A recristalização é um procedimento físico ou químico por quê

A cristalização de um constituinte de uma fase líquida consiste na sua separação por formação de uma fase sólida cristalina.
Esta, é uma operação unitária clássica de separação e purificação.
Os cristais podem ser obtidos através de processos físicos, resultantes do arrefecimento da solução ou evaporação do solvente ou de processos químicos, resultantes da adição de agentes precipitantes.
As etapas fundamentais a realizar numa cristalização são: a escolha do solvente, a preparação da solução, o arrefecimento e a recuperação dos cristais.
A escolha do solvente é uma etapa fundamental na purificação por cristalização. Este deve obedecer às seguintes características: variação acentuada da solubilidade da amostra com a temperatura, baixo ponto de fusão, não tóxico, não inflamável, baixo custo e polaridade semelhante à do soluto.
Depois do solvente escolhido, é necessário preparar uma solução com a amostra a purificar e com o solvente a quente. Como a solubilidade aumenta com a elevação da temperatura, e diminui com o decréscimo da mesma, ao adicionar o composto a purificar e o solvente, obtém-se uma solução homogénea, dado que todo o composto se dissolve.
Deve-se ter o cuidado de não adicionar solvente em excesso, mas sim o mínimo possível para preparar uma solução saturada à temperatura de ebulição do solvente.
Um excesso de solvente provoca a dissolução do composto a purificar.
Depois de filtrada a solução é necessário arrefecê-la. A velocidade de arrefecimento influencia o tamanho e o número de cristais produzidos, pelo que é necessário ter em atenção determinadas precauções.
Se o arrefecimento for rápido formam-se cristais demasiado pequenos e se o arrefecimento for lento formam-se poucos cristais mas de maiores dimensões.
Um bom procedimento será permitir que a solução arrefeça à temperatura ambiente, sobre uma placa de cortiça e só depois mergulhá-la num banho de gelo.
Se após o arrefecimento não se tiverem formado cristais, existem algumas técnicas a que se pode recorrer para aumentar a velocidade de cristalização: esfregar as paredes do recipiente com uma vareta de vidro, retirar a solução do banho de gelo e permitir que ela aqueça um pouco até à temperatura ambiente, aumentar o tempo de permanência no banho de gelo e adicionar alguns cristais puros do mesmo solvente.
Por fim transferem-se os cristais para um cristalizador ou vidro de relógio e procede-se à sua secagem numa estufa.

RECRISTALIZA��O

A maioria das subst�ncias org�nicas s�lidas s�o sol�veis pelo menos num l�quido. Muitas dissolvem-se em um n�mero bastante grande de solventes, de maneira mais ou menos f�cil. Essa propriedade de os compostos se dissolverem com maior ou menor facilidade � chamada coeficiente de solubilidade. Apesar de n�o existir nenhuma subst�ncia que seja totalmente insol�vel em rela��o a todo e qualquer l�quido, existem algumas que se mostram praticamente insol�veis. Esse comportamento diferente que apresentam em rela��o a um mesmo solvente pode ser usado para fazer a separa��o de v�rias subst�ncias presentes numa mistura, por meio de um m�todo muito simples - a recristaliza��o.

           Purifica��o por recristaliza��o:

A ess�ncia da recristaliza��o � uma purifica��o. Compostos sujos s�o purificados e podem ser apresentados ao p�blico. A sequ�ncia de procedimentos que vais executar depende muito de qu�o complexa � a mix�rdia a que chamas produto cru e de qu�o sol�vel ela � em v�rios solventes.

Em qualquer dos casos, vais ter de recordar algumas coisas:

1.       Encontrar um solvente que dissolva o teu s�lido puro enquanto quente.

2.     O mesmo solvente n�o deve dissolver o teu composto quando frio.

3.     O solvente frio deve ser capaz de manter dissolvidas as impurezas

Ou seja, no solvente quente, dissolve-se tudo; quando a solu��o arrefece, o produto de interesse separa-se mas as impurezas permanecem no l�quido.

Ora aqui � que est� o problema& isto requer alguma experimenta��o. Mais uma vez, a arte a sobrepor-se � ci�ncia.

Como preparaste bem o trabalho, fizeste uma viagem � biblioteca, consultaste o Handbook (CRC Handbook of Chemistry and Physics) onde constam as solubilidades dos compostos a v�rias temperaturas. Escreveste estes dados no teu caderno de laborat�rio e sabes que solvente escolher. O qu�, n�o procuraste? N�o tens os dados de solubilidade anotados? Parab�ns, tens uma boa negativa!

