Qual o ponto de fusão teórico da acetanilida? Compare com aquele obtido experimentalmente e justifique, se existir, a diferença entre eles:

Passo 1

Enunciado e o que se pede: queremos saber qual é o ponto de fusão teórico da acetanilida e comparar esse valor com o ponto de fusão obtido experimentalmente, justificando qualquer diferença observada.
Informações dadas no enunciado: apenas o nome do composto — acetanilida.
Perguntas a responder:
  1. Qual o ponto de fusão teórico (valor de referência para a substância pura)?
  2. Se o valor experimental for diferente, por que isso pode acontecer?

Passo 2

Definição curta do que é “ponto de fusão teórico” e qual valor vamos usar: o “ponto de fusão teórico” é o valor de referência (literatura) para uma amostra pura, medido sob condições padrão (pressão atmosférica). Para a acetanilida o valor de referência geralmente encontrado em tabelas é 114\text{–}116^\circ\mathrm{C}. Este intervalo é o que vou chamar de ponto de fusão teórico (ou valor de literatura) da acetanilida.

Passo 3

O que significa um valor “teórico” / de literatura na prática: um composto puro tende a fundir numa faixa muito estreita (tipicamente 1 2^\circ\mathrm{C} de largura) muito próxima do valor de literatura. Se a amostra é impura, o valor medido tende a:
  • diminuir (fundir em temperatura mais baixa), e
  • ficar mais alargado (faixa de fusão maior).
    Isso é algo que você observaria na prática no capilar do aparelho de ponto de fusão ou num aparato de aquecimento controlado.

Passo 4

Causas experimentais comuns para diferença entre valor teórico e experimental — explicações didáticas e intuitivas:
  1. Impurezas: a presença de outra substância misturada causa depressão do ponto de fusão (efeito coligativo) e alargamento da faixa. É a causa mais comum. Imagine sal numa mistura de gelo: faz o gelo derreter a uma temperatura menor.
  2. Solvente residual ou umidade: traços de solvente da recristalização ou água absorvida também atuam como impureza.
  3. Aquecimento muito rápido: se você esquenta rápido demais, o sistema não está em equilíbrio e o ponto de fusão parece mais alto ou a leitura fica imprecisa; perto da fusão é importante aquecer devagar.
  4. Quantidade e acondicionamento da amostra no capilar: amostra muito solta, muito compacta ou com bolhas/areia afeta a leitura.
  5. Calibração do termômetro/aparelho: se o termômetro estiver descalibrado, todo o valor sofre um deslocamento sistemático.
  6. Decomposição antes da fusão: alguns compostos se degradam em vez de fundir; aí você vê escurecimento, fumaça ou comportamento anômalo.
  7. Polimorfismo: o composto pode existir em formas cristalinas diferentes que fundem a temperaturas distintas. Menos comum para acetanilida, mas possível em outros compostos.

Passo 5

Explicação teórica (quantitativa) da depressão do ponto de fusão por impureza — fórmula e significado das variáveis. Para uma solução ideal com pequena fração molar de impureza, a depressão do ponto de fusão pode ser aproximada por:
\Delta T \approx \frac{R\,T_{f,0}^{2}}{\Delta H_{\text{fus}}}\,x_{\text{imp}}
onde:
  • \Delta T é a depressão do ponto de fusão, isto é \Delta T = T_{f,0}-T_{f,\text{obs}} (em kelvin),
  • T_{f,0} é o ponto de fusão da substância pura em kelvin (valor de literatura),
  • T_{f,\text{obs}} é o ponto de fusão observado experimentalmente em kelvin,
  • R é a constante dos gases \,R=8{,}314\\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}},
  • \Delta H_{\text{fus}} é a entalpia molar de fusão da substância pura (em J·mol^{-1}),
  • x_{\text{imp}} é a fração molar da impureza (assumindo diluição).
Essa fórmula vem da termodinâmica (equilíbrio sólido–líquido e aproximação de solução ideal) e é válida para impurezas em pequena concentração.

