Questão 5. Um químico dissolveu três substâncias puras (A, B e C) em um mesmo solvente, formando uma mistura homogênea. Após separá-las e purificá-las, ele organizou os dados a seguir:
Composto
Ponto de fusão (
)
Ponto de ebulição (
)
Solubilidade em água
Condutividade (em solução aquosa)
A
801
1413
Alta
Alta
B
-95
56
Baixa
Nula
C
110
220
Alta
Baixa
Após isso, todas as substâncias foram submetidas a dois processos: Recristalização e solidificação (após fusão). A substância C apresentou diferentes aspectos visuais após cada um destes dois processos, além de diferentes propriedades físico-químicas:
Qual método de separação poderia ser utilizado para isolar as substâncias dessa mistura? Justifique com base nas informações apresentadas.
| Composto | Ponto de fusão (
|
Ponto de ebulição (
|
Solubilidade em água | Condutividade (em solução aquosa) | |
| A | 801 | 1413 | Alta | Alta | |
| B | -95 | 56 | Baixa | Nula | |
| C | 110 | 220 | Alta | Baixa |
Qual método de separação poderia ser utilizado para isolar as substâncias dessa mistura? Justifique com base nas informações apresentadas.
Passo 1
O enunciado pergunta: “Qual método de separação poderia ser utilizado para isolar as substâncias dessa mistura? Justifique com base nas informações apresentadas.”\n
Dados relevantes fornecidos (copiados da tabela):\n
Dados relevantes fornecidos (copiados da tabela):\n
- Composto A: ponto de fusão
, ponto de ebulição , solubilidade em água: alta, condutividade em solução aquosa: alta.\n - Composto B: ponto de fusão
, ponto de ebulição , solubilidade em água: baixa, condutividade: nula.\n - Composto C: ponto de fusão
, ponto de ebulição , solubilidade em água: alta, condutividade: baixa.\n
Informação extra do enunciado: a substância C apresentou aspectos visuais diferentes quando obtida por recristalização e quando obtida por solidificação (após fusão), e também propriedades físico‑químicas diferentes nesses dois procedimentos (isto sugere que C pode apresentar formas cristalinas diferentes — “polimorfismo” — dependendo do modo como cristaliza).
Passo 2
Análise estratégica (por que podemos separar): identificar propriedades que permitem separar os três compostos.\n
- Diferença de solubilidade em água: A e C são solúveis em água (alta), B tem solubilidade baixa — isso permite separar B do grupo A+C por extração aquosa (ou lavagem) ou por simples decantação/filtração se B for imiscível com a fase aquosa/solvente.\n
- Diferença grande de volatilidade/temperatura de ebulição: B tem
(muito volátil), C tem (moderadamente volátil), A tem (praticamente não volátil em condições de laboratório). Isso abre via para destilação fracionada para separar B e C se necessário.\n - Condutividade em solução aquosa: A tem alta condutividade (indicando que em solução é um eletrólito forte, provavelmente iônico), C tem baixa condutividade (molecular polar talvez). Esta diferença ajuda a escolher solventes/condições em que um permanece em solução e o outro precipita/cristaliza.\n
Conclusão strategy: primeiro separar B (por ser pouco solúvel em água e muito volátil) usando extração com água e/ou destilação; depois separar A e C aproveitando que ambos são solúveis em água mas têm comportamento diferente ao cristalizar (C cristaliza como sólido molecular, A é um sal iônico duradouro em solução).
Passo 3
Etapa prática 1 — separar B do restante (usar extração líquido–líquido seguida de recuperação): explicação didática\n
- Conceito rápido: extração líquido–líquido separa substâncias segundo sua preferência por duas fases imiscíveis (normalmente uma aquosa e outra orgânica). Se uma substância é pouco solúvel em água (B), ela fica preferencialmente na fase orgânica; substâncias com alta solubilidade em água (A e C) vão para a fase aquosa.\n
- Procedimento sugerido: colocar a mistura (no solvente original, se for orgânico volátil; caso o solvente original seja água, inverter a lógica e usar um solvente orgânico imiscível) em um funil de separação; lavar/extrair com água destilada várias vezes. Após agitação e repouso, separar as fases: a fase orgânica conterá principalmente B; a fase aquosa conterá A e C.\n
- Recuperação de B: evaporar o solvente orgânico da fase orgânica ou submetê‑la a destilação fracionada (destilar a
para obter B puro). Justificativa: o ponto de ebulição de B ( ) permite obtenção por destilação simples/ fracionada sem afetar C ou A (estas são muito menos voláteis ou não volatilizam nas mesmas faixas).