O Handbook (e o teu caderno) diz que o teu composto �  s.h. eth , o que significa  soluble in hot ethanol , implicando que n�o � sol�vel em etanol frio, ent�o o etanol ser� um bom solvente para recristalizar o teu composto. Deves tamb�m ter procurado no Handbook dados sobre a cor e formas de cristaliza��o. Isto � importante porque:

�        Cor num composto supostamente branco indica a presen�a de impurezas

�        Cor num produto colorido N�O � sinal de impurezas

�        A cor ERRADA num produto � sinal de impureza

Encontrar um bom solvente

Se os dados de solubilidade do teu composto n�o consta do Handbook nem dos outras fontes de informa��o, ent�o vais perder umas horitas � procura do solvente ideal.

1.       Coloca 100 mg, rigorosamente pesados, num tubo de ensaio.

2.     Adiciona 3 ml de um solvente, rolha o tubo a agita at� doer o bra�o. Se todo o s�lido se dissolver � temperatura ambiente, o solvente n�o serve, porque o s�lido � muito sol�vel nele. N�o uses esse solvente mas toma nota desta observa��o no teu caderno porque te pode ser �til no futuro.

3.     Se te parece que o s�lido n�o se dissolveu nada (ou muito pouco), tira a rolha e aquece cuidadosamente o tubo (um gobelet com �gua em ebuli��o d� muito jeito, nesta situa��o  se o teu solvente tem ponto de ebuli��o inferior a 100�C. Sabes o ponto de ebuli��o do solvente, n�o sabes? O qu�, n�o sabes? At� para o ano!). N�O APONTES A BOCA DO TUBO �S COSTAS DO TEU COLEGA! Rolha, agita, tira a rolha, aquece. Rolha, agita, tira a rolha, aquece. Se o s�lido n�o dissolver no solvente quente, este solvente tamb�m n�o presta.

4.     Se o s�lido dissolveu no solvente quente mas n�o no solvente frio, est�s na pista de um bom solvente para a recristaliza��o. Um �ltimo teste.

5.     Coloca o tubo (j� arrefecido) num banho de gelo. Aparece uma quantidade de s�lido! Isto � bom, encontraste um solvente �ptimo.

6.     Vamos supor que n�o aparecem cristais nenhuns quando arrefeces em banho de gelo! N�o � caso para desesperar, por enquanto. Arranja uma vareta de vidro e com ela agita a solu��o no tubo. Raspa as paredes de vidro. Se nem assim se formarem cristais, ent�o est� na hora de partir em busca de outro solvente.

           O aumento do rendimento

Devido ao facto de que a solubilidade das subst�ncias geralmente aumenta com a temperatura, � conveniente dissolv�-las a quente e processar rapidamente a filtragem, levando-se em considera��o que a evapora��o do solvente pode tornar a solu��o saturada sobre o filtro e acarretar alguma cristaliza��o do soluto e que se a filtragem for lenta, a temperatura pode cair, a ponto de provocar essa cristaliza��o. Assim, o volume de solvente tomado tem que ser um pouco maior do que o volume correspondente � uma solu��o saturada, � temperatura em que se vai trabalhar. Esse pequeno excesso estabelece uma margem de seguran�a para evitar a cristaliza��o prematura do soluto. Tais cuidados, portanto exigem o conhecimento dos diversos coeficientes de solubilidade da subst�ncia a ser purificada, para que se usem as quantidades convenientes de soluto e de solvente, bem como que se escolha uma faixa de temperatura adequadas.

Aquece uma por��o do solvente at� � ebuli��o (n�o te esque�as dos cacos de porcelana!). Coloca o produto que pretendes recristalizar num Erlenmeyer ou outro recipiente adequado. Evita gobelets, porque o produto trepa paredes!

Deita uma pequena (quando se diz pequena � mesmo pequena& ) quantidade de solvente quente no recipiente que cont�m o s�lido a recristalizar.

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Agita o recipiente num movimento circular para dissolver o s�lido.

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Coloca o recipiente sobre a placa ou banho para conservar a solu��o quente.

Se o s�lido ainda n�o estiver dissolvido, junta uma quantidade m�nima de solvente e agita de novo.

Dissolveu tudo? Est�s cheio de sorte! Isso quer dizer que as impurezas que possam estar presentes s�o sol�veis no teu solvente e se a tua sorte se mantiver, permanecer�o dissolvidas mesmo quando a solu��o arrefecer. Segue para o ponto x.

