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;

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):
    1. 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.
    2. Volatilidade / pressão de vapor suficiente a temperaturas próximas de 100^\circ\mathrm{C}: 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 \sim100^\circ\mathrm{C}).
    3. 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:
P_{\text{tot}}=P_{\text{H}_2\text{O}}+P_{\text{org}}.
Quando \;P_{\text{tot}}= 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 \sim100^\circ\mathrm{C}) 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: \;197^\circ\mathrm{C}\; (ou seja, bem acima de 100^\circ\mathrm{C}).
    • 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).
  • Análise passo a passo:
    1. 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).
    2. Mesmo se algum co-evaporasse, a pressão de vapor do etilenoglicol a 100^\circ\mathrm{C} 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: \;174^\circ\mathrm{C}\;.
    • 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).
  • Análise passo a passo:
    1. Imiscibilidade com água: satisfeito — ao condensar a fase você provavelmente terá duas fases (água e orgânico) que podem ser separadas por decantação.
    2. Volatilidade: embora o ponto de ebulição seja \sim174^\circ\mathrm{C}, 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 \;174^\circ\mathrm{C}. Na prática, muitos compostos aromáticos com pontos de ebulição na faixa \;150\text{-}200^\circ\mathrm{C} podem ser removidos por arraste a vapor porque não são muito solúveis em água e têm pressão de vapor apreciável a 100^\circ\mathrm{C}.
    3. 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 100^\circ\mathrm{C} — não volatiliza.
  • Análise passo a passo:
    1. 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.
    2. 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 ( \mathrm{CO}_2), 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 \sim100^\circ\mathrm{C}? 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

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