O p-xileno é utilizado como matéria-prima para a confecção de fibras de poliéster, sendo um derivado do petróleo. Em uma etapa de sua produção, o p-xileno precisa ser separado de seus isômeros: o-xileno e m-xileno. Estes três isômeros possuem propriedades físicas semelhantes, conforme mostrado na tabela a seguir:
De T eb (K) De Tf(K)
o-xileno 36,838 417,3 13,608 248,1
m-xileno 36,413 412,6 11,577 225,4
p-xileno 36,094 411,8 17,125 286,6
Com base nas propriedades de ebulição e fusão, explique porque a cristalização seria um processo interessante para separar o p-xileno dos demais componentes.

Passo 1

Vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos que separar o p-xileno dos seus isômeros, o o-xileno e o m-xileno, usando as propriedades de ebulição e fusão apresentadas na tabela. O assunto aqui envolve propriedades físicas dos compostos e métodos de separação. Para resolver isso, vamos precisar entender como a cristalização funciona e por que ela pode ser uma boa opção para separar o p-xileno dos outros isômeros.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que são isômeros. Isômeros são moléculas que têm a mesma fórmula molecular, mas estruturas diferentes. No nosso caso, o p-xileno, o o-xileno e o m-xileno têm a mesma composição química, mas diferem na disposição espacial dos átomos.

Passo 3

Agora, vamos analisar as propriedades fornecidas na tabela:
  • Calor de vaporização ( De): Indica a quantidade de energia necessária para transformar uma molécula líquida em vapor. Aqui, todos os isômeros têm valores semelhantes, o que sugere que a destilação pode não ser muito eficiente para separá-los.
  • Temperatura de ebulição ( T eb ): A temperatura na qual o líquido começa a ferver. Os valores são bem próximos: p-xileno (411,8 K), o-xileno (417,3 K) e m-xileno (412,6 K). Isso também dificulta a separação por destilação, pois as temperaturas são muito próximas.
  • Calor de fusão ( De): Energia necessária para transformar uma molécula sólida em líquida. Aqui, o p-xileno tem um valor significativamente maior (17,125 kJ/mol) comparado ao o-xileno (13,608 kJ/mol) e ao m-xileno (11,577 kJ/mol).
  • Temperatura de fusão ( Tf): Temperatura na qual o sólido começa a derreter. O p-xileno tem uma temperatura de fusão mais alta (286,6 K) em comparação com os outros isômeros (248,1 K para o o-xileno e 225,4 K para o m-xileno).

Passo 4

Com base nessas informações, percebemos que as temperaturas de ebulição são muito próximas, o que torna a destilação uma técnica pouco eficiente para separar esses isômeros. Contudo, há uma diferença mais significativa nas propriedades de fusão.

Passo 5

A cristalização é um processo de separação baseado na diferença nas temperaturas de fusão e na solubilidade dos componentes. Quando uma mistura é esfriada, os componentes com temperaturas de fusão mais altas tendem a cristalizar primeiro.

Passo 6

No nosso caso, o p-xileno tem uma temperatura de fusão mais alta e um calor de fusão maior em comparação com os outros isômeros. Isso significa que, ao resfriar a mistura, o p-xileno começará a cristalizar antes dos outros isômeros.

Passo 7

Além disso, a diferença no calor de fusão indica que o p-xileno requer mais energia para mudar de sólido para líquido, reforçando que ele se comporta de forma diferente durante a cristalização.

Passo 8

Portanto, a cristalização pode ser usada para separar o p-xileno dos outros isômeros porque ele vai se cristalizar de forma seletiva devido às suas propriedades de fusão distintas, permitindo que seja isolado dos componentes restantes que permanecem líquidos por mais tempo.

Resposta

A cristalização é um processo eficiente para separar o p-xileno dos isômeros o-xileno e m-xileno porque, devido às suas temperaturas e calores de fusão mais elevados, o p-xileno cristaliza primeiro quando a mistura é resfriada, permitindo sua separação dos outros componentes que permanecem líquidos por mais tempo.

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