SUBLIMACIÒN Y TEMPERATURA DE FUSIÒN Kevin García, Edinson Orozco, María C. Rosso, Far ith Robles, Zilena Paula Estudiantes de Ingeniería Química Delvis López Santoya Profesora de Laboratorio de Química Orgánica I (Recibido martes 6 de septiembre de 2011; aceptado el 6 de septiembre de 2011)
Resumen En esta experiencia se determinó experimentalmente el punto de fusión y la sublimación en algunas sustancias utilizadas como la acetanilida y el naftaleno, que reaccionaron a los cambios de temperaturas proporcionados en la experiencia gracias a un mechero de bunsen, y la glicerina, otra sustancia que se utilizó para lograr el cambio de estado. Además, se logró hallar por medio de cálculos el porcentaje de recuperación del naftaleno, luego de la práctica respectiva.
Abstract I this experience was determinate the melting point and the sublimation of some of the substances used such as the naphthalene and acetanilide the reacted to the temperatures changes made in the experience because of the Bunsen burner and the glycerin, other substance that was used for getting a state change. Although, was got with calculation of the naphthalene recovery percentage, after the corresponding item.
INTRODUCCIÓN
al líquido se lleva a acabo 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 sólido.
Cuando un sólido con presión de vapor igual a 1 atm antes de llegar a su punto de fusión, se calienta a dicha presión y su presión de vapor alcanza los 760 mm Hg, el sólido pasa directamente a la fase de vapor a temperatura constante; al enfriarse pasará directamente a la fase sólida. Este proceso recibe el nombre de sublimación.
MARCO TEÓRICO
El punto de fusión es una constante física muy utilizada en la identificación de compuestos orgánicos sólidos. El punto de fusión se define como la temperatura a la cual un sólido pasa al estado líquido. En las sustancias puras el paso del estado sólido
El punto de fusión es la constante física de los sólidos más utilizados por los químicos orgánicos. Desde un punto de vista práctico, el punto de fusión de un sólido cristalino se puede definir como la temperatura a la cual el sólido pasa al
estado líquido a presión de 1atm. En una sustancia pura, el cambio de estado es casi siempre rápido y la temperatura es característica, no afectándose por un cambio moderado de presión. Por este motivo, el punto de fusión es la constante indicada para la identificación de sólidos. Además que el punto de fusión se altera sensiblemente por la presencia de impurezas, esta constante constituye un valioso criterio de pureza. Para poder conocer el efecto producido por una impureza en el intervalo de fusión de una sustancia pura, se puede considerar una mezcla de x con una pequeña impureza de y , en la que las últimas trazas de x se fundieron a TB1. Para establecerse el intervalo de fusión se debe conocer cuándo comenzará a fundir la mezcla. Si la agitación es suficiente para poder asegurar las condiciones de equilibrio mientras se calienta la mezcla sólida, tan pronto como se forme una pequeñísima cantidad de líquido x se saturará con y disuelto para formar una fase liquida de composición eutéctica. En teoría, cualquier mezcla de x con y como impureza deberá comenzar a fundir a TE (temperatura eutéctica) y deberá completarse la fusión a una temperatura inferior a TB. Teóricamente, cuando se aumenta progresivamente la concentración de impurezas y , el límite superior del intervalo de fusión es rebajado y por tanto el intervalo disminuye. Por esta razón, y así se observa realmente, un sólido casi puro funde en un intervalo muy pequeño de temperaturas y con un límite superior muy próximo al verdadero punto de fusión. Un sólido que sea bastante impuro presenta generalmente un intervalo de fusión bastante amplio y una temperatura límite superior considerablemente inferior a la del punto de fusión verdadero. Por esta razón, la purificación de un sólido se sigue frecuentemente observando el punto de fusión: un punto de fusión casi instantáneo, que permanece constante de una recristalización a otra, incluso cuando se emplean disolventes distintos en las
recristalizaciones, es un indicio claro de impurezas. La Sublimación es el cambio de una sustancia del estado sólido al vapor sin pasar por el estado líquido. Algunas de las moléculas de un sólido pueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuerzas de cohesión y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre: el sólido se sublima. Inversamente, al chocar estas moléculas gaseosas contra la superficie del sólido, pueden quedar retenidas, condensándose el vapor. El equilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la de condensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor que depende de la naturaleza del sólido y de la temperatura. Los olores característicos de muchas sustancias sólidas, como el yodo, el naftaleno, el yodoformo y los perfumes sólidos, son debidos a que estas sustancias tienen una presión de vapor apreciable a temperatura ambiente. El proceso de sublimación va acompañado necesariamente de una absorción de energía térmica. La cantidad de energía térmica que se necesita para sublimar a temperatura constante un kilogramo de sustancia en estado sólido se conoce como energía o calor latente de sublimación. El calor latente de sublimación de una sustancia es igual a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de vaporización.
