Suspeita-se que um composto em fusão a 134^{\circ} \mathrm{C} seja aspirina (ponto de fusão de 135^{\circ} \mathrm{C} ) ou uréia (ponto de fusão 133^{\circ} \mathrm{C} ). Explique como é possível determinar se um desses dois compostos suspeitos é idêntico ao composto desconhecido, sem utilizar nenhuma forma de espectroscopia.

Passo 1

O enunciado diz que temos um composto desconhecido cujo ponto de fusão observado é 134^\circ\mathrm{C}. Há duas suspeitas: aspirina (ponto de fusão 135^\circ\mathrm{C}) ou ureia (ponto de fusão 133^\circ\mathrm{C}). A pergunta é: como determinar experimentalmente qual dos dois é idêntico ao composto desconhecido sem usar espectroscopia?
Informações dadas e necessários para a resolução:
  • Ponto de fusão do composto desconhecido: 134^\circ\mathrm{C}.
  • Ponto de fusão da aspirina: 135^\circ\mathrm{C}.
  • Ponto de fusão da ureia: 133^\circ\mathrm{C}.
  • Não é permitida espectroscopia; devemos usar métodos físicos/químicos simples.

Passo 2

Conceito básico — o que é ponto de fusão e como ele se comporta com impurezas (aula rápida e prática).
  • Definição: o ponto de fusão é a temperatura na qual um sólido puro passa a líquido sob pressão constante.
  • Comportamento de substâncias puras: um composto puro costuma apresentar um intervalo de fusão muito estreito (por exemplo, 1^\circ\mathrm{C} ou menos) e um valor reproducível.
  • Efeito de impurezas: se houver impurezas (ou se misturarmos duas substâncias diferentes), o ponto de fusão normalmente se abaixa e o intervalo de fusão se alarga. Isso ocorre porque a presença de outra espécie dá origem a um sistema com comportamento eutético — a mistura começa a derreter a uma temperatura menor do que os pontos de fusão dos componentes puros.
  • Conclusão prática: medir apenas o ponto de fusão do desconhecido nem sempre é conclusivo (especialmente quando os pontos de fusão dos candidatos estão próximos, aqui só 2^\circ\mathrm{C} de diferença). Por isso usamos o teste do ponto de fusão misturado (mixed melting point) para identificar igualdade.

Passo 3

Como medir corretamente um ponto de fusão (passo a passo prático). Importante para a prova — descrevo como fazer e o porquê de cada detalhe:
  • Materiais: amostra em cristais finos, tubo capilar (fechado em uma extremidade), um aparelho de ponto de fusão (tipo Mel-Temp) ou bloco calefator com termômetro calibrado.
  • Preparação da amostra: coloque uma pequena porção de cristais no tubo capilar e compacte levemente para que a coluna de sólidos tenha 2\text{–}3 mm de altura. Não use muito material.
  • Aquecimento: aqueça rápido até cerca de 5\text{–}10^\circ\mathrm{C} abaixo do ponto de fusão esperado, depois reduza a taxa para \approx 1\text{–}2^\circ\mathrm{C}/\mathrm{min} quando estiver próximo do intervalo de fusão. Isso evita aquecimento excessivo e leitura errada.
  • Leitura: anote a temperatura de início da fusão (primeiras gotas ou opacificação) e a temperatura em que a amostra fica completamente líquida; o intervalo entre esses dois valores é o intervalo de fusão. Uma substância pura tem início e fim muito próximos (intervalo pequeno).
  • Por que isso importa: se o seu aparelho for impreciso em \pm 1^\circ\mathrm{C}, uma diferença de 2^\circ\mathrm{C} entre aspirina e ureia exige cuidado — daí a necessidade do teste misto e/ou testes complementares.

