PRÁCTICAS DE LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA 1º de I.T.I. (Química Industrial)

PRÁCTICAS DE LABORATORIO
QUÍMICA ORGÁNICA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA
ESCUELA UNIVERSITARIA POLITÉCNICA DE VALLADOLID
1º de I.T.I. (Química Industrial)
Curso 2009-2010
Prácticas de Química Orgánica
2
QUÍMICA ORGÁNICA
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
La Química es una ciencia eminentemente experimental por tanto, la parte más importante del
estudio de la Química son los ejercicios prácticos. Todos los progresos realizados en esta ciencia
han sido llevados a cabo por medios experimentales; es decir, en el laboratorio. Por todo esto es
indispensable prestar la máxima atención a los trabajos en el laboratorio, preparando de antemano la
correspondiente práctica y aplicando con el máximo rigor las instrucciones que se dan.
Hay que resaltar que en el laboratorio se manipulan continuamente sustancias peligrosas y
que, por tanto, nuestra seguridad y la de nuestros compañeros depende de la atención que pongamos
en nuestro trabajo.
NORMAS DE CARÁCTER GENERAL
A) Personales
1) Es obligatorio el uso de bata de laboratorio, gafas protectoras y guantes, como medidas
elementales de seguridad.
2) Cualquier duda que surja durante el desarrollo de las Prácticas debe consultarse con el
Profesor de prácticas, al que debe comunicarse cualquier accidente que se produzca por
pequeño que parezca.
3) Los alumnos deben abstenerse en absoluto de realizar experimentos por propia iniciativa, así
como modificar los que se propongan.
4) Si cae en los vestidos ácido sulfúrico o cualquier otro ácido, lavar con abundante agua, y
neutralizar inmediatamente con bicarbonato.
5) Trabajar con atención y cuidado para evitar accidentes.
Prácticas de Química Orgánica
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6) No echar, en ningún caso, papeles o productos sólidos en las pilas de desagüe.
7) Una vez terminada la práctica, dejar el sitio perfectamente limpio.
B) Productos y material
1) Antes de utilizar un producto, asegurarse bien de que efectivamente es el que nos interesa.
2) No separar nunca un tapón de su correspondiente frasco, para evitar confusiones y la consiguiente
contaminación de los productos.
3) Los ácidos fuertes concentrados deben manejarse con precaución, ya que pueden producirse
proyecciones de líquido con peligro de quemaduras peligrosas. Siempre se echan sobre el agua,
nunca al revés.
4) No calentar nunca líquidos inflamables directamente en una placa.
5) No calentar nunca un recipiente cerrado.
6) Después de cada operación, debe limpiarse bien el material y, una vez terminado el trabajo, debe
guardarse limpio.
C) Manipulación
1) Cuando se caliente un tubo de ensayo que contenga un líquido hay que hacerlo suavemente y de
modo que el tubo NO MIRE al operador ni a ninguno de sus compañeros pues pueden producirse
proyecciones de líquido con peligro de quemaduras.
2) No hay que introducir pipetas, varillas de vidrio ni cualquier otro objeto en los frascos de los
reactivos. Ello puede producir la contaminación de los productos.
3) No deben olerse directamente los vapores desprendidos en ningún proceso, ni probar ningún
producto.
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NORMAS DE ACCESO AL LABORATORIO:
ES REQUISITO IMPRESCINDIBLE PARA ENTRAR A REALIZAR LAS
PRÁCTICAS DE LABORATORIO, VENIR PROVISTOS DE:
-
BATA DE LABORATORIO
- GAFAS PROTECTORAS
- GUANTES
NO PODRÁN ENTRAR AL LABORATORIO LOS ALUMNOS QUE NO
CUMPLAN ALGUNO DE ESTOS REQUISITOS.
SE RECUERDA QUE LA REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS ES
OBLIGATORIA PARA PODER APROBAR LA ASIGNATURA.
Prácticas de Química Orgánica
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PRIMERA PRÁCTICA
SÍNTESIS DE POLÍMEROS
Objetivo
Obtención de poliestireno y análisis de algunas de sus propiedades físicas y
químicas características.
Material y productos
Material:
Tubos de ensayo y gradilla, tapones de corcho, varilla, placa calefactora y estufa de
secado.
Productos:
Peróxido de benzoílo, estireno, etanol, tolueno.
Fundamento teórico
Se denominan polímeros a aquellos compuestos, naturales o sintéticos, que están
formados por repetición de una misma unidad estructural. La formación de poliestireno es un
ejemplo del proceso llamado polimerización: la unión de muchas moléculas pequeñas para dar
origen a moléculas muy grandes. El compuesto formado por estas grandes moléculas se denomina
polímero (del griego poli + meros, muchas partes). Los compuestos simples con los que se hacen
los polímeros (por ejemplo, por reorganización de los enlaces de valencia) se conocen como
monómeros (mono, uno).
Según el mecanismo de polimerización se clasifican en:
 Polímeros de adición, en los cuales el monómero tiene un doble enlace por lo menos,
como sucede con el polietileno, que se obtiene a partir del etileno y otros tales como el policloruro
de vinilo, poliestireno, polipropileno y el plexiglás:
Prácticas de Química Orgánica
n CH2 = CH2
6

. . . . . (CH2 - CH2)n . . . . .
