INTRODUCION
El análisis orgánico cualitativo dentro de la Química Orgánica es una valiosa herramienta en la identificación de compuestos desconocidos para lograr clasificarlos en el cuadro de las familias de química orgánica. El análisis elemental podemos definirlo como el conjunto de operaciones que permiten conocer los cuales son los elementos y en qué proporción se encuentran en un compuesto químico, se puede desarrollar en dos etapas: Análisis elemental cualitativo: si se propone determinar cuáles son los elementos que constituye la sustancia orgánica o a estudiar Análisis elemental cuantitativo: si se propone determinar la proporción en que se hallan combinados dichos elementos en la sustancia. En este informe sólo se discutirá sobre el análisis cualitativo. Con el presente informe se pretende indicar los pasos seguidos y el análisis efectuado en el desarrollo del laboratorio, en la identificación de los posibles elementos de un compuesto orgánico problema que pueden ser identificados por medio de la fusión con sodio mediante el análisis cualitativo a través de la observación de precipitados y cambios de color en las soluciones resultantes de la fusión.
MAR CO TEORI CO Análisis Cualitativo Elemental Orgánico.
El Análisis Elemental Cualitativo es aquel que se propone conocer la calidad y la naturaleza de los compuestos. Una vez puro el compuesto, se caracteriza identificando identificando sus elementos. La investigación cualitativa de la presencia de éstos es de gran importancia para la identificación de una muestra desconocida y es básica para los posteriores ensayos de caracterización; en algunos casos proporciona una primera idea sobre la clasificación por solubilidad y además, los posibles grupos funcionales que existen en el compuesto. Para llegar a la identificación cualitativa de un compuesto desconocido se realiza las siguientes determinaciones: 1. Análisis elemental cualitativo. En el filtrado de la fusión con sodio se determina la presencia de nitrógeno, azufre y halógenos (cloro, bromo, yodo). 2. Determinación de la solubilidad del compuesto. El análisis elemental podemos definirlo como el conjunto de operaciones que permiten conocer los cuales son los elementos y en qué proporción se encuentran en un compuesto químico, se puede desarrollar en dos etapas: Análisis elemental cualitativo: si se propone determinar cuáles son los elementos que constituye la sustancia orgánica o a estudiar. Análisis elemental cuantitativo: si se propone determinar la proporción en que se hallan combinados dichos elementos en la sustancia.
Color y olor de la muestra
Ya que la mayoría de los compuestos orgánicos no tienen color, esta característica puede ser un dato importante para la identificación de la muestra. Sin embargo, se debe interpretar con precaución, pues la presencia de pequeñas cantidades de impurezas puede colorear una muestra. Por ejemplo, la anilina recién destilada es incolora, pero después de un tiempo una
pequeña fracción se oxida y colorea a la muestra entera de un color caférojizo que, con mayor envejecimiento, puede llegar hasta negro. Pruebas de ignición
La prueba de ignición se lleva a cabo colocando 1-2 mg de muestra en la punta de una espátula y calentándolos en un mechero. No coloque la muestra directamente en la flama, caliente la espátula como a un centímetro y acerque lentamente a la flama. Mientras se quema la muestra, debe hacer las siguientes observaciones: 1. Cualquier fusión o evidencia de sublimación, lo que da una idea aproximada del punto de fusión por la temperatura necesaria para causarla. 2. El color de la flama cuando la sustancia empieza a quemarse. 3. La naturaleza de la combustión (instantánea, lenta o explosiva). Una combustión rápida, casi instantánea indica un alto contenido de hidrógeno. Una combustión explosiva indica la presencia de nitrógeno o grupos que contienen NxOy. Los elementos más comunes que se encuentran en los compuestos orgánicos son C, H, O, N, S, y X. La identificación de carbono e hidrógeno se logra haciendo reaccionar la muestra problema con óxido (CuO) a alta temperatura. La identificación de nitrógeno, azufre y los halógenos, se basa en la conversión de ellos en sales solubles en agua. La fusión alcalina con sodio metálico con la muestra permite hacer éstas determinaciones. Sustancias y reactivos
IDENTIFICACIÓN DE CARBONO E HIDRÓGENO POR OXIDACIÓN.
