UNIVERSIDAD ¨MAYOR DE SAN ANDRES¨ FACULDAD DE INGENIERIA LAB DE QUIMICA ORGANICA
RECRISTALIZACION RECRISTALIZACION Y PUNTOS DE FUSION
YARMILA CAROLA UNIVERSITARIO(A) UNIVERSITARIO(A) : AGRAMONT LOAYZA YARMILA CARRERA:
INGENIERIA QUIMICA
DOCENTE:
ROBERTO PARRA
AUXILIAR:
ADRIADA HERRARA VELASCO
GRUPO:
¨B ¨ B¨
FECHA:
5-MARZO-2018 0
RECRISTALIZACION RECRISTALIZACION Y PUNTOS DE FUSION I.
OBJETIVO: 1. Objetivo general
Lograr la
purificación de
una muestra determinada empleando
la técnica de recristalización.
Comprobar de forma
experimental
el
punto
de fusión
de
una sustancia. 2. Objetivos específicos
Determinar el disolvente disolvente adecuando realizando realizando pruebas de solubilidad en diferentes disolventes.
Utilizar
el punto
de
fusión como criterio
de pureza
en una sustancia determinada
II.
Aprender a manejar la técnica de recristalización.
Determinar la pureza del compuesto a recristalizar
Realizar un balance de materia
FUNDAMENTO TEORICO 1. Punto de fusión
El punto de fusión de un sólido cristalino se puede definir como la temperatura a la cual la sustancia pasa del estado sólido al estado líquido. En una sustancia pura el cambio de estado es generalmente muy rápido y la temperatura es característica. Por esto el punto de fusión es una constante muy utilizada en la identificación de sólidos. Una sustancia cristalina pura presenta generalmente un punto de fusión característico y un rango de las temperaturas de fusión muy pequeño, aproximadamente de 0.5 a 1.0 °C. Las presencias de impurezas producen generalmente una disminución de la temperatura de fusión, es decir, el compuesto empieza a fundir a temperatura inferior a la esperada, esto trae como consecuencia que el rango de fusión se incremente, mientras mayor es la cantidad de impurezas mayor es la depresión del punto de fusión y por tanto mayor también el intervalo de fusión.
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La depresión en el punto de fusión producida por las impurezas es una consecuencia de los efectos que estos compuestos producen en la presión de vapor de la mezcla sólida, la presencia de contaminantes solubles produce una disminución en la presión de vapor de la mezcla y simultáneamente un descenso en la temperatura de fusión. Tomando como base este fenómeno, la determinación de esta constante física se usa frecuentemente como criterio de identidad y de pureza. La variación del punto de fusión nos explica que el punto de fusión no varía con el cambio de presión externa ni tampoco depende de la cantidad de muestra que se utiliza. Ahora cuando un sólido puro funde, se convierte en un líquido puro y este cumple las propiedades mencionadas anteriormente. Esto quiere decir que, si en el sistema que funde hay presente una impureza (que se disolverá en la fase liquida fundida de la muestra), la presión de vapor del sistema del líquido será menor que el valor anterior para una cierta temperatura. Es decir que una impureza en fase fundida de la muestra hace descender el punto de fusión de una sustancia pura, lo que quiere decir que cuando hay una impureza presente, el punto de fusión aparecerá a menor temperatura y con un rango de fusión más amplio. Determinación del punto de fusión El punto de fusión, al igual que ocurre con el punto de ebullición, va en función de la presión externa a la que se encuentre. Sirve para determinar el grado de pureza que posee un sólido. Mientras el sólido cambia de estado sólido a estado líquido, la temperatura se mantiene constante. En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no sucede todo el tiempo. A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión de una sustancia se ve muy poco afectado por la presión y, por lo tanto, puede ser utilizado para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar de esta manera su pureza. El punto de fusión se determina por medio de un equipo denominado Hiele o en un bloque de fusión. La sustancia se introduce en un tubo capilar y se coloca en el equipo de medida. Luego se procede a calentar muy lentamente y se observa el momento en que cambia de estado. L
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a temperatura a la que ocurre esta transición de estados será entonces la temperatura de fusión. Cuando ocurre este cambio de estado se observa en el interior del tubo capilar un desmoronamiento de la estructura del sólido, acompañado de la formación de un líquido transparente. En ese momento se anota la temperatura que marca el termómetro. Actualmente se han diseñado unos bloques de fusión que sustituyen al Hiele en la determinación de puntos de fusión. Otros comportamientos del punto de fusión
Descomposición. Descomposición. -Todos los compuestos orgánicos descomponen cuando son calentados a temperaturas suficientemente altas. En algunos compuestos esta descomposición tiene lugar a altas temperaturas muy próximas a su punto de fusión. Algunos de de estos compuestos pueden exhibir un rango estrecho con evidencia de descomposición, como por ejemplo oscurecimiento. Otros, incluso compuestos puros, pueden exhibir un rango de fusión-descomposición muy amplio. Polimorfismo. Polimorfismo. -Algunos compuestos exhiben polimorfismo. Este fenómeno se da cuando tenemos diferentes formas cristalinas para la misma sustancia. Cada estructura polimórfica polimórfica tendrá un punto de fusión distinto. Cuando en la literatura se indica más de un punto de fusión para para un compuesto orgánico puro normalmente significa que el compuesto tiene estructuras polimórficas.