(Eteno o etileno) (Grupo terminal)
(Grupo terminal)
 Polímeros de condensación, los cuales se forman con eliminación de agua, alcohol, un
ácido, sal o amina, u otras moléculas sencillas entre los que tenemos a las proteínas, el dacrón, el nylón y
la baquelita:
n(HOCH2 - CH2OH)  HOCH2 - CH2 - (OCH2 - CH2)n-2 - OCH2 - CH2OH + (n-1)H2O
Desde el punto de vista de sus propiedades físicas y estructurales se clasifican en:
 Polímeros lineales y ramificados (poliestireno, polipropileno y policloruro de vinilo), que
pueden ser más o menos cristalinos y comprenden distintos polialquenos. Funden por calentamiento y en
este estado blando se puede moldear o extrudir (polímeros termoplásticos).
 Polímeros de red espacial (resinas fenol-formaldehido, urea-formaldehido, resinas epoxi, etc.),
que tienen muchos enlaces cruzados, formando estructuras tridimensionales, aunque irregulares y rígidas.
Una muestra de ese material es esencialmente una sola molécula gigantesca. El calentamiento no la ablanda,
no funden (polímeros termoestables) puesto que el ablandamiento requiere la ruptura de enlaces covalentes:
incluso, puede generar enlaces cruzados adicionales (polímeros termoduros).
Síntesis del poliestireno.
Después del polietileno y PVC (policloruro de vinilideno), es el plástico de mayor consumo.
El poliestireno, polímero atáctico, amorfo y transparente, se obtiene a nivel industrial por polimerización
radicalaria del estireno (líquido incoloro que hierve a 146 ºC y debe guardarse en oscuridad porque, con la
luz, se polimeriza convirtiéndose en una masa sólida) con peróxidos en masa o suspensión. El poliestireno
presenta una estructura lineal, se reblandece a menos de 100 ºC y es fácilmente moldeable por extrusión,
pero no se puede esterilizar. Es un buen aislante eléctrico, combustible y soluble en disolventes orgánicos.
La polimerización del estireno implica una serie de etapas. La presencia del grupo fenilo
del estireno aumenta la reactividad del grupo vinilo (-CH=CH2). La reacción debe controlarse para evitar
alteraciones, pues es exotérmica. Como el monómero (estireno) va acompañado de una quinona y otro
protector que evita su polimerización a la temperatura ambiente, deberá añadirse un iniciador de la reacción
(peróxido de benzoilo, por ejemplo, con precaución, pues es explosivo en forma sólida) que opera
rompiéndose para generar un radical libre. Este radical se une a la molécula del alqueno formando así otro
radical libre, que se agrega a otra molécula de alqueno, y así sucesivamente. La cadena se termina por pasos,
Prácticas de Química Orgánica
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como la unión de dos radicales, que consumen, pero no generen radicales.
Etapas del proceso de polimerización, via radicalaria:
a)
Iniciación
R-O-O-R
R-O
+
O-R
[R = PhCO2]
HC
CH 2
CH-CH 2-OR
+ O-R
b)
Propagación
H2C
R-O-CH2-CH + H2C
CH
R-O-CH2-CH-CH2-CH
Ph
Ph
Ph
H2C
CH
Ph
R-O-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
Ph
Ph
c)
Ph
Terminación
R-O CH2-CH CH2-CH
Ph n
Ph
+
CH-CH2 CH-CH2 OR
Ph
Ph
CH2-CH-CH2-CH-CH-CH2-CH-CH2
Ph
Ph Ph
Ph
n
Ph
CH
Ph
Prácticas de Química Orgánica
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Procedimento experimental
Se colocan en un tubo de ensayo 0,005 g de peróxido de benzoilo y se le añaden 2,5
mL de estireno (el peróxido será distribuido por el profesor encargado de la práctica). La adición del
estireno será llevada a cabo en la campana de extracción de gases. Se tapa el tubo con un tapón de
corcho sin apretarlo demasiado y se coloca en la gradilla existente en la estufa de secado, una vez
etiquetado, manteniendo su temperatura a 80 ºC durante un mínimo de 48 horas.
Una vez haya polimerizado el estireno, se sacará el tubo de ensayo de la estufa y se
depositará inmediatamente en la gradilla designada para ello. Posteriormente, se romperá el tubo
(PRECAUCIÓN), obteniéndose el correspondiente polímero. Entregar la muestra obtenida al
profesor para su comprobación.
A continuación verificar con el poliestireno obtenido los siguientes ensayos:
 Observar su aspecto, color y dureza.
 Observar su fusibilidad, cortando una pequeña porción y colocándola en el interior de un
tubo de ensayo. Se calienta lentamente con la ayuda de un baño de aceite y se observa si funde. En
caso de fusión, probar si forma fibra, al tocar con otras varillas, estirando lentamente.
 Observar con una pequeña porción de la muestra su solubilidad en agua, alcohol y
tolueno.
Cuestiones
1. En la polimerización del poliestireno ¿qué función realiza el peróxido de benzoilo?
2. ¿Por qué debe calentarse en la estufa la mezcla reaccionante? ¿Podrá obtenerse el polímero
manteniéndolo a la temperatura ambiente?
3. Dibuja la estructura del poliestireno.
4. ¿Por qué el poliestireno se puede hilar?
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SEGUNDA PRÁCTICA
OBTENCIÓN DEL PLÁSTICO FORMOL-CASEÍNA
(GALATITA)
Introducción teórica
La caseína constituye un grupo de proteínas que sufren precipitación cuando la leche se
acidifica, constituyendo casi el 80% del total de las proteínas presentes y el 3% de su peso.
