Você recebeu uma mistura de dois líquidos
e
. Descreva como você poderia determinar a proporção entre esses líquidos se seu laboratório tiver disponível os líquidos puros A e B .
4-metilanilina (
-toluidina)
4-metilanilina (
Passo 1
O enunciado diz que eu recebi uma mistura de dois líquidos, chamados
e
, e que no laboratório estão disponíveis os líquidos puros
e
. A tarefa é descrever como determinar a proporção entre esses líquidos (fração ou percentagem de
e
na mistura). O enunciado também menciona a substância 4‑metilanilina (p‑toluidina) — vou assumir que essa é pelo menos uma das espécies envolvidas (por exemplo,
= p‑toluidina) e que a outra (
) pode ser qualquer líquido diferente. Informação relevante fornecida:
- Temos a mistura de
e . - Temos os líquidos puros
e como padrões no laboratório. - O composto específico mencionado é 4‑metilanilina (p‑toluidina), que é uma amina aromática (pode ser titulada como base fraca).
O que a questão pede: descrever um procedimento (ou procedimentos alternativos) prático(s) para encontrar a proporção entree na mistura, usando que os puros estão disponíveis.
Passo 2
Escolhendo uma estratégia geral: quando se tem os padrões puros, a forma mais confiável e quantitativa é usar uma técnica que separe as espécies e meça sinais proporcionais à quantidade: cromatografia gasosa (GC) é o método padrão em muitos laboratórios analíticos para misturas de líquidos voláteis/semivoláteis. Se GC não estiver disponível, técnicas alternativas são: espectroscopia
H NMR (integração de sinais), titulação ácido‑base (no caso de uma amina como a p‑toluidina, desde que
não seja também basicamente titulável), ou métodos por propriedade física acompanhados de calibração (densidade ou índice de refração). Vou explicar detalhadamente o procedimento para cada opção, começando pelo GC (recomendado) e depois mostrando NMR, titulação e densidade/refractive‑index como alternativas.
Passo 3
Cromatografia gasosa (GC) — por que usar e visão geral:
Por que: GC separa e
e fornece picos cuja área é proporcional à massa (ou mol) injetada, permitindo quantificação quando se tem padrões puros. Como temos os puros, podemos construir uma curva de calibração ou determinar fatores de resposta. Resumo do fluxo:
Por que: GC separa
- Escolher uma coluna e condições de GC que separem bem
e (teste com amostras dos puros para ajustar tempo de retenção). - Escolher um padrão interno (IS) — um composto que não reaja com
ou , com pico separado, e que você adiciona em quantidade conhecida a todas as amostras e padrões. O IS corrige variações de injeção. - Preparar soluções‑padrão conhecidas: por exemplo preparar várias misturas padrão com frações em massa (ou volume) conhecidas
= , , , , , , de (o resto é ), sempre com a mesma concentração do IS. - Injetar os padrões e registrar as áreas dos picos
, e . - Construir curvas de calibração. A forma mais prática é usar razões área/padrão interno: para
,
onde
é a concentração (ou fração) de
na solução padrão; similar para
.
6. Para a amostra desconhecida, adicionar a mesma quantidade do IS, injetar, medir e
e usar a curva para determinar
.
Observação sobre fatores de resposta: se os detectores não respondem igualmente por mol de e
, você precisa dos fatores de resposta; a calibração com padrões resolve isso automaticamente.
6. Para a amostra desconhecida, adicionar a mesma quantidade do IS, injetar, medir
Observação sobre fatores de resposta: se os detectores não respondem igualmente por mol de
Passo 4
Detalhando como calcular a fração a partir de áreas (GC) — álgebra prática:
Suponha que você usou razão com padrão interno e obteve para os padrões um ajuste linear confiável sem intercepto significativo, então
Suponha que você usou razão com padrão interno e obteve para os padrões um ajuste linear confiável sem intercepto significativo, então
Para a amostra medida, calcule
Se você preferir usar diretamente áreas relativas
e
sem IS, e os fatores de resposta são
e
(proporcionalidade entre área e quantidade), a fração em massa (ou molar, conforme padronizado) de
na amostra é dada por
Os
são determinados a partir das misturas padrões: por exemplo para um padrão onde a fração de
é conhecida você calcula
comparando áreas e quantidades reais.
Passo 5
Exemplo numérico esquemático (GC) — sem números reais, só para fixar o método:
- Prepare padrão com
, meça , . Então . Se isso corresponder a , então . - Para amostra, mede‑se
. Então → de .
Comentário: esse exemplo mostra a mecânica: construir(ou curva) e aplicar à amostra.