PROCEDIMIENTO Sublimación: 1. Colocamos 0.200 g de una mezcla de naftaleno contaminado en una beacker previamente pesado y lo tapamos con un vidrio de reloj, el cual contenía agua. Luego lo pusimos a calentar. 2. Terminada la sublimación pasamos el naftaleno a un papel no absorbente
previamente pesado y calculamos porcentaje de recuperación.
el
Puntos de fusión: Tomamos una pequeña cantidad de ácido salicílico y la depositamos dentro de un capilar cerrado en un extremo. Luego armamos el equipo, el cual consistió en colocar el capilar sujetado al termómetro, estos dentro de un tubo de Thiele, al cual echamos cierta cantidad de glicerina y procedimos a calentar hasta lograr el punto de fusión., el cual no lo obtuvimos realmente porque posiblemente el reactivo que utilizamos no se encontraba puro.
RESULTADO Análisis de temperatura de fusión y sublimación de algunos compuestos orgánicos en la experiencia: acido salicílico y naftaleno.
Naftaleno No Sublimado( g)
Sublimación Naftaleno Porcentaje Sublimado( De g) Recuperaci ón
0.2
0.14
70%
Temperatura de Fusion Reactivo
Acido salicílico
Temperatura aparicion trazas de liquido (ºC) 99º
Temperatura de fusión (ºC) 149º
PREGUNTAS 1. Consulte sobre los principios fisicoquímicos de la fusión; isomorfismo los diferentes aparatos y equipos para la determinación del punto de fusión (Tubo de Thiele,
dispositivos de Thomas-Hoover; de Fisher-johns, de Mel-Temp, etc.); el calibrador del termómetro y su importancia. Principio físico-químico de la fusión Los sólidos tienen estructura cristalina esto equivale a decir que sus átomos están colocados de forma regular en determinados puntos, siguiendo las tres dimensiones del espacio. Estos átomos pueden vibrar en torno a su posición de equilibrio y si su temperatura aumenta, la amplitud de sus vibraciones crece, ya que la energía que reciben se emplea en aumentar su velocidad. Puede llegar un momento que los enlaces que los retenían en sus posiciones se rompan, desaparezca la estructura cristalina y se inicie el paso al estado líquido, es decir la fusión.
Isomorfismo Se llama isomorfismo al fenómeno por el cual dos sustancias distintas, al presentar la misma estructura, Distribución de átomos y dimensiones en sus moléculas, son capaces de formar conjuntamente una sola red cristalina. Se llama serie isomorfa al conjunto de mezclas posibles, entre dos extremos en los que cada una de las dos sustancias representa el 100%. En mineralogía la mezcla suele recibir un nombre específico, diferente del que reciben los dos minerales formados respectivamente por cada una de las dos sustancias puras.
Aparatos de fusión Tubo de Thiele
Se utiliza principalmente en la determinación de los puntos de fusión de una determinada sustancia Para esto se llena de un líquido con un punto de fusión elevado, y se calienta. Su peculiar forma hace que las corrientes de convención formadas por el calentamiento, mantengan todo el tubo a temperatura constante.
último entre los dos cubreobjetos de microscopia; el proceso de fusión se observa desde arriba mediante una lupa.
Aparato de Thomas-Hoover Consta de un vaso precipitado, un medio de calefacción y un termómetro, este aparato posee un alta nivel de automatismo que lo hace mucho más conveniente para su uso.
Aparato de Mel-Temp El termómetro se inserta verticalmente en un bloque, que a excepción de la falta de un medio de calefacción, es esencialmente igual que el aparato de ThomasHoover.
Aparto de Fisher-Johns
Se inserta horizontalmente un termómetro en el bloque y la muestra se coloca sobre este
Calibración De Un Termómetro Durante la realización de prácticas en el laboratorio de Química Orgánica se necesita la medida de temperaturas: puntos de fusión, puntos de ebullición, temperaturas de reacción, temperaturas de baños, etc. en algunos casos se necesita el conocimiento aproximado de la temperatura, pero con frecuencia se necesita la lectura exacta de la misma. Un termómetro de mercurio corriente sirve para medir temperaturas comprendidas entre y 306° aproximadamente (el mercurio hierve a 356,6° a 760mm de presión). Sin embargo la exactitud de los termómetros de laboratorio varía de unos a otros. Los buenos termómetros están calibrados según ciertas normas (en USA, con las del Bureau of standards). En estos termómetros de precisión, el error máximo permitido es de 0,5° para temperaturas de hasta 100° y de 1,0° hasta 250°. Los termómetros corrientes de laboratorio son menos seguros; una lectura con uno de ellos puede ser completamente exacta o presentar un error de hasta 3 ó 4°, especialmente a altas temperaturas. Por este motivo se debe tener calibrado el termómetro que va a utilizarse durante la práctica de laboratorio. En la calibración de un termómetro se determinan las lecturas de éste a una serie de temperaturas conocidas. Estas temperaturas conocidas pueden ser: Las lecturas indicadas por el termómetro normalizado sumergido en el mismo baño que el termómetro se calibra. Las lecturas dadas por sustancias puras en alguno de sus cambios de estado,
como el punto de fusión o el punto de ebullición. Siempre que se utilice una temperatura de cambio de estado como referencia para la calibración es sumamente importante que el sistema se encuentre en equilibrio en los alrededores del bulbo termométrico. Para que esto ocurra en el sistema solido-líquido (punto se fusión) es necesaria con frecuencia una agitación vigorosa. En el sistema liquido-vapor (punto de ebullición) el bulbo del termómetro se situara encima de la superficie del líquido que hierve y deberá estar humedecido con el líquido condensado en equilibrio con el vapor.