Si se trata la caseína con formaldehído se obtiene la galatita, o cuero artificial. Es una
materia plástica natural de origen proteico obtenida de sustancias orgánicas como la leche o de
productos vegetales como semillas de soja o similares. Fue obtenida en 1897 por Adolph Spitteler y
W. Kirsche partiendo del suero de la leche y del formaldehído, mediante la acción de una enzima.
Se trata de un polímero termoestable, no moldeable en caliente que puede ser lijado y pulido. El
principal inconveniente que presenta es el tiempo de endurecimiento que precisa, el cual puede ser
de semanas, e incluso años. Sin embargo, se sigue empleando, debido a su bajo costo en la
fabricación, de mangos de cubiertos, botones, sustitutos del cuero, etc.
Como curiosidad, indicar que hacia 1900 apareció en Italia una lana artificial denominada
Lanital hecha también a partir de caseína.
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
Al finalizar la práctica, el alumno debe ser capaz de:
1.- Obtener las dos fracciones proteicas características de la leche.
2.- Analizar la presencia de determinadas sustancias en la leche y detectar un posible caso de
fraude.
3.- Realizar la reacción de polimerización para obtener la galatita.
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MATERIALES

Vasos de precipitados

Erlenmeyers

Leche descremada

Ácido acético glacial

Carbonato cálcico en polvo

Etanol 95%

Etanol acuoso 25%

Carbón activo
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
A. AISLAMIENTO DE LA CASEÍNA
1. Introducir 100 mL de leche descremada en un vaso ancho de 250 mL (no se debe dejar la
leche en reposo durante mucho tiempo antes de utilizarla, ya que la lactosa puede convertirse
lentamente en ácido láctico, aunque se guarde en la nevera (pH=7)).
2. Calentar la leche hasta aproximadamente 40° C (comprobar la temperatura con un
termómetro) y añadir gota a gota una disolución de ácido acético diluído (15 mL,
aproximadamente).
3. Agitar continuamente la mezcla con una varilla de vidrio durante todo el proceso de adición.
Continuar añadiendo ácido acético diluído hasta que no precipite más caseína. Debe evitarse
un exceso de ácido porque puede hidrolizarse parte de la lactosa. Agitar la caseína hasta que
se forme una gran masa amorfa.
4. Separar la caseína sólida del líquido (suero), filtrándola sobre una tela y presionando para
que se elimine todo el suero.
5. Se separan 2 mL del suero (líquido) en un tubo de ensayo, para hacer las pruebas posteriores
Prácticas de Química Orgánica
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de detección del ácido salicílico.
6. Añadir al suero, inmediatamente, 2,5 g de carbonato de calcio en polvo. Agitar esta mezcla
durante unos minutos y guardarla para utilizarla posteriormente.
7. La masa de caseína, filtrada previamente a través de un trozo de tela, se lava dos veces con
unos 10 mL de agua.
8. Se seca posteriormente con papel de filtro. Se pone el sólido sobre papel de filtro, dándole
forma a una pequeña porción de manera que quepa en el orificio de un tubo de ensayo.
9. Dejar que la caseína se seque completamente al aire durante uno o dos días y, finalmente,
pesarla. La densidad de la leche es de 1,03 g/mL. Calcular el porcentaje de caseína aislada.
10. Lavar el trozo de tela con abundante agua y dejar secar.
B. AISLAMIENTO DE LA LACTOSA
1. La mezcla del suero con el carbonato de calcio se calienta a ebullición suave durante
aproximadamente 5-10 minutos, sin dejar de agitar en ningún momento. Esto causará la
precipitación casi completa de las albúminas (proteínas del suero) (pH=3).
2. Filtrar la mezcla caliente al vacío para separar las albúminas precipitadas y el carbonato de
calcio que aún quede.
3. Concentrar el filtrado (transparente), en un vaso de boca ancha de 250 mL, calentando en
una placa calefactora hasta aproximadamente 20 ml. Es imprescindible agitar
continuamente para ayudar a conseguir una ebullición homogénea y evitar las salpicaduras
que se producirían al ir aumentando el precipitado. Se puede formar espuma, si la mezcla
entra en ebullición con demasiada fuerza. Esto puede controlarse soplando suavemente sobre
la superficie de la disolución de lactosa.
4. Añadir 40 mL de etanol del 95% (lejos de cualquier llama) y 0,2 g de carbón activo a la
disolución caliente.
5. Después de haberlo mezclado todo bien, filtrar la solución caliente al vacío. El filtrado debe
Prácticas de Química Orgánica
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ser transparente. La disolución puede enturbiarse debido a la cristalización rápida de la
lactosa, después de la filtración al vacío. Si la turbidez aumenta con relativa rapidez al
dejarla en reposo, debe evitarse otra filtración, pues se perdería producto.
6. Pasar la disolución a un matraz erlenmeyer y dejarla reposar durante la noche o hasta que se
inicie el siguiente período de trabajo. En algunos casos, se requieren varios días para que la
cristalización haya finalizado.
7. Desalojar los cristales y filtrarlos al vacío.
8. Lavar el producto con etanol acuoso frío al 25 %. La lactosa cristaliza con una molécula de
agua, C12H22O11·H2O.
9. Pesar el producto y calcular el porcentaje de lactosa, teniendo en cuenta el valor de la
densidad de la leche (1,03 g/mL).
10. Recoger en un capilar unos pocos cristales y leer el punto de fusión de esta sustancia.
C. OBTENCIÓN DEL POLÍMERO GALATITA
1. Introducir la caseína obtenida anteriormente en un tubo de ensayo que contiene formaldehído
y dejarlo en reposo durante dos o tres días.
2. Al cabo de este tiempo, proceder a la eliminación del aldehído, lavar bien y dejar secar al
aire.
