Ácido Benzóico

Ácido Benzóico



INTRODUÇÃO:

O ácido benzóico é uma substância interessante do ponto de vista da química por ser o ácido carboxílico aromático mais simples (um COOH ligado a um anel de benzeno). Do ponto de vista do amador, é uma substância ainda mais interessante visto que pode formar vários sais interessantes (como o benzoato de potássio por exemplo, que é muito mais útil para pirotecnia do que o sal similar de sódio e que pode ser feito com uma suspensão aquosa de ácido benzóico e carbonato de potássio) e em especial compostos orgânicos como ésteres (benzoatos de metila, etila, etc), hidrocarbonetos (como o próprio benzeno, que é considerado um dos "símbolos" da química orgânica. Geralmente o benzeno pode ser isolado do ácido benzóico numa síntese histórica e clássica, primeiro convertendo-o em benzoato de sódio e então destilando com NaOH fundido ou cal-soda (CaO/Ca(OH)2+NaOH). Mas numa das referências[2] há menção da possibilidade de descarboxilação do ácido benzóico em DMSO (dimetilsulfóxido) para dar benzeno; apesar do experimento do Bromic Acid (autor da página referenciada em [2]) aparentemente não ter dado certo e a informação não ser confirmada, ainda seria uma reação no mínimo intrigante e de grande potencial se realmente desse certo..)..

Uma síntese relativamente fácil de fazer e portanto recomendável mesmo ao iniciante..



Clique nas figuras acima, caso você não saiba do que se trata.





