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:
Informações dadas no enunciado: apenas o nome do composto — acetanilida.
Perguntas a responder:
- Qual o ponto de fusão teórico (valor de referência para a substância pura)?
- 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
. 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
–
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:
- 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.
- Solvente residual ou umidade: traços de solvente da recristalização ou água absorvida também atuam como impureza.
- 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.
- Quantidade e acondicionamento da amostra no capilar: amostra muito solta, muito compacta ou com bolhas/areia afeta a leitura.
- Calibração do termômetro/aparelho: se o termômetro estiver descalibrado, todo o valor sofre um deslocamento sistemático.
- Decomposição antes da fusão: alguns compostos se degradam em vez de fundir; aí você vê escurecimento, fumaça ou comportamento anômalo.
- 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:
onde:
-
é a depressão do ponto de fusão, isto é (em kelvin), -
é o ponto de fusão da substância pura em kelvin (valor de literatura), -
é o ponto de fusão observado experimentalmente em kelvin, -
é a constante dos gases , -
é a entalpia molar de fusão da substância pura (em J·mol^{-1}), -
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
experimental e souber
da acetanilida (valor de calorimetria encontrado na literatura), você isola
:
Observações práticas:
- Converta temperaturas para kelvin (por exemplo
). - Converta
para (se estiver em kJ·mol^{-1} multiplique por ). - 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: see você medir , então e, com conhecido, você pode calcular . 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:
- Observe a faixa de fusão: se a fusão for alargada (
), indica impureza. - 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.
- 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
). - 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
. 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:
.
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 e confirmada/diagnosticada por teste de fusão mista e/ou recristalização.
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