Passo 6

Como usar a fórmula para estimar a quantidade de impureza (procedimento passo a passo): se você medir um \Delta T experimental e souber \Delta H_{\text{fus}} da acetanilida (valor de calorimetria encontrado na literatura), você isola x_{\text{imp}}:
x_{\text{imp}} \approx \frac{\Delta T\,\Delta H_{\text{fus}}}{R\,T_{f,0}^{2}}.
Observações práticas:
  • Converta temperaturas para kelvin (por exemplo 114^\circ\mathrm{C}=387{,}15\\ \mathrm{K}).
  • Converta \Delta H_{\text{fus}} para \mathrm{J\,mol^{-1}} (se estiver em kJ·mol^{-1} multiplique por 1000).
  • O resultado é fração molar; para obter porcentagem em massa é preciso conhecer as massas molares do soluto e da impureza (ou assumir massa molar semelhante para uma estimativa grosseira).
    Exemplo qualitativo: se T_{f,0}=114^\circ\mathrm{C} e você medir T_{f,\text{obs}}=110^\circ\mathrm{C}, então \Delta T=4\\ \mathrm{K} e, com \Delta H_{\text{fus}} conhecido, você pode calcular x_{\text{imp}}. Mesmo sem números precisos aqui, esse é o procedimento que se aplica.

Passo 7

Como diagnosticar na prática se a diferença experimental vem de impureza: procedimentos rápidos e práticos que você pode fazer na prova-laboratório:
  1. Observe a faixa de fusão: se a fusão for alargada ( >2^\circ\mathrm{C}), indica impureza.
  2. Teste de fusão mista (mixed melting point): misture uma pequena quantidade da sua amostra com acetanilida pura (proporção ~1:1) e meça o ponto de fusão; se o ponto permanecer igual ao puro, provavelmente é a mesma substância pura; se cair/largar, sua amostra está impura ou é diferente. Este é o teste clássico para identificar impurezas.
  3. Recristalizar a amostra: se após recristalização o ponto se aproxima do valor de literatura e a faixa se estreita, então a queda anterior foi devida a impurezas.

Passo 8

Dicas práticas para obter um valor experimental mais próximo do teórico (aquelas que você pode aplicar imediatamente na bancada):
  • Recristalize a amostra uma vez (ou mais) para purificá-la.
  • Seque bem a amostra (evitar solvente residual).
  • Calibre o aparelho de ponto de fusão ou o termômetro (usar padrões como benzoína, benzoato de sódio, etc.).
  • Use pequena quantidade no capilar, compacto uniformemente, aqueça devagar (principalmente nos últimos 10^\circ).
  • Observe se há decomposição (cor muda, cheiro, fumaça) antes de concluir que é fusão.

Passo 9

Resumo final das conclusões (pronto para checar na prova): o valor de referência para a acetanilida é 114\text{–}116^\circ\mathrm{C}. Se o valor experimental que você obteve for diferente (especialmente menor e com faixa mais larga), as justificativas mais prováveis são impurezas (incluindo solvente residual), erro de calibração do termômetro, aquecimento muito rápido, acondicionamento incorreto da amostra ou decomposição/polimorfismo. Para quantificar a impureza pode-se usar a relação termodinâmica apresentada no Passo 5.

Resposta

Ponto de fusão teórico (literatura) da acetanilida: 114\text{–}116^\circ\mathrm{C}.
Comparação com experimental e justificativa: se o experimental for menor e/ou mais alargado, isso geralmente indica presença de impurezas (depressão do ponto de fusão), solvente residual, aquecimento rápido, má calibração do termômetro ou decomposição; a depressão pode ser estimada pela fórmula \displaystyle \Delta T\approx\frac{R\,T_{f,0}^{2}}{\Delta H_{\text{fus}}}\,x_{\text{imp}} e confirmada/diagnosticada por teste de fusão mista e/ou recristalização.

Exercícios relacionados