En un tubo de ensayo limpio y seco, provisto de un tapón con tubo de desprendimiento, coloque una mezcla de 0.2 g de muestra problema y 0.4 g de óxido cúprico. En otro tubo de ensayo coloque 3 mL aproximadamente de solución acuosa de hidróxido de bario (también puede usarse hidróxido de calcio). Caliente entonces el primer tubo y reciba, en el segundo tubo, el gas que se desprenda, haciéndolo burbujear dentro de la solución de hidróxido de bario. Si hay presencia de carbono, se desprenderá dióxido de carbono, el cual al burbujear en el hidróxido de bario, formará un precipitado blanco de carbonato de bario. Si hay presencia de hidrógeno, se formarán pequeñas gotas de agua que se condensarán en la parte superior de las paredes del tubo de ensayo.
IDENTIFICACIÓN DE NITRÓGENO, AZUFRE Y HALÓGENOS.
MÉTODO DE LA FUSIÓN ALCALINA (PRUEBA DE LASSAIGNE). En un tubo de ensayo limpio y seco, coloque 200 mg de sodio metálico en trozos pequeños. Precaución!: Extreme los cuidados para trabajar con el sodio. Use las gafas de protección, use las pinzas para tubo, evite el contacto del sodio con la piel ya que puede ocasionarle quemaduras. No lo ponga en contacto con el agua, pues reacciona violentamente. Use el cabello recogido. Con las pinzas lleve el tubo a la flama del mechero Fisher y caliéntelo moderadamente hasta que
funda el sodio (se forma un glóbulo metálico). En ese momento y fuera de la flama, agregue 100 mg de la muestra problema. Caliente el tubo de manera uniforme para que todo el contenido se carbonice y manténgalo en la flama hasta que alcance el rojo vivo, continúe así durante unos 5 minutos. Retírelo entonces de la flama y déjelo enfriar. Agregue luego, gota a gota y agitando, 1 mL de etanol, con el fin de disolver el sodio que no reaccionó. Precaución: esta disolución origina desprendimiento de burbujas de hidrógeno. Remueva el fondo del tubo con el agitador y si es necesario agregue más etanol, hasta 3 mL. Al terminar el burbujeo agregue 10 mL, aproximadamente, de agua destilada y vuelva a calentar (ahora con el mechero Bunsen) a fin de disolver completamente las sales de sodio formadas. Filtre, por filtración rápida, el contenido del tubo (primero humedezca el papel filtro con agua destilada); el filtrado deberá ser transparente y traslúcido y de pH alcalino.
IDENTIFICACIÓN DE NITRÓGENO: En un tubo de ensayo coloque 100 mg de sulfato ferroso y agregue 1 mL del filtrado.
Caliente, con cuidado y agitación continua, hasta ebullición, durante 1 ó 2 minutos, inmediatamente agregue con precaución gotas de ácido sulfúrico diluido (1:1) con el fin de disolver el hidróxido ferroso y el hidróxido férrico que se hubiera formado por la oxidación con el aire durante la ebullición. El pH deberá ser ácido. Deje reposar el tubo de 5 a 10 minutos. La aparición de un precipitado o coloración azul de Prusia indica la presencia de nitrógeno.
IDENTIFICACIÓN DE AZUFRE
Pueden hacerse las dos pruebas siguientes: 1. En un tubo de ensayo coloque 1 mL del filtrado, acidule con gotas de ácido acético diluido (1:1) agregue gotas de solución de acetato de plomo y caliente. La aparición de un precipitado oscuro indica la presencia de azufre en forma de sulfuro de plomo. Reacción:
2. En un tubo de ensayo coloque 1 mL del filtrado y agregue gotas de solución de nitroprusiato de sodio. La aparición de una coloración púrpura indica la presencia de azufre en forma de complejo colorido. REACCION:
IDENTIFICACIÓN DE HALÓGENOS.