Importancia del punto de fusión El punto de fusión es muy utilizado en diferentes campos laborales que requieres contacto con sustancias químicas. El sector biotecnológico lo usa enormemente para saber las propiedades físicas de sus componentes. Ha sido de mucha ayuda cuando se han debido realizar estudios referentes a los hidrocarburos de enlace simples, los cuales, por medio de algunos estudios más complejos con respecto a su punto de fusión, se logró verificar el tipo de estructura que las formaba. Es importante dentro del campo de la química tanto orgánica como inorgánica, en los estudios dentro de los campos académicos en el área de química orgánica, por lo tanto, podemos decir que es de suma importancia tanto en el campo estudiantil como en el de trabajo. Dentro de ellos se logra observar las técnicas y procedimientos desarrollados por los estudiantes e investigadores para lograr determinar un punto de fusión para determinado compuesto.
2. Recristalización 3
La cristalización es un proceso típico de laboratorio en el que un sólido cristalino en solución se separa de una mezcla a través de cambios en su solubilidad la disminución en este parámetro conlleva a la producción de soluciones saturadas y sobresaturadas que resultan en la formación de cristales a partir de la solución. El proceso de cristalización depende del grado de sobresaturación que se logre en la solución, formación de núcleos y el crecimiento de cristales o partículas amorfas. La sobresaturación se puede alcanzar por: evaporación del disolvente de la solución, por el enfriamiento de la solución por la adición de otros solutos, o por el cambio de los disolventes. Dependiendo de las condiciones de la cristalización, es posible controlar o modificar la naturaleza de los cristales obtenidos. Una variante a la cristalización simple es el proceso fraccionado f raccionado que también es muy útil. La disolución de sólidos similares puede evaporarse hasta que empieza la cristalización. Los cristales serán más ricos en un sólido que en otro. Cristalizaciones repetidas (recristalización) conducen a la preparación de cristales más puros del componente menos soluble y a una disolución que contiene solamente disolvente con el componente más soluble. Frecuentemente el uso de una mezcla de dos disolventes en el proceso de cristalización es más satisfactorio que un solo disolvente, esta mezcla debe ser homogénea totalmente, es decir, los componentes deben ser miscibles y uno de los disolventes debe disolver fácilmente al compuesto a separar, mientras que el otro sólo debe disolverlo ligeramente. Es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento excluya las impurezas que pudieran estar presentes. El proceso de cristalización consta de los siguientes pasos:
Disolver la sustancia sustancia en el disolvente disolvente a una temperatura elevada.
Adicionar máximo máximo 0.5 gramos de carbón activado para eliminar las impurezas coloridas.
Filtrar la solución solución caliente para remover remover las impurezas insolubles insolubles y el carbón activado adicionado anteriormente
Dejar enfriar la solución solución para para que se depositen depositen los cristales de la sustancia.
Filtrar la solución fría para separar los cristales cristales de la solución sobrenadante (conocida como agua madre).
Lavar los cristales para remover el licor madre adherido.
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Secar los cristales para remover remover las trazas del disolvente. disolvente. Las Las impurezas impurezas pueden colocarse en las siguientes categorías: impurezas mecánicas, impurezas coloridas y las impurezas solubles.
Factores que afectan la solubilidad de una sustancia. sustancia. -Son:
La solubilidad de un soluto en un solvente particular particular varía con con la temperatura. La mayoría de los compuestos orgánicos son más solubles en solventes calientes que en el mismo solvente frio.
Otro factor que modifica la solubilidad de un soluto, es el “efecto del ion común”, basado en el principio de Le Chatelier.
