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PRÁCTICAS DE DOCENCIA Área: Química Orgánica Título de la práctica:
Asignatura: Química Orgánica 1
Práctica No. 2
SUBLIMACIÓN Y TEMPERATURA TEMPERATURA DE FUSIÓN
INTRODUCCIÓN SUBLIMACIÓN Existen sólidos cuya presión de vapor alcanza el valor de 1 atm antes de llegar a su punto de fusión, X es decir, por debajo de la temperatura en la que la Px Líquido presión de vapor de la sustancia sólida es igual a la Presión de S de su transformación transformación al estado líquido. Para tales vapor 760 Sólido A sólidos, en la curva presión de vapor-temperatura (A-X en la figura 1) la presión de 760 mm corresponde a una temperatura inferior a Tx, o dicho de otra manera, la presión de vapor Px, Tx Ts correspondiente al punto de fusión, Tx es superior a Temperatura 760 mm. Figura 1. Presión de vapor para una sustancia pura contra la temperatura. Cuando un sólido de este tipo se calienta a la presión de una atmósfera, tan pronto como se alcanza la presión de vapor de 760 mm, el sólido pasa directamente desde el estado sólido a la fase de vapor a temperatura constante. Al enfriarse, pasará directamente directamente a la fase sólida. Este proceso recibe el nombre nombre de sublimación. La sublimación es usualmente muy fácil para aquellos materiales que no posean interacciones intermoleculares fuertes. La principal desventaja de la técnica de sublimación es que no es un proceso muy selectivo. s electivo. La sublimación se puede efectuar, tanto a presión atmosférica como a presión reducida. Para estos fines se han ideado varios montajes, uno de los más sencillos es el utilizado en esta práctica. Se purificará por sublimación el alcanfor o naftaleno contaminado. El alcanfor y el naftaleno son sustancias orgánicas baratas que pueden obtenerse comercialmente. comercialmente. El alcanfor también es producto de oxidación oxi dación de muchos recursos naturales. naturales.
TEMPERATURA DE FUSIÓN El punto de fusión es una constante constante física muy utilizada en la identificación de compuestos orgánicos orgánicos sólidos. El punto de fusión se define como la temperatura a la cual un sólido pasa al estado estad o líquido. En las sustancias puras el paso del estado sólido a líquido se lleva a cabo a una temperatura constante, la cual no experimenta muchas variaciones con los cambios de presión pero si con la presencia de impurezas, esto hace que el punto de fusión sea utilizado muy a menudo para establecer el criterio de pureza en un compuesto c ompuesto sólido.
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Los puntos de fusión de las moléculas reflejan hasta cierto grado el tipo de fuerzas intermoleculares que están presentes. Un aspecto muy importante en el análisis de la temperatura de fusión de compuestos orgánicos es la estructura, por ejemplo la simetría de la molécula es un factor importante, ya que entre más simétricas sea las moléculas, estas se acomodan mejor en la red cristalina haciendo la sustancia más compacta y por lo tanto un punto de fusión más alto.
OBJETIVOS • • • • •
Purificar alcanfor o naftaleno de una muestra impura mediante sublimación. Identificar algunos montajes empleados en la sublimación de compuestos orgánicos. Determinar el punto de fusión de sustancias puras. Desarrollar habilidad y destreza en el manejo de equipos para determinar puntos de fusión. Manipular adecuadamente los implementos necesarios para determinar puntos de fusión.
MATERIALES Sublimación: 1 Plancha de calentamiento. 1 Beaker pequeño 50 mL. 3 Vidrio de reloj. 1 Baño de arena, aceite o de agua. 1 Kitasato 250 mL. 2 Microespátula. 1 Tapón horadado y tubo de ensayo. 1 Manguera. 1 Bomba de vacío. 1 Balanza.
Puntos de fusión: 1 Mortero con maso. 2 Tubos capilares. 1 Beaker pequeño. 1 Malla metálica. 1 Trípode o aro metálico. 1 Mechero y manguera. 1 Termómetro (hasta 300º C). 2 Banda de caucho o hilo.
Reactivos: Glicerina o vaselina. Alcanfor o naftaleno contaminado Hielo. Papel filtro
MONTAJES Y APARATOS
Figura 2. Aparatos de sublimación tipo dedo frío a) y Figura 3. Aparato para sublimación de alcanfor. b) enfriados por agua; c) enfriado por hielo.
