Questão 106 do ENEM 2023 — Química
Na produção do politereftalato de etileno, o PET, utiliza-se como reagente o para-dimetilbenzeno, também chamado de para-xileno, que deve ter alta pureza. No entanto, o para-xileno obtido do petróleo possui contaminação dos seus isômeros orto-xileno e meta-xileno, cujas estruturas são apresentadas na figura. No quadro, são listadas as temperaturas de fusão e ebulição desses três isômeros.
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
orto-xileno meta-xileno para-xileno
Temperatura de Temperatura de Isômero fusão (°C) ebulição (°C)
orto-xileno −25 144
meta-xileno − 47,4 139,3
para-xileno 13,5 137,5
Qual processo de separação permite a purificação desse reagente?
Resolução comentada
A questão pede o método de separação adequado para purificar o para-xileno de seus isômeros orto e meta. A decisão vem de comparar propriedades físicas: pontos de fusão e de ebulição.
Pontos de ebulição: orto-xileno 144 °C, meta-xileno 139,3 °C e para-xileno 137,5 °C. Eles diferem em apenas poucos graus, o que torna a destilação (simples ou fracionada) pouco eficiente e muito cara em energia.
Pontos de fusão: orto −25 °C, meta −47,4 °C e para +13,5 °C. Aqui a diferença é grande: o para-xileno é o único que solidifica em temperatura próxima à ambiente. Se a mistura for resfriada a uma temperatura um pouco abaixo de 13,5 °C (e acima de −25 °C), o para-xileno cristaliza, enquanto os outros dois continuam líquidos. Basta separar o sólido do líquido (filtração). O processo pode ser repetido para aumentar a pureza.
A resposta é a solidificação fracionada. As destilações falham porque os pontos de ebulição são muito próximos. A extração líquido-líquido exige solventes com solubilidades diferentes, e os isômeros têm polaridades muito parecidas. A cristalização simples, por sua vez, envolve dissolver um sólido e fazê-lo cristalizar, o que não se aplica a uma mistura de líquidos isômeros como esta.