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title: "A síntese: rendimento e pureza"
book: "Química dos ensinos fundamental e médio"
subject: chemistry
language: pt
chapter: 28
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/28-a-sintese-rendimento-e-pureza
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 28 — A síntese: rendimento e pureza

A aspirina é um dos remédios mais usados no mundo. A sua história começa com a casca do salgueiro, mascada durante muito tempo contra a dor e a febre; no século XIX, a substância ativa da casca foi rastreada até uma família de compostos a partir dos quais os químicos prepararam o ácido salicílico. Agressivo demais para o estômago para ser tomado em doses grandes, o ácido salicílico foi transformado numa substância mais suave, o ácido acetilsalicílico: a aspirina. Hoje ela é produzida às toneladas em reatores de aço, pela mesma reação que um laboratório escolar consegue fazer numa tarde. Produzir uma substância é só metade do trabalho: também é preciso separá-la de tudo o mais que há no frasco, purificá-la, verificá-la e pesá-la para ver quanto do que era possível foi realmente obtido.

**O que você já sabe.**

A [extração](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-extraction), a [destilação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-distillation), a [cromatografia em camada delgada](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-tlc) e o [fator de retenção](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-retention-factor); um sólido puro funde a uma temperatura nítida e conhecida ([Capítulo 22](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#ch-g10-chemical-species)). Um filtro retém um sólido e deixa passar um líquido ([Capítulo 3](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#ch-g3-separating-mixtures)). A [tabela de avanço](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-extent) dá a quantidade máxima de produto a partir do [reagente limitante](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-limiting) ([Capítulo 27](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#ch-g10-reaction-progress-table)).

![Reatores de aço numa indústria farmacêutica: uma síntese de laboratório, ampliada um milhão de vezes.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/img-ceade8eb654a.jpg)

*Reatores de aço numa indústria farmacêutica: uma [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) de laboratório, ampliada um milhão de vezes.*

## 28.1 As etapas de uma síntese

**Definição 28.1 (Síntese, produto bruto).**

Uma *síntese* é a preparação de uma [espécie química](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-species) por meio de uma ou de várias [reações químicas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reaction), a partir de outras espécies. O sólido ou o líquido recuperado diretamente da [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) reacional, antes de qualquer purificação, é o *produto bruto*: ele ainda contém [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant), subprodutos e [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute).

**Método 28.2 (Planejar uma síntese).**

Uma [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) é feita em quatro etapas:

1. **Reação** : [misturar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-mix) os [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) nas quantidades certas, muitas vezes com um deles em excesso, e aquecer se necessário.
2. **Isolamento** : separar o [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) da [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) reacional ( [filtração](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-filter) , [extração](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-extraction) ).
3. **Purificação** : retirar as impurezas do [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) ( [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation) para um sólido, [destilação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-distillation) para um líquido).
4. **Análise** : verificar a identidade e a pureza do produto (ponto de fusão, cromatografia), depois pesá-lo e calcular o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) .

**Exemplo 28.3 (Produzir a aspirina).**

O ácido salicílico reage com o anidrido etanoico (também chamado anidrido acético) e dá a aspirina e o ácido etanoico:

$$
\ce{C7H6O3 + C4H6O3 -> C9H8O4 + C2H4O2}
$$

$$
\text{ácido salicílico} + \text{anidrido etanoico} \longrightarrow
  \text{aspirina} + \text{ácido etanoico}.
$$

O anidrido é colocado em excesso, para que todo o ácido salicílico reaja; o ácido etanoico formado é um subproduto.

![A produção da aspirina, em fórmulas desenhadas (cada vértice do hexágono é um átomo de carbono, que leva um átomo de hidrogênio onde nada mais está desenhado; um capítulo mais adiante explica essa abreviação). O grupo -OH do anel do ácido salicílico toma metade do anidrido; a outra metade sai como ácido etanoico.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-dfac165ea286.svg)

*A produção da aspirina, em fórmulas desenhadas (cada vértice do hexágono é um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono, que leva um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio onde nada mais está desenhado; um capítulo mais adiante explica essa abreviação). O grupo $\ce{-OH}$ do anel do ácido salicílico toma metade do anidrido; a outra metade sai como ácido etanoico.*

## 28.2 O aquecimento sob refluxo

**Definição 28.4 (Aquecimento sob refluxo).**

O *aquecimento sob refluxo* consiste em aquecer uma [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) reacional num balão encimado por um condensador vertical: os vapores sobem, esfriam no condensador, e o líquido escorre de volta para o balão.

