Processos de Separação de Substâncias Químicas

Um dos grandes desafios da Química sempre tem sido a obtenção de substâncias puras a partir de misturas, já que a maioria dos materiais presentes na natureza é formada por misturas de substâncias. Como vimos anteriormente, torna-se possível saber se uma espécie de matéria é substância pura ou mistura por meio da análise de suas propriedades específicas. Se o resultado das análises indicar que se trata de uma mistura de substâncias e caso o químico queira isolar as substâncias que a constituem, será necessário escolher um método adequado de purificação.

Há vários métodos de purificação de misturas, e a escolha do método depende:

• Do tipo de mistura a ser separada;
• Das condições materiais e econômicas;
• Do tempo gasto na separação;

Processos de separação (ou fracionamento) de misturas heterogêneas

Para realizar o fracionamento de misturas heterogêneas, o primeiro passo é classificá-las quanto ao estado físico de seus componentes. Nesse sentido, as misturas heterogêneas podem ser de quatro tipos:

1. Sólido-sólido

2. Sólido-líquido

3. Líquido-líquido

4. Sólido-gasoso

1. Misturas sólido-sólido

• Catação

Trata-se de processo rudimentar e cotidiano, empregado somente quando as partes da mistura são evidentes e soltas, podendo ser separadas com as mãos ou com pinças. Ex: Separação (catação) do feijão das sujidades, separação do lixo reciclável pelos catadores, etc.

• Peneiração ou Tamisação

Este método é aplicado a misturas cujos componentes possuam diferentes tamanhos de granulação. É o que faz o pedreiro, por exemplo, quando deseja separar a areia fina da areia grossa usando uma peneira ou tamis.

• Separação Magnética ou Imantação

É aplicável em misturas de sólidos quando um dos componentes é magnético (substância que apresenta propriedade de ser atraída por um imã, geralmente metais magnéticos). Passando-se um imã sobre uma mistura de limalha de ferro e enxofre, por exemplo, o ferro é atraído por ele.

• Ventilação

Utilizada quando uma corrente de ar é capaz de arrastar o componente menos denso, sem arrastar o mais denso. Um exemplo comum é o da separação da casca de cereais. Outro exemplo é a clássica manobra do lavrador num cafezal: ele joga os grãos de café para cima, com o auxilio de uma peneira, para que o vento leve as folhas e outros materiais mais leves (menos densos).

• Levigação

Método utilizado quando há grande diferença de densidade entre os componentes de uma mistura. Consiste na passagem de água sobre a mistura. A água arrasta a fase de densidade menor. A levigação é empregada na separação de ouro das areias auríferas, por exemplo. O ouro tem densidade 19,5 g/cm3, enquanto a da areia é de 2,5 g/cm3. O jato de água arrasta a areia, que é mais leve, deixando o ouro.

• Dissolução Fracionada

Este processo é baseado nas diferentes solubilidades dos componentes, ou seja, quando somente um componente é solúvel em um determinado líquido. É um método que visa separar solúveis de insolúveis; basta colocar a mistura em um solvente adequado. Formar-se-á uma solução da fase solúvel, a qual poderá ser separada da fase insolúvel por filtração. Por exemplo: separar uma mistura de areia e sal. Joga-se a mistura em água. O sal se dissolverá; a areia não.

• Flotação

É um processo utilizado na separação de dois sólidos de densidades diferentes com o emprego de um líquido de densidade intermediária, e que não dissolva nenhum dos sólidos. Ex.: Separação de serragem da areia. Por ser mais densa, a areia fica no fundo do recipiente enquanto que a serragem, menos densa, flota até a superfície do recipiente.

2. Misturas sólido-líquido

• Decantação

Consiste em deixar a mistura em repouso, até que o componente sólido se deposite por ação da gravidade. Uma maneira de separar uma mistura de água e areia é esperar que a areia, mais densa que a água, se deposite no fundo do recipiente. (Essa deposição do sólido no fundo é chamada por alguns de  sedimentação). Após a deposição da areia no fundo, pode-se cuidadosamente transferir a água pura para outro recipiente inclinando-se lentamente o frasco em que está a mistura. Após essa transferência restarão, no fundo do frasco original, a areia e um pouco de água (que pode ser eliminada simplesmente esperando que se evapore).

• Centrifugação

Caso a separação das fases de uma mistura heterogênea sob a ação da gravidade seja muito lenta, ela pode ser apressada submetendo a mistura a uma intensa rotação, técnica conhecida como centrifugação. Ela é realizada em aparelhos denominados centrífugas.