Elección del solvente indicado. -Para -Para predecir la solubilidad de un soluto en un solvente dado, es necesario tener presente las características de ambos. Para el soluto tendremos en cuenta su carácter iónico o la polaridad de la molécula, peso molecular, relación entre éste y los grupos polares presentes y su capacidad para formar puentes de hidrogeno. En lo respecta al solvente, debe considerarse su polaridad, posibilidad de formar puentes de hidrogeno, carácter acido-base, y su constante dieléctrica. Ahora bien, la clave para el éxito de la recristalización es la elección del solvente apropiado. Un solvente ideal para purificar un sólido por recristalización debe reunir las siguientes características:
No debe reaccionar con el soluto.
Debe disolver, disolver, al producto producto a purificar, mucho mucho más a alta temperatura, temperatura, que a bajas temperaturas.
La solubilidad solubilidad de la sustancia sustancia a purificar debe debe ser lo más baja posible en el solvente frio.
Debe disolver los contaminantes a bajas temperaturas o no disolverlos a alta temperatura.
Debe tener un punto de ebullición relativamente bajo bajo para facilitar el secado de los cristales húmedos.
Cuando dos o más solventes resulten igualmente indicados para una recristalización, se usará el de más fácil purificación, menor inflamabilidad y menor toxicidad y costo.
III.
METODICA EXPERIMENTAL.
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CRISTALIZACION
1 gramo de la muestra de acido benzoico impurificado
Si
0.5 g de Carbon activado
V(cc) de
Disolver en
¿Tiene color?
N
Disolución colorida
Filtrar en caliente
Desecho de carbon
Disolución
activado
colorida
Recristalizar por enfriamiento
Filtrar
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Aguas madre
Volumen
Soluto
Secar
desecho
Muestra diluida en agua
IV.
agua suficientemente caliente para ayudar con la fil tración
Pesar masa
Calcular
experimental
perdidas
Filtración para
Enfriamiento de la
eliminar el carbón
solución para la
activado
formación de cristales
CALCULOS
Datos: Masa de la muestra =1 g Masa del carbón activado =0.5 Volumen Aguas madre = 69 ml 0.8 g de Acido benzoico + 0.2 g de Acido oxálico
Punto de fusión de la muestra = 110-117 °C Masa papel filtro = 0.371 7
+ 0.57 0.575 5
Solubilidad de ácido benzoico para diferentes temperaturas −
Con la formula :
−
T°C
−8 −. 8−8
Con y = 87°
− −
Solubilidad/100ml de agua 0.21 0.27 2.75 x 6.80
10 18 80 87 95
Tenemos que:
−.
9−8 .8−.
9−8 .8−.
4.64
Para hallar el volumen de la primera muestra:
=
∗
=
∗ .
=. Masa experimental :
= + 0.575 0.371 0.204 Masa de aguas madre:
*
.
∗ 69ml
8
0.14 0.141 1 Masa perdida:
1 0.204 0.141 0.65 0.655 5
V.
DISCUSION DE RESULTADOS.
VI.
CONCLUSIONES.
VII.
CUESTIONARIO.
1. En la purificación de un sólido por re cristalización cristalización en un disolvente disolvente ¿Qué es más aconsejable enfriar la solución rápida o lentamente? Explique. Se debe hacer enfriar lentamente para formar cristales grandes y lograr mayor pureza sin que intervengan otras partículas en la recristalización. 2. ¿Sería adecuado la succión a través de un buchner para filtrar una disolución en la que se haya utilizado éter como disolvente? No es adecuado ya que se perdería muchos cristales en el filtro 3. ¿Qué ventajas presenta presenta el agua como disolvente disolvente de recristalización? ¿qué ventajas tendrá el tetracloruro de carbono sobre el éter y el benceno? El agua es polar, no es volátil, no es inflamable y disuelve fácilmente las sustancias polares mientras que el tetracloruro es una sustancia no polar que disuelve sustancias no polares, mientras que el éter es volátil y el benceno toxico. 4. ¿Porque es importante importante reducir al mínimo la evaporación evaporación del disolvente disolvente durante la filtración de una solución caliente?