**Proposição 28.5 (Por que o refluxo).**

O aquecimento torna a maioria das reações mais rápida; o refluxo permite aquecer pelo tempo necessário, à temperatura de ebulição da [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture), sem perder nenhum [reagente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant), produto ou [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) na forma de vapor.

**Demonstração.** A temperatura de um líquido em ebulição não pode subir acima do seu ponto de ebulição, e todo vapor que escapa do líquido é condensado e devolvido: nada sai da montagem, que fica aberta no alto para que não se acumule pressão. ∎

![Aquecimento sob refluxo. A água fria entra na camisa do condensador por baixo e sai por cima, de modo que a camisa fica sempre cheia.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-4de254185f26.svg)

*[Aquecimento sob refluxo](#def-g10-synthesis-yield-reflux). A água fria entra na camisa do condensador por baixo e sai por cima, de modo que a camisa fica sempre cheia.*

**Observação 28.6 (Água entrando por baixo).**

Alimentada por cima, a água escorreria direto para baixo e deixaria a parte de cima da camisa cheia de [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air); alimentada por baixo, ela tem de encher a camisa inteira antes de poder sair.

## 28.3 Isolar e purificar

**Definição 28.7 (Filtração a vácuo).**

A *filtração a vácuo* é uma [filtração](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-filter) em que o líquido é puxado através do papel de filtro por sucção: um funil achatado com uma placa perfurada (um funil de Büchner) fica sobre um kitassato ligado a uma bomba de vácuo.

![Filtração a vácuo com um funil de Büchner: a bomba puxa o líquido depressa e deixa o sólido quase seco.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-6a20663bdc45.svg)

*[Filtração a vácuo](#def-g10-synthesis-yield-vacuum-filtration) com um funil de Büchner: a bomba puxa o líquido depressa e deixa o sólido quase seco.*

**Definição 28.8 (Recristalização).**

A *recristalização* purifica um sólido dissolvendo-o no menor volume possível de um [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) quente e depois deixando a solução esfriar: o produto, muito menos solúvel a frio, cristaliza, enquanto as impurezas, presentes em pequenas quantidades, continuam dissolvidas.

**Método 28.9 (Recristalizar um sólido).**

1. Escolha um [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) em que o produto seja muito solúvel a quente e pouco solúvel a frio.
2. Acrescente o [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) quente aos poucos ao sólido bruto, só até que ele se dissolva todo.
3. Deixe a solução esfriar devagar, depois num banho de gelo: formam-se cristais.
4. Recolha-os por [filtração a vácuo](#def-g10-synthesis-yield-vacuum-filtration) , lave-os com um pouco de [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) gelado e seque-os.

![A recristalização em quatro etapas. As impurezas continuam dissolvidas no solvente frio e passam para o filtrado.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-5c130c2175c5.svg)

*A [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation) em quatro etapas. As impurezas continuam dissolvidas no [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) frio e passam para o [filtrado](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-filter).*

**Observação 28.10 (As perdas são inevitáveis).**

Mesmo frio, o [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) mantém um pouco de produto dissolvido. A aspirina [se dissolve](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) na água até cerca de $3.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ a $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, três vezes mais a $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, e muito mais quando está mais quente: cada mililitro de [filtrado](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-filter) e de água de lavagem leva embora um pouco de aspirina. Uma [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation) compra a pureza ao preço da massa.

## 28.4 Analisar o produto

**Proposição 28.11 (Dois controles de pureza).**

Um sólido sintetizado é puro, dentro dos limites destes testes, quando:

- ele funde de uma vez no ponto de fusão dado nas tabelas;
- numa placa de [cromatografia em camada delgada](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-tlc) , ele dá uma única mancha, na mesma altura que uma amostra da [substância pura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-pure-substance) .

