Você deseja remover os líquidos abaixo de matrizes sólidas utilizando a extração por arraste a vapor. Para quais líquidos essa técnica poderia ser empregada? Obs: considere os líquidos misturados apenas com a matriz sólida, não um com o outro.
Etilenoglicol; 1,4-diclorobenzeno; óleo de soja;
Etilenoglicol; 1,4-diclorobenzeno; óleo de soja;
Passo 1
Você pergunta para quais dos líquidos abaixo a técnica de extração por arraste a vapor (steam distillation) poderia ser empregada quando cada líquido está misturado apenas com a matriz sólida (não entre si):
Etilenoglicol
;
1,4-diclorobenzeno
;
óleo\ de\ soja
. Listo as informações relevantes vindas do enunciado: os três líquidos estão incorporados em matriz sólida (ou seja, precisamos “extrair” o líquido da matriz sem considerar mistura entre os líquidos). A técnica proposta é arraste a vapor (steam distillation). Não foi dada nenhuma outra restrição (como temperatura máxima de processamento), então avaliaremos a aplicabilidade da técnica com base nas características físicas/químicas típicas de cada líquido.
Passo 2
Entendendo, do zero e passo a passo, o que é arraste a vapor e quais são as condições necessárias (aulas rápidas, sem pular etapas):
- Conceito simples: arraste a vapor consiste em fazer passar vapor de água através da amostra (ou aquecê-la em presença de água) para volatilizar e levar junto o composto orgânico desejado, condensar a mistura vapor + vapor d’água e separar depois (normalmente por decantação se os dois líquidos forem imiscíveis).
- Condições necessárias (resumidas e explicadas):
- Imiscibilidade com água: o composto orgânico deve ser essencialmente imiscível (ou muito pouco solúvel) em água. Por quê? Se for completamente miscível, o comportamento de vapor muda e o método normalmente não é eficaz — o composto não forma uma fase orgânica separável na condensação.
- Volatilidade / pressão de vapor suficiente a temperaturas próximas de
: na arraste a vapor o composto não precisa ferver à sua temperatura de ebulição normal; ele pode vaporizar em menor temperatura porque a pressão total do vapor de água somada à sua própria pressão de vapor atinge a pressão externa. A regra prática: o composto deve ter pressão de vapor não desprezível a temperaturas práticas do arraste (por exemplo, até ). - Estabilidade térmica: o composto não pode decompor-se irreversivelmente nas temperaturas envolvidas. Se decompõe, não adianta arrastar vapor.
- Fórmula útil (física por trás, de forma simples): num sistema com vapor de água e o composto orgânico volátil, a pressão total é a soma das pressões parciais:
Quando
pressão atmosférica, ocorre ebulição (destilação) da mistura. Assim, mesmo que
P_{org}
isolada seja pequena (o que corresponderia a um ponto de ebulição alto), somada a
P_{H_2O}
pode alcançar a pressão ambiente e permitir que o orgânico volatilize a temperatura mais baixa.
- Resumo prático: composições imiscíveis, razoavelmente voláteis (ou com pressão de vapor significativa até
) e estáveis ao aquecimento são boas candidatas ao arraste a vapor. Compostos muito polares e miscíveis com água, ou óleos pesados e não voláteis, não são bons candidatos.
Passo 3
Aplicando o critério ao
Etilenoglicol
(aula e raciocínio completo):
- Dados típicos (valores que usamos para julgamento):
- Ponto de ebulição aproximado:
(ou seja, bem acima de ). - Solubilidade em água: miscível em qualquer proporção (ou seja,
Etilenoglicol é completamente solúvel em água). - Pressão de vapor: muito baixa a temperaturas moderadas (portanto não evapora facilmente à temperatura do arraste).
- Ponto de ebulição aproximado:
- Análise passo a passo:
- Porque é miscível em água, na condensação não se forma uma fase orgânica separada que possamos decantar. Isso quebra a principal vantagem do arraste a vapor (separar o orgânico por imiscibilidade após condensação).