Passo 6
Por que: se
Procedimento:
- Dissolver uma quantidade conhecida da mistura em solvente deuterado (ex.: CDCl
), e preparar também espectros dos puros para identificar os sinais. - Identificar um sinal único de
que não se sobreponha a sinais de . Para p‑toluidina, o grupo metila ligado ao anel dá um sinal de prótons (singuleto) em torno de 2,3 ppm; e prótons aromáticos aparecem em regiões distintas — escolha um sinal limpo. - Identificar um sinal único de
que seja limpo. - Medir as integrais
e . Convertê‑las em número de mol de cada componente dividindo pelo número de prótons responsáveis pelo sinal: se o sinal de escolhido corresponde a prótons por molécula, então . - Calcular fração molar de
:
- Converter para fração em massa se necessário usando massas molares
e :
Vantagem: não precisa de curva de calibração se as integrais forem confiáveis; basta identificar picos não sobrepostos.
Passo 7
Titulação ácido‑base — quando é útil e procedimento (aplicável à p‑toluidina):
Por que: p‑toluidina é uma amina primária aromática (base fraca). Se não for uma base (ou não reagir com o titulante), uma titulação com ácido padrão quantifica diretamente a quantidade de p‑toluidina.
Procedimento:
Por que: p‑toluidina é uma amina primária aromática (base fraca). Se
Procedimento:
- Pesar uma alíquota conhecida da mistura
ou medir volume com densidade conhecida. - Dissolver em solvente adequado (ex.: água com co‑solvente se miscível, ou usar extração e transferência para uma solução titrável).
- Titular com solução padrão de HCl de concentração
até o ponto de equivalência (indicador adequado ou pH‑metragem). - Moles de p‑toluidina
. - Converter para massa:
. Então fração em massa:
Limitação: se
também for basicamente titulável, o método não discrimina; nesse caso é necessária separação prévia (ex.: extração seletiva) ou outro método.
Passo 8
Medição de propriedades físicas com calibração (densidade, índice de refração) — método rápido mas menos preciso:
Princípio: muitas propriedades físicas do par +
variam monotonicamente com a composição; se você tem padrões puros e mistura padrão, pode construir curva de calibração experimental (melhor que assumir linearidade). Procedimento:
Princípio: muitas propriedades físicas do par
- Medir densidade de
puro e de puro à mesma temperatura. - Medir densidade da mistura
. - Se for aceitável assumir relação linear (aproximação), usar
- Mas recomendação prática: preparar padrões com frações conhecidas e medir
para construir diretamente a curva e interpolar.
Observação: propriedades podem não misturar linearmente (efeitos de volume de mistura), por isso a calibração experimental com padrões é importante para obter boa precisão.
Passo 9
Comparação prática, escolha do método e cuidados:
- Se houver GC disponível: é o método preferido para mistura de líquidos orgânicos voláteis/semivoláteis. É sensível e específico. Faça padrões, use padrão interno, corrija fatores de resposta.
- Se houver NMR disponível e sinais não se sobrepõem: NMR é muito direto (integração) e não exige separação física; ótimo para compostos que têm sinais característicos (a metila da p‑toluidina é um bom sinal).
- Se p‑toluidina for a única espécie titulável e
for neutro/inerte: titulação ácido‑base é simples e robusta. - Se só houver balança, densímetro ou refratômetro: usar calibração experimental com padrões preparados a partir dos puros.
Cuidados gerais: controlar temperatura (densidade e índice dependem de), repetir medidas para estimar erro, certificar‑se da pureza dos padrões, evitar sobreposição de picos (NMR/GC) e usar padrão interno no GC para maior precisão.
Passo 10
Resumo prático e passo a passo operacional (fluxograma rápido que você pode aplicar em prova ou no laboratório):
- Verifique disponibilidade de equipamentos.
- Se GC disponível: calibrar com padrões, usar padrão interno, medir área dos picos e calcular
por interpolação da curva (ver Passo 3–5). - Se NMR disponível e picos distintos: medir integrais, usar fórmula
e converter para massa se precisar (ver Passo 6). - Se p‑toluidina for titulável e
não: titular e calcular → (ver Passo 7). - Se só tiver instrumentos físicos simples: montar curva de calibração experimental de densidade ou índice de refração usando os puros e interpolar (ver Passo 8).
- Fazer réplicas, controlar temperatura e avaliar incerteza.
Resposta
Melhor método: cromatografia gasosa (GC) com curva de calibração e padrão interno; alternativas viáveis:
H NMR por integrais (se sinais não sobrepuserem), titulação ácido‑base (para p‑toluidina se
não for básica) ou medição de densidade/índice de refração com curva de calibração experimental.