**Demonstração.** Admitido: uma impureza abaixa o ponto de fusão e o espalha por uma faixa ([Capítulo 22](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#ch-g10-chemical-species)), e uma segunda espécie em geral percorre uma distância diferente na placa. ∎

![Cromatografia do produto bruto (C) e do produto recristalizado (R) ao lado da aspirina pura (A) e do ácido salicílico (S), vista sob luz ultravioleta. O produto bruto ainda contém ácido salicílico; o recristalizado, não.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-7dd73e74b545.svg)

*Cromatografia do [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) (C) e do produto recristalizado (R) ao lado da aspirina pura (A) e do ácido salicílico (S), vista sob luz ultravioleta. O [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) ainda contém ácido salicílico; o recristalizado, não.*

## 28.5 O rendimento

**Definição 28.12 (Rendimento).**

O *rendimento* $\eta$ de uma [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) é a razão entre a quantidade de produto realmente obtida, pura e seca, e a quantidade máxima que o [reagente limitante](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-limiting) poderia dar:

$$
\eta = \frac{n_{\text{obtida}}}{n_{\max}} ,
$$

em geral dada em porcentagem.

**Proposição 28.13 (O rendimento a partir das massas).**

Como a quantidade obtida e a quantidade máxima se referem ao mesmo produto, de [massa molar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-molar-mass) $M$, o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) também é a razão das massas:

$$
\eta = \frac{m_{\text{obtida}}}{m_{\max}},
  \qquad m_{\max} = n_{\max} \times M,
$$

em que $n_{\max}$ vem da [tabela de avanço](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-extent), em $x = x_{\max}$.

**Demonstração.** $m_{\text{obtida}} / m_{\max} = (n_{\text{obtida}} M) / (n_{\max} M)
= n_{\text{obtida}} / n_{\max}$. ∎

**Exemplo 28.14 (O rendimento de uma pequena síntese).**

$1.38\,\mathrm{g}$ de ácido salicílico ($M = 138.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$), isto é, $0.0100\,\mathrm{mol}$, reagem com anidrido etanoico em excesso. A quantidade máxima de aspirina é $0.0100\,\mathrm{mol}$, isto é, $0.0100 \times 180.0 = 1.80\,\mathrm{g}$. Se forem obtidos $1.35\,\mathrm{g}$ de aspirina pura e seca, $\eta = 1.35 / 1.80 = 0.75$, um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) de $75\,\%$.

**Observação 28.15 (Por que os rendimentos ficam abaixo de 100 %).**

Perde-se produto em todas as etapas: grudado na vidraria, dissolvido no [filtrado](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-filter) e nas águas de lavagem, deixado para trás numa [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation); algumas reações também dão produtos secundários, ou param antes que o [reagente limitante](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-limiting) se esgote. Um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) acima de $100\,\%$ sempre indica um erro, na maioria das vezes um produto pesado ainda úmido ou impuro.

**No laboratório — Produzir aspirina.**

Num balão seco, o professor [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) ácido salicílico com um excesso de anidrido etanoico e algumas gotas de um ácido que acelera a reação, e aquece a [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) sob refluxo em banho-maria, a cerca de $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, durante um quarto de hora. Depois de esfriar, acrescenta-se água fria: o anidrido em excesso reage com ela, e a aspirina, pouco solúvel em água fria, sai na forma de cristais brancos. Eles são recolhidos por [filtração a vácuo](#def-g10-synthesis-yield-vacuum-filtration), recristalizados, secados e pesados, e o seu ponto de fusão é medido.

**Segurança.**

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-1664a80a99b8.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-93c17238ab7b.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-4616f1761595.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/fig-0df833fa40ae.svg)

O anidrido etanoico é inflamável, nocivo se ingerido ou inalado, e provoca queimaduras graves na pele e nos olhos: ele é manuseado pelo professor, numa capela de exaustão, com luvas e óculos de proteção. O ácido salicílico é nocivo se ingerido e pode lesar os olhos. A aspirina produzida num laboratório nunca é tomada como remédio.