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Porque el disolvente el disolvente al evaporarse necesita una cantidad de calor para cambiar de estado líquido a gaseoso, por lo tant o, al reducir la evaporación, se evita la perdida de calor del sistema, el mismo que es necesario para que la muestra no se enfríe tan rápidamente, de ese modo los cristales no taparan el filtro 5. Cuando se filtra un sólido por succión en buchner ¿Por qué se debe interrumpir la succión antes de cerrar la trompa de agua? Para evitar la inundación i nundación del sistema provocada por el vacío. 6. Prediga razonablemente que compuesto de cada pareja será más soluble en éter y agua: COMPUESTO
SOLUBILIDAD
Acido oxálico
polar, disuelve en agua
Glioxal
polar, disuelve en agua
Etilendiamina
polar, disuelve en agua
Tetra metil etilendiamina Acido malonico Malonato de etilo Glicerina Trimetileter
no polar, disuelve en éter polar disuelve en agua no polar disuelve en éter polar disuelve en agua no polar disuelve en eter
7. ¿Por que debe cerrarse ambos extremos del tubo capilar cuando se determina el punto de fusión de un compuesto que sublima? Para que no exista perdida de sustancia debido a la sublimación 8. Se determina experimental experimental mente el punto de fusión de un compuesto compuesto puro conocido x resultando este comprendido comprendido en el intervalo 158-159 ºc. a continuación, se determinan los puntos de fusión en cada caso Punto de fusión de una mezcla de x con el ácido salicílico (Punto de fusión 158ºc)130-135ºcPunto de fusión de x con benzamilida (Punto de fusión 160ºc )158 -159ºcPunto de fusión de una mezcla de x con p-metilbenzalamina (Punto de fusión 160ºc)158-159º Con benzamilida es el mismo de allí q es este compuesto. Mientras que con p-metilbenzalamina x esta en mayor cantidad. 9. ¿Qué comprimidos comprimidos analgésicos analgésicos traen traen acido metil salicilico?
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Principalmente la aspirina y el paracetamol. 10. ¿Si el compuesto a recristalizar es el ácido acetil salicílico en un compuesto analgésico cuáles serán las impurezas? 11. ¿Cuál es la estructura del ácido acetil salicílico? 12. Señale las funciones f unciones orgánicas que se pueden identificar en la formula molecular de este compuesto.
Presenta un anillo bencénico y dos grupos carboxilo
13. Consulte las propiedades físicas f ísicas del ácido acetil salicílico Su punto de fusión es de 138ºc y el de ebullición de 140ºc su solubilidad en agua es de 1mg/ml 20ºc densidad de 1.4 g/ml. 14. ¿Qué es una hidrolisis? Es un proceso en el cual el agua actúa para formar nuevos iones o nuevos compuestos 15. Consulte las propiedades físicas f ísicas del ácido salicílico Su punto de fusión es de 158.5ºc, punto de ebullición 211ºc , es incoloro. 16. Explique el fenómeno de coprecipitación Es la formación de compuestos insolubles, paralelos al compuesto que se desea purificar 17. ¿En dónde se pueden encontrar las tablas de solubilidad de compuestos y como se reporta la solubilidad? Las tablas de solubilidad se pueden encontrar en libros que traten de la materia y se la expresa como la cantidad máxima de soluto, que se puede disolver en cierta cantidad de disolvente a cierta temperatura. 18. ¿Es mejor obtener cristales pequeños o grandes? ¿Qué procedimientos puede utilizar para obtener cristales pequeños o cristales grandes? Es lo mejor obtener cristales grandes, para los cual necesitamos un enfriamiento lento. 19. Explique
porque
para
evitar
las
reacciones
de
hidrolisis
se
puede purificar con un sistema de solubilizacion en alcohol y 11
precipitación en agua o bien utilizando una mezcla de solventes con ácido acético y agua. Explique como lo haría experimentalmente. El alcohol no reaccionara con el compuesto s purificar, el ácido acético no reaccionara en hidrolisis y si sucede sería muy pequeña, pues el ácido interviene en las reacciones de hidrolisis 20. Se le ha encomendado recristalizar la sustancia A, para lo cual dispones de los solventes X, Y, y Z, con las siguientes propiedades solvente Punto de ebullición Solubilidad de A en frio Solubilidad de A en calient ex 35ºc 0.2 g/100ml 12 g/100mly 80ºc 4.0 g/100ml 13 g/100mlz 74ºc 0.4 g/100 ml 15 g/100ml ¿Cuál de todos ellos consideras el más m ás adecuado? El más adecuado es z pues su solubilidad en frio es mínima y la solubilidad en caliente es máxima 21. ¿Por qué se debe filtrar en caliente y el embudo de vidrio al igual que el matraz donde recibe el filtrado debe estar previamente calentados? Para evitar precipitaciones en el filtrado con el descenso de la temperatura
VIII.
BIBLIOGRAFIA.
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