• Filtração

Método utilizado para separar sólidos do líquido. Nos laboratórios, realiza-se com freqüência a filtração através de papel de filtro convenientemente dobrado e adaptado num funil. Outros exemplos de filtrações sólido-líquido bastante empregadas no dia-a-dia são no preparo do café, onde o coador retém as partículas sólidas do café e também nos filtros empregados nos purificadores de água, onde as possíveis partículas sólidas suspensas presentes na água da torneira ficam retidas em filtros com baixíssima porosidade.

3. Misturas líquido-líquido

• Decantação

Esse processo é empregado para separar líquidos imiscíveis submetendo-os a uma decantação em um funil especial, conhecido como funil de bromo, funil de decantação ou funil de separação. Abrindo-se a torneira do funil, o líquido mais denso, que está embaixo, passa e é recolhido em um recipiente. O outro líquido fica retido no funil. Dessa forma, ocorre a separação dos dois líquidos. Esse processo é muito usado para separar água e óleo, por exemplo.

• Sifonação

Processo similar à decantação, ou seja, usado para separar líquidos imiscíveis. Entretanto, faz-se uso de um sifão (mangueira) para que os líquidos possam ser separados.

4. Misturas sólido-gás

• Filtração

O exemplo mais conhecido é o do aspirador de pó. A ventoinha do aspirador aspira a mistura de ar com poeira (que é constituída de pequenas partículas sólidas). Um saco de pano ou de papel funciona como um filtro, retendo o pó e deixando o ar passar.

• Câmara de Poeira

Trata-se da separação do ar, que é uma mistura gasosa, da poeira, que é constituída de partículas sólidas, com o auxílio de uma câmara de poeira, que é constituída por uma série de compartimentos interligados, mas separados por obstáculos verticais. À medida que se faz o ar percorrê-los, as partículas sólidas de poeira vão colidindo com esses obstáculos, perdendo velocidade e depositando-se no fundo.

• Decantação

Processo natural de sedimentação das partículas sólidas suspensas no ar (poeira) sobre algum objeto. Perceptível diariamente nos móveis das nossas casas onde, ao passarmos a mão em cima de uma estante, percebemos a poeira depositada.

Processos de separação (ou fracionamento) de misturas homogêneas

Para realizar o fracionamento de misturas homogêneas, podemos considerar quatro tipos

básicos de misturas:

1. Sólido-líquido

2. Sólido-sólido

3. Líquido-líquido

4. Gasoso-gasoso

1. Misturas sólido-líquido

• Evaporação

Ocorre quando a mistura é deixada em contato com o ar atmosférico, fazendo com que a parte líquida evapore, restando, assim, a parte sólida. É o que se faz, por exemplo, nas salinas. A água do mar é  recolhida em tanques grandes e rasos, para que a água se evapore e o sal fique livre.

Este, a seguir, passa por um processo de purificação, ou refino, durante o qual são eliminadas as impurezas presentes. A evaporação é uma técnica barata, usada para se obter o componente sólido que está dissolvido no líquido (o sal, no caso). O componente líquido (a água, no caso) é perdido no processo. A evaporação é usada, portanto, quando só há interesse na fase sólida; a líquida, então, é desprezada.

• Destilação Simples

Como proceder se o interesse fosse obter a água pura a partir da água do mar? Para separar a mistura de água e sal, e recuperar também a água, emprega-se a destilação simples (conforme a figura). A mistura é aquecida em um balão de vidro e a água entra em ebulição, mas o sal não. O vapor de água passa pelo interior do condensador, que é refrigerado por água corrente. Graças a isso, esse vapor condensa-se. A água líquida isenta de sal é recolhida no recipiente da direita (Erlenmeyer) e, ao final, restará sal sólido no balão de vidro. O líquido purificado que é recolhido no processo de destilação recebe o nome de destilado (nesse caso, trata-se da água destilada). A destilação simples é utilizada quando há interesse nas duas fases, ou apenas na líquida.

2. Misturas sólido-sólido

• Fusão Fracionada

Usada para separar sólidos de diferentes pontos de fusão, como as ligas metálicas. Aquecesse a liga e quando a temperatura atingir o ponto de fusão do metal que apresentar a menor Aquecesse temperatura de fusão este é separado. Sobra então o outro metal no estado sólido, pois a temperatura de fusão dele é maior do que a do que foi separado. Se for o caso de uma mistura de mais de 2 metais, o procedimento é o mesmo, e os metais são, então, separados em frações, de acordo com os seus pontos de fusão.