Passo 4
Etapa prática 2 — separar A e C a partir da fase aquosa: princípio e escolha do método\n
- Resumo do princípio: A e C estão agora na solução aquosa porque ambos têm solubilidade alta em água. Mas eles diferem em natureza: A comporta‑se como eletrólito forte em solução (alta condutividade) — ou seja, é iônico; C comporta‑se como composto molecular solúvel (baixa condutividade) e tem ponto de fusão e ebulição relativamente baixos (
e ).\n - Método sugerido: cristalização fracionada (recristalização seletiva) ou resfriamento controlado da solução para precipitar C, seguido de filtração. Justificativa: muitos compostos moleculares solúveis têm solubilidade fortemente dependente da temperatura — dissolvem bem em água quente e precipitam ao esfriar lentamente. Compostos iônicos solúveis (A), especialmente sais com alta solubilidade, tendem a permanecer mais solúveis ao esfriar (ou precisam de remoção por evaporação ou troca iônica para precipitar). Portanto, ao dissolver novamente a mistura aquosa em pequena quantidade de água quente (ou garantir que esteja em temperatura elevada) e depois resfriar lentamente, C tende a cristalizar primeiro como cristais (recristalização), enquanto A tende a permanecer no sobrenadante.\n
- Procedimento detalhado: aquecer a solução aquosa para dissolver tudo (se necessário) em volume mínimo de água; filtrar quente se houver impurezas; deixar resfriar lentamente à temperatura ambiente e depois em banho de gelo para favorecer formação de cristais de C; coletar C por filtração a vácuo; lavar os cristais com pequena porção de água fria para remover traços de A.\n
- Observação sobre o enunciado: o fato de C apresentar aparência diferente quando obtida por recristalização vs solidificação (após fusão) não impede a separação — pelo contrário: reforça que C forma cristais bem definidos ao recristalizar, o que facilita sua separação por filtração. A solidificação rápida pode gerar forma amorfa ou outro polimorfo, mas a recristalização controlada tende a dar cristais purificáveis.
Passo 5
Etapa prática 3 — recuperação final de A e purificação adicional\n
- Depois de filtrar os cristais de C, a filtrado (solução aquosa) conterá principalmente A dissolvido (eletrólito) e pequenas impurezas solúveis.\n
- Para isolar A: evaporar a água do filtrado ao vácuo ou em banho‑maria (com cuidado) até obter o sólido A; como A tem ponto de fusão muito alto (
) e alto ponto de ebulição ( ), a evaporação da água é a forma prática de obter o sal/composto iônico sem degradá‑lo. Alternativamente, precipitar A adicionando um contraíon apropriado (se soubermos a natureza iônica) ou ajustando pH, mas isso exige conhecimento adicional do composto; a evaporação é método geral e simples.\n - Purificação extra (se necessária): para A, secagem em estufa e, se for sal, lavagem com solvente orgânico para remover traços orgânicos; para C, se os cristais obtidos ainda tiverem impurezas, repetir a recristalização (mesma lógica).\n
- Confirmação de pureza: medir condutividade da solução de A (deve ser alta), ponto de fusão de A (muito alto) e de C (aprox.
), e/ou espectroscopia, conforme exigido.
Passo 6
Resumo didático das técnicas usadas e por que cada uma foi escolhida (mini‑aula rápida)\n
- Extração líquido–líquido: usada quando substâncias têm solubilidades diferentes em duas fases imiscíveis; aqui separa B (pouco solúvel em água) de A e C (muito solúveis).\n
- Destilação: usada para recuperar compostos voláteis (B tem
); destilação simples/fracionada é adequada para separar substâncias com grandes diferenças de ponto de ebulição.\n - Recristalização / cristalização fracionada: método de purificação baseado na forte dependência da solubilidade com a temperatura; moléculas que formam cristais estáveis (C) precipitam ao esfriar, permitindo separação de sais iônicos solúveis (A) que permanecem em solução.\n
- Evaporação da fase aquosa: método prático para recuperar sais iônicos não voláteis (A) após remoção de compostos cristalizáveis (C).\n
Essas técnicas em sequência (extração → recuperação/distilação de B → recristalização para obter C → evaporação para obter A) exploram exatamente as propriedades dadas: solubilidade, pontos de ebulição e condutividade.
Passo 7
Observações finais, dicas práticas e motivação\n
- Ordem prática recomendada no laboratório: 1) transferir a mistura para funil de separação; 2) extrair com água várias vezes; 3) evaporar/ destilar a fase orgânica para obter B; 4) concentrar a fase aquosa quente e recristalizar para obter C; 5) evaporar a água do filtrado para obter A.\n
- Dica sobre C: devido ao polimorfismo mencionado (mudança de aspecto por recristalização vs solidificação), controle a taxa de resfriamento para obter cristais bem formados (resfriamento lento favorece cristais grandes e puros).\n
- Você consegue — parece muita coisa, mas a sequência é lógica: separa primeiro pelo que é mais fácil (solubilidade), depois pelo que sobrou (cristalização, evaporação). Vai dar certo se seguir cada passo com calma.
Resposta
- Extrair a mistura com água (extração líquido–líquido): B permanece na fase orgânica (baixa solubilidade em água), A e C passam para a fase aquosa (alta solubilidade).\n
- Recuperar B pela evaporação do solvente orgânico ou por destilação simples/fracionada (ponto de ebulição de B
).\n - Concentrar a fase aquosa e recristalizar/resfriar lentamente para precipitar C (cristalização fracionada); filtrar para isolar C.\n
- Evaporar o filtrado aquoso para secar/recuperar A (composto iônico não volátil, alta condutividade em solução).