Determinación de constantes físicas
RECONOCIMIENTO DE CONSTANTES FÍSICAS
INTRODUCCION
Una especie química es una sustancia formada por moléculas iguales. Cada especie química o sustancia pura posee un conjunto de propiedades físicas y químicas propias, mediante las cuales puede caracterizarse o identificarse o conocer su grado de pureza. La identificación de un compuesto consiste en probar que este es idéntico a otro ya conocido y descrito. La pureza e identidad de un compuesto cualquiera queda establecida cuando estas propiedades físicas y químicas son idénticas a las registradas para este compuesto en la literatura química. Estas propiedades también nos permiten seguir y controlar los procesos de purificación para determinar su eficacia o indicarnos cuando la muestra está pura y es innecesario continuar su purificación. Las propiedades físicas más útiles para estos fines son: Caracteres organolépticos, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad. Estas propiedades toman el nombre de constantes físicas porque son prácticamente invariables características de la sustancia. El punto de fusión (para sólidos) y el punto de ebullición (para líquidos) son propiedades que pueden ser determinadas con facilidad, rapidez y precisión, siendo las constantes físicas más usadas, por lo que constituyen determinaciones rutinarias en el laboratorio de Química Orgánica. En este capítulo estudiaremos al punto de fusión y al punto de ebullición para sustancias puras y conoceremos los diferentes métodos para su respectiva medida.
OBJETIVOS
Conocer las diferentes constantes físicas de las sustancias. Conocer el manejo, características de los diferentes equipos, instrumentos necesarios para tales fines. Conocer las técnicas para la determinación determinación de las constantes físicas.
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MARCO TEÓRICO
PUNTO DE FUSIÓN
El punto de fusión se refiere al cambio del estado sólido al estado líquido de una sustancia. Cambio desde una disposición muy ordenada de partículas en el retículo cristalino al más desordenado que caracteriza a los líquidos. La fusión se produce cuando alcanza una temperatura en la cual la energía térmica de las partículas es suficientemente grande como para vencer las fuerzas intermoleculares que las mantiene en posición. Esta constante puede determinarse introduciendo una diminuta cantidad de sustancia dentro de un pequeño tubo capilar, e introduciendo este junto con un termómetro en un baño, calentando lenta y progresivamente y observando la temperatura a la cual empieza (temperatura inicial) y termina (temperatura final) la fusión. A la diferencia entre ambas (temperatura final – temperatura inicial) se le conoce como rango de fusión. Al momento de tomar la temperatura inicial es cuando aparece una primera gotita de líquido y final es cuando la masa cristalina termina de fundir. El punto de fusión de un compuesto puro, en muchos casos se informa como una sola temperatura, ya que el intervalo de fusión puede ser muy pequeño (menos a 1º). En cambio, si hay impurezas, estas provocan que el punto de fusión disminuya y el intervalo de fusión se amplíe. Aprovechando esta característica se emplea el punto de fusión mixto (punto de fusión de una mezcla) para determinar la identidad de un compuesto:
Si se mezclan dos muestras diferentes de la misma sustancia, el resultado sigue siendo la misma sustancia pura. Si se mezclan dos muestras de sustancias diferentes, estas se impurifican entre sí, por lo cual la mezcla fundirá a una temperatura más baja y el intervalo de fusión será más amplio.
Existen actualmente muchos tipos de aparatos para determinar el punto de fusión: Tubo de Thiele, Fisher-Johns, Kofler, Buchi, Thomas-Hoover
TUBO DE THIELE Es el más usado en muchos laboratorios. Consta de un tubo de ensayo con un brazo en forma de U unido al cuerpo de modo que el aceite pueda circular por él. A medida que se calienta el brazo lateral, el calor se distribuye por el aceite por convección y conducción. El brazo lateral permite la circulación del aceite hacia el tubo de ensayo de modo que la calefacción y el proceso de circulación continúan mientras se mantiene el aporte de calor. Se trata de un método eficaz para lograr una calefacción uniforme sin necesidad de introducir un agitador. Cuando se adapte el termómetro a este aparato debe asegurarse que pág. 2
Determinación de constantes físicas no se cierre la boca del tubo de ensayo, ya que se produciría un aumento sustancial de presión.
APARATO DE THOMAS-HOOVER Se trata esencialmente del mismo aparato descrito anteriormente; consta también de un vaso de precipitado, un medio de calefacción y termómetro pero posee un alto nivel de automatismo que lo hace más conveniente para el uso que el simple vaso de precipitado
APARATO DE FISHER-JOHNS Denominado ‘placa caliente’. Aunque existen varios diseños, todos ellos utilizan un bloque de calefacción macizo (aluminio o acero inoxidable) sobre el que se coloca la muestra y en el que se inserta un termómetro para registrar la temperatura. La ventaja de un dispositivo de esta clase consiste en que no tiene aceite que se descomponga.
APARATO DE KOFLER En algunas ocasiones es necesario realizar una determinación exacta de un punto de fusión con un solo cristal diminuto. El micrométodo de Kofler consiste en colocar una cantidad pequeñísima de una sustancia sobre un portaobjetos centrado sobre un pequeño orificio practicado en una plataforma metálica de temperatura controlable y estableciendo el punto de fusión observando con un microscopio. Así pueden realizarse las determinaciones rápidamente y con gran precisión
APARATO DE BUCHI Sistema automático para la determinación del punto de fusión y ebullición provisto de videocámara. Permite visualizar a posteriori todo el proceso y a distintas velocidades de avance de imagen, con lo que se podrá determinar con mayor precisión los intervalos de fusión y ebullición.