• Cristalização Fracionada

A mistura de sólidos é dissolvida em água e a solução é submetida à evaporação. Quando a solução ficar saturada em relação a um componente, o prosseguimento da evaporação do solvente acarretará a cristalização gradativa do referido componente, que se separará da solução. A solução contendo o componente cuja saturação ainda não foi atingida, fica sobre os cristais do outro e é chamada água-mãe de cristalização. O componente menos solúvel cristaliza primeiro, deixando os outros componentes em solução. Por controle da temperatura é, por vezes, possível retirar os componentes, um de cada vez. Ex.: Separação de NaCl na evaporação da água do mar.

3. Misturas líquido-líquido

• Destilação Fracionada

As misturas homogêneas formadas por dois ou mais líquidos oferecem uma razoável dificuldade para a sua separação. A técnica da destilação fracionada, esquematizada a seguir, pode ser usada com sucesso para separar algumas misturas desse tipo. A destilação fracionada é um aprimoramento da destilação simples, na qual uma coluna de vidro cheia de obstáculos (bolinhas ou cacos de vidro) é colocada entre o condensador e o balão no qual a mistura é aquecida. Os obstáculos permitem que o componente de menor ponto de ebulição, aquele que ferve com mais facilidade, chegue mais rapidamente ao condensador e destile primeiro. Assim que ele destilar totalmente, destilará o próximo componente líquido da mistura (em ordem crescente de pontos de ebulição), que é recolhido em outro frasco. E assim por diante.

Alguns componentes do petróleo são separados por meio de destilação fracionada, realiza em grandes colunas de aço, nas refinarias. Essa técnica também é empregada para separar os gases componentes do ar atmosférico. O ar é resfriado até atingir o estado líquido e, a seguir, passa por destilação fracionada.

4. Misturas gasoso-gasoso

• Liquefação Fracionada

A liquefação fracionada é um processo de separação feita para separar gases em uma mistura homogênea. Primeiramente, a mistura é resfriada, fazendo com que os gases sejam liquefeitos. A seguir, sabendo que cada um tem um ponto de ebulição característico, eles são submetidos a uma destilação fracionada. Um exemplo consiste na separação do Nitrogênio e do Oxigênio do ar. O ar é resfriado até -200°C, quando então passa para o estado líquido. Depois, os gases são separados por destilação fracionada, já que o ponto de ebulição do Nitrogênio é -195ºC e o do Oxigênio é -183ºC.

• Efusão

Trata-se do escoamento de moléculas gasosas por um orifício pequeno, que depende da massa das moléculas, ou seja, as de menor massa possuem maior velocidade de escoamento, o que permite a sua separação.

Fonte:

http://www.deboni.he.com.br/ccount/click.php?id=39

Forças Intermoleculares

As moléculas de uma substância sólida ou líquida se mantêm unidas através da atração existente entre elas. Quanto maior for a força de atração maior será a coesão entre as moléculas.
Isso ocasionará um aumento nos pontos de fusão e ebulição da substância. As moléculas dos gases praticamente não exercem forças de atração entre si. Por isso os gases apresentam baixos pontos de ebulição e extrema facilidade de se expandir. As forças intermoleculares ocorrem, portanto, em compostos covalentes nos estados líquido e sólido - não são verificadas no estado gasoso (Ex:H2O(v), NH3(g)) – e são classificadas em dois tipos: Força de Van der Waals e Ligação de hidrogênio.

Ligações de Hidrogênio

Também conhecidas como pontes de hidrogênio, são um caso especial da atração entre dipolos permanentes. As ligações de hidrogênio são atrações intermoleculares anormalmente intensas e ocorrem entre moléculas que apresentam ligações entre hidrogênio e átomos muito eletronegativos (F, O, N). Devido às pequenas dimensões de H, F, O e N e devido também à grande diferença de eletronegatividade, nas ligações destes elementos com o hidrogênio, ocorrem pólos intensos em volumes muito pequenos.

As ligações de hidrogênio são atrações muito fortes e contribuem de modo decisivo na ligação intermolecular total, o que explica os pontos de ebulição anormalmente altos de moléculas como H2O, NH3 e HF, em relação aos hidretos das respectivas famílias. As moléculas podem apresentar mais de um tipo de força intermolecular, que então se interagem para aumentar a coesão entre as moléculas.

Nos álcoois, por exemplo, o metanol (H3C - OH) tem PE = 64,6º C e o etanol (H3C - CH2 - OH) tem PE = 78,4º C. A principal força intermolecular existente entre as moléculas dos álcoois é a ligação de hidrogênio, mas como a molécula de etanol é maior, as dispersões de London são mais intensas.

Logo, da interação das duas forças, resulta um maior ponto de ebulição, em relação ao metanol.
Outra consideração importante é que, quanto maior o número de grupos OH ou NH, maior será a intensidade das ligações de hidrogênio e maior será o ponto de ebulição.