- Mesmo se algum co-evaporasse, a pressão de vapor do etilenoglicol a
é pequena, então a eficiência seria péssima; precisaríamos aquecer muito mais (próximo do ponto de ebulição dele), o que frequentemente danifica a matriz sólida ou causa decomposição.
- Conclusão para etilenoglicol: arraste a vapor NÃO é uma técnica adequada. Melhor alternativas: lavagem com solvente polar miscível (ex.: extração com água quente ou solvente protetor), extração Soxhlet com solvente apropriado, etc.
Passo 4
Aplicando o critério ao
1,4-diclorobenzeno
(aula e raciocínio completo):
- Dados típicos (valores usados no raciocínio):
- Ponto de ebulição aproximado:
. - Solubilidade em água: muito baixa (praticamente imiscível).
- Tendência a sublimar/ter vapor pressões não nulas em temperatura ambiente (é um composto relativamente volátil para um halobenzeno; lembramos que é usado como naftaleno em “bolas” para roupas — volatiliza).
- Ponto de ebulição aproximado:
- Análise passo a passo:
- Imiscibilidade com água: satisfeito — ao condensar a fase você provavelmente terá duas fases (água e orgânico) que podem ser separadas por decantação.
- Volatilidade: embora o ponto de ebulição seja
, ele apresenta pressão de vapor suficiente para que, somada à pressão de vapor do vapor d’água, a mistura vaporize a uma temperatura bem menor que . Na prática, muitos compostos aromáticos com pontos de ebulição na faixa podem ser removidos por arraste a vapor porque não são muito solúveis em água e têm pressão de vapor apreciável a . - Estabilidade térmica:
1,4-diclorobenzeno é quimicamente estável ao aquecimento moderado (não sofre hidrólise ou decomposição rápida nessa faixa).
- Conclusão para
1,4-diclorobenzeno : arraste a vapor É uma técnica plausível e com boa chance de funcionar para extrair o composto da matriz sólida. Na prática, costuma-se usar arraste a vapor para remover compostos aromáticos e halogenados pouco solúveis e moderadamente voláteis.
Passo 5
Aplicando o critério ao
Óleo\ de\ soja
(aula e raciocínio completo):
- Natureza do óleo de soja: é uma mistura de triglicerídeos (moléculas grandes, massa molar alta), que são lipídios não voláteis a temperaturas moderadas.
- Características relevantes:
- Ponto de ebulição real: muito alto (muitos triglicerídeos decompor-se-iam antes de ferver; na prática não há um “ponto de ebulição” útil porque a decomposição térmica ocorre).
- Solubilidade: praticamente imiscível em água (isto é favorável), mas…
- Pressão de vapor: praticamente nula a
— não volatiliza.
- Análise passo a passo:
- A imiscibilidade está OK, mas a volatilidade é o problema fundamental. Sem pressão de vapor suficiente, o óleo não será levado pelo vapor de água durante o arraste.
- Pode ainda formar emulsões problemáticas durante a passagem do vapor, o que dificulta separação.
- Conclusão para óleo de soja: arraste a vapor NÃO é adequado. Alternativas mais realistas: extração com solventes orgânicos apolares (hexano, éter), Soxhlet ou extração por fluido supercrítico (
), ou lavagem mecânica da matriz com solvente.
Passo 6
Recapitulando em linguagem prática e dando dica de prova (curta, motivadora):
- Foco para a prova: para decidir na hora, pergunte: “isso é imiscível com água? tem pressão de vapor razoável a
? é termicamente estável?” Se responder sim às três, tenta arraste a vapor; se não, pense em extração com solvente ou outras técnicas. - Aplicando esse teste rápido aos três: Etilenoglicol = miscível e pouco volátil → não; 1,4-diclorobenzeno = imiscível e moderadamente volátil → sim; Óleo de soja = imiscível mas não volátil → não.
Resposta
1,4-diclorobenzeno