Decantação, filtração por gravidade e transferência de líquidos

[G.Patton]

Introdução.

Neste tópico, vou apresentar algumas técnicas laboratoriais importantes. É difícil sobrestimar a importância útil destas operações. A decantação, a filtração por gravidade e a transferência de líquidos são simples, mas requerem alguma atenção e alguma perícia laboratorial. Praticá-las é a melhor maneira de aprender a comportar-se no laboratório e a efetuar as manipulações mais simples. Em seguida, pode encontrar temas mais complicados, como a filtração por sucção, a recristalização e a filtração a quente e, finalmente, a destilação e os sistemas de destilação. Se tiver poucos conhecimentos laboratoriais e tiver dificuldades com os nomes das vidrarias deste tema ou dos temas acima referidos, pode usar este tópico como dica.

Decantação.

Quando há necessidade de separar uma mistura sólido-líquido, ocasionalmente é possível verter o líquido deixando o sólido para trás. Este processo é designado por decantação e é o método de separação mais simples. A decantação é frequentemente utilizada para remover o sulfato de sódio hidratado (Na2SO4) de uma solução orgânica. O sulfato de sódio fica frequentemente agarrado ao material de vidro (Fig.1 a), permitindo que o líquido seja vertido (Fig.1 b). Se for necessário verter o líquido para um recipiente pequeno, pode utilizar-se um funil ou verter o líquido numa vareta de vidro para orientar o fluxo (Fig.1 c). Infelizmente, há muitas misturas que não decantam bem.

Spoiler: Fig.1

a) Sulfato de sódio colado ao material de vidro, b) Decantação de uma mistura sólido-líquido, c) Utilização de uma vareta de agitação de vidro durante a decantação.

A decantação é um processo que separa os componentes de uma mistura com base nas diferenças de densidade. Pode encontrar a decantação na vida quotidiana com vinho ou bebidas espirituosas, mas é também uma técnica poderosa em química para separar um sólido de um líquido ou isolar dois líquidos imiscíveis. A decantação é fácil, mas tem a desvantagem de não permitir a separação perfeita dos componentes da mistura. Uma pequena quantidade de um componente perde-se ao recolher o outro componente, ou então a recolha vai demasiado longe e a recolha fica contaminada com o segundo componente.

Como funciona a decantação.
A decantação envolve duas etapas.

• Sedimentação: A sedimentação utiliza a gravidade ou uma centrífuga para separar os componentes da mistura com base na densidade.
• Decantação: A decantação consiste em verter ou sifonar o componente superior de uma mistura ou drenar o componente inferior.

Um componente sólido é designado por "sedimento" (ou "pellet" quando é utilizada a centrifugação). O componente líquido que é recolhido é designado por "decantação".

O princípio básico da decantação é que as substâncias mais pesadas (mais densas) se afundam, enquanto as mais leves (menos densas) flutuam. Na sua forma mais simples, a decantação utiliza a gravidade para separar um sólido e um líquido ou dois líquidos imiscíveis. O componente mais leve é vertido ou sifonado do topo da mistura. Em alternativa, um funil de separação drena o componente mais pesado.

Pequenos volumes são decantados utilizando tubos de ensaio inclinados a 45 graus num suporte de tubos de ensaio. O ângulo permite que as partículas mais pesadas deslizem pelo tubo, enquanto as partículas mais leves sobem para o topo. O ângulo também facilita o derrame do componente mais leve. O derrame do líquido é mais fácil se for efectuado ao longo de uma vareta de agitação. O processo de decantação é mais lento se os tubos de ensaio forem mantidos na vertical, porque o componente mais pesado pode formar um tampão e impedir que as partículas mais leves subam.

A centrifugação acelera a decantação através da aplicação de força centrífuga e centrípeta. Basicamente, a gravidade artificial separa os componentes da mistura mais rapidamente. A centrifugação compacta os componentes sólidos num pellet. Verter o líquido para longe do pellet resulta em menos perdas do que numa simples decantação. Um funil de separação decanta componentes de misturas de líquidos imiscíveis. Um componente flutua sobre o outro. O funil drena o componente que se encontra no fundo do funil.