Esquemas das ligações de hidrogênio

Resumindo:
Ligações de Hidrogênio: ocorre quando o Hidrogênio está ligado ao Flúor ou Oxigênio ou Nitrogênio

Exemplos: HF, NH3, H2O, etc.

Forças de Van der Waals

São divididas em vários tipos, conforme a natureza das partículas18:

• Íon - Dipolo permanente: Atração entre um íon e uma molécula polar (dipolo).

• Íon - Dipolo induzido: Atração entre um íon e uma molécula apolar. O íon causa uma atração ou  repulsão eletrônica com a nuvem eletrônica da molécula apolar, causando uma deformação da nuvem eletrônica na molécula apolar e provocando a formação de dipolos (induzidos).

• Dipolo permanente - Dipolo permanente: Atração entre moléculas polares. Os dipolos atraem-se pelos pólos opostos (positivo-negativo).

• Dipolo permanente - Dipolo induzido: Atração entre uma molécula polar e uma molécula apolar. O dipolo causa repulsão eletrônica entre seu pólo positivo e a nuvem eletrônica da molécula apolar e uma repulsão entre esta nuvem e seu pólo negativo. Isso causa uma deformação da nuvem eletrônica na molécula apolar, provocando a formação de dipolos (induzidos).
• Dipolo induzido - Dipolo induzido: Também chamada Força de dispersão de London, é uma atração que ocorre entre moléculas apolares, que quando se aproximam umas das outras, causam uma repulsão entre suas nuvens eletrônicas, que então se deformam, induzindo a formação de dipolos. Essa força é mais fraca que a do tipo dipolo permanente - dipolo permanente. Logo, as substâncias que apresentam esse tipo de ligação apresentam menor ponto de fusão e ebulição. Quanto maior for o tamanho da molécula, mais facilmente seus elétrons podem se deslocar pela estrutura. Maior é então, a facilidade de distorção das nuvens eletrônicas, e mais forte são as forças de dispersão de London. Isso faz com que a substância tenha maior ponto de ebulição.

Curiosidade: A característica que lagartixas e pequenos lagartos apresentam de se deslocar sobre superfícies pouco rugosas (paredes) se deve às Forças de Van Der Waals presentes nas suas patas.


Resumindo, em termos de Forças de Van Der Waals, basta diferenciar apenas os dois tipos abaixo, ou seja, a que se aplica a moléculas polares (dipolo permanente) e a que se aplica a moléculas apolares (dipolo induzido ou Forças de Dispersão de London).

• Dipolo-dipolo ou dipolo permanente – dipolo permanente ou dipolar: ocorre em moléculas polares.

Ex: HCl, SO2, PCl3, H2S, HBr, etc.

• Dipolo instantâneo - dipolo induzido ou dipolo induzido - dipolo induzido ou forças de London: ocorre em moléculas apolares.

Ex: CO2, O2, CH4, I2, SO3, etc.

• Ordem crescente das forças intermoleculares.

Dipolo instantâneo-dipolo induzido (Forças de London) < dipolo-dipolo (dipolo permanente) < ligações de hidrogênio.

OBSERVAÇÃO: quanto mais forte for a força de atração intermolecular, maior será o seu ponto de ebulição. Ex.: CH4 < Hcl < NH3

Fonte:

http://www.deboni.he.com.br/ccount/click.php?id=39

Determinação de Hematócrito

O exame de hematócrito (Ht) pode ser efetuado separadamente ou como parte de um hemograma completo. Ele mede a porcentagem por volume de hemácias contidas em uma amostra de sangue total – por exemplo, 40% de Ht indica 40 ml de hemácias contidas em uma amostra de 100ml. Essa concentração é obtida centrifugando-se o sangue total anti-coagulado em um tubo capilar, de forma que as hemácias sejam firmemente concentradas sem hemólise.

Objetivos

• Auxiliar no diagnóstico de policitemia, anemia ou estados anormais de hidratação.
• Auxiliar no cálculo de dois índices de hemácias: VCM e CHCM

Método

É um método automatizado, realizado mediante centrifugação, em tubo apropriado, em condições padronizadas. Há dois métodos empregados para esta determinação: Macro (Método de Wintrobe, Van Allen, Sanford e Magath e Haden ) e Micro (Capilar).

Técnica com o Tubo Micro Capilar:

• Homogeneizar : inversão de forma suave para não hemolisar a amostra, no mínimo 10x.
• Abrir o tubo com a gaze para não se contaminar.
• Mantenha a tampa do tubo virada para baixo.