![Comprimidos de aspirina: cada um contém uma massa pesada da substância pura, misturada com um aglutinante.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g10-synthesis-yield/img-4d489689f94a.jpg)

*Comprimidos de aspirina: cada um contém uma massa pesada da [substância pura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-pure-substance), [misturada](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-mix) com um aglutinante.*

## 28.6 Exercícios

**Exercício 28.1 ★.**

Uma [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) poderia dar no máximo $5.0\,\mathrm{g}$ de produto; obtêm-se $4.2\,\mathrm{g}$ de produto puro e seco. Calcule o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield).

**Solução de Exercício 28.1.**

$\eta = 4.2 / 5.0 = 0.84$, um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) de $84\,\%$.

**Exercício 28.2 ★.**

Ponha em ordem estas etapas de uma [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis): medição do ponto de fusão; [aquecimento sob refluxo](#def-g10-synthesis-yield-reflux); [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation); [filtração a vácuo](#def-g10-synthesis-yield-vacuum-filtration) do [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis); pesagem dos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant).

**Solução de Exercício 28.2.**

Pesagem dos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant); [aquecimento sob refluxo](#def-g10-synthesis-yield-reflux); [filtração a vácuo](#def-g10-synthesis-yield-vacuum-filtration) do [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis); [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation); medição do ponto de fusão.

**Exercício 28.3 ★.**

Numa montagem de refluxo, por que a água de resfriamento entra no condensador por baixo? Por que o alto do condensador fica aberto?

**Solução de Exercício 28.3.**

Entrando por baixo, a água enche a camisa inteira antes de sair por cima, e assim o condensador é resfriado em todo o seu comprimento. O alto fica aberto para que a montagem não fique fechada: aquecer uma montagem fechada acumularia pressão e poderia fazê-la estourar.

**Exercício 28.4 ★.**

Que duas propriedades um [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) deve ter para recristalizar um produto? Onde acabam as impurezas?

**Solução de Exercício 28.4.**

O produto deve ser muito solúvel no [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) quente e pouco solúvel no [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) frio. As impurezas, presentes em pequenas quantidades, continuam dissolvidas no [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) frio e acabam no [filtrado](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-filter).

**Exercício 28.5 ★.**

Uma amostra de aspirina sintetizada funde entre $124\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e $130\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. A aspirina pura funde a cerca de $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. A amostra é pura? O que deve ser feito?

**Solução de Exercício 28.5.**

Não: ela funde abaixo de $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e ao longo de uma faixa de vários graus, sinal de um sólido impuro. Ela deve ser recristalizada, secada, e o seu ponto de fusão medido de novo.

**Exercício 28.6 ★★.**

$2.00\,\mathrm{g}$ de ácido salicílico reagem com anidrido etanoico em excesso; obtêm-se $2.03\,\mathrm{g}$ de aspirina pura e seca. Calcule a massa máxima de aspirina e o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield).

**Solução de Exercício 28.6.**

$n = 2.00 / 138.0 = 0.0145\,\mathrm{mol}$ de ácido salicílico, o [reagente limitante](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-limiting); $m_{\max} = 0.0145 \times 180.0 = 2.61\,\mathrm{g}$; $\eta = 2.03 / 2.61 = 0.78$, isto é, $78\,\%$.

**Exercício 28.7 ★★.**

Uma aluna pesa a sua aspirina ainda úmida e encontra um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) de $104\,\%$. Explique. Pesar o [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis), não purificado mas seco, daria um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) alto ou baixo demais em relação ao [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) verdadeiro?

**Solução de Exercício 28.7.**

A massa pesada inclui água, por isso é maior que a massa de aspirina: o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) calculado fica alto demais, aqui impossivelmente acima de $100\,\%$. O [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) seco ainda contém impurezas (ácido salicílico que não reagiu, subprodutos), que também acrescentam massa: o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) dele também fica alto demais em relação ao [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) verdadeiro em aspirina pura.

**Exercício 28.8 ★★.**

Dê duas vantagens de uma [filtração a vácuo](#def-g10-synthesis-yield-vacuum-filtration) sobre uma [filtração](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/3-separar-misturas#def-g3-separating-mixtures-filter) comum num cone de papel, para recolher cristais.

**Solução de Exercício 28.8.**

Ela é muito mais rápida e deixa os cristais muito mais secos, já que a sucção retira a maior parte do líquido; os cristais também são fáceis de lavar no funil e de raspar do papel de filtro plano.