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. Esta peculiaridad de disminución de punto de ebullición y fusión del agua y hielo mezclados con acetona y alcohol se debe a una propiedades coligativas denominada el “descenso crioscopico” llamada también depresión el punto de fusión: esta propiedad explica que el descenso de la temperatura de congelación de un líquido al añadirle una sustancia soluble esto dependerá de la naturaleza del líquido y del soluto. Este descenso será tanto mayor cuanta más sustancia se disuelva. De manera similar sucede con el descenso de punto de ebullición
3. ¿Qué es temperatura eutéctica?
Punto eutéctico: Si a x sustancia se le añaden mayores cantidades de impurezas y , progresivamente se rebaja su punto de fusión, porque ello origina la disminución de porcentaje de x en la solución liquida de y , por tanto, disminuye la presión de vapor debida al líquido x. finalmente se llega a una situación límite en la que y está presente en una cantidad justamente la suficiente para saturar el disolvente liquido x cuando las ultimas trazas de x funden. Esta temperatura es aquella en la que una solución saturada de y en el líquido x , está en equilibrio con x sólido. Si se añade entonces una nueva cantidad de y , ya no se disuelve y no puede, por tanto, rebajarse el punto de fusión de x por debajo de T E . Esta temperatura límite se conoce con el nombre de temperatura eutéctica, y se define como la temperatura por la cual no puede existir en estado líquido una mezcla de x e y a la presión de 1 atmosfera. Resulta, por tanto, que una mezcla x e y que tenga la composición eutéctica funde constantemente a la temperatura eutéctica, como si se tratase de una sustancia pura. Las fases sólida y liquida tendrán, desde luego, composiciones idénticas durante todo el proceso de fusión.
4. ¿Cómo se determina el punto de fusión de grasas y ceras? Punto de Fusión de Wiley Este método determina el punto de fusión de grasas mediante la preparación de discos de muestra y la introducción de éstos en una mezcla de agua destilada y alcohol etílico 95 % (v/v), con una densidad igual a la de la muestra y mantenida a una temperatura de 10 °C por debajo del punto de fusión
de ésta, Posteriormente, mediante aplicación de calor, el disco va cambiando gradualmente de forma hasta volverse esférico y de aspecto transparente. La temperatura a la cual ocurre esto, es el punto de fusión de Wiley. En este método consiste la norma AOCS cc 2-38 (Amencan Oil Chemists Society)
Determinación de la temperatura de fusión de una parafina (mezcla de hidrocarburos) y de la cera de abejas (mezcla de muchas sustancias). Cuando un sistema material se trata de una mezcla de sustancias, la temperatura de fusión o de ebullición no tiene un valor fijo sino que está comprendido en un cierto intervalo de temperatura. Para la determinación del punto de fusión de la parafina y de la cera utilizaremos un tubo de vidrio en el que introduciremos la sustancia fundida. Dejamos un tiempo que se enfríe y se le une mediante una anilla de caucho al termómetro con el que vamos a determinar la temperatura de fusión. Se introduce a continuación en el tubo Thiele lleno de agua. La temperatura de fusión de la sustancia será aquella que marque el termómetro cuando la parafina o la sustancia se despeguen del vidrio y asciendan por el tubo, por tener menos densidad que el agua.
5. Un químico cree que un nuevo compuesto por el sintetizado se descompone ya en el estado líquido ligeramente por encima de su punto de fusión. Sugiera un método sencillo para verificar la hipótesis del químico. 6. Consulta los principios fisicoquímicos en los cuales se basa la sublimación.
Por medio de la teoría cinética se puede explicar este cambio de estado debido a que las partículas que se encuentran en la superficie del sólido se mueven constantemente, tienen energía suficiente para escapar y pasar al estado gaseoso, sin necesidad de pasar por el estado sólido fundido Igualmente, cuando algunos gases se enfrían, pueden convertirse directamente en sólidos, sin pasar por líquidos. Es la sublimación inversa.
REFERENCIAS Libro curso práctico de química orgánica. Autores: Ray Q. Brewster, Calvin A. Vanderwerf y William E. McEwen. Editorial: Alhambra http://es.wikipedia.org/wiki/Isomorfismo _mineral http://www.isbnlib.com/preview/842917155 X/QuAmica-orgAnica-experimental http://co.kalipedia.com/fisicaquimica/tema/sublimacion.html?x1=200709 24klpcnafyq_7.Kes&x=20070924klpcnafyq_ 8.Kes http://www.sencamer.gob.ve/sencamer/nor mas/1727-96.pdf www.telefonica.net/web2/.../ Determinacion _de_la_temperatura_de_ fusion...
ANEXOS
