Ponto de Ebulição E Ponto de Fusão

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Universidade Regional de Blumenau Departamento de Engenharia Química

Laboratório de Química Orgânica V e Experimental

Boletim Técnico

Determinação de Constantes Físicas em Compostos Orgânicos

Tainara Luíza Wiggers e Vanessa dos Santos Furtado

Resumo

As propriedades das substâncias podem ser físicas e químicas, conhecidas também como propriedades específicas, por isso são usadas para encontrar substâncias químicas questionáveis. Entre as propriedades físicas utilizadas, o ponto de fusão e o ponto de ebulição são os critérios básicos para determinar a pureza das substâncias orgânicas. Cada substância tem seu valor: o Ponto de Ebulição (PE) da água está a 100°C ao nível do mar. Se mudarmos a pressão, o valor mudará, ou seja, se aumentarmos a pressão, o PE também aumentará e vice-versa. A temperatura na qual uma determinada substância muda de sólido para líquido sob uma certa pressão é chamada de ponto de fusão (PF), e a temperatura na qual uma substância muda de líquido para gás é chamada de ponto de ebulição. Os compostos analisados na prática realizada no laboratório são Acetanilida e Ácido Benzóico para determinar o seu PF, os valores encontrados respectivamente são, 112-114ºC e 121-123ºC. E para determinar o PE, foi realizado o Tolueno como composto e encontrou um valor de 108ºC.

1. Introdução/Contextualização

Entre as propriedades físicas utilizadas em laboratório, os pontos de fusão e ebulição são os critérios básicos para determinar a pureza das substâncias orgânicas. Essas constantes físicas são propriedades intrínsecas de cada substância, e a faixa de fusão ou ebulição geralmente é um indicador valioso da pureza da amostra. Uma compreensão intuitiva de pontos de ebulição e fusão será útil quando se trabalha no laboratório. Sabe-se que a mudança de fase de um material ocorre quando a energia térmica supera as forças de atração intermoleculares que, por sua vez, são definidas pela estrutura molecular.

Para que o material passe por uma mudança de fase, é necessário promover o aumento da energia cinética das partículas até ultrapassar a força de atração intermolecular. Como a energia cinética é obtida pela conversão da energia térmica, percebemos que, indiretamente, o aquecimento promove a mudança de fase do material.

Como a força da atração intermolecular é definida pela estrutura, a mudança de fase da mesma substância sempre ocorrerá em uma determinada temperatura. Portanto, propriedades específicas podem até ser utilizadas como critérios de identificação (por exemplo, ponto de fusão, ponto de ebulição).

As temperaturas nas quais ocorrem as mudanças da fase sólida para a líquida e da líquida para a gasosa são denominadas, respectivamente, temperaturas (ou pontos) de fusão e de ebulição.

O valor da temperatura de fusão e ebulição depende da força atrativa, da massa e da força intermolecular (ou interatômica) da estrutura molecular. Portanto, para correlacionar a estrutura com a temperatura de fusão e ebulição, é necessário determinar o tipo de interação entre uma molécula e a mesma molécula.

Ao comparar moléculas orgânicas em relação a seus pontos de transição, são utilizados os seguintes critérios:

1. Hidrocarbonetos e/ou moléculas com o mesmo grupo funcional

• O decano (PF: -27ºC), por possuir maior cadeia carbônica do que o octano (PF: -57ºC), apresenta maior massa, logo, tem maiores valores de temperaturas de transição.
• O pentanal (PE: 102ºC) e o hexanal (PE: 131ºC) pertencem à mesma função química, porém, o hexanal possui cadeia carbônica maior do que o pentanal, apresentando, portanto, maior ponto de ebulição.
• O 2-metilbutano (PF: -11,7ºC) e o pentano (PF: 0,8ºC) são isômeros e, portanto, possuem mesma massa molecular. Porém, o 2-metilbutano apresenta uma estrutura ramificada e o pentano não, logo, este terá́ maior ponto de fusão devido à maior superfície de contato de sua cadeia.

1. Moléculas que apresentam grupos funcionais diferentes

Só́ podem ser comparadas àquelas moléculas que apresentarem massas moleculares próximas. Nesse caso, há os seguintes critérios:

• Uma molécula apolar apresenta menor temperatura de fusão e de ebulição do que uma molécula polar.
• Uma molécula com grupos capazes de fazer ligações de hidrogênio tem maiores temperaturas de transição do que outra que não apresenta.
• Quanto maior o número de ligações de hidrogênio, maior a temperatura de transição.

Veja os exemplos: por ser um alcano e, portanto, apolar, o butano (PE: -0,5ºC) pode realizar apenas interações dipolo induzido-dipolo induzido, apresentando menor ponto de ebulição do que o propanal (PE: 49ºC), que se caracteriza como uma molécula polar, capaz de interações intermoleculares do tipo dipolo-dipolo. O propan-1-ol (PE: 97,2ºC), por possuir hidrogênio diretamente ligado a um átomo de oxigênio, realiza ligação de hidrogênio, apresentando maior ponto de ebulição do que o propanal.

1. Ponto de Fusão e Ebulição

O ponto de fusão e o ponto de ebulição indicam a temperatura na qual uma substância muda de estado sob uma determinada pressão. No caso do ponto de fusão, a substância muda de sólida para líquida. O ponto de ebulição refere-se à mudança de líquido para gás.

No processo de aquecimento de uma substância pura, quando o ponto de fusão ou ebulição é atingido, a temperatura da substância não aumentará, mesmo se o aquecimento for continuado. Somente quando o estado físico de toda a matéria muda, a temperatura subirá novamente.

Durante a fusão ou ebulição da solução aquosa, a temperatura não permanecerá constante. Durante o aquecimento, quando o ponto de fusão ou ebulição é atingido, a temperatura da solução continua a subir, embora esse aumento seja menos pronunciado.

1. Ponto de Fusão (PF)

Temperatura na qual ocorre um equilíbrio entre o estado sólido (cristalino mais ordenado) e o estado líquido (mais aleatório).

1.  Ponto de Ebulição (PE)

Temperatura na qual a pressão de vapor de um líquido se iguala à pressão atmosférica acima dele, tornando as moléculas gasosas.

Geralmente, os pontos de fusão são determinados por duas razões.