En un tubo de ensayo coloque 1 mL del filtrado, acidule con ácido nítrico diluido (1:1) y caliente hasta ebullición para eliminar a los sulfuros en forma de ácido sulfhídrico y a los cianuros como ácido cianhídrico. Verifique la eliminación de sulfuros, colocando en la boca del tubo un papel filtro humedecido con gotas de solución de acetato de plomo. La eliminación ha sido completa cuando el papel filtro no se oscurece por la formación de PbS.
Añada entonces gotas de solución de nitrato de plata hasta la aparición de un precipitado de halogenuro(s) de plata. REACCION:
1. Si la muestra contiene solamente uno de los halógenos, se podrán observar los siguientes colores en los precipitados: Cloruro. El cloruro de plata es un precipitado blanco caseoso que por acción de la luz o el calor toma un color violeta oscuro. Este precipitado es soluble en hidróxido de amonio y vuelve a precipitar si se agrega ácido nítrico. REACCION:
Bromuro.- El bromuro de plata es un precipitado amarillo crema. Es parcialmente soluble en hidróxido de amonio. REACCION:
ENSAYO DE BEILSTEIN
Es un método rápido para investigar halógenos se emplea un alambre de cobre y calor que con la muestra halogenada produce un halogenuro volátil que a la llama da un color verde azulada. Ensayo de belstein
El fósforo existe en la naturaleza en estado de fosfato de hierro, magnesio, plomo y principalmente de calcio, hay existencia de fósforo en la orina, en el sistema nervioso, presenta varios estados alotrópicos como el ordinario o blanco y el rojo. Es oxidable al aire seco fosforescente, soluble en sulfuro de carbono. IDENTIFICACION DEL FOSFORO: la muestra se le agrega solución de molibdato de amonio y ácido nítrico diluido. Se calienta la solución a 50ºC por 2 minutos y después se deja en reposo. Si en un periodo de 30 minutos aparecerá un precipitado amarillento, indicara la presencia del fósforo.
OBJETIVOS
Lograr determinar la existencia de componentes orgánicos en la muestra por medios de cálculos cualitativos
Identificar la presencia de hidrogeno y carbono a través de la fusión con ácido cúprico.
Verificar experimentalmente la teoría ya estudiada relativa a la identificación de los principales grupos funcionales en compuestos orgánicos, con base en pruebas de ignición, de solubilidad y de algunas reacciones características.
Reconocer la presencia de halógenos, azufre, nitrógeno y fósforo, cianuros, fosfatos en los compuestos a trabajar.
MATERIALES (BIOLÓGICOS Y DE LABORATORIO)
01 Crisol pequeño
Pinza de madera
01 Mechero Bunsen
01 Papel filtro
01 Varilla de vidrio
Papel de tornasol rojo y azul
01 Varilla de vidrio
Tubos de ensayo pyrex 150x12mm
Alambre de cobre y corcho
01 Gafas
08Goteros
METODOLOGÍA Reconocimiento de carbono e hidrogeno
Colocar en un tubo de ensayo una muestra orgánica (C, H) con CuO (oxido cúprico) tapar con tubo de desprendimiento.
Que el tubo de desprendimiento llegue a un vaso precipitado que
contenga Ba(OH)2 (hidróxido de bario). Luego calentar la muestra y observar la formación de un gas (CO2) y la formación de gotas de agua (H2O).
Fusión con sodio:
cortar el sodio (solo corteza). En un tubo pyrex colocar la muestra orgánica mas el sodio. Luego se calienta el tubo al rojo durante por lo menos 1minuto y finalmente se deja enfriar a la temperatura ambiente. Una vez enfriado, usar un embudo con un papel filtro para filtrar la muestra con agua destilada y usar en los siguientes reconocimientos. Obteniendo la “solución alcalina”.