**Exercício 28.9 ★★.**

Numa placa de cromatografia, a frente do [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) percorreu $5.0\,\mathrm{cm}$. A mancha de um produto sintetizado percorreu $3.1\,\mathrm{cm}$, a da aspirina pura $3.1\,\mathrm{cm}$, a do ácido salicílico $2.2\,\mathrm{cm}$. Calcule os três [fatores de retenção](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-retention-factor). O que se pode concluir sobre o produto?

**Solução de Exercício 28.9.**

Produto $3.1/5.0 = 0.62$; aspirina $3.1/5.0 = 0.62$; ácido salicílico $2.2/5.0 = 0.44$. O produto se desloca como a aspirina e não mostra mancha de ácido salicílico: é aspirina, sem ácido salicílico detectado.

**Exercício 28.10 ★★.**

A [solubilidade](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solubility) de um produto em dois [solventes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) é:

| [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) | a frio ($20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$) | a quente (perto da ebulição) |
| --- | --- | --- |
| A | $2\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ | $150\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ |
| B | $80\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ | $120\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ |

Que [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) é melhor para uma [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation)? Para $3.0\,\mathrm{g}$ de [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis), mais ou menos que volume de [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) quente é necessário, e que massa, no máximo, continua dissolvida depois de frio?

**Solução de Exercício 28.10.**

[Solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) A: muito solúvel a quente, pouco solúvel a frio; o [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) B mantém a maior parte do produto dissolvida mesmo a frio. Com A, $3.0\,\mathrm{g}$ precisam de cerca de $3.0 / 150 = 0.020\,\mathrm{L}$, isto é, $20\,\mathrm{mL}$ de [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) quente; depois de frio, no máximo $2 \times 0.020 = 0.04\,\mathrm{g}$ continua dissolvido.

**Exercício 28.11 ★★.**

Por que o balão de fundo redondo de uma montagem de refluxo nunca fica mais do que meio cheio? Por que se acrescentam pedrinhas de ebulição?

**Solução de Exercício 28.11.**

Um líquido em ebulição precisa de espaço acima dele: a espuma e os respingos não podem chegar ao condensador. As pedrinhas de ebulição dão ao vapor pequenos lugares onde formar bolhas, para que o líquido ferva de modo regular em vez de em jatos repentinos.

**Exercício 28.12 ★★★.**

Um remédio é produzido em duas etapas, de [rendimentos](#def-g10-synthesis-yield-yield) $80\,\%$ e $70\,\%$. Qual é o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) global? Qual seria ele para três etapas de $90\,\%$ cada? Por que os químicos procuram produzir os remédios no menor número possível de etapas?

**Solução de Exercício 28.12.**

$0.80 \times 0.70 = 0.56$: $56\,\%$. Três etapas de $90\,\%$: $0.90^3 = 0.73$, $73\,\%$. Cada etapa perde produto (e tempo e dinheiro), e as perdas se multiplicam: quanto menos etapas, mais produto sobra no fim.

**Exercício 28.13 ★★★.**

A aspirina [se dissolve](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) na água até cerca de $3.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ a $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Cristais são lavados com $50\,\mathrm{mL}$ de água a essa temperatura. Que massa de aspirina pode ser perdida, no máximo? Por que a água de lavagem é antes resfriada no gelo?

**Solução de Exercício 28.13.**

No máximo $3.3 \times 0.050 = 0.17\,\mathrm{g}$ de aspirina. A água gelada dissolve ainda menos aspirina, já que a sua [solubilidade](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solubility) diminui com a temperatura.

**Exercício 28.14 ★★★.**

$2.76\,\mathrm{g}$ de ácido salicílico são [misturados](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-mix) com $0.0500\,\mathrm{mol}$ de anidrido etanoico. Depois da reação, acrescenta-se água, que destrói o anidrido em excesso: $\ce{C4H6O3 + H2O -> 2C2H4O2}$.

1. Preencha a [tabela de avanço](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-extent) da [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) ; que quantidade de anidrido sobra?
2. Que quantidade total de ácido etanoico está presente no fim?