3. Después de seco, el objeto podrá ser lijado o pulido.
D. ENSAYOS PARA VERIFICAR LA PRESENCIA DE SUSTANCIAS EXTRAÑAS EN LA
LECHE
En esta parte de la práctica se va a verificar si la leche contiene almidón, ácido salicílico o
ácido bórico. La presencia del primer aditivo, el almidón, constituye un fraude ya que es utilizado
para mantener la densidad inicial de la leche tras haberla adicionado agua. Los otros dos compuestos
Prácticas de Química Orgánica
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son conservantes que evitan la aparición de microorganismos.
Para ello, en primer lugar, se realizarán los siguientes tests con muestras de leche ricas en
cada uno de estos aditivos. Posteriormente se le dará a cada alumno una muestra problema y se
deberá indicar cuál de los aditivos contiene.
Test para la detección de almidón
Material: Leche, solución de yodo, tubos de ensayo, probeta.
Procedimiento: Colocar 2 mL de leche en un tubo de ensayo. Adicionar 5 ó 6 gotas de la solución de
yodo (1 mL). Si la leche contiene almidón aparecerá una coloración azul, debida a la formación de
un complejo de almidón y yodo.
Test para la detección de ácido salicílico y salicilatos
Material: Leche. Solución acuosa de FeCl3 (2%), tubos de ensayos, probeta.
Procedimiento: Colocar 2 mL de suero en un tubo de ensayo. Para obtener el suero, se precipita la
caseína de la leche caliente con ácido acético, se decanta el líquido a un tubo de ensayo limpio y con
este suero líquido se realizará el test correspondiente. Adicionar 4 ó 5 gotas de la solución de cloruro
de hierro (III). La aparición de una coloración que oscila de rosa a violeta indica la presencia del
anión salicilato.
Test para la detección de ácido bórico
Material: Leche. Glicerina. NaOH 0.1M. Fenolftaleína. Tubos de ensayos. Probeta
Procedimiento: Añadir unas tres gotas de fenolftaleína a 2 mL de leche. Adicionar gota a gota la
solución de NaOH hasta que aparece un color ligeramente rosado. Adicionar 1 mL de glicerina. La
desaparición del color rosado puede indicar la presencia de ácido bórico. Este ácido es un ácido muy
débil en disolución acuosa pero presenta un mayor grado de ionización en glicerina, suficiente como
para hacer que desaparezca el color rosa.
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CUESTIONES
1.- Si la densidad de la leche es de 1,03 g/ml, calcular el porcentaje de caseína y de lactosa que
contiene tu muestra de producto.
2.- ¿Qué tests de los ensayados te han dado positivo y qué conclusiones indicarías a partir de ellos?
3.- Dibuja el complejo que se forma al reaccionar el FeCl3 con el anión salicilato.
4.- ¿Por qué el ácido bórico presenta un mayor grado de ionización en glicerina que en disolución
acuosa?
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TERCERA PRÁCTICA
DETERMINACIÓN DEL GRADO ALCOHÓLICO DE UN VINO
Objetivos de la práctica
1.- Manejar la técnica de la destilación
2.- Diferenciar entre una mezcla azeotrópica y un componente puro.
3.- Saber calcular el grado alcohólico de un vino
Fundamento teórico
En la catalogación de vinos, una de las características que ha de especificarse es el “grado
alcohólico” o porcentaje en volumen de alcohol etílico. Su determinación en una muestra será el
objeto de esta práctica.
En una mezcla de alcohol y agua puede determinarse el grado alcohólico midiendo la
densidad directamente. En el vino, sin embargo, debido a la presencia de otros componentes, no se
puede medir directamente el grado alcohólico midiendo su densidad, por lo que es necesario someter
al vino a un proceso de destilación.
La destilación es una operación mediante la cuál separamos dos o más líquidos miscibles de
una mezcla mediante procesos de evaporación y condensación.
Todo líquido viene caracterizado, a cada temperatura, por una presión de vapor dada,
entendiendo por presión de vapor de un líquido la presión del vapor que se encuentra en equilibrio
con dicho líquido a una temperatura dada.
Un líquido hierve a una temperatura, llamada punto de ebullición, a la cuál su presión de
vapor alcanza el valor de la presión externa. Se toma como punto de ebullición normal de una
sustancia, aquella temperatura a la que su presión de vapor alcanza el valor de 1 atm.
Para obtener el porcentaje en volumen de alcohol etílico presente en el vino, se separa este
alcohol etílico por destilación. Existen distintos tipos de destilación:
Destilación simple: Aquella que comporta una sola etapa. Se utiliza cuando los dos componentes de
una mezcla tienen entre sus puntos de ebullición una diferencia de 80ºC por lo menos. Al calentar,
destila el componente más volátil y queda el menos volátil como residuo.
Prácticas de Química Orgánica
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Destilación fraccionada: Si la diferencia entre las temperaturas de ebullición de los componentes
de una mezcla está entre 30 y 80ºC, la separación de ambos se realiza por destilaciones sencillas
repetidas de los sucesivos destilados, o utilizando columnas de destilación fraccionada mediante las
que se obtiene como destilado el producto más volátil.
Puede ocurrir que en la destilación de una disolución de dos compuestos volátiles se forme
un azeótropo. Un azeótropo es una mezcla de líquidos que se comporta como un compuesto puro,
es decir, al iniciarse su destilación lo hace con un punto de ebullición constante y el destilado posee
una composición definida. Si se destila una mezcla azeotrópica, el vapor que destila tiene la misma
composición que el líquido, por lo que no es posible separar sus componentes.