Tubo capilar para micro-hematócrito

• Pegue o capilar, incline o tubo e coloque o capilar dentro do tubo, preenchendo ¾ do volume do tubo capilar com o sangue. 

• Tampe a extremidade com o dedo, limpe o lado exterior com a gaze.

• Pegue o capilar com o ângulo de 15° e encoste na massa de modelar para preencher a outra extremidade.

Micro-centrífuga

• Em seguida colocar o tubo na micro-centrífuga (colocando a parte vedada com a massa de modelar para fora, na coroa do motor). Pode rodar apenas 1 capilar sem precisar fazer o equilíbrio, devido a leveza do capilar.
• Centrifugar a 12.000RPM por 5 minutos.

Realizar a leitura com tabela apropriada:

Cartão de Leitura de Hematócrito

• Faça a leitura do capilar de frente à tabela (a tabela deverá estar plana à bancada - deitada). 
• A massa de modelar deverá ficar abaixo da linha de "0".
• Mova o capilar até que a linha do plasma chegue a 100.

Valores de referência

O Ht é normalmente medido eletronicamente. Os resultados são até 3% mais baixos do que as medições manuais, que aprisionam o plasma na coluna de hemácias concentradas. Os valores de referência variam dependendo do tipo de amostra, do laboratório que estiver efetuando o teste e do sexo e idade do paciente, como segue:

• Recém-nascidos: 42% a 60% de Ht 
• 1 semana de idade: 47% a 65% de Ht
• 6 meses de idade: 33% a 39% de Ht
• Crianças de 6 meses a 18 anos: 35% a 45% de Ht
• Homens: 42% a 54% de Ht
• Mulheres: 36% a 46% de Ht.

Achados anormais

• Um Ht baixo (hemodiluição) sugere anemia, hemodiluição ou uma perda maciça de sangue. 
• Um Ht alto (hemoconcentração) indica policitemia ou hemoconcentração devido à perda sanguínea ou desidratação.

Fonte:

• Lima, A. Oliveira et al. Métodos de Laboratórios aplicados à Clínica - Técnica e interpretação. Guanabara Koogan, ed.7ª, 21-49, 1992.
• http://www.labes.com.br/hemograma_completo.htm
• http://www.profbio.com.br/aulas/hemato1_pop_01.pdf

Método de Karl-Fisher

É um processo de determinação de umidade baseado em reações que ocorrem na presença de água.

O Titulador Karl Fischer – equipamento para laboratório – utilizado em análises de umidade para amostras líquidas, sólidas ou gasosa.

O reagente Karl Fisher (RKF) é constituído por uma mistura de iodo, dióxido de enxofre e piridina em metanol, com este reagente podem ser determinadas pequenas quantidades de água. Ocorre uma reação onde o iodo é reduzido pelo dióxido de enxofre, na presença da água:

I2 + SO2 + 2 H2O  → 2 HI + H2SO4 (reação complexa e não estequiométrica)

O procedimento do método se baseia numa titulação visual ou eletrométrico. O I2 é reduzido para o Iodo na presença de água. Quando toda água da amostra for consumida, a reação cessa. A titulação direta usualmente fornece a água total, ou seja, água livre mais a água de hidratação. O volume de RKF gasto na titulação da amostra é então utilizado nos cálculos do teor de umidade.

Por ser o reagente de Karl Fischer um dessecante poderoso, a amostra e o reagente devem ser protegidos  contra a umidade atmosférica em todos os procedimentos.

Exemplo de aplicação: é aplicado em amostras que não dão bons resultados pelo método de secagem a vácuo. Os produtos que são analisados são geralmente produtos com baixo teor de umidade como frutas e vegetais desidratados, balas, chocolates, café torrado, óleos e gorduras. É também utilizado em produtos ricos em açúcares, como mel, e produtos ricos em ambos, açúcares redutores e proteínas, como cereais. O método pode ser aplicado também em produtos de níveis de umidade intermediários como produtos panificados, misturas prontas para bolos ricas em gorduras e também em produtos com altos níveis de óleos voláteis.

Fonte:

• http://www.feagri.unicamp.br/ctea/manuais/analise_matbiologico.pdf

Destilação azeotrópica

A destilação azeotrópica é um processo de separação realizado quando a mistura contendo os componentes que precisam ser separados forma um azeótropo ou apresentam baixa volatilidade relativa.

Azeótropo é uma mistura de duas ou mais substâncias que, a certa composição, possui um ponto de ebulição constante e fixo, como se fosse uma substância pura, não podendo, por isso, seus componentes serem separados por processo de destilação simples.

A mistura azeotrópica entra em ebulição a uma temperatura constante T como se fosse uma substância pura. O gráfico do aquecimento da mistura azeotrópica mostra que durante a ebulição a temperatura T permanece constante.