Métodos de filtração.

Existem muitos métodos utilizados para separar uma mistura que contém um sólido e um líquido. Se o sólido assentar bem, o líquido pode por vezes ser vertido (decantado). Se o sólido tiver partículas de tamanho muito pequeno ou formar uma mistura turva, a mistura pode por vezes ser centrifugada ou passada através de uma pipeta de filtração (à escala microscópica, < 5 ml). Os métodos mais comuns de separação sólido-líquido no laboratório orgânico são a filtração por gravidade e a filtração por sucção. A filtração por gravidade consiste em verter uma mistura sólido-líquido através de um funil que contém um papel de filtro, permitindo que o líquido se infiltre enquanto o sólido fica retido no papel (Fig.1 a). A filtração por sucção é um processo semelhante, sendo a diferença a aplicação de um vácuo por baixo do funil para puxar o líquido através do papel de filtro com sucção (Fig.1 b).

Spoiler: Fig.2

a) Filtração por gravidade, b) Filtração por sucção.

A filtração por gravidade e a filtração por sucção têm prós e contras, mas o que ajuda a decidir qual o método a utilizar é geralmente se o sólido ou o filtrado deve ser retido. O "filtrado" refere-se ao líquido que passou através de um papel de filtro (como indicado na Fig.1 a). A filtração por gravidade é tipicamente utilizada quando o filtrado é retido, enquanto a filtração por sucção é utilizada quando o sólido é retido. A filtração por gravidade é preferida quando o filtrado é retido, uma vez que a sucção tem o potencial de puxar pequenas partículas sólidas através dos poros do papel de filtro, produzindo potencialmente um filtrado contaminado com o composto sólido. A filtração por sucção é preferida quando o sólido é retido, uma vez que a filtração por gravidade é muito menos eficiente na remoção do líquido residual do sólido no papel de filtro.

Filtração por gravidade.

Quando é necessário separar uma mistura sólido-líquido, é comum que as partículas sejam tão finas que girem e se dispersem quando o frasco é inclinado. Estas misturas não podem ser decantadas, e um método alternativo é a filtração por gravidade. A filtração por gravidade é geralmente utilizada quando o filtrado (líquido que passou através do papel de filtro) é retido, enquanto o sólido no papel de filtro é eliminado. Uma utilização comum da filtração por gravidade é a separação do sulfato de magnésio anidro (MgSO4) de uma solução orgânica que secou (Fig. b). O sulfato de magnésio anidro é pulverulento e, ao ser agitado num solvente orgânico, cria uma fina dispersão de partículas como um globo de neve.

Spoiler: Fig.3

a) Uma solução orgânica seca com sulfato de magnésio anidro, b) Filtração por gravidade desta solução.

Para filtrar uma mistura por gravidade, verter a mistura através de um papel de filtro dobrado em quadrantes (Fig. 4) ou de um papel de filtro canelado num funil e deixar o líquido filtrar utilizando apenas a força da gravidade (Fig. 3 c). É preferível verter como se se tratasse de uma decantação, ou seja, manter o sólido assente no frasco durante o máximo de tempo possível. Quando o sólido começa a cair no papel de filtro, tem a possibilidade de obstruir os poros do papel de filtro ou de atrasar a filtração. Depois de terminar o derrame, enxaguar o sólido no papel de filtro (e no frasco) com algumas porções de solvente fresco para remover o composto residual que adere ao sólido.

Spoiler: Fig. 4 Criação de um papel de filtro dobrado em quadrantes. As linhas a tracejado representam os locais para vincar e dobrar o papel de filtro. As setas indicam a direção da dobragem

Secagem de líquidos orgânicos

• G.Patton
• 11 de setembro de 2022
• 6

Secagem de Líquidos Orgânicos...

Transferência de líquidos.

Verter líquidos.