Substância , Nome "Popular", Fórmula e Estado Físico Em Que é Comumente Encontrada Peso Molecular Aproximado Informações Adicionais
Ácido Benzóico
(C6H5COOH(s))		 123,126g/mol Em tempos antigos a substância era formalmente preparada da "resina de benzoína"[3],[4],[5],[6],[7],[8] que é uma resina natural que contém alto teor de ácido benzóico (20% de ácido benzóico e 40% de ésteres de ácido benzóico) e que é ainda muito usada em perfumaria e fabricação de vários tipos de incensos (russos, japonenes, chineses, indús, etc). Essa resina deriva da casca de várias árvores do gênero Styrax, que são geralmente encontradas em algumas partes do globo, notadamente nas regiões tropicais mais próximas ao equador. Outros gêneros de árvores e outras plantas também são reportados de produzir ácido benzóico. O procedimento que usavam amplamente para extração do ácido benzóico da resina, no tempo em que sua avó ainda nem sonhava em nascer , era pôr a resina (em pó grosso) num vaso de cerâmica/barro com um cone de papel grosso tampando o vaso que era então submetido a aquecimento moderado, esquentando através de banho de areia. O ácido benzóico (impuro com alguns óleos) sublimava no cone de papel e era removido e purificado. Um outro processo de extração, inventado pelo famoso químico Scheele consistia em misturar essa resina com cal, ferver numa quantidade boa de água por alguma horas, decantar e salvar o líquido, por mais água fresca no sólido decantado, ferver novamente , decantar, juntar os dois líquidos (que contém benzoato de cálcio), filtrar, reduzir o volume através de evaporação e acidificar com ácido muriático para precipitar o ácido benzóico que então era ainda purificado através de sublimação usando o método já conhecido do vaso de cerâmica no banho de areia + cone de papel. O ácido benzóico também é encontrado, especialmente na forma de ácido hipúrico e de benzoato de cálcio, na urina de vários animais herbívoros como cavalos e bois, mas francamente, na minha opinião você teria de ser muito desesperado para tentar isolar o ácido por esse método ..Outra coisa interessante é que a presença desse ácido hipúrico é detectada na urina humana e altos níveis desse ácido podem indicar intoxicação por tolueno, enquanto altos níveis do homólogo ácido metil-hipúrico podem indicar intoxicação por xileno[9]. Voltando ao ácido benzóico, outra coisa interessante sobre ele, é que a maior parte dos seus sais 'inorgânicos' tem uma apreciável solubilidade na água (zinco, manganês, cobre, cálcio, sódio, potássio, magnésio, zinco) a alguns mesmo são higroscópicos (benzoato de alumínio, amônio, etc).. Poucos benzoatos de metais comuns são muito pouco solúveis como é o caso do benzoato de chumbo e o de ferro (o ultimo sendo praticamente insolúvel em água). Atualmente em escala industrial o ácido benzóico é fabricado via oxidação aeróbica do tolueno com catálise homogênea (usualmente sais de cobalto e/ou manganês, solúveis no meio, como os naftenatos destes metais)..No laboratório pode ser sintetizado pela oxidação do tolueno com certo excesso de permanganato de potássio em solução aquosa sob aquecimento/refluxo; isto produz benzoato de potássio em solução que quando separada, filtrada e acidificada faz precipitar o ácido benzóico que pode então ser filtrado, lavado e seco. O ácido benzóico é usado na indústria de conservantes e de química (produção de sais , ésteres e outras substâncias).. Mesmo assim não é tão comum o seu uso direto na indústria de produtos alimentícios (conservante); muito mais comum com esse uso é o benzoato de sódio (o que de um modo ou de outro acaba dando quase na mesma porque o benzoato de sódio é efetivo como conservante apenas em meio ácido[1] e pode então haver um equilíbrio envolvendo o ácido benzóico). O ácido benzóico é irritante da pele e mucosas (como é um pó fino e leve, facilmente "voa" para o ar adjacente e é muito irritante pro nariz/pulmão) e portanto luvas e máscara contra material particulado deve ser usados quando da manipulação deste químico. Informação de segurança: (Inglês) - (Português)
Benzoato de Sódio
(C6H5COONa(s))		 145,108g/mol Sal do ácido benzóico. Algumas lojas especializadas em produtos para fabricação de alimentos podem vender essa substância, que é usada como conservante (e é efetivo apenas em alimentos ácidos). Exemplo são vários tipos de refrigerantes baratos (como os da marca "Del Rey") que você bebe de vez em quando, que podem incluir benzoato de sódio na sua composição. O sal similar de potássio costuma ser usado também em pirotecnia (em especial nas composições de "apito", usadas por exemplo naqueles "busca-pés" que sobem no ar 'assobiando' e no fim explodem, usualmente com perclorato de potássio); eu acredito que o benzoato de sódio também possa ser usado na mesma finalidade, mas devido a presença de sódio, ah possibilidade de reação com outros componentes da composição para formar produtos higroscópicos, além disso, ela certamente seria totalmente desprezável se a composição for feita para além do "assobio", dar efeito de coloração da chama (verde, vermelho, etc), devido ao fato de íons sódio facilmente "envenenarem" e mesmo fazerem desaparecer as cores de outros íons (cobre/CuCl, estrôncio/SrCl+, bário/BaCl+, etc) para dar lugar ao amarelo característico. Informação de Segurança: (Inglês)
Ácido Clorídrico
("Ácido Muriático" (algumas vezes também chamado de "limpa-pedras", termo que pode ser perigoso (veja mais nas informações adicionais ao lado) - HCl(aq))		 36,45 Dependendo da concentração, pode ou não ser do tipo "fumegante". Em geral os tipos fumegantes são os mais concentrados e costumam ter acima de 30% de HCl em solução aquosa(mas são os tipos mais dificeis de encontrar, já que é um produto controlado pela PF..Mesmo assim, se costuma ainda encontrar ácido desse nível de concentração em algumas poucas lojas específicas de produtos de limpeza (limpeza pesada)), junto com impurezas como cloretos de ferro, que tornam a solução amarelo-esverdeada (a solução de HCl pura é incolor). Deve-se tomar cuidado com os "fumos" deste ácido, que por serem HCl, são bastante corrosivos e você certamente não vai querer isso no seu pulmão.. O tipo mais comum nos supermercados é a variedade ~10% que serve para muitas sínteses, apesar de obviamente não ser tão útil quanto as variedades mais concentradas. Atente para o fato de que muitos "limpa-pedras" não contém apenas ácido clorídrico e água, mas também ácido fluorídrico, ácido sulfônico e várias outras impurezas que tornam o produto praticamente inútil para grande parte das sínteses (alguns nem mesmo HCl tem); ou seja, antes de comprar, veja o rótulo para ver a composição. Se tiver algo além de HCl e água, não compre. Informação de Segurança (Inglês),(Português)