Dean-Stark

Em um dos processos, um componente chamado componente de arraste é adicionado à mistura original, formando um novo azeótropo que deve ser do tipo heterogêneo, ou seja, deve ocorrer a formação de duas fases líquidas. Normalmente utiliza-se a montagem do tipo Dean-Stark.

O novo azeótropo formado é retirado no topo (azeótropo de mínimo) ou no fundo (azeótropo de máximo ponto de ebulição) da coluna de destilação, enquanto que um dos componentes da mistura original é obtido puro na outra extremidade da coluna. Uma segunda coluna deve ser utilizada para realizar a separação do componente de arraste.

Outro método de "quebra" do azeótropo se baseia no fato que a composição deste depende da pressão na qual é feita a destilação, ou seja, deve-se mudar a pressão na qual é feita a destilação da mistura para alterar a sua composição.

Etanol, mistura azeotrópica.

O álcool etílico e a água formam um azeótropo que possui 95,6 % de álcool (etanol). A adição de benzeno a mistura forma outro azeótropo que permite obter álcool anidro. Devido ao fato do benzeno ser tóxico e carcinogênico, ele tem sido substituído por outras substâncias, tais como etilenoglicol, n-hexano, dentre outras.

O ácido clorídrico forma um azeótropo com a água que possui cerca de 21% de HCl à pressão ambiente de 1 bar. Destilação a uma pressão diferente pode ser percebida pela titulação do destilado.

Dois tipos de Dean-Stark armadilhas existir - uma para utilização com solventes, com uma densidade inferior à da água (como mostrado na figura no lado esquerdo) e uma para uso com solventes, com uma densidade maior do que a água.

O aparelho de Dean-Stark em laboratório consiste tipicamente de pedaço cilíndrico vertical de vidro (na armadilha, acima de peça 9 ), muitas vezes com uma graduação volumétrica em seu comprimento total e uma torneira de precisão no fundo muito parecido com uma bureta . O topo do cilindro é um encaixe com o fundo do condensador de refluxo ( 5 ). Saliente a partir do topo do cilindro tem uma inclinação de braço lateral para o balão de reação ( 2 ). No final do lado do braço faz uma curva fechada de modo que a extremidade do braço lateral ( 3 ) é vertical. Esta extremidade se conecta com o reator.

Durante a reação em ( 2 ), os vapores que contêm o solvente da reação e do componente a ser removido viajar para fora do balão de reação para dentro do condensador ( 5 ), e, em seguida, por gotejamento na armadilha de destilação (acima de 9 ). Aqui, não miscíveis com líquidos separados em camadas. Quando o (menos superior densa camada) atinge o nível do braço lateral pode fluir de volta para o reator, enquanto que a camada de fundo permanece na armadilha. A armadilha está na capacidade máxima quando o nível inferior atinge o nível do braço lateral, para além deste ponto, a camada inferior começaria a fluir de volta para dentro do reator também. É, portanto, importante para sugar ou drenar a camada inferior do aparelho de Dean-Stark, tanto quanto necessário.

Um aparelho de Dean-Stark em uso; folha de alumínio é utilizado para reduzir as perdas de calor por radiação

Fonte:

•  http://pt.wikipedia.org/wiki/Destila%C3%A7%C3%A3o_azeotr%C3%B3pica
• http://alfaconnection.net/pag_avsf/fqm0402.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Dean-Stark_apparatus

Isomeria Espacial Óptica

A isomeria espacial óptica é aquela que apresenta um carbono com quatro ligantes diferentes entre si. Para este carbono damos o nome de assimétrico ou Quiral. Está identificado com um asterisco (*).

 

Quiralidade

Quando falamos em moléculas com imagens especulares não superponíveis (enantiômeros), falamos em termos de quiralidade. Um objeto quiral é aquele que possui a propriedade de "lateralidade", ou seja, é um objeto que não pode ser colocado sobre a sua imagem especular de forma que todas as partes coincidam. Em outras palavras, um objeto quiral não é superponível à sua imagem especular. O exemplo mais comum é cada uma das nossas mãos, que guardam a relação de imagem especular entre si (esquerda e direita), mas não podem ser sobrepostas. A mão é, portanto, um objeto quiral.

A quiralidade tem uma importância muito grande no dia-a-dia. Muitos medicamentos são quirais. Normalmente, apenas uma forma de imagem especular de uma droga fornece o efeito desejado. A outra forma de imagem especular é geralmente inativa, menos ativa, ou mesmo nociva à saúde, provocando efeitos colaterais sérios ou toxicidade.  