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PROCEDIMIENTOS Sublimación: Primer método: A presión ambiente. 1. Se colocan 0.200 g de una mezcla de naftaleno contaminado en una beaker limpio y seco previamente pesado y se cubre con un vidrio de reloj conteniendo agua sobre éste. Se coloca el beaker en un baño de arena o de agua calentando cuidadosamente. 2. Terminada la sublimación se pasa el naftaleno a un papel no absorbente previamente pesado y se calcula el porcentaje de recuperación. Para calcular el porcentaje de naftaleno en la mezcla se pesa el residuo no sublimado y por diferencia se determina la cantidad de naftaleno. Comparar el porcentaje de naftaleno por ambas pesadas.
Segundo método: A presión reducida. 1. Otro montaje se arma empleando un dedo frío, el cual consiste en un erlenmeyer donde se coloca la sustancia a sublimar. Un tubo de ensayo con agua y un poco de hielo se introduce por la boca del erlenmeyer (que contiene 0.200 g de mezcla de naftaleno contaminado), sujetándolo con un tapón horadado. Se conecta una manguera al desprendimiento lateral y se hace succión para establecer el vacío. Se calienta en baño de arena, agua o aceite. 2. Al terminar la separación, se retira el recipiente del baño calefactor y se desconecta cuidadosamente el vacío dejando entrar lentamente aire en el recipiente. Se saca el dedo frío (tubo de ensayo) que lleva el material purificado, se retira el material del tubo de ensayo con espátula y se recoge sobre un vidrio de reloj o papel un papel tarado y se pesa. Calcule el % de recuperación.
Puntos de fusión: Preparación de la muestra: La técnica más sencilla para cargar un capilar consiste en tomar una pequeña cantidad de la sustancia previamente reducida a polvo fino, colocarla sobre una espátula y apretar suavemente el extremo abierto del capilar contra ella. Generalmente basta la fricción entre el vidrio y la muestra para coger con el extremo del tubo capilar en espesor de 1 mm de muestra. Luego se lleva la muestra hasta el fondo del capilar (extremo cerrado). Existen varios métodos que el instructor explicará.
Determinación del punto de fusión de un compuesto puro: Tabla No. 1. Valores teóricos de temperaturas de fusión de compuestos orgánicos Monte o arme el equipo para puntos de fusión señalado en la figura 4c. Atienda las instrucciones del profesor. Tome un punto de fusión aproximado para una muestra problema calentando rápidamente el equipo sin exceso, hasta lograr la fusión.
Sustancia Acetanilida Urea Naftaleno Ácido benzoico Ácido salicílico
Punto de fusión Sustancia 114 cido glutárico 133 -naftol 80.3 Ácido bencílico 122 Ácido adípico 158.3
Punto de fusión 98 95 151 153
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Deje enfriar el equipo y luego coloque otro capilar con muestra para la determinación real del punto de fusión. Caliente el aceite hasta unos 15º C por debajo del punto de fusión aproximado observado previamente. Desde este punto hasta la fusión completa debe calentarse lentamente, a un ritmo de 1 a 2º C por minuto. Anote todos los cambios observados en la muestra, (color, textura, etc.), y el intervalo o rango de temperatura de fusión. Anotar la temperatura cuando aparecen trazas de líquido y la temperatura cuando todo el sólido esté fundido, reportar este rango y el promedio como el punto de fusión de la muestra.
Figura 4. Equipos sencillos para la determinación de puntos de fusión. a) con beaker; b) disposición del termómetro y tubo capilar; c) a la derecha, con tubo de Thiele. PREGUNTAS 1. Consulte sobre los principios fisicoquímicos de la fusión; isomorfismo; los diferentes equipos y aparatos para la determinación de puntos de fusión (Tubo de Thiele, dispositivo de Thomas-Hoover; de FisherJohns, de Mel-Temp, etc.); el calibrado del termómetro y su importancia. 2. ¿Cómo se puede explicar el hecho de que la acetona y el alcohol etílico rebajen el punto de fusión del hielo como también el punto de ebullición del agua mientras que la sal y el azúcar elevan el punto de ebullición y rebajan el punto de fusión. 3. ¿Qué es temperatura eutéctica? 4. ¿Cómo se determina el punto de fusión de grasas y ceras? 5. Consulta los principios fisicoquímicos en los cuales se basa la sublimación. 6. Completa un listado de 20 compuestos orgánicos, como mínimo, que puedan purificarse mediante sublimación y da las condiciones de temperatura, vacío o no, etc.) en las cuales se realice el proceso.