Quando se transferem líquidos com volumes superiores a 5 ml, estes podem ser vertidos diretamente para os recipientes. Os cilindros graduados e os béqueres têm uma reentrância na boca, pelo que podem ser vertidos de forma controlada desde que as duas peças de vidro se toquem (Fig.5 a). Para verter de um Erlenmeyer ou transferir um líquido para um recipiente de boca estreita (por exemplo, um balão de fundo redondo), deve utilizar-se um funil. Os funis podem ser segurados com uma pinça de anel (Fig.5 b) ou com uma mão enquanto se verte com a outra (Fig.5 c).

Spoiler: Fig.5

a) Verter o líquido, b) Verter para um funil com uma pinça de anel, c) Verter para um funil com a mão.

Comentários sobre as medições.

Para determinar um rendimento significativo de uma reação química, é importante ter medições precisas do reagente limitante. É menos significativo ser preciso quando se manipula um reagente que está em excesso, especialmente se o reagente estiver várias vezes em excesso.

Uma parte do líquido medido por uma proveta graduada fica sempre agarrada ao material de vidro depois de vertido, o que significa que o verdadeiro volume dispensado nunca é equivalente às marcações da proveta. Por conseguinte, os cilindros graduados podem ser utilizados para dispensar solventes ou líquidos em excesso, enquanto que devem ser utilizados métodos mais precisos (por exemplo, massa, pipetas ou seringas calibradas) para dispensar ou medir o reactante limitante. Um cilindro graduado pode ser usado para dispensar um reagente limitante se uma massa subsequente for determinada para encontrar a quantidade exacta realmente dispensada.

Spoiler: Fig.6 Frascos de fundo redondo suportados por:

a) Anel de cortiça numa balança analítica, b) Béquer numa balança de prato.

Ao determinar a massa de um recipiente numa balança, é melhor não incluir a massa de um anel de cortiça (Fig.6 a) ou de outro suporte (por exemplo, o copo na Fig.6 b). Um anel de cortiça pode ficar molhado, ter reagentes derramados sobre ele ou ter pedaços de cortiça caídos, levando a alterações na massa que não podem ser contabilizadas. Os béqueres utilizados como suporte dos frascos podem misturar-se, e cada béquer de 100 ml não tem a mesma massa. Também é melhor transportar os recipientes que contêm produtos químicos para a balança em recipientes fechados, para minimizar os vapores e evitar possíveis derrames durante o transporte.

Utilização de pipetas de Pasteur.
As pipetas de Pasteur (ou pipetas) são o instrumento mais utilizado para transferir pequenos volumes de líquidos (< 5 ml) de um recipiente para outro. São consideradas descartáveis, embora algumas instituições as possam limpar e reutilizar se tiverem um método para evitar que as pontas frágeis se partam.

Spoiler: Fig.7

a) Pipetas curtas e longas, b) 1ml marcado numa pipeta com um marcador permanente.

As pipetas Pasteur existem em dois tamanhos (Fig.7 a): curta (5,75") e longa (9"). Cada uma pode conter cerca de 1,5 ml de líquido, embora o volume fornecido dependa do tamanho do bolbo do conta-gotas. A diretriz geral de que "1 ml equivale a 20 gotas" nem sempre se aplica às pipetas Pasteur e pode ser inconsistente entre pipetas diferentes. O rácio de gotas para uma determinada pipeta e solução pode ser determinado contando as gotas até acumular 1mL numa proveta graduada. Em alternativa, uma pipeta pode ser calibrada de forma aproximada retirando 1mL de líquido de uma proveta graduada e marcando a linha de volume com um marcador permanente (Fig.7 b).

Spoiler: Fig.8

a e b) Criando sucção com uma pipeta de Pasteur, c) Distribuindo líquido de uma pipeta de Pasteur, d) Distribuição incorrecta do reagente (o líquido não deve tocar nos lados do vidro).