O polarímetro e a Luz polarizada

Uma das propriedades características de moléculas quirais é a capacidade de desviar o plano de propagação da luz polarizada. O aparelho utilizado para medir esse desvio é o polarímetro.

 Aparelho polarímetro: análise de uma amostra dextrogira. 

1. Substâncias que desviam a luz polarizada para a direita chamam-se dextrógira (do latim dexter, direito), e nesse caso utiliza-se o símbolo (+) antes do nome do composto. 
2. Substâncias que desviam a luz polarizada para a esquerda chamam-se levógira (do latim laevus, esquerda) , e nesse caso utiliza-se o símbolo (-)  antes do nome do composto.
3. Um composto que não desvia o plano de luz polarizada é considerado opticamente inativo, e um que desvia é opticamente ativo.

Estereoisômeros com 1 carbono Assimétrico

Toda substância que apresenta um carbono assimétrico, ou seja, quatro grupos ligados a um carbono sp³  e possuem dois isômeros espaciais: um dextrógiro e um levógiro.

Enantiomorfos, Antípodas ópticos: são compostos que são imagens especulares um do outro, ou seja não são superponíveis, desviam a luz polarizada de um mesmo ângulo (ativos), só que para lados opostos.

 

 

Exemplo: ácido lático ou ácido 2-hidróxi-propanóico

Observe que há quatro grupos diferentes nesta molécula: H, CH3, OH, COOH.
Se pudéssemos colocar um espelho na frente da molécula do ácido lático, visualizaremos a seguinte molécula:

O ácido lático recebe o nome D e a sua imagem especular (imagem do espelho), o nome L.

Então as duas moléculas de ácido lático desviam a luz plano polarizada porém uma para um lado e a outra para o outro.

Ambos provocam o mesmo desvio angular, porém em sentidos opostos. Ao olharmos estas duas estruturas vemos que são quimicamente e fisicamente iguais, mas fisiologicamente são diferentes. 

Como se faz a distinção entre elas? Como se tratam de isômeros opticamente ativos, usamos a classificação dextrogiro e levogiro. As letras “d e l” são usadas na nomenclatura:

• Ácido levoláctico → ácido l-láctico ou ácido (-) lático: presente na fermentação de açúcares.
• Ácido dextroláctico → ácido d-láctico ou ácido (+) lático: presente nos músculos. 

Os dois isômeros de ácido lático podem ser chamado de par de enantiomorfos ou antípodas ópticos.

Substâncias com dois átomos de carbono assimétricos diferentes

Existem algumas moléculas que possuem diversos carbonos assimétricos ou quirais. Teremos quatro moléculas espacialmente diferentes: duas dextrógiras e duas levógiras.
Veja o exemplo do ácido α-hidróxi-β-metil-succínico:

Nesta substância, temos dois carbonos assimétricos e diferentes entre si.
Este composto apresenta quatro isômeros opticamente ativos e distintos entre si, que podem ser representados desta forma:

A diferença entre os quatro compostos é indicada pelas posições dos grupos OH e CH3, que as vezes estão na esquerda e outra vez à direita da fórmula.

1. Os isômeros A e B são antípodas ópticos, sendo que um é dextrógiro e o outro levógiro.
2. Os isômeros C e D são antípodas ópticos, sendo que um é dextrógiro e o outro levógiro.
3. Observe que A e B; C e D são imagens especulares uma da outra. É como se houvesse um espelho na frente de cada uma destas moléculas. Elas são Enantiômeros.
4. Os isômeros A e C; A e D; B e C; B e D não são imagens especulares um do outro. Eles são Diasteroisômeros. 

Diasteroisômeros

São isômeros ópticos não enantiomorfos entre si, ou seja, não são imagens especulares um do outro, desviam a luz polarizada em Ângulos diferentes (ativos) e só ocorrem em compostos com mais de um C* na molécula. Apresentam propriedades físicas e químicas diferentes e podem ser separados por  destilação fracionada, cristalização ou cromatografia.

 

Para saber quantos isômeros ópticos existe, podemos calcular de acordo com o número de carbonos assimétricos. 

Na molécula do ácido α-hidróxi-β-metil-succínico existem dois carbonos assimétricos. Então aplicando a fórmula:

• SOA = 2ⁿ, sendo n o número de carbonos quirais.
• SOI = 2^n-1, isômeros racêmicos.