**Solução de Exercício 28.14.**

1. $n_0(\text{ácido salicílico}) = 2.76 / 138.0 = 0.0200\,\mathrm{mol}$ , anidrido $0.0500\,\mathrm{mol}$ : o ácido salicílico é limitante, $x_{\max} = 0.0200\,\mathrm{mol}$ , e sobram $0.0500 - 0.0200 =  0.0300\,\mathrm{mol}$ de anidrido.
2. A [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) dá $0.0200\,\mathrm{mol}$ de ácido etanoico, a destruição do excesso $2 \times 0.0300 = 0.0600\,\mathrm{mol}$ : $0.0800\,\mathrm{mol}$ ao todo.

**Exercício 28.15 ★★★.**

Uma fábrica precisa produzir $1.00\,\mathrm{t}$ de aspirina, com um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) global de $85\,\%$ a partir do ácido salicílico. Que massa de ácido salicílico ela deve comprar?

**Solução de Exercício 28.15.**

$n(\text{aspirina}) = 1.00 \times 10^{6} / 180.0 = 5.56 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$. Com um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) de $85\,\%$, ácido salicílico necessário: $5.56 \times 10^{3} / 0.85 = 6.54 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$, isto é, $6.54 \times 10^{3} \times 138.0 = 9.0 \times 10^{5}\,\mathrm{g}$, cerca de $0.90\,\mathrm{t}$.

## 28.7 Problema: produzir aspirina

**Problema 28.1.**

Problema de fim de semana — de três gramas de ácido salicílico a um frasco de aspirina pura: qual é o rendimento?

Uma turma produz aspirina. No balão: $3.0\,\mathrm{g}$ de ácido salicílico e $6.0\,\mathrm{mL}$ de anidrido etanoico, de densidade $1.08\,\mathrm{g}/\mathrm{mL}$, com algumas gotas de ácido; a [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) é aquecida sob refluxo. O [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) recolhido por [filtração a vácuo](#def-g10-synthesis-yield-vacuum-filtration) pesa $3.6\,\mathrm{g}$ úmido e $3.3\,\mathrm{g}$ depois de seco. Depois da [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation) e da secagem, restam $2.7\,\mathrm{g}$ de cristais brancos.

**Parte I — A reação.**

1. Verifique que a equação $\ce{C7H6O3 + C4H6O3 -> C9H8O4 + C2H4O2}$ está balanceada.
2. Calcule as [massas molares](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-molar-mass) do ácido salicílico, do anidrido etanoico, da aspirina e do ácido etanoico.
3. Dê o nome dos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) , do produto desejado e do subproduto.
4. Por que a [mistura](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) é aquecida sob refluxo, e não num frasco aberto?

**Parte II — A massa máxima.**

5. Calcule a quantidade inicial de ácido salicílico.
6. Calcule a massa, e depois a quantidade, de anidrido etanoico.
7. Preencha a [tabela de avanço](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-extent) . Que [reagente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) é limitante? Dê $x_{\max}$ .
8. Deduza a massa máxima de aspirina.
9. Por que é o anidrido, e não o ácido salicílico, que é colocado em excesso?

**Parte III — Isolar e purificar.**

10. Por que a massa úmida, $3.6\,\mathrm{g}$ , não pode ser usada para calcular um [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) ?
11. Calcule o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) em [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) seco.
12. Por que a [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation) diminui a massa?
13. Os cristais foram lavados com $30\,\mathrm{mL}$ de água a $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , temperatura em que a aspirina [se dissolve](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) até cerca de $3.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ . Que massa poderia ser perdida assim, no máximo?
14. Calcule o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) em produto puro.

**Parte IV — Verificar o produto.**

15. Os cristais recristalizados fundem de uma vez a $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . O que isso mostra?
16. O [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) fundia entre $120\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e $131\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . O que isso mostra?
17. Numa placa de cromatografia, o [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) dá duas manchas, uma na altura da aspirina pura e outra na altura do ácido salicílico; o produto recristalizado dá uma única mancha, na altura da aspirina. Conclua.
18. A mancha do produto recristalizado percorreu $3.1\,\mathrm{cm}$ e a frente do [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) $5.0\,\mathrm{cm}$ . Calcule o seu [fator de retenção](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/22-especies-quimicas-naturais-e-sinteticas#def-g10-chemical-species-retention-factor) .
19. Entre a reação e a [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation) , que parte do trabalho perdeu mais aspirina?
20. Dê a resposta final: qual é o [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) da [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) ?

