Determinação Do Coeficiente De Partição De Uma Substância Em Dois líquidos Imiscíveis

Universidade Estadual de Londrina

Curso de Química - Bacharelado

Disciplina: Físico-Química Experimental (2 QUI 063)

Experimento 5 –Determinação do coeficiente de partição de uma substância em dois líquidos imiscíveis– Data 28 de março de 2013.

R. Liberatti

INTRODUÇÃO

Levando em conta dois líquidos imiscíveis colocados num mesmo recipiente, ocorrera a formação de duas fases, a fase A contendo pouca concentração de B e o inverso. A concentração do componente minoritário em cada fase é muito pequena, o que demonstra que a solubilidade de um líquido no outro é muito pequena e não nula.

Ao adicionar uma substância que possa se dissolver tanto em A como em B, após um tempo ela se distribuirá entre as duas fases. A distribuição de um soluto entre dois solventes não miscíveis é de grande importância tecnológica na separação e purificação, usado na indústria farmacêutica entre outros processos.

A lei de distribuição de Nernst estabelece a base termodinâmica dos processos de extração líquido-líquido, onde a constante de partição termodinâmica (K) de um soluto, entre duas fases líquidas imiscíveis, é expressa no equilíbrio, pela razão entre as atividades (aA) do soluto nas duas fases, desde que o estado molecular do soluto "A" seja o mesmo em ambas as fases e a temperatura constante. Entretanto, esta relação se aplica somente para soluções muito diluídas. 1

A distribuição do ácido benzóico entre o benzeno e a água é um exemplo clássico. O fato de haver formação de dímeros do ácido benzóico na fase do benzeno impossibilita a correta determinação da distribuição do soluto nos solventes, pois existe mais do que uma espécie química em solução. O mesmo acontece na distribuição de substâncias que se ionizam em solução aquosa. Assim, a lei de partição passou a ser definida tendo em conta a mesma espécie molecular em ambas as fases.2

O presente trabalho teve como objetivo determinar o coeficiente de partição do ácido benzóico entre a água e o hexano.

MATERIAS E REAGENTES

REAGENTES: 400mL de hexano; 3,00g de ácido benzóico; 200mL de NaOH 0,025 mol.L-1;

MATERIAIS: 06 funil de separação de 125mL; 02 provetas de 25mL; 36 erlenmeyers de 125mL; 12 béquers de 100mL; suportes universais; argolas para funil de separação.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: Foi adicionado em cada funil 25 mL de água e 25 mL de hexano. No funil 1, foi adicionado 0,05g de ácido benzóico, no funil 2, 0,1g, no funil 3 0,15 g, no funil 4 0,2g, no funil 5 0,25g, no funil 6 0,3g.

Essas misturas foram agitadas durante até completa solubilização do ácido benzoico e deixadas em repouso. A fase orgânica foi separada da fase aquosa.

Da fase orgânica de cada funil foram retirados 2,0 mL e estes colocados em um erlenmeyer para ser titulado com NaOH 0,025 M na presença de fenolftaleína. Este procedimento foi realizado três vezes para cada funil. Da fase aquosa retirou-se 5 mL que também foram titulados com NaOH 0,025 M. O procedimento também foi realizado em triplicata para cada funil.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

A primeira tarefa experimental constituiu a padronização do hidróxido de sódio com biftalato de potássio (MM = 204,22 g mol-1). Para reagir com 0,051g do padrão foram preciso 10,2 cm3 de NaOH, com esses dados foi calculada a molaridade da base.

C_NaOH×V_NaOH (L) = m_padrão/〖MM〗_padrão

C_NaOH× 0,0102 = 0,051/204,22

C_NaOH = 0,0245 molL^(-1)

Após a padronização do hidróxido de sódio foram feitas as titulações em triplicata correspondente a cada massa de ácido benzoico. A tabela 1 exibe os dados referentes à fase orgânica e fase aquosa. O cálculo utilizado para obter as concentrações está exemplificado logo abaixo, utilizando os dados da primeira massa de ácido benzóico em fase aquosa.

C_NaOH×V_NaOH (〖cm〗^3) = C_aquosa×V_aquosa (〖cm〗^3)

0,0245 × 1,7 = C_aquosa× 5,0

C_aquosa=0,0083 molL^(-1)

Tabela 1- Dados experimentais.