Para utilizar uma pipeta, colocar um bolbo conta-gotas e colocar a ponta da pipeta num líquido. Apertar e depois soltar o bolbo para criar sucção, o que fará com que o líquido se retire para a pipeta (Fig. 8 a e b). Mantendo a pipeta na vertical, levá-la até ao frasco para onde vai ser transferido o líquido e posicionar a ponta da pipeta abaixo da junta do frasco, mas sem tocar nos lados, antes de premir o bolbo para introduzir o material no frasco (Fig. 7 c). O bolbo pode ser espremido algumas vezes depois para "soprar" o líquido residual da pipeta.

Se o frasco recetor tiver uma junta de vidro esmerilado, a ponta da pipeta deve estar abaixo da junta durante o fornecimento, para que o líquido não salpique para a junta, o que por vezes provoca o congelamento das peças quando ligadas. Se a pipeta se destinar a ser reutilizada (por exemplo, é a pipeta designada para um frasco de reagente), a pipeta deve ser segurada de modo a não tocar no material de vidro, onde pode ficar contaminada por outros reagentes no frasco (Fig. 7 d).

Utilização de pipetas calibradas.

Pipetas de plástico calibradas.

Quando é necessária alguma precisão na dispensa de pequenos volumes de líquido (1-2 ml), uma proveta graduada não é ideal, pois a ação de verter resulta numa perda significativa de material. As pipetas de plástico calibradas têm marcações em incrementos de 0,25 ml para uma pipeta de 1 ml e são formas económicas de dispensar volumes relativamente precisos.

Spoiler: Fig.9

a) Pipeta de plástico calibrada de 1 ml, b) Aspiração do líquido, c) Pressionar o bolbo até ao volume desejado (a seta aponta para a marca de 1 ml), d e e) Transferência do líquido.

Para utilizar uma pipeta de plástico calibrada, retirar algum líquido a transferir para o bolbo, como habitualmente (Fig. 9 b). Em seguida, apertar o bolbo o suficiente para que o líquido escorra até ao volume desejado (Fig. 9 c) e manter a posição. Mantendo o bolbo pressionado, de modo a que o líquido continue a ser lido até ao volume desejado, mover rapidamente a pipeta para o frasco de transferência (Fig. 9 d) e pressionar ainda mais o bolbo para entregar o líquido ao frasco (Fig. 9 e).

Pipetas de vidro calibradas.
Quando é necessário um elevado nível de precisão na dispensa de líquidos, podem ser utilizadas pipetas de vidro calibradas (volumétricas ou graduadas). As pipetas volumétricas têm um bolbo de vidro na parte superior do gargalo e são capazes de dispensar apenas um determinado volume (por exemplo, a pipeta superior da Fig. 10 é uma pipeta de 10,00 ml). As pipetas graduadas (pipetas Mohr) têm marcações que lhes permitem dispensar vários volumes. Ambas as pipetas precisam de ser ligadas a um bolbo de pipeta para fornecer sucção.

Spoiler: Fig.10 Pipetas volumétricas e graduadas e bolbo de pipeta

As marcações de volume numa pipeta graduada indicam o volume fornecido, o que pode parecer um pouco "atrasado" à primeira vista. Por exemplo, quando uma pipeta graduada é mantida na vertical, a marcação mais alta é 0,0 ml, o que indica que não foi fornecido qualquer volume quando a pipeta ainda está cheia. À medida que o líquido é drenado para um recipiente, as marcas de volume aumentam na pipeta, sendo que a marca mais baixa corresponde frequentemente à capacidade total da pipeta (por exemplo, 1,0 ml para uma pipeta de 1,0 ml).

As pipetas graduadas podem fornecer qualquer volume de líquido, o que é possível graças às diferenças nas marcações de volume. Por exemplo, uma pipeta de 1,0 ml pode ser utilizada para fornecer 0,4 ml de líquido: a) Retirando líquido até à marca de 0,0 ml, depois drenando e fornecendo líquido até à marca de 0,4 ml, ou b) Retirando líquido até à marca de 0,2 ml e drenando e fornecendo líquido até à marca de 0,6 ml (ou qualquer combinação em que a diferença de volumes seja de 0,4 ml).