Passo 4

Teste do ponto de fusão misturado (mixed melting point) — o método decisivo e a ideia por trás dele (explicação didática).
  • Ideia: mistura-se uma pequena quantidade do composto desconhecido com uma pequena quantidade de um dos compostos suspeitos (razão prática 1:1 em massa), tritura-se bem até ficar homogêneo, e mede-se o ponto de fusão dessa mistura.
  • Interpretação:
    • Se o desconhecido for idêntico ao suspeito misturado, a mistura é essencialmente uma amostra do mesmo composto puro e o ponto de fusão da mistura será praticamente o mesmo e com intervalo estreito.
    • Se o desconhecido for diferente, a mistura normalmente apresenta uma queda acentuada do ponto de fusão e um intervalo de fusão largo (comportamento eutético).
  • Procedimento prático: triture \approx igual massa de desconhecido e de aspirina, meça o ponto de fusão; repita com desconhecido + ureia. Compare os três resultados: ponto de fusão do desconhecido puro, desconhecido+aspirina e desconhecido+ureia.
  • Exemplos de leitura esperada:
    • Se desconhecido = aspirina: medida do desconhecido puro ≈ 134^\circ\mathrm{C} (um grau de diferença pode ocorrer), mistura desconhecido+aspirina ≈ 135^\circ\mathrm{C} com intervalo estreito; mistura desconhecido+ureia → queda e alargamento do ponto de fusão (bem abaixo de 133^\circ\mathrm{C} ou com intervalo grande).
    • Se desconhecido = ureia: comportamento análogo trocando os papéis.

Passo 5

Complemento químico simples (teste fácil, sem espectroscopia) para confirmar a identidade — o teste ácido/base com \mathrm{NaHCO_3}. Ensino o porquê e o como:
  • Por que funciona: aspirina (ácido acetilsalicílico) tem um grupo carboxílico ácido que reage com bicarbonato formando o sal solúvel e liberando \mathrm{CO_2} (efervescência). Ureia não é um ácido carboxílico e não libera \mathrm{CO_2} nessa prova.
  • Reação qualitativa (noção, sem balanceamento detalhado aqui): o ácido carboxílico + \mathrm{NaHCO_3} → sal solúvel + \mathrm{CO_2}\uparrow (bolhas).
  • Procedimento: coloque uma pequena porção da amostra desconhecida em um tubo de ensaio com \sim 1\\ \mathrm{mL} de água; agite; adicione uma gota ou duas de solução saturada de \mathrm{NaHCO_3} (ou uma pitada de bicarbonato sólido e um pouco de água). Observe se há efervescência imediata (liberação de bolhas de gás).
  • Interpretação: efervescência forte e solubilização subsequente → presença de ácido carboxílico → indica aspirina. Ausência de efervescência → indica que não há ácido carboxílico forte (provavelmente ureia).
  • Controle: sempre faça o teste também com amostras conhecidas de aspirina e de ureia ao lado para comparar (controle positivo e negativo).

Passo 6

Protocolo final recomendado (simples, robusto, passo a passo para fazer no laboratório da faculdade — combine física e química para certeza):
  1. Meça o ponto de fusão da amostra desconhecida pura seguindo o procedimento do Passo 3; anote início e fim.
  2. Faça mistura 1:1 (massa) desconhecido + aspirina, triture bem, meça o ponto de fusão da mistura.
  3. Faça mistura 1:1 desconhecido + ureia, triture bem, meça o ponto de fusão.
  4. Compare: se a mistura com aspirina não muda o ponto de fusão (permanece sharp e na mesma faixa), o desconhecido é aspirina. Se a mistura com ureia não muda, o desconhecido é ureia. Se ambas as misturas mostram depressão, pode haver impureza ou problema experimental; repita ou proceda ao Passo 5.
  5. Faça o teste de \mathrm{NaHCO_3}: efervescência → aspirina; nada → ureia. Use isto como confirmação do resultado do mixed melting point.
  6. Repita medições ao menos uma vez para segurança experimental.

Passo 7

Cuidados e armadilhas (dicas de prova e de laboratório — o que pode dar problema e como evitar):
  • Aquecimento rápido demais leva a leitura errada (ponto aparente maior). Por isso reduzir a taxa perto do ponto de fusão.
  • Amostras úmidas ou contaminadas dão intervalos largos; se houver dúvida, cristalize (recristalização) para purificar antes de medir.
  • Como os pontos de fusão estão muito próximos ( 133^\circ\mathrm{C} vs 135^\circ\mathrm{C}), confie mais no mixed melting point combinado com o teste de \mathrm{NaHCO_3} do que numa única medida isolada.
  • Sempre faça controles com amostras conhecidas para checar o aparelho e a técnica.

Resposta

Realizar o teste de ponto de fusão misturado (mixed melting point) do desconhecido com aspirina e com ureia: se a mistura com um dos suspeitos não abaixar nem alargar o intervalo, o desconhecido é idêntico a esse suspeito.
Fazer um teste químico simples de confirmação: adicionar \mathrm{NaHCO_3} (bicarbonato) à amostra em água — efervescência indica aspirina (ácido carboxílico); ausência de efervescência indica ureia.