Fase orgânica Fase aquosa

Volume de NaOH (cm3) Volume de NaOH (cm3)

Massa de ác. benzóico (g) V1 V2 V3 ¬V Corgânica (mol L-1) V1 V2 V3 V Caquosa (mol L-1) lnCaquosa lnCorgânica

0,054* 1,4 1,4 1,4 1,4 6,9 10-3 1,7 1,7 1,7 1,7 8,3 10-3 -4,8 -5

0,102* 4,6 4,6 4,6 4,6 0,023 3,0 3,0 3,1 3,0 0,015 -4,2 -3,8

0,148 2,7 2,7 2,7 2,7 0,033 3,7 3,9 3,7 3,8 0,019 -4 -3,4

0,202 3,7 3,7 3,7 3,7 0,045 4,2 4,3 4,3 4,3 0,021 -3,9 -3,1

0,250 5,1 5,1 5,1 5,1 0,062 5,0 5,1 5,1 5,1 0,025 -3,7 -2,8

0,298 6,1 6,1 6,2 6,1 0,075 5,5 5,5 5,6 5,5 0,027 -3,6 -2,6

*Na titulação da fase orgânica foram utilizados 5 cm3 ao invés de 2 cm3 com descreve o procedimento.

Com o ln das concentrações foi construído o gráfico de lnCaquasa X lnCorgânica, que calculando a melhor reta encontramos o coeficiente de partição K e o grau de associação n. O gráfico está no Anexo 1.

A equação da reta é ln⁡〖C_aquosa 〗= -ln⁡K+n∙ln⁡〖C_orgânica 〗, em que – ln de K é o coeficiente linear e o n é o coeficiente angular. Usando o ajuste linear pelo o Método dos Mínimos Quadrados foi encontrado ambos os coeficientes. A tabela 2 mostra os dados necessários para fazer as seguintes contas:

-ln⁡K=((∑▒x^2 )(∑▒y)-(∑▒x)(∑▒xy))/(N(∑▒x^2 )-(∑▒x)^2 )

-ln⁡K=((75,21)(-24,2)-(-20,7)(85,37))/(6(75,21)-(-20,7)^2 )

-ln⁡K= -2,32

K=10,18

n=(N(∑▒xy)-(∑▒x)(∑▒y))/(N(∑▒x^2 )-(∑▒x)^2 )

n=(6 (85,37)-(-20,7)(-24,2))/(6(75,21)-(-20,7)^2 )

n=0,5

R^2=(N(∑▒xy)-(∑▒x)(∑▒y))/√([N(∑▒x^2 )-(∑▒x)^2 ][N (∑▒〖y^2)-(∑▒y)^2 〗] )

R^2=(6 (85,37)-(-20,7)(-24,2))/√([6(75,21)-(-20,7)^2 ][6 (98,54)-(-24,2)^2 ] )

R^2=0,9991

Tabela 2 – Dados referentes ao gráfico do Anexo 1

∑▒x ∑▒y ∑▒xy ∑▒x^2 ∑▒y^2 N (número de amostras)

-20,7 -24,2 85,37 75,21 98,54 6

O coeficiente de partição K calculado acima pode ser representado como:

K= (F.orgânica)⁄(F.aquosa)

F.orgânica= 10,18×F.aquosa,

sabendo o valor de K podemos dizer que a solubilidade do ácido benzóico na fase orgânica, é dez vezes maior do que na fase aquosa.

O grau de associação n também pode ser escrito em outra forma matemática,

n= ∆y/∆x= (y_2-y_1)/(x_2-x_1 )

∆y= 1/2∙∆x,ou∆x=2∙∆y,

assimfoi concluído que a afinidade do hexano pelo ácido benzóico é duas vezes a da água.

Nas titulações foram adicionados 25 cm3 de água destilada para que os resultados fossem melhores visualizados, pois com a diluição dos analítospode-se aproximar as soluções do comportamento ideal, assim não é preciso calcular a atividade destas, apenas com as concentrações dos analítos é possível obter um resultado bem satisfatório.

Conclusão

Através da construção gráfica de lnCaquosa X lnCorgânica, foi encontrado o coeficiente de partição e o grau de associação que mostra que apesar do ácido benzoico apresentar certa polaridade (função ácido carboxílico), sua parte apolar (anel aromático) exibe uma reatividade maior quando a solubilidade, apresentado afinidade maior pelo hexano ao invés da água.

REFERÊNCIAS

1 Rangel, R. N; Praticas de Físico-Química; Edgar BlucherLtda; São Paulo, 2006, 3 ed. 313p.

2Miranda-Pinto, C.O.B. e Souza, E. – Manual de trabalhos Práticos de Físico-Química, 1ª ed. Belo Horizonte: UFMG, 2006, p.86-87.

ALVES Jr., E. S. Determinação do coeficiente de partição do ac. Acético. Universidade Federal de Goias. 2009. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAABBY8AI/determinacao-coeficiente-particao-ac-acetico> Acesso em: março, 2013.