Portanto, na estrutura acima temos 2 dois carbono quirais (C*), então:

• SOA = 2ⁿ = 2² = 4 isômeros ativos (d₁l₁ e d₂l₂)
• SOI = 2^n-1 = 2^2-1 = 2 racêmicos (r₁,r₂)

 

Uma mistura racêmica ou Racemato é definida como uma mistura de dois enantiômeros, com quantidades iguais, sendo um dextrógiro (d-) e o outro levógiro (l-). Sendo assim, um feixe de luz que incide sobre essa mistura não é desviado para a direita e nem para a esquerda, seguindo paralelo ao eixo das abscissas. 

Substâncias com 2 átomos de carbono assimétricos iguais

Teremos 3 moléculas espacialmente diferentes: uma dextrógira, uma levógira e uma opticamente inativa chamada MESO.

Composto Meso: é um isômero inativo por compensação interna, ou seja é um composto que possui dois carbonos assimétricos (2C*) com ligantes iguais e um dos carbonos desvia a luz polarizada de um ângulo µ para a direita e o outro C* desvia a luz polarizada de um ângulo µ para a esquerda, portanto o desvio final será nulo.

Apesar de serem assimétricos, eles não são quirais, uma vez que são superponíveis. Compostos meso são opticamente inativos, ou seja, não desviam o plano da luz polarizada. 

Para identificar facilmente o composto meso, basta verificar a presença de um elemento de simetria, com um plano, na molécula. Plano de simetria é o plano que divide a molécula ou qualquer objeto em duas partes iguais, de modo que uma seja imagem especular (espelho) da outra.

 

Neste caso teremos 4 isômeros:

SOA = dextrógira e levógira
SOI = racêmico e meso

 

Fonte

• Barbosa, Luiz Cláudia de Almeida. Introdução à Química Orgânica. 2ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.
• http://www.soq.com.br/conteudos/em/isomeria
• http://www.mundovestibular.com.br/articles/77/1/ISOMERIA-/Paacutegina1.html
• http://www.infoescola.com/quimica/isomeria/
• http://www.infoescola.com/quimica/mistura-racemica/
• http://www.algosobre.com.br/quimica/isomeria.html

Isomeria CIS-TRANS

Os Estereoisômeros são os isômeros que só pode ser explicada por meio de fórmulas estruturais espaciais. As ligações dos átomos obedecem a mesma ordem mas tem geometria diferentes. Só ocorre em compostos que apresentam duplas ligações ou em compostos cíclicos, o que impede a livre rotação dos átomos.
Os estereoisômeros podem ser subdivididos em: Isomeria Geométrica CIS-TRANS, e Isomeria Óptica.

Isomeria Geométrica CIS-TRANS

A isomeria geométrica cis-trans ocorre quando um par de isômeros apresentam a mesma fórmula molecular, mas são diferentes em suas fórmulas estruturais.

• Isomeria CIS: Indicando átomos iguais de um mesmo lado em relação aos carbonos da dupla. A palavra cis vem do latim e significa “aquém de”.
• Isomeria TRANS: Indicando que os átomos estão em posições transversais ou opostas em relação aos carbonos da dupla. A palavra trans vem do latim e significa “além de”.

  cis-2-buteno                                                    trans-2-buteno 

Pode ocorrer CIS-TRANS em dois casos:

• Em compostos com ligação dupla
• Em compostos cíclicos

 

Compostos com ligação dupla

Os isômeros deverão ter carbonos unidos por uma dupla ligação e ligantes diferentes presos a cada carbono da dupla ligação.

Seja a ligação dupla entre C = C e seus ligantes a, b, c, d, a condição para que ocorra a isomeria geométrica cis-trans deve ter seus ligantes a e b diferentes e c e d diferentes.

Assim:

Exemplos:

A fórmula molecular C2H2Cl2 pode representar duas moléculas com fórmulas estruturais diferentes.

Obseve que os átomos ligantes H e Cl estão no mesmo lado na fórmula à esquerda. Estão em posições opostas na fórmula à direita. Por este motivo, damos nomes diferentes para estes isômeros.

Nomenclatura correta destes isômeros:

Compostos Cíclicos

Para que esta isomeria ocorra em compostos cíclicos é necessário que pelo menos dois carbonos do ciclo apresentem ligantes diferentes entre si.

Nesta molécula os ligantes dos carbonos são diferentes:

Exemplos:

Este caso especial de isomeria também pode ser chamado de isomeria baeyeriana, em homenagem ao cientista Adolf von Baeyer.

 

Fonte

• Barbosa, Luiz Cláudia de Almeida. Introdução à Química Orgânica. 2ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.

• http://www.soq.com.br/conteudos/em/isomeria http://www.mundovestibular.com.br/articles/77/1/ISOMERIA-/Paacutegina1.html
• http://www.infoescola.com/quimica/isomeria/
• http://www.algosobre.com.br/quimica/isomeria.html