Según se muestra en el diagrama composición-temperatura, las dos líneas curvas nos
muestran la composición del líquido y del vapor en equilibrio a cada temperatura. Así, una línea
recta horizontal dibujada en el diagrama a temperatura constante T1 corta a las dos curvas en los
puntos X1 e Y1, que representan las composiciones de las fases líquido y vapor, respectivamente, en
condiciones de equilibrio a dicha temperatura T1.
Si se destila una disolución diluída de alcohol en agua, de composición X1, el líquido
empezará a hervir cuando su temperatura alcance la temperatura T1. Puesto que el alcohol se
evapora con más facilidad que el agua, la composición del vapor, Y1, es más rica en alcohol que la
mezcla líquida de partida, X1. Si este vapor de composición Y1 se condensa dará una disolución
líquida de agua y alcohol con una composición X2, que hervirá a una temperatura T2. El vapor que
escapa de esta disolución estará de nuevo enriquecido en contenido alcohólico y su composición
será Y2.
Esta serie de destilaciones simples se continúan repitiendo en la columna de rectificación
(destilación fraccionada) hasta que se alcanza el punto M (95,6% de alcohol, 4,4% de agua). En este
punto las fases líquida y vapor tienen la misma composición y por tanto ambas tienen la misma
temperatura de ebullición, por lo que no es posible separar los dos componentes por destilación.
Obtenemos como destilado esta mezcla hidroalcohólica (95,6% alcohol) denominada mezcla
azeotrópica, mientras el contenido del residuo va progresivamente enriqueciéndose en agua, hasta
que todo el alcohol haya destilado y quede como residuo agua exclusivamente.
P = cte
V
y1
y2
TA0
agua
TB0
etanol
Azeótropo
L
0
x2
x
x1
1
Diagrama composición-temperatura
Prácticas de Química Orgánica
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En nuestro caso, llevamos a cabo la destilación de la mitad del volumen inicialmente
utilizado, por lo que en el “destilado” se obtiene una mezcla de alcohol y agua que contiene todo el
volumen de alcohol que tenía el volumen de vino utilizado inicialmente en la destilación, y sin
solutos no volátiles que influyan en la densidad. Midiendo la densidad de esta mezcla (una vez
enrasado a los 100 mL inicialmente utilizados) se puede obtener el porcentaje en volumen de
alcohol etílico a partir de los datos recogidos en la tabla I, considerando que trabajamos a 20ºC.
d (g/mL)
% Vol
d (g/mL)
% Vol
d (g/mL)
% Vol
0,987
10
0,981
15
0,975
20
0,985
11
0,980
16
0,974
21
0,984
12
0,979
17
0,973
22
0,983
13
0,977
18
0,972
23
0,982
14
0,976
19
0,971
24
Tabla I. Densidad de una mezcla hidroalcohólica a 20ºC frente porcentaje, en volumen, de
alcohol etílico de la muestra.
Material y reactivos
Matraz de 250 ml, refrigerante recto, cabeza de destilación, termómetro, refrigerante de bolas,
colector, probeta de 100 ml, gomas de refrigerante, embudo cónico, densímetro, vino.
Procedimiento experimental
Introduzca 80 ml de la muestra de vino en un matraz de destilación de 250 ml. Añada unos trocitos
de plato poroso y monte un sistema de destilación, según se muestra en la siguiente figura:
Termómetro
Cabeza de destilación
Refrigerante
Refrigerante
Probeta
Matraz redondo
Prácticas de Química Orgánica
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Destile con cuidado (la calefacción no ha de ser muy fuerte, de manera que los vapores
asciendan lentamente y se destile de una a dos gotas por segundo, aproximadamente), tomando los
valores de la temperatura cada minuto.
Cuando haya recogido unos 40 ml de destilado en la probeta, apague la placa calefactora y
añada agua al destilado hasta alcanzar 80 ml de volumen total e introduzca un densímetro (aparato
que compara densidades de líquidos en aplicación del principio de Arquímedes) para medir su
densidad. En función de esta densidad calcule el grado alcohólico de la muestra de vino según los
datos mostrados en la tabla I.
Prácticas de Química Orgánica
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ALUMNO
APELLIDOS:
NOMBRE:
Conteste a las siguientes cuestiones:
1.- Describa, mediante una gráfica temperatura-tiempo, cómo varía la temperatura a lo largo de la
destilación y dé una explicación a esa evolución.
2.- Anote la densidad de la mezcla hidroalcohólica final obtenida. En función de la tabla I, calcule
el grado alcohólico del vino estudiado.
Valladolid,
de
Firmado:
de 2008_
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CUARTA PRÁCTICA
FIBRAS ARTIFICIALES. LOS RAYONES.
OBJETIVO
Preparación de una fibra artificial como el rayón, por transformación química de la celulosa.
INTRODUCCIÓN
El deseo del ser humano de imitar, primero, y superar, después, a los productos naturales, ha
sido siempre una constante en la historia. La fabricación de fibras textiles con propiedades
específicas y determinadas ha sido un claro ejemplo de ello. El desarrollo de estas fibras se debe a la
gran demanda de fibras textiles, no siendo posible satisfacer dicha demanda únicamente con las
fibras naturales.
El rayón fue la primera fibra manufacturada que se produjo a partir de un polímero que se
encuentra en la naturaleza como es la celulosa contenida en la madera. Las fibras de celulosa
presentes en el algodón y en el lino son de gran pureza (90-95%) y tienen aplicación textil directa (se
pueden tejer sin tratamientos químicos). La madera contiene del 40 al 60% de celulosa, el resto es
fundamentalmente lignina que es necesario eliminar para obtener la celulosa pura. El consumo
mayor de celulosa es para papel y cartones, en segundo lugar, para obtener fibras textiles como el
rayón, el acetato de celulosa y el nitrato de celulosa.
