Recristalização

recristalização

Freqüentemente, o produto desejado de uma reação química faz parte de uma mistura de reação mais complexa, que pode ser composta pelo solvente, materiais de partida e impurezas. Aprender a purificar compostos orgânicos adequadamente é uma técnica valiosa em química orgânica. A recristalização aproveita as diferenças de solubilidade do composto desejado e a impureza no solvente para purificar o produto desejado como um sólido. Existem três métodos padrão de purificação: destilação, extração e recristalização.

solubilidade

A solubilidade de uma substância é a quantidade máxima que se dissolve em um volume fixo de um determinado solvente a uma determinada temperatura. Soluto diferente Os solutos podem ter características definidoras que se prestam a serem explorados para recristalização. Os compostos exibem um dos seguintes comportamentos em um solvente. Primeiro, o composto pode ser insolúvel ou ter solubilidade muito baixa no solvente em todas as temperaturas. Em segundo lugar, o composto pode ser solúvel no solvente em temperaturas mais altas. Terceiro, o composto pode ser solúvel no solvente em todas as temperaturas.

Um fator importante para determinar se um soluto se dissolve em um solvente e forma uma solução é a força e o tipo de forças intermoleculares entre o soluto e o solvente. A regra geral é "semelhante dissolve semelhante", o que significa que substâncias com tipos semelhantes de forças intermoleculares se dissolvem umas nas outras. Por exemplo, substâncias polares, como sal de cozinha (NaCl), dissolvem-se bem em água polar.

Outro fator chave que melhora a solubilidade é a temperatura. Para muitas substâncias, a solubilidade aumenta muito em temperaturas mais altas. Isso se deve ao fato de que o aumento da energia cinética em temperaturas mais altas quebra as forças intermoleculares do soluto que mantêm as moléculas juntas. Isso é visto na vida cotidiana. Por exemplo, sabemos que o sal de cozinha (NaCl) se dissolve bem na água; no entanto, mais se dissolve em temperaturas mais altas do que em temperaturas mais baixas.

Qualitativamente, uma solução é considerada insaturada se a quantidade máxima de soluto dissolvido ainda não tiver sido atingida. Quando o soluto máximo possível se dissolver, a solução está saturada. Uma solução supersaturada contém mais soluto dissolvido do que a quantidade máxima possível em condições normais.

recristalização

A recristalização aproveita as diferenças de solubilidade entre o produto desejado e os contaminantes em altas temperaturas. O primeiro passo da recristalização é dissolver a mistura do produto em um volume mínimo de solvente aquecido que ainda resulta em uma solução saturada - mas não supersaturada. Em seguida, a solução é resfriada à temperatura ambiente, diminuindo a solubilidade do composto desejado e da impureza.

À medida que a solução esfria, a cristalização do componente puro começa, enquanto as impurezas ainda solúveis não. Isso ocorre quando o componente de interesse está em uma concentração significativamente maior do que a impureza. Primeiro, na fase de nucleação, o solvente inicia a aglomeração aleatória das moléculas de soluto, formando o primeiro cristal chamado semente ou núcleo. Em seguida, na fase de crescimento ou cristalização das partículas, mais moléculas são adicionadas à semente, formando um cristal. O cristal contém o composto puro, enquanto a impureza permanece no solvente.

A nucleação ocorre mais rapidamente do que o crescimento de partículas em uma solução supersaturada. Com mais sementes, cada cristal é menor. Assim, se a solução estiver saturada, em vez de supersaturada, menos sementes se formam, resultando em cristais maiores. Aquecer a solução a uma temperatura mais alta antes de resfriar à temperatura ambiente permite a dissolução de uma concentração mais alta de soluto, diminuindo a supersaturação. Além disso, o resfriamento rápido resulta em nucleação rápida, formando muitos cristais pequenos e prendendo a impureza dentro dos cristais. O resfriamento lento é preferido para obter menos cristais maiores.

Uma vez que a solução tenha esfriado à temperatura ambiente e os cristais tenham se formado, a solução é filtrada usando filtração a vácuo. Em seguida, os cristais são deixados secar. A porcentagem de recuperação é calculada dividindo a massa do produto recuperado pela massa do produto bruto.

A recuperação raramente é de 100%, pois a solubilidade do composto em baixas temperaturas determina quanto do composto é cristalizado.

Selecionando um solvente

Para que a cristalização seja eficaz, o solvente ideal deve ser usado. O produto desejado deve ter baixa solubilidade no solvente selecionado à temperatura ambiente, mas alta solubilidade no solvente a uma temperatura mais alta. Idealmente, as impurezas devem ser solúveis no solvente em todas as temperaturas. Assim, quando a mistura é adicionada ao solvente em alta temperatura, o produto desejado e as impurezas se dissolvem prontamente.

À medida que a solução é resfriada, a solubilidade do produto desejado diminui e a cristalização começa a ocorrer, formando produto purificado. Ocasionalmente, as impurezas podem permanecer insolúveis no solvente de escolha, mesmo em altas temperaturas. A filtração por gravidade a quente da solução que contém o produto dissolvido pode remover as impurezas sólidas. O produto pode então ser recristalizado resfriando a amostra.

Idealmente, o solvente a ser usado deve ser capaz de ferver a uma temperatura bem abaixo do ponto de fusão do produto desejado. O solvente também deve ser inerte e não reagir com o produto purificado desejado.

Referências

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). Química e Reatividade Química. Belmont, CA: Brooks / Cole, Cengage Learning.
2. Silberberg, M.S. (2009) Química: A Natureza Molecular da Matéria e da Mudança. Boston, MA: Colina McGraw.
3. Harris, D.C. (2015). Análise Química Quantitativa. Nova York, NY: W.H. Freeman and Company.