EXPERIMENTAL:

~60g de benzoato de sódio comercial foram dissolvidos em 150mL de água na temperatura ambiente. Ácido muriático comercial (variedade "OTC" - 9,5% HCl) foi adicionado na solução até que se tornou difícil de mexer com o palito de madeira; então a “pasta” foi posta num funil (onde já estava um pedaço grande de pano de algodão (uma camisa velha)) que foi então espremido com as mãos (usando luvas de plástico). O liquido filtrado foi acidificado novamente , mais acido benzóico precipitou e novamente foi filtrado no mesmo pano e espremido. O liquido filtrado foi novamente acidificado e um pouco de acido benzóico precipitou. Após decantar uma parte e adicionar mais HCl, observou-se que não havia mais precipitação (indicando reação completa). Após novamente filtrar e espremer no mesmo pano, o precipitado foi lavado uma vez no próprio “filtro” com um pouco de água então o conjunto (filtro de pano + precipitado) foi lavado mais seis vezes usando um ‘fundo’ de garrafa PET com 100-150 ml de água de torneira em cada lavagem e no final mais uma lavagem com água desmineralizada, o esquema é mais ou menos o abaixo (apenas tentem “fingir” que as “caixas” ali são fundos de garrafas PET ):



(1) é a adição de água sobre o ácido benzóico no filtro de pano (dentro do fundo de garrafa) ; (2) um agitador manual(colher de plástico descartável , palito de madeira, etc) é usado para "quebrar" os pedaços de material comprimido, ao mesmo tempo que remexe o material "solto", dentro do filtro , para facilitar a lavagem; (3) o pano com o precipitado é removido e torcido/espremido fortemente, para remover o máximo possível de água.

Após isso, o pano foi aberto, a “torta” de ácido benzóico bem quebrada por sobre o pano e deixado secar por 3 dias (com quebra ocasional de pedaços grandes e “remexidas” no material, para facilitar a secagem). Outra coisa foi ter posto papel por baixo do pano (e trocado todo dia) para absorver parte da água e facilitar a secagem.. Um detalhe que já foi dito é que é altamente recomendável manusear esse composto com luvas (pois irrita a pele) e mascara de proteção (irrita bastante a garganta e também não é bom pro pulmão, de acordo com o MSDS que eu havia visto). O rendimento foi algo em torno de 40-45g, o que dá uns 78-88% de rendimento.. o valor exato eu não conheço porque a balança não é das boas. As impurezas principais do acido benzóico produzido, além de poucos íons sódio, cloreto e ferro (estes dois últimos do HCl) deve ser também algumas fibras de algodão do pano que acabaram agarrando no material..Se o material tivesse sido lavado mais algumas vezes, inclusive no final, com água destilada, talvez tivesse eliminado quase que completamente algumas impurezas (como sódio por exemplo, que como já foi dito costuma ser detrimental para composições pirotécnicas). Mesmo assim, acho que seria melhor ter usado água bem gelada, visto que o ácido é ligeiramente solúvel em água na temperatura ambiente (3.4 g/L ou 0.34g/100 ml @ 25 °C), apesar disso é relativamente solúvel em água fervente e daí pode ser purificado; seria até uma alternativa melhor do que a lavagem para remoção das impurezas, então o procedimento "perfeito" para purificação do ácido obtido aqui seria algumas lavagens e então dissolução em água fervente e após resfriar a solução bem, coletar , dar uma ultima lavada com água destilada gelada e secar sobre papel.. Mas como eu não geralmente não necessito de grandes purezas para meus experimentos, não preciso de recorrer a esse procedimento adicional, ao menos por hora.. No geral, a síntese de ácido benzóico via benzoato comercial é fácil e agradável de fazer..



REFERÊNCIAS:





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