaporar solvente → produto: naftaleno (recristalizar se necessário)
Fase aquosa básica (salicilato)
↓ acidificar com 1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{HCl} até \mathrm{pH}\sim1\text{–}2 → precipita ácido salicílico
↓ filtrar, lavar, secar → produto: ácido salicílico (recristalizar se necessário)

Resposta

Dissolver a mistura em DCM → extrair com 1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{HCl} ( 3\times) para transferir p‑metilanilina à fase aquosa; basificar essa fase a \mathrm{pH}\sim10 e extrair com DCM ( 3\times) para recuperar p‑metilanilina. A fase orgânica remanescente conterá ácido salicílico + naftaleno; extrair com 1{,}0\\ \mathrm{M}\\ \mathrm{NaOH} ( 3\times) para transferir salicilato à fase aquosa. Secar e evaporar a fase orgânica para obter naftaleno. Acidificar a fase aquosa básica para precipitar ácido salicílico; filtrar e secar para obter ácido salicílico.

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