Para fabricar hilos a partir de un polímero lineal, este se funde (termoplástico) y, la masa
fundida, se hace pasar a través de una tobera con orificios de boquillas finas, y de esta forma
transformarla en filamentos muy finos. Este proceso de hilado recibe el nombre de extrusión. La
celulosa no se puede hilar por fusión ya que se descompone (carboniza) antes de fundir y tampoco
por disolución ya que no es soluble en ningún disolvente orgánico. Por ello la celulosa se transforma
a través de un proceso químico, en un compuesto soluble que se puede hilar o laminar. Una vez
hilado vuelve a transformarse en la celulosa original que recibe el nombre de rayón. No obstante,
Prácticas de Química Orgánica
21
durante este proceso se produce una degradación parcial de las fibras de celulosa por lo que la
longitud de las cadenas en el producto final es menor. Dependiendo del procedimiento químico
usado el rayón recibe diferentes nombres, tales como rayón viscosa o rayón de cuproamonio entre
otros. Así, el rayón es una fibra de celulosa manufacturada y regenerada. Se le puede considerar, por
tanto, como un polímero de transformación de un polímero natural; a diferencia de otras fibras
sintéticas que se obtienen por reacción química de unidades monoméricas obtenidas a partir de
productos petroquímicos.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Rayón viscosa
La celulosa, procedente de pasta de madera, recibe distintos tratamientos para poder
utilizarla como fibra en la industria textil. En la preparación de la fibra denominada rayón viscosa
las fibras de celulosa se tratan con una disolución de sosa y disulfuro de carbono, S2C. La sosa
produce rotura de cadenas de celulosa dando una celulosa de menor peso molecular. El xantato de
celulosa así obtenido es una masa viscosa que se extrude a través de unos orificios de platino (hilado
en húmedo). Las fibras resultantes se coagulan en un baño que contiene H2SO4, Na2SO4 y ZnSO4;
así se obtiene una celulosa regenerada (rayón viscosa) con una superficie brillante y sedosa. Las
fibras obtenidas se estiran hasta 30 veces su longitud original, se recogen en bobinas y se secan para
eliminar el disolvente (agua). Las fibrillas se tuercen y se estiran en haces formando hilos.
S
OH
OH
O
O
HO
NaOH(ac)
O
O
OH
celulosa
OH
O
S
OR
O
HO
OR
n
H+
R=
S
Na
O
O
HO
n
S
O
S2C
O
HO
O
OR
Na
Rayón viscosa
Si la disolución de viscosa se extiende con laminadoras y posteriormente se coagula, se
obtienen películas de tipo celofán. El papel de celofán se prepara enfriando rápidamente el film,
para que el tamaño de los cristales sea menor que la longitud de onda de la luz, por ello resulta tan
Prácticas de Química Orgánica
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transparente a la luz visible y a la luz ultravioleta. La permeabilidad a los gases es muy pequeña, de
ahí su uso para envases de bombones, cigarrillos y dulces entre otros; ya que evita la pérdida de
aromas.
Rayón de cuproamonio
En este proceso, la celulosa purificada se trata con el reactivo de Schweitzer que se prepara
“in situ” por reacción de una disolución acuosa de amoniaco con sulfato de cobre sólido.
CuSO4(s)
+
6NH3
+
2H2O
Cu(NH3)4(OH)2
+
2NH4
+
SO4-2
La disolución del hidróxido de cobre en amoniaco, así obtenida, recibe el nombre de reactivo
de Schweitzer. Este reactivo, fuertemente básico, reacciona con los grupos hidroxilo libre de las
cadenas de celulosa dando lugar a una sal de cobre, soluble en agua, que permite su hilado. La masa
viscosa así obtenida, una vez hilado, se trata con ácido sulfúrico diluído para regenerar la celulosa
que ahora recibe el nombre de rayón cuproamoniacal. Las fibras resultantes poseen filamentos más
finos que los de la seda natural, con un aspecto agradable a la vista y al tacto.
MATERIAL Y REACTIVOS
1 vaso de precipitados de 100 ml
1 vaso de precipitados de 250 ml
1 embudo büchner
1 kitasato
Cuentagotas
Varilla de vidrio
Sulfato de cobre, CuSO4(s)
Amoniaco, NH3 (disolución al 30%)
Ácido sulfúrico, H2SO4 (disolución al 5%)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En un vaso de 250 mL se mezclan 4,25 g de CuSO4 con 14 mL de agua y se calienta
ligeramente hasta que el sulfato de cobre se haya disuelto totalmente, después dicha disolución se
enfría. Sobre esta disolución se añaden gota a gota y agitando, 1,5 mL de NH3 (30%), formándose
Prácticas de Química Orgánica
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un precipitado azul pálido de hidróxido de cobre. Se filtra el sólido a través de un embudo Büchner,
se lava con agua (10 mL) y se coloca en un vaso de precipitados de 250 mL.
La siguiente operación que consiste en disolver el hidróxido de cobre en la menor cantidad
posible de amoniaco concentrado (aproximadamente 15 mL) debe realizarse en una campana de
extracción y en un vaso de precipitados de 100 mL. La disolución oscura que resulta se llama
reactivo de Schweitzer. Sobre la disolución así obtenida se añaden, agitando constantemente,
trocitos de servilleta de papel o papel de filtro, hasta que adquiera un aspecto viscoso. Con un
cuentagotas se recoge parte de la masa viscosa obtenida. Seguidamente, el orificio de salida del
cuentagotas se introduce en un vaso de precipitados de 250 mL que contiene una disolución de ácido
sulfúrico al 5%, y se impulsa lentamente y de manera continua sobre la disolución ácida, observando
rápidamente la aparición de las fibras de rayón.