Reconocimiento de azufre: A) Utilizando acetato de plomo:
En un tubo de ensayo agregar la solución alcalina. Luego acidular con CH3COOH (ácido acético). Finalmente colocar 5 gotas de Pb(C 2H3O2)2 (acetato de plomo). Observar si es positiva la muestra (color negro).
B) Utilizando nitroprusiato de sodio:
En un tubo de ensayo agregar la solución alcalina. Luego agregar 3 gotas de una solución al 10% de Na2[Fe(CN)5NO] (nitroprusiato de sodio). Observar si es positiva la muestra (color violeta)
Reconocimiento de nitrógeno:
En un tubo de ensayo agregar la soucion alcalina, más 5 gotas de solución FeSO4 (sulfato ferroso) al 5% y 5 gotas de KF (fluoruro potásico). Luego calentar durante 5 segundos y dejar enfriar (suspensión de hidróxidos de hierro). Por ultimo agregar 2 gotas de FeCl3 (cloruro férrico) al 5% y H 2SO4 (ácido sulfúrico) al 25%. Observar si es positiva la muestra (color azul de Prusia).
Reconocimiento de los halógenos: A) Utilizando nitrato de plata:
En un tubo de ensayo agregar la solución alcalina y acidular con HNO3 (ácido nítrico) < Si anteriormente se ha encontrado en la muestra azufre, nitrógeno o ambos elementos, la solución ácida se hierve durante tres o cuatro minutos para eliminar el sulfuro de hidrógeno y el cianuro de hidrógeno>. Añadir 5 gotas de AgNO3 (nitrato de plata). Observar el precipitado formado (color blanco o amarillo).
B) Utilizando el ensayo Beilstein
Con el extremo de un alambre de cobre se forma un pequeño aro Este se calienta con la llama de un mechero hasta que deje de emitir color y se deja enfriar. Luego con ese mismo aro se coge una pequeña muestra (orgánica) llevándola a la llama (parte oxidante). Observar si la llama emite una iluminación de color verde – azul para comprobar si la muestra posiblemente contenga sustancias halógenas.
RESULTADOS Experiencia 1: RECONOCIMIENTO DE CARBONO E HIDROGENO
+ → ↑ + +
Presencia de carbono + () → 3 ↓ +
Presencia de hidrogeno El Co2 es recibido en la solución de () , con los cuales reaccionan dando precipitados de , que precipita en la solución .El agua que se forma se condensa en las paredes del tubo de ensayo. El método de óxido cúprico consiste en la reducción del óxido cúprico y cobre metálico y la transformación del carbono en anhídrido carbónico y el hidrogeno en agua
Experiencia 2: FUSION DE SODIO + → , , ,
Experiencia 3: RECONOCIMIENTO DE AZUFRE + ( ) → ↓ + −
ACETATO DE PLOMO
SULFURO DE PLOMO
FILTRADO ALCALINO
El azufre se transforma en ion sulfuro , que forma el precipitado negro de SULFURO DE PLOMO cuando se trata con ACETATO de Plomo. La precipitación indica la presencia de azufre.
Con NITROPRUSIATO DE SODIO + () → {() }
Solución filtrada de sodio
Nitroprusiato de sodio
Sulfocianuro de sodio
El ion sulfuro se puede reconocer con nitroprusiato, se puede formar SULFOCIANURO DE SODIO según la reacción. Se observara la formación de una coloración violeta. Experiencia 4: RECONOCIMIENTO DE NITROGENO + → [() ] + 4[()6 ] + 2 (4 )3 → 4 [()6 ]3 + 4
Ferrocianuro de sodio Ferrocianuro férrico Experiencia 5: RECONOCIMIENTO DE HALOGENOS A .ENSAYO DE BEILSTEIN
Si existen halógenos se transforman en los HALUROS DE COBRE, que la volatilizarse provocan con la llama una coloración verde azulada. Nota: El ensayo es muy sensible, y cualquier impureza que contenga halógenos puede originar un ensayo positivo . B.Con NITRATO DE PLATA: La identificación de halógenos en los compuestos organicos se puede realizar transformando el derivado halógeno en HALOGENURO SODICO.