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TUBO DE THIELE
APARATO DE THOMAS-HOOVER
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APARATO DE FISHER-JOHNS
APARATO DE KOFLER
APARATO DE BUCHI
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PUNTO DE EBULLICIÓN
Máxima temperatura a la que una sustancia puede presentarse en fase líquida a una presión dada. El punto de ebullición se define como la temperatura igual al de la presión externa o atmosférica. De esta definición se puede deducir que la temperatura de ebullición de un líquido varía con la presión atmosférica. Todo aumento de temperatura que reproduzca en la masa de un líquido, produce un aumento en la energía cinética de sus moléculas y por lo tanto en su Presión de vapor, la que puede definirse como la tendencia de las moléculas a salir de la superficie del líquido y pasar al estado de vapor. Esa tendencia a vaporizarse o presión de vapor, es típica de cada líquido y solo depende de la temperatura; al aumentar esta también aumenta la presión de vapor. También puede definirse como la temperatura a la que las fases líquidas y gaseosas de una sustancia están en equilibrio. El punto de ebullición de una sustancia depende de la masa de sus moléculas y de la intensidad de las fuerzas atractivas entre ellas. En una serie homóloga dada, los puntos de ebullición de cada compuesto aumentarán al aumentar el peso molecular. Los líquidos polares tienen mayores puntos de ebullición que los no polares del mismo peso molecular; mientras que los polares y asociados (por enlace hidrógeno) generalmente tienen punto de ebullición más elevados que los polares no asociados. Además implica la separación de moléculas individuales o pares de iones con carga opuesta, de seno del líquido, esto sucede cuando alcanza una temperatura suficiente para que la energía térmica de las partículas supere las fuerzas de cohesión que las mantiene en el estado líquido.
METODO DE SIWOLOBOFF a) Armamos el sistema tal como se muestra en el gráfico, lo más
b) c) d) e)
conveniente sería utilizar el tubo de Thiele, debido a su distribución uniforme de la temperatura, pero por el tamaño de este se usará un vaso de precipitado. Cerramos uno de los extremos del capilar calentando unos breves segundos. Utilizamos como baño al aceite, este solo hasta la mitad del vaso de precipitado aproximadamente. Introducimos el capilar a un tubo de ensayo con la muestra y sujetamos al termómetro con una lija-, no olvidar que la parte abierta del capilar tiene que estar en contacto con la muestra del problema. Finalmente introducimos al baño y calentamos observando la primera burbuja en T1 y la cadena larga de estas en T 2.
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CUESTIONARIO 1. ¿A qué se llama punto de fusión mixta? Se denomina punto de fusión mixta a aquella que se da cuando se mezclan dos sustancias diferentes , este criterio es usado cuando a una muestra analito por ejemplo se determina que el punto de fusión del ácido benzoico es de 120º-121º , si queremos saber si esta muestra es el ácido benzoico se mezcla con otra sustancia si en la mezcla el rango vira en el valor establecido entonces estaremos hablando de ácido benzoico , pero si al mezclarlo con otra sustancia el punto de fusión cambia estaremos determinando el punto de fusión mixto.
2. Establezca las diferencias entre el P.F y P.E. de sustancias orgánicas
En el P.F no afecta mucho la presión con en el P.E que está determinado por la presión atmosférica ya que al igualar a esa presión es que una sustancia ebulle Los puntos de fusión reflejan hasta cierto punto el tipo de fuerzas intermoleculares que están presentes y los de ebullición de un líquido dependen de la presión exterior y es mayo entre mayor sea la presión. El cambio de estado en la determinación del punto de ebullición es mas violenta que en el punto de fusión ya que al llegar al punto de ebullición de la sustancia analito este evapora instantáneamente , así que se debe tener bastante precaución al determinar esa constante física.
3. ¿Qué consideraciones se debe tener para realizar la determinación del P.F.?
La temperatura de fusión disminuye al elevar la presión. En los sólidos más densos que el líquido la temperatura de fusión aumenta al elevar la presión. Para las sustancias amorfas, en la fusión no coinciden con una temperatura precisa, sino que se desarrolla en un intervalo de pocos grados de forma progresiva. La presencia de impurezas en la sustancia forma alteraciones en el punto de fusión. Pulverizar la sustancia hasta que queden partículas finas. No usar mucha muestra analito .
4. ¿Qué consideraciones se debe tener para realizar la determinación del P.E.? Cuando se proceda a calentar la muestra analito, antes de eso verificar que el capilar y el termómetro en la parte inferior estén en el mismo nivel. Verificar que al armar el sistema para hallar el punto de ebullición el capilar que va a estar en contacto con el aceite no este por más de la mitad del capilar , por lo que podría entrar y se perdería la muestra. Al determinar el punto de ebullición se debe tomar en cuenta la presión , que es importante en la determinación del punto de ebullición Evitar que la liga que une el capilar con el termómetro no esté en contacto con el aceite ya que al ser calentado puede romperse y se perdería la muestra analito.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Monografias. Constantes físicas.( Citado el 16 de setiembre del 2014). Disponible en . http://www.monografias.com/trabajos15/constantes-fisicas/constantes-fisicas.shtml
Geocites. Determinacion de las constantes físicas. ( Citado el 16 de setiembre del 2014) Disponible en: http://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/orgaI_10.pdf
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