Cuestiones
1.- ¿Qué compuesto se forma al echarle al sulfato de cobre hidróxido amónico?
2.- ¿Por qué se añade al final ácido sulfúrico diluído al 5%?
3.- ¿Qué sucedería si se adicionara ácido sulfúrico concentrado?
4.- Cuáles son las diferencias entre el rayón y la celulosa.
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CUARTA PRÁCTICA
PREPARACIÓN DE UN JABÓN Y UN DETERGENTE
Los jabones y los detergentes se encuentran entre los productos químicos más utilizados en
la vida cotidiana. La práctica no sólo tiene interés histórico, sino también actual, ya que nos acerca a
un proceso sencillo de importancia industrial.
El proceso de fabricación del jabón se basa en la hidrólisis alcalina (saponificación de una
grasa), es decir, en el tratamiento en caliente de ésta con una base. La solución alcalina descompone
la grasa en sus componentes: un alcohol (el glicerol) y una sal de ácido graso de cadena larga (un
jabón). Cuando se añade sal común (NaCl) el jabón precipita. Las sales de ácidos grasos contienen
generalmente de 12 a 18 átomos de carbono, algunas pueden presentar insaturaciones. La longitud
de la cadena hidrocarbonada y el número de dobles enlaces en la parte correspondiente al ácido
carboxílico es lo que determina las propiedades del jabón resultante.
En la siguiente figura se representa la reacción de hidrólisis de una grasa; para simplificar, se
ha representado que los tres grupos R son iguales, pero en realidad no suele ser así. Normalmente,
los jabones que se obtienen son mezclas de sales de ácidos grasos.
O
C
R
O
O
C
R
CH2
O
CH + 3 NaOH
O
CH2
CH2
HO
O
3R
C
O- Na+ + 3 HO
CH
O
C
R
Triglicérido
(grasa o aceite)
HO
Sal de sodio
(jabón)
CH2
Glicerol
Una de las desventajas del jabón es que resulta un limpiador ineficaz en aguas duras.
Llamamos así a las de alto contenido en sales de magnesio, calcio y hierro. Cuando se usa un jabón
en aguas duras
se forman las sales de los ácidos carboxílicos con dichos cationes, que son insolubles y precipitan en
Prácticas de Química Orgánica
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forma de coágulos o grumos. Por el contrario, en aguas blandas el jabón es un adecuado agente
limpiador.
O
O
2R
C
O- Na + + Ca +2
R
C
Ca +2
O2
Para evitar estos inconvenientes se suele añadir al jabón sustancias que ablanden el agua. El
carbonato de potasio y el fosfato de sodio precipitan los iones magnesio, calcio, etc., en forma de
carbonato y fosfato insolubles. Desgraciadamente, estos precipitados pueden alojarse en los tejidos
dándole un color blanquecino. A pesar de todo, el jabón presenta una ventaja importante: es
biodegradable. Los microorganismos son capaces de consumir las moléculas lineales de jabón
convirtiéndolas en agua y dióxido de carbono.
Objetivos
El objetivo de ésta práctica es realizar la preparación de un jabón y de un detergente y
comparar su comportamiento diferente en agua dura debido a su diferente estructura molecular.
Material y productos
Dos vasos de precipitados de 100 mL, un vaso de precipitados de 250 mL, termómetro de 100°C,
papel de filtro, papel indicador, varillas de vidrio, alfiler o trozo de alambre.
Aceite, NaOH (disolución 6 M y lentejas), dodecanol, H2SO4, fenolftaleína, agua destilada.
Procedimiento experimental
Preparación de jabón
En un vaso de precipitados de 100 ml se colocan 20 g de grasa (también puede servir sebo,
aceite vegetal o mezclas de sustancias). Se calienta hasta unos 45°C (hasta que se funda si se parte
Prácticas de Química Orgánica
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de un sólido). En otro vaso de precipitados se disuelven 2 g de NaOH en la mínima cantidad de
agua, se añaden 5 ml de etanol a la disolución y se calienta a unos 35°C. Esta disolución se añade
lentamente sobre la grasa fundida, mientras se agita continuamente la mezcla. La mezcla se
mantiene agitando en caliente durante unos 15 minutos, hasta que se completa la reacción de
saponificación, obteniéndose una sustancia densa, momento en el que se puede añadir si se desea
algún aceite oloroso. Si la mezcla no espesa se calienta al “baño María” durante unos 30 minutos
más. El jabón se vierte entonces sobre un vaso de papel que servirá de molde y se deja reposar.
Determinar la alcalinidad del jabón utilizando para ello un trozo de papel indicador. Si es superior a
9, el jabón es demasiado básico como para ser utilizado como jabón.