El ion haluro se reconoce por la formación del HALOGENURO DE PLATA, en el caso del cloro nos dará un precipitado blanco AgCl + → ↓ +
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Al realizar el ensayo de Beilstein se observó una coloración verde en la llama, lo cual indica que es una prueba positiva para presencia de halógenos.
Para la identificación del azufre se observó un precipitado de color claro al fondo el tubo de ensayo, lo que indica que es una prueba negativa para la presencia de azufre.
Durante la detección de presencia del nitrógeno se observó que al momento de adicionarle los reactivos a la muestra dad no presentó ningún cambio de color.
Para la identificación de halógenos, se observó un precipitado color blanco, lo cual nos indica que es una prueba positiva para la muestra.
El carbono se reconoce directamente quemando la sustancia. Si la sustancia no es volátil deja un residuo negruzco constituido por carbono.
CONCLUSIONES
Se pudo establecer un análisis cualitativo de sustancias de tipo orgánico, permitiendo distinguir éstos, de los compuestos inorgánicos, reconociéndose de esta manera los principales elementos que conforman los compuestos orgánicos mediante análisis específicos de la sustancia problema.
En la práctica, se encontraron propiedades tanto físicas y químicas propias de sustancias de orgánicas, que proporcionaron información de la composición química de la muestra, tales como ser olorosos al quemarse.
Los halógenos se transforman durante la fusión en los correspondientes haluros, que por adición de solución de nitrato de plata forman un precipitado de haluro de plata.
CUESTIONARIO 1) ¿Se puede aplicar el ensayo de Beilstein a compuestos volátiles? ¿Qué método sugiere para determinar halógenos en compuestos volátiles? Si se puede aplicar el ensayo de Beilstein a compuestos volátiles (se evaporan con facilidad) con la condición de que haya incidencia de calor y haya formación de halogenuros de cobre, formados a partir de una reacción endotérmica del líquido de la muestra y el óxido cúprico, producto de la presencia de halogenuros de cobre, se genera una llama verde. Si es extremadamente volátil, antes de reaccionar con el óxido cúprico, el líquido se evaporara, y no habría reacción, por lo tanto, el líquido de la muestra no debe ser tan volátil. Para la determinación de halógenos, a la solución sódica se le adicionó ácido nítrico al 5% suficiente para dejar la solución con un pH ácido. En esta parte del procedimiento se llevó a cabo la siguiente reacción: HNO3 (ac) + OH-(ac) + NaCl (ac) H2O (l) + NaNO3 (ac) + HNO3 (ac) En este paso fue necesario reducir el volumen de la solución hasta la mitad para eliminar los compuestos HCN y el H2S en forma gaseosa ya que estos dos compuestos podrían interferir en la determinación del halógeno. Después se agregó un volumen de nitrato de plata al 5%, la reacción que se llevó a cabo fue la siguiente: AgNO3 (ac) + NaCl (ac) NaNO3(ac) + AgCl (s)
Blanco
En la práctica se observó la formación de un precipitado de color blanco, lo cual es característico de la presencia de un halógeno como el cloro en la muestra. Según lo encontrado en la literatura con bromo el precipitado es amarillento y con yodo es amarillo.