**Solução de Problema 28.1.**

**1.** C: $7 + 4 = 11$ e $9 + 2 = 11$; H: $6 + 6 = 12$ e $8 + 4 = 12$; O: $3 + 3 = 6$ e $4 + 2 = 6$. Balanceada.

**2.** Ácido salicílico $7 \times 12.0 + 6 \times 1.0 + 3 \times 16.0
= 138.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$; anidrido $4 \times 12.0 + 6 \times 1.0 +
3 \times 16.0 = 102.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$; aspirina $9 \times 12.0 + 8 \times
1.0 + 4 \times 16.0 = 180.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$; ácido etanoico $2 \times 12.0
+ 4 \times 1.0 + 2 \times 16.0 = 60.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$.

**3.** [Reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant): o ácido salicílico e o anidrido etanoico; produto desejado: a aspirina; subproduto: o ácido etanoico.

**4.** O aquecimento torna a reação mais rápida; sob refluxo, os vapores são condensados e devolvidos, e assim nenhum [reagente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) ou produto se perde.

**5.** $n = 3.0 / 138.0 = 0.0217\,\mathrm{mol}$.

**6.** $m = 6.0 \times 1.08 = 6.48\,\mathrm{g}$; $n = 6.48 / 102.0 = 0.0635\,\mathrm{mol}$.

**7.** Ácido salicílico: $0.0217 - x$; anidrido $0.0635 - x$; aspirina e ácido etanoico: $x$. O ácido salicílico se esgota primeiro: $x_{\max} = 0.0217\,\mathrm{mol}$, o ácido salicílico é limitante.

**8.** $m_{\max} = 0.0217 \times 180.0 = 3.91\,\mathrm{g}$.

**9.** Para que todo o ácido salicílico seja transformado em aspirina: o que sobrasse ficaria [misturado](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/2-misturar-e-dissolver#def-g2-mixing-and-dissolving-mix) à aspirina e seria difícil de retirar, enquanto o anidrido em excesso é destruído pela água acrescentada no fim, e o ácido etanoico que ele dá é eliminado na lavagem.

**10.** Ela inclui água: $3.6\,\mathrm{g}$ dariam um falso $3.6 / 3.91 = 92\,\%$.

**11.** $3.3 / 3.91 = 0.84$: $84\,\%$ de [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) seco, que não é puro.

**12.** As impurezas são retiradas, e uma parte da aspirina continua dissolvida no [solvente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/9-solucoes-e-solubilidade#def-g6-solutions-and-solubility-solute) frio e nas águas de lavagem.

**13.** $3.3 \times 0.030 = 0.10\,\mathrm{g}$ no máximo.

**14.** $\eta = 2.7 / 3.91 = 0.69$: $69\,\%$.

**15.** Um ponto de fusão nítido no valor da aspirina pura: os cristais são aspirina, e pura.

**16.** Fusão abaixo de $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e ao longo de uma faixa larga: o [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) era impuro.

**17.** O [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) continha aspirina e ácido salicílico que não reagiu; a [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation) retirou o ácido salicílico.

**18.** $R_f = 3.1 / 5.0 = 0.62$.

**19.** Mais ou menos o mesmo em cada uma: de $3.91\,\mathrm{g}$ possíveis a $3.3\,\mathrm{g}$ de [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis), e de $3.3\,\mathrm{g}$ a $2.7\,\mathrm{g}$ na [recristalização](#def-g10-synthesis-yield-recrystallisation), cerca de $0.6\,\mathrm{g}$ em cada uma. Como o [produto bruto](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) não era aspirina pura, a primeira parte do trabalho na verdade perdeu um pouco mais de $0.6\,\mathrm{g}$ de aspirina.

**20.** O [rendimento](#def-g10-synthesis-yield-yield) da [síntese](#def-g10-synthesis-yield-synthesis) é de cerca de $69\,\%$.