Preparación de un detergente
O
CH3(CH2)10CH2O
S
O- Na+
O
En esta práctica se va a preparar un conocido detergente: el laurilsulfato de sodio. El
esquema de síntesis que se va a seguir es:
O
CH3(CH2)10CH2OH + H2SO4
CH3(CH2)10CH2O
S
OH
O
alcohol laurílico
éster laurílico del ácido sulfúrico
O
CH3(CH2)10CH2O
S
OH + NaOH
O
O
CH3(CH2)10CH2O
S
O
O- Na+ + H2O
Prácticas de Química Orgánica
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En un vaso de precipitados de 100 ml se prepara una disolución de 15g de dodecanol y 10 ml
de ácido sulfúrico concentrado. En otro vaso de precipitados de 100 ml se preparan 30 ml de una
disolución de NaOH 6 M, a la que se añaden 3 gotas de fenolftaleína. Añadir muy lentamente, y con
agitación constante, la disolución ácida sobre la básica sin permitir que la mezcla se caliente
demasiado. Según se va produciendo la adición, la mezcla se coloreará de rosa y luego este color irá
desapareciendo a la vez que se va formando un precipitado blanco, momento en que se da por
finalizada la adición de disolución ácida. Filtrar y secar a continuación el sólido obtenido utilizando
para ello el sistema de filtración a vacío (Büchner-quitasato).
Ensayos
a)
Comparar la capacidad para formar espumas del jabón y el detergente obtenidos en:

Agua destilada.

Agua del grifo.

Agua dura, preparada al disolver en agua una pequeña cantidad de cloruro cálcico anhidro.
b) Examinar el efecto que produce en la tensión superficial del agua, la presencia de jabón o
detergente. Para ello se llena un vaso con agua y con cuidado se coloca en la superficie, de modo
que flote, un capilar de vidrio. Si no se hunde es debido a la tensión superficial. Entonces se añade
en el agua un poco de jabón o del detergente obtenido y se observa lo que ocurre.
Cuestiones
1. Describa las reacciones que tienen lugar en los procesos de obtención del jabón y del detergente.
2. ¿Qué es la tensión superficial? ¿Por qué se hunde el trozo de metal cuando se añade jabón o
detergente al agua?
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QUINTA PRÁCTICA
PREPARACIÓN DE ACETATO DE ETILO
La reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol para formar un éster mas agua se conoce
con el nombre de esterificación. Como catalizador se emplea un ácido mineral, generalmente ácido
sulfúrico o el ácido clorhídrico. Todos los casos de esterificación son reacciones reversibles.
Objetivo
En este experimento se prepara acetato de etilo a partir de ácido acético y alcohol etílico en
presencia de ácido sulfúrico como catalizador.
CH3 COOH + CH3 CH2OH
H+
Material y productos
Matraz esmerilado de fondo redondo de 100 ml
Refrigerante de reflujo.
Tubo de cloruro cálcico.
Probeta.
Pipeta de 10 ml.
Placa calefactora.
Equipo de destilación con columna de rectificación.
Erlenmeyer de 125 ml.
Embudo de decantación.
Vaso de precipitados.
Ácido acético glacial, 30 ml
Etanol del 95%, 35 ml
Ácido sulfúrico, 3 ml.
Cloruro cálcico escoriforme.
Carbonato sódico.
Sulfato de sodio anhidro.
CH3 COOCH2CH3
Prácticas de Química Orgánica
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Procedimiento experimental
En un matraz esmerilado de fondo redondo de 100 ml se colocan 30 ml de ácido acético glacial y 35
ml de etanol del 95%. A continuación, agitando continuamente el matraz, se añaden 3 ml de ácido
sulfúrico y se adapta el matraz a un refrigerante de reflujo y un tubo de cloruro cálcico sobre la parte
superior del refrigerante (no olvidar añadir a la mezcla un trocito de plato poroso antes de poner el
refrigerante). La mezcla de reacción se calienta a reflujo durante 1 hora.
Al final del periodo de reflujo se deja enfriar un poco el contenido del matraz y después de agregar
un trozo de plato poroso se modifica el aparato disponiéndolo para una destilación simple con
objeto de separar el acetato de etilo formado en la reacción. La destilación se mantiene hasta que no
destila más líquido, quedando en el matraz una pequeña cantidad de ácido acético y ácido sulfúrico
disueltos en agua.
El destilado obtenido se echa en un embudo de decantación y se agita suavemente con una
disolución de carbonato sódico al 10% (15 mL, 2 veces) y una vez con 15 mL de CaCl2. Se debe
tener la precaución de abrir la llave inmediatamente después de mezclar los dos líquidos para
permitir la salida del CO2 que se produce en la neutralización. El acetato de etilo se continúa
lavando hasta que no presente reacción ácida. Se separa la capa superior (la acuosa es la inferior) y
se lava con una disolución formada con 20g de cloruro cálcico en 25 ml de agua. Nuevamente se
decantan las dos capas, poniéndose la capa superior en un erlenmeyer seco al que se le agrega
sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua que pueda contener, se tapa el erlenmeyer con un
tapón de corcho y se deja hasta el día siguiente.
Una vez seco el acetato de etilo, lo cual se hace más rápido agitando la mezcla, se separa el sulfato
de sodio por filtración y el líquido se rectifica empleando una columna de rectificación adecuada. El
destilado así obtenido entre 75°C y 78°C, aproximadamente, se pesa y se calcula el rendimiento de
la operación. (En lugar de efectuar una pesada, puede medirse el volumen obtenido de acetato de
etilo y conociendo su densidad, 0.9 g/cm3, determinar el número de gramos obtenidos).
Prácticas de Química Orgánica
Cuestiones
1.
¿Qué reactivo debe emplearse en exceso en la preparación de acetato de etilo y por qué?
2.
¿Cómo podríamos desplazar hacia la derecha o hacia la izquierda la reacción?
3.
Al destilar por debajo de 90°C ¿qué productos quedarán en el matraz de destilación?
4.
¿Para qué se emplea la disolución de Na2CO3?
5.
¿Para qué se agrega el Na2SO4 anhidro?
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