É importante observar cuidadosamente as marcações numa pipeta graduada. Na Fig.11 a estão representadas três pipetas diferentes de 1 ml. A pipeta mais à esquerda tem marcações a cada 0,1 ml, mas não tem marcações intermédias, pelo que é menos precisa do que as outras duas pipetas da Fig.11 a. As outras duas pipetas diferem nas marcações no fundo. A marca mais baixa da pipeta do meio é de 1 ml, enquanto a marca mais baixa da pipeta mais à direita é de 0,9 ml. Para fornecer 1,00 ml com a pipeta do meio, o líquido deve ser drenado da marca de 0,00 ml para a marca de 1,00 ml, e a última polegada de líquido deve ser retida. Para fornecer 1,00 ml com a pipeta mais à direita, o líquido deve ser drenado da marca de 0,00 ml completamente para fora da ponta, com a intenção de fornecer a sua capacidade total.

Spoiler: Fig.11 Três pipetas graduadas de 1 ml com marcações diferentes:

a) Parte inferior das pipetas, b) Parte superior das pipetas

As pipetas são calibradas "para fornecer" (TD) ou "para conter" (TC) o volume marcado. As pipetas são marcadas com T.C. ou T.D. para distinguir entre estes dois tipos, e as pipetas "to-deliver" são também marcadas com um anel duplo perto do topo (Fig.12 b). Depois de esvaziar uma pipeta "to-deliver", a ponta deve ser encostada ao lado do frasco para retirar quaisquer gotas agarradas, e uma pequena quantidade de líquido residual permanecerá na ponta. Uma pipeta "to-deliver" está calibrada para fornecer apenas o líquido que escorre livremente da ponta. No entanto, depois de esvaziar uma pipeta "para conter", o líquido residual na ponteira deve ser "soprado" com a pressão de um bolbo de pipeta. As pipetas "para conter" podem ser úteis para dispensar líquidos viscosos, onde o solvente pode ser utilizado para lavar todo o conteúdo.

Spoiler: Fig.12

a e b) Aplicar sucção na pipeta, c) Líquido retirado acima do volume desejado, d) O bolbo é libertado e a ponta da pipeta é selada com um dedo para manter a posição do líquido.

Nesta secção são descritos métodos de utilização de uma pipeta de vidro calibrada. Estes métodos destinam-se a ser utilizados com uma pipeta limpa e seca. Se houver líquido residual na ponta da pipeta proveniente da água ou de uma utilização anterior com uma solução alternativa, deve ser utilizada uma pipeta nova. Em alternativa, se o reagente não for particularmente caro ou reativo, a pipeta pode ser "condicionada" com o reagente para remover o líquido residual. Para condicionar uma pipeta, enxaguar a pipeta duas vezes com um volume completo do reagente e recolher o enxaguamento num recipiente para resíduos. Após duas lavagens, qualquer líquido residual na pipeta terá sido substituído pelo reagente. Quando o reagente é então retirado para a pipeta, não será diluído ou alterado de forma alguma.

Para utilizar uma pipeta de vidro calibrada.