Se vires part�culas s�lidas � superf�cie, ou dispersas da solu��o quente, parab�ns! Est�s pronto para o procedimento mais tramado que alguma vez vais encontrar ao longo do curso: a filtra��o a quente!�

Diz-se l� atr�s que  se a impureza for insol�vel a quente, separa-se a mesma por filtra��o da mistura aquecida . Parece t�o inocente!...

Primeiro, vai ler a sec��o Filtra��o.� L� outra vez. Agora considera o problema que vais enfrentar.

Pois, tens uma solu��o quente (quente quer dizer perto de 80�C se o solvente for etanol, 100�C se for �gua, vais queimar os dedos quando pegares no Erlenmeyer). Nessa solu��o quente tens o teu composto dissolvido enquanto a solu��o estiver assim quente; assim que arrefecer, o produto cristaliza. Tens impurezas s�lidas para filtrar.

Filtra��o por gravidade ou a v�cuo? Esta � f�cil, filtra��o a v�cuo para ser mais r�pida, antes que esta coisa cristalize.

Vais buscar um funil e um kitasato, guko e papel de filtro� ou ent�o um bal�o de fundo redondo e um funil de placa porosa. Est� tudo � temperatura ambiente&

Se fizeres a filtra��o com este material o teu composto vai cristalizar no filtro e fica l� retido juntamente com as impurezas. Assim n�o vamos l�. Por isso metes tudo na estufa mais quente que encontras (os gukos de borracha, n�o, por favor!) at� teres as tuas pe�as de filtra��o bem quentinhas. Agora j� n�o h� perigo de cristaliza��es fora do s�tio. N�o? S� que tens de ser r�pido a montar isto tudo, ligar o v�cuo e despejar o teu l�quido quente direitinho dentro do filtro, antes que tudo arrefe�a.

Conseguiste? � primeira? Excelente. Como pr�mio, deves ter j� os teus cristais a formar-se dentro do bal�o e fundo redondo ou do Kitasato para onde a solu��o foi filtrada. � que o abaixamento de press�o provoca uma diminui��o simult�nea da temperatura o que acelera a cristaliza��o.

Tens cristais por todo o lado? No funil, na haste no Erlemeyer onde aqueceste a solu��o? Bem vindo ao clube! Lava tudo com pequenas quantidades de solvente par dentro e um Erlenmeyer limpo par recuperar o mais poss�vel de produto, aquece � ebuli��o e tenta de novo. Sim, j� todos pens�mos o mesmo que est�s a pensar&

Quando a solu��o se apresentar l�mpida, o s�lido est� todo dissolvido. Deixa ficar o teu recipiente sobre a bancada. Resiste � tenta��o, n�o lhe mexas!

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Passado algum tempo, os cristais come�am a aparecer no recipiente.

Podes agora colocar o recipiente num banho de gelo para acelerar a cristaliza��o. Ma n�o te esque�as que, quanto mais lenta for a cristaliza��o, maiores e mais vistosos ser�o os cristais formados!

Aten��o aos banhos de gelo! Os recipientes colocados sobre grandes peda�os de gelo t�m uma tend�ncia infeliz para tombar e se encher de �gua. P�e alguns cubos de gelo� na tina, junta �gua. Basta um fundo. Mesmo assim, p�e uma argola de metal � volta do Erlenmeyer para aumentar o peso e a estabilidade.

Est�s agora pronto para filtrar a solu��o e isolar os cristais.

Efectua uma filtra��o a v�cuo e calca os cristais para remover a maior quantidade poss�vel de solvente. Durante a filtra��o, podes tapar algumas vezes a boca do funil para acelerar o processo (papel de filtro, m�o por cima).

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Algumas cristaliza��es n�o ocorrem espontaneamente, devido � tend�ncia de certos compostos a formarem solu��es sobre-saturadas. Neste caso � necess�rio adicionar � solu��o alguns cristais do composto ou raspar as paredes do frasco provocando ranhuras no vidro, para que se desprendam min�sculos fragmentos deste, que servir�o de ponto de apoio para a forma��o dos cristais do soluto.

Depois de teres os cristais filtrados,� coloca-os num vidro de rel�gio e p�e este num excicador para os cristais secarem.

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N�o � poss�vel recuperar 100% da subst�ncia que se quer purificar, pois sempre h� perdas durante os processos envolvidos na purifica��o. O rendimento na obten��o da subst�ncia pura depende dos coeficientes de solubilidade dos componentes da mistura, da quantidade de cada um e da habilidade do operador.