2) ¿Por qué se deben eliminar el cianuro y el sulfuro de hidrogeno antes de realizar el ensayo de reconocimiento de los iones haluro? Siempre se deben tratar las muestras con HNO3 y evaporar aproximadamente hasta la mitad del volumen inicial, con el fin de eliminar los aniones CN- y S2-, en forma de HCN y H2S, respectivamente, debido a que en la prueba en la cual se determinan los iones haluros, se involucra el uso de cationes plata Ag+, los cuales reaccionan también con estos dos aniones formando AgCN (blanco) como precipitado y Ag2S (negro), e impiden una correcta determinación en la presencia de iones haluros. La formación de cualquiera de estos compuestos puede enmascarar y asemejarse a un resultado positivo de la prueba, por lo que se dice que causan interferencias en la determinación. 3) Un alumno tenía una muestra problema que solamente tenía carbono, hidrógeno y nitrógeno, pero al realizar su análisis resultó positivo el ensayo de halógenos. ¿Qué error había cometido para obtener este resultado? Posiblemente cometió el error cuando estuvo realizando su análisis de su muestra en un tubo de de ensayo tuviera una pequeña parte de ácido nítrico porque este acido diluye o elimina el nitrógeno y el carbono y una vez de que haya terminado su análisis al momento de coger una cable de cobre humedecerlo en la muestra y calentarlo en el mechero la llamo se comenzó a teñirse de verde. 4) Una sustancia desconocida deja un residuo en el ensayo de ignición. Indíquese la solubilidad en éter y benceno en este compuesto Si queda un residuo es porque en la muestra existe un metal, que será un metal alcalino o un metal pesado, en el caso si el compuesto tiene solo un grupo polar en su estructura se disolverá si el grupo es altamente polar como en los ácidos sulforonicos
5) ¿Qué elementos se pueden encontrar en el análisis de un producto natural?
Para nutrientes: La determinación analítica de metales y elementos tales como Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu, Zn y Mn se analizan por espectrofotometría de absorción atómica de llama. 6) ¿Cómo se puede probar la existencia de oxígeno en un compuesto orgánico?
A través de la identificación de carbono e hidrogeno, mediante la reacción de una muestra orgánica con oxido cúprico, del cual se obtiene como producto CO2 y H2O. Del cual se infiere el reconocimiento de oxígeno, que acompaña al carbono e hidrogeno. Para poder observar el agua (H 2O), que es producto de la reacción química, se monta un sistema que impide que el vapor de agua escape a la atmosfera; este queda condensado en la pared del tubo en forma de gotas. 7) Formúlese la reacción ajustada para la oxidación de la D-glucosa, C6H12O6 con óxido cúprico.
C6H12O6 + 12CuO
6CO2 + 6H2O + 12Cu
8) En Química inorgánica el reconocimiento de los elementos (generalmente en forma de iones) que se encuentran en una sustancia desconocida es casi siempre para la caracterización completa de la misma. Esto no ocurre con los compuestos orgánicos. Por ejemplo ¿En qué grado se ha caracterizado un compuesto que contenga solamente carbono e hidrógeno? ¿Y si por análisis cuantitativo se ha encontrado que contiene 85,7% de carbono y 14,3% de hidrógeno en peso? ¿Qué valor tiene, por tanto, el valor elemental cualitativo y cuantitativo en la caracterización de un compuesto orgánico? Sea
CxHy
C
n=m/PM n= 85,7g/12=7.14/7.14=1
H
n=m/PM n=14.3 g/1= 14.3/7.14=2
Cx 85.7% Hy 14.3%
Por lo tanto C:1 y H:2 CH2 (Metileno) CH2 Valor elemental cualitativo: Identifica elementos que componen el compuesto químico. Valor elemental cuantitativo: Identifica al compuesto en sí, pues el cuantitativo indica las proporciones y la masa del compuesto buscado.
RECOMENDACIONES
Utilizar una cantidad apreciable de muestra para reconocer la existencia de C, H, O, N, S, cianuro, etc. Colocar bien los tubos de ensayo sobre el mechero para apreciar una buena combustión y no cometer errores en las pruebas debido a la presencia de otros elementos en las muestras que alteren los resultados. Filtrar la muestra hasta obtener la translucida, evidencia la pureza de la muestra.
BIBLIOGRAFIA
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