1. Colocar a ponta da pipeta no reagente, apertar o bolbo e ligá-lo à parte superior da pipeta (Fig.12 a e b).
2. Soltar parcialmente a pressão sobre o bolbo para criar sucção, mas não soltar totalmente a mão, ou poderá criar um vácuo demasiado grande, fazendo com que o líquido seja violentamente retirado para o bolbo da pipeta. A sucção deve ser aplicada até que o líquido suba até um pouco além da marca desejada (Fig.12 c).
3. Quebrar o selo e retirar o bolbo da pipeta, depois colocar rapidamente o dedo em cima da pipeta para evitar que o líquido escorra (Fig. 12 d).
4. Com um ligeiro movimento de agitação ou uma ligeira libertação de pressão do dedo, deixar entrar pequenas quantidades de ar no topo da pipeta, de modo a drenar lenta e controladamente o líquido até o menisco atingir o volume desejado (a Fig. 13 a mostra um volume de 0,00 ml).
5. Segurando firmemente a parte superior da pipeta com o dedo, levar a pipeta até ao frasco onde o líquido deve ser introduzido e, mais uma vez, deixar entrar pequenas quantidades de ar na parte superior da pipeta para drenar lentamente o líquido até à marca desejada (a Fig. 13 b e c mostra que o volume introduzido é ligeiramente inferior a 0,20 ml).
6. Tocar com a ponta da pipeta na parte lateral do recipiente para deslocar quaisquer gotas pendentes e retirar a pipeta.
7. Se o líquido tiver sido drenado para o fundo da pipeta com uma pipeta T.C., utilizar a pressão de um bolbo de pipeta para soprar a gota residual. Não soprar a gota residual quando se utiliza uma pipeta T.D.
8. Se for utilizada uma pipeta volumétrica, o líquido deve ser retirado por sucção até à linha marcada acima do bolbo de vidro (indicada na Fig.13 d). O líquido pode ser drenado para o novo recipiente com o dedo completamente solto do topo. Quando o líquido deixar de escorrer, a ponta deve ser encostada ao lado do frasco para retirar as gotas agarradas, mas a gota residual não deve ser forçada a sair (semelhante a uma pipeta T.D.).

Spoiler: Fig.13

a) Líquido vermelho até à marca de 0 ml, b) Reagente de distribuição, c) Volume final, d) Pipeta volumétrica (a seta indica a marca de enchimento).

Dispensar líquidos altamente voláteis.

Quando se tenta dispensar líquidos altamente voláteis (por exemplo, éter dietílico) através de uma pipeta, é muito comum que o líquido pingue da pipeta mesmo sem pressão do bulbo do conta-gotas! Isto ocorre porque o líquido evapora para o espaço livre da pipeta e o vapor adicional faz com que a pressão do espaço livre exceda a pressão atmosférica. Para evitar que uma pipeta goteje, retire e expulse o líquido para a pipeta várias vezes. Quando o espaço livre estiver saturado com vapores de solvente, a pipeta deixará de pingar.

Verter líquidos quentes.

Pode ser difícil manipular um recipiente com líquido quente com as mãos desprotegidas. Para verter um líquido quente de um copo, pode ser utilizado um protetor de silicone para mãos quentes (Fig.14 a) ou uma pinça para copo (Fig.14 b e c).

Spoiler: Fig.14 Verter líquidos com um:

a) protetor de mãos quente, b e c) pinça para copos, d) suporte de toalhas de papel.

Para verter um líquido quente de um Erlenmeyer, também se podem utilizar protectores de mãos quentes, mas não seguram muito bem a forma estranha do frasco. Para verter de frascos Erlenmeyer quentes, pode utilizar-se um "suporte de papel toalha" improvisado. Dobra-se várias vezes uma secção comprida de papel de cozinha numa direção, com uma espessura de cerca de 2,5 cm (e fixa-se com fita adesiva de laboratório, se necessário, Fig.15 a). Esta toalha de papel dobrada pode ser enrolada à volta do topo de um copo ou Erlenmeyer e apertada para segurar o frasco (Fig. 14 d e Fig. 15 b).

Ao verter líquido quente de um Erlenmeyer, o suporte de papel toalha deve ser suficientemente estreito para que a toalha não chegue ao topo do frasco. Se o fizer, o líquido escorrerá em direção ao papel à medida que é vertido, enfraquecendo assim o suporte e removendo também uma solução possivelmente valiosa (Fig. 15 c). Quando a toalha de papel está a uma distância do topo do frasco, o líquido pode ser vertido do frasco sem absorver o líquido (Fig. 15 d).

Spoiler: Fig.15

a) Suporte de papel toalha, b) Segurando um Erlenmeyer com um suporte de papel toalha, c) Um suporte demasiado largo, fazendo com que o líquido se infiltre no papel à medida que é vertido, d) Um suporte mais estreito, que verte sem infiltração.

Conclusão.

Espero que este manual te tenha dado as informações necessárias que procuravas. Descrevi os três métodos da melhor forma possível. Se ainda tiveres dúvidas, podes perguntar-me aqui.