laboratorio de química ii - Universidad Tecnológica del Perú

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ
Vicerrectorado de Investigación
LABORATORIO DE QUÍMICA II
TINS Básicos
INGENIERÍA INDUSTRIAL
TEXTOS DE INSTRUCCIÓN BÁSICOS (TINS) / UTP
Lima - Perú
Laboratorio de Química II
© LABORATORIO DE QUÍMICA II
Desarrollo y Edición:
Vicerrectorado de Investigación
Elaboración del TINS:
• Lic. Ana Elena García-Tulich Barrantes
• Ing. César Ignacio Vásquez Solís
Diseño y Diagramación:
Julia Saldaña Balandra
Soporte académico:
Instituto de Investigación
Producción:
Imprenta Grupo IDAT
Queda prohibida cualquier forma de reproducción, venta, comunicación pública
y transformación de esta obra.
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Laboratorio de Química II
“El presente material contiene una compilación de obras de Química
Orgánica publicadas lícitamente, resúmenes de los temas a cargo del
profesor; constituye un material auxiliar de enseñanza para ser empleado
en el desarrollo de las clases en nuestra institución.
Éste material es de uso exclusivo de los alumnos y docentes de la
Universidad Tecnológica del Perú, preparado para fines didácticos en
aplicación del Artículo 41 inc. C y el Art. 43 inc. A., del Decreto
Legislativo 822, Ley sobre Derechos de Autor”.
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Laboratorio de Química II
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Laboratorio de Química II
PRESENTACIÓN
La Química se encuentra presente en todos aquellos componentes del
universo, a lo largo de la historia del tiempo del universo; por eso es de vital
importancia seguir estudiando la materia, la energía y la información,
provenientes de los procesos de transformación de los componentes en su
expansión continua.
El entendimiento de la Química, comprende el estudio de la teoría, en
complemento con las pruebas de laboratorio y de las reflexiones de mentes
privilegiadas.
En esta correspondencia, la formación universitaria en ingeniería obliga al
estudio de la Química, tanto en el aspecto teórico, cuanto en el aspecto de
prácticas de laboratorio, en el espacio de comprobación de la verdad
subyacente en los modelos científicos de la Química.
La virtud del presente texto consiste en la presentación de un Manual de
Prácticas de Laboratorio, para la Asignatura de Química II, adecuadamente
estructurada, por la Lic. Ana E. García-Tulich Barrantes y el Ing. César I.
Vásquez Solis; en base a una selección y elaboración de prácticas de
laboratorio; mediante un acopio de modelos de prácticas contenidos en la
fuente bibliográfica correspondiente, congruente con la infraestructura del
laboratorio.
El presente texto de instrucción pretende servir de apoyo en los fundamentos
teóricos de las prácticas realizadas en el Laboratorio de Química para la
Carrera de Ingeniería Industrial. Presenta la siguiente estructura:
IDENTIFICACIÓN PRELIMINAR DE UN COMPUESTO ORGÁNICO, que
permite aplicar los ensayos elementales como los organolépticos,
reconocimiento de carbono e hidrógeno, así como volatilidad, inflamabilidad,
grupos de solubilidad para determinar el origen orgánico o no de su muestra
problema.
RECRISTALIZACIÓN, donde la elección de un solvente adecuado será la base
para la posterior purificación de una determinada muestra mediante la
formación de cristales libres de impurezas.
CONSTANTES FÍSICAS, donde la determinación de la temperatura de
ebullición en líquidos y la temperatura de fusión en sólidos, permitirá conocer si
la sustancia problema es pura o no.
ÍNDICE DE REFRACCIÓN, donde se aprenderá la manipulación del
Refractómetro para medir el índice de refracción de sustancias líquidas y poder
determinar su pureza, destacando los factores que lo afectan.
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Laboratorio de Química II
REACCIÓN DE LASSAIGNE, como complemento de los procesos físicos antes
mencionados para la identificación de una muestra orgánica, definiendo parte
de su composición como la presencia de nitrógeno, azufre y halógenos en su
estructura.
IDENTIFICACIÓN CUALITATIVA DE ALCOHOLES Y FENOLES, permitiendo
entrar al estudio de reacciones específicas de identificación de grupos
funcionales, en este caso el grupo oxhidrilo.
IDENTIFICACIÓN CUALITATIVA DE ALDEHIDOS, CETONAS Y ÁCIDOS
CARBOXÍLICOS, siguiendo con el estudio de reacciones específicas de
identificación de grupos funcionales, en este caso el grupo carbonilo y
carboxilo.
CARBOHIDRATOS, permitiendo el estudio de algunas propiedades de
azúcares y almidones mediante sus reacciones químicas.
ÉSTERES: SÍNTESIS DE LA ASPIRINA, donde la obtención de la aspirina será
el medio de estudio de una reacción química de esterificación y de las
propiedades de dicho éster.
PREPARACIÓN DE UN JABÓN POR SAPONIFICACIÓN, que permitirá la
aplicación de la técnica para la obtención de un jabón a partir de un aceite
vegetal común ó de cualquier grasa adecuada y el estudio de las reacciones
químicas implicadas en dicho proceso.
FORMACIÓN DE UN POLÍMERO ENTRECUZADO, donde se llevará a cabo
algunas reacciones químicas de síntesis de polímeros y plásticos, para
posteriormente identificar los productos y reactivos implicados en dichas
reacciones.
AISLAMIENTO DEL EUGENOL A PARTIR DEL CLAVO DE OLOR, la
extracción del aceite esencial Eugenol a partir del clavo de especia, permitirá
conocer y aplicar la técnica de destilación por arrastre de vapor.
EXTRACCIÓN SIMPLE Y EXTRACCIÓN MÚLTIPLE, donde el estudiante se
familiarizará con las técnicas de extracción como método de separación y
purificación de sustancias integrantes de una mezcla, así como elegir los
disolventes adecuados para un proceso de extracción.
Como punto final de estas líneas, los agradecimientos Institucionales
especiales a los profesores Ana E. García-Tulich B. y el Ing. César I. Vásquez
S.; por su denuedo académico en la preparación del texto.
Vicerrectorado de Investigación
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Laboratorio de Química II
ÍNDICE
I.
II.
III.
IV.
Normas Generales ..................................................................
Recomendaciones Generales para el Alumno ........................
Seguridad y Primeros Auxilios ................................................
Del reporte o informe...............................................................
11
13
15
19
Práctica Nº1
Identificación preliminar de un compuesto orgánico .......................
21
Práctica Nº2
Recristalización ...............................................................................
31
Práctica Nº3
Determinación de constantes físicas...............................................
39
Práctica Nº4
Índice de refracción.........................................................................
49
Práctica Nº5
Reacción de Lassaigne...................................................................
53
Práctica Nº6
Identificación cualitativa de alcoholes y fenoles ..............................
59
Práctica Nº7
Identificación cualitativa de aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos
67
Práctica Nº8
Carbohidratos..................................................................................
75
Práctica Nº9
Esteres: síntesis de la aspirina........................................................
79
Práctica Nº10
Preparación de un jabón por saponificación de un aceite vegetal ..
85
7
Laboratorio de Química II
Práctica Nº11
Formación de un polímero entrecruzado ........................................
93
Práctica Nº12
Aislamiento del eugenol a partir del clavo de olor ...........................
99
Práctica Nº13
Extracción simple y extracción múltiple...........................................
107
Bibliografía ....................................................................................
117
8
Laboratorio de Química II
DISTRIBUCIÓN TEMÁTICA
Clase
N°
Tema
Semana
Horas
1
Introducción al Curso de Laboratorio de Química
II. Pautas Generales. Normas de Seguridad.
1
02
2
Identificación preliminar de un compuesto
orgánico.
1º Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
2
02
3
Ídem semana 2
3
02
4
Recristalización. Aplicaciones.
2º Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
4
02
5
Ídem Semana 4
5
02
6
Determinación de las constantes físicas de
algunos compuestos Orgánicos. Métodos.
3° Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
6
02
7
Ídem Semana 6
7
02
8
Formación de un Polímero entrecruzado.
Aplicaciones
4° Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
8
02
9
Ídem Semana 8
9
02
10
EXAMEN
PARCIAL
10
02
11
Identificación cualitativa de alcoholes y fenoles.
11
02
12
Ídem Semana 11
5° Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
12
02
9
Laboratorio de Química II
Clase
N°
Tema
Semana
Horas
13
Identificación cualitativa de aldehídos, cetonas y
ácidos carboxílicos.
13
02
14
02
15
02
16
02
14
15
16
Ídem Semana 13
6° Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
Reacción de Lassaigne. Identificación de
Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, Azufre y
halógenos de un compuesto Orgánico.
Ídem Semana 15
7° Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
17
Extracción. Aislamiento del eugenol a partir del
clavo de olor.
17
02
18
Ídem Semana 17
8° Práctica Calificada (Revisión y Entrega de
Notas)
18
02
19
EXAMEN
19
02
FINAL
10
Laboratorio de Química II
I. NORMAS INTERNAS GENERALES
El desempeño eficiente y seguro dentro del laboratorio, implica la
adopción de una serie de normas de conducta que deben seguirse
rigurosamente a manera de protocolo. He aquí las de mayor importancia:
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
El uso del mandil dentro del laboratorio como ropa de trabajo es
OBLIGATORIO.
Puntualidad en las horas de ingreso al laboratorio
El alumno ingresará o se retirará del laboratorio con previa
autorización del profesor.
El orden y la disciplina son fundamentales para evitar accidentes
en el laboratorio.
Las prácticas no programadas o de recuperación serán
autorizadas sólo por el profesor, previa coordinación con el Jefe
de Laboratorio.
No está permitido el uso de walkman, discman, gorra, etc. y
realizar acciones que distraigan la práctica.
No introducir ni ingerir alimentos o bebidas en el laboratorio, ni
fumar.
Sólo el profesor o la persona autorizada serán los encargados de
entregar los materiales y/o reactivos a los alumnos.
El material, equipo, reactivos y llaves (de gas, de agua,
electricidad) se deben de manipular y/o transportar como lo
indique el profesor(a).
Todo alumno será responsable del material, equipo o mobiliario
del laboratorio y tendrá que reponer el daño ocasionado.
Será sancionado todo aquél alumno que utilice material o equipo
para otros usos que no sean para lo que están destinados.
Terminada la práctica deberá dejar limpio el Área de Trabajo
respectivo.
11
Laboratorio de Química II
12
Laboratorio de Química II
II. RECOMENDACIONES GENERALES PARA
EL ALUMNO
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
Antes de ingresar, deberá conocer qué experimento va a realizar,
según su guía.
Use siempre un cuaderno de Laboratorio para anotar sus
observaciones y desarrollar sus cálculos.
Mantenga su área de trabajo limpia y ordenada, sin libros,
chompas, bolsos o elementos innecesarios para la realización de
la práctica.
No juegue, no corra ni gaste bromas a nadie dentro de este
recinto.
Concéntrese en lo que va a realizar, no precipite sus acciones.
No dude en preguntar cualquier inquietud a su profesor.
Identifique los materiales y reactivos con los que va a trabajar.
No mezcle o caliente las sustancias que no estén indicadas en el
procedimiento.
No pruebe sustancias o reactivos en el laboratorio.
No es conveniente que modifique las cantidades de las sustancias
que se han indicado para la técnica, a menos que lo indique el
profesor.
Al calentar una solución en un tubo de ensayo, nunca dirija la
boca del tubo hacia alguno de tus compañeros o hacia uno
mismo.
No deben regresar las sustancias sobrantes a los frascos que las
contenían, sin la consulta al profesor.
Para percibir olores de las soluciones, basta con acercarse y
abanicar para mover los vapores que se desprenden, con lo cuál
fácilmente llega a la nariz.
Comunicar inmediatamente al profesor acerca de cualquier
accidente por pequeño que sea.
Por seguridad en sus experimentos primero añada el agua luego
los ácidos o álcalis.
No toque los reactivos sólidos o líquidos sin precauciones; así
mismo evite impregnarse con sustancias inflamables.
Si trabaja con reacciones de efecto gaseoso excesivo o tóxico
deberá hacerlo en la campana extractora.
Los desechos sólidos se irán al tacho, los líquidos al lavadero
(seguido de una dilución con agua de caño para evitar
corrosiones).
13
Laboratorio de Química II
2.19
2.20
Siempre los materiales con los que va a trabajar deben estar
limpios y enjuagados con agua destilada.
Trate de llegar en su horario a la hora exacta, recuerde que no
hay recuperación de clases, salvo excepciones de fuerza mayor
que tendrá que justificarlo vía trámite en su Facultad.
14
Laboratorio de Química II
III. SEGURIDAD Y PRIMEROS AUXILIOS
Muchos reactivos, particularmente los disolventes orgánicos, arden en
presencia de una llama. Otros pueden descomponerse explosivamente
cuando se exponen al calor. En consecuencia, estos productos deben
mantenerse lejos de mecheros, planchas de calentamiento o de la
exposición directa al sol.
Siempre que trabaje con sustancias volátiles, hágalo dentro de una
campana extractora. Si aún así llegara a producirse una excesiva
concentración de vapores dentro del laboratorio, se deben abrir
rápidamente puertas y ventanas para ventilar el recinto.
Procure utilizar una “Pera de Succión” para no tener que pipetear
reactivos directamente con la boca.
Un riesgo potencial de envenenamiento frecuentemente olvidado, es el
contacto directo de reactivos con la piel, ya que muchos de estos se
absorben directamente a través de ella. Tenga por ello presente las
indicaciones del profesor.
Muchos de los accidentes de laboratorio se producen por cortes y
quemaduras con vidrio. En general, no fuerce nunca el material de vidrio
ni lo someta a tensiones innecesarias ya que en caso de ruptura, los
cortes pueden ser graves.
Las pequeñas quemaduras producidas por material caliente, baños,
placas o mantas de calentamiento, etc., se trataran lavando la zona
afectada con agua fría durante 10-15 minutos.
PRECAUCIONES EN EL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA
A)
EN CASO DE ACCIDENTE
En cualquier tipo de incendio, inmediatamente cerrar toda llave de
salida de gas. Si la llama es pequeña, puede ser apagada con
una toalla húmeda o con el extinguidor de anhídrido carbónico.
15
Laboratorio de Química II
Fuego de Ropa.- Inmediatamente cubrir con una frazada o con
una toalla. Usar si es necesaria la ducha de agua.
Incendio de Reactivos.- Cuando hay incendio en vasos o frascos
de laboratorio, inmediatamente tapar la boca de estos, ya sea con
una plancha asbesto o con una toalla húmeda. Para incendios
mayores usar el extinguidor de anhídrido carbónico.
B)
PRIMEROS AUXILIOS
Cortes.- Producidos por rotura de tubos de vidrio ó termómetros,
se lava la parte afectada con agua, aplicar un antiséptico y luego
una venda.
Ácidos en los Ojos.- Lavar inmediatamente la parte afectada con
bastante agua de caño, luego con una solución de bicarbonato de
sodio al 2% secar y poner dentro del ojo unas gotas de aceite de
oliva.
Álcalis en los Ojos.- Lavar inmediatamente la parte afectada con
bastante agua de caño, luego con una solución saturada de ácido
bórico o solución de ácido acético al 1%. Secar y poner dentro del
ojo, unas gotas de aceite de oliva.
C)
QUEMADURAS PRODUCIDAS POR:
Ácidos.- Lavar con bastante agua de caño, luego con solución
saturada de bicarbonato de sodio, volver a lavar con agua, secar
con gasa y aplicar picrato de butecina.
Álcalis.- Lavar con bastante agua de caño, luego con una solución
saturada de ácido bórico, cubrir la parte afectada con ácido bórico
en polvo, lavar, secar, con gasa y aplicar picrato de butecina.
Bromo.- Lavar con agua de caño. Luego aplicar glicerina, después
de un tiempo limpiar la glicerina superficialmente y aplicar picrato
de butecina.
Nota: También se puede aplicar solución concentrada de tiosulfato
de sodio hasta eliminar el bromo, lavar con agua, secar y aplicar
vaselina.
16
Laboratorio de Química II
Fenol.- Lavar con alcohol al 50% con una solución de agua de
bromo al 0,5% (cuidado con la concentración). Secar y aplicar
vaselina o picrato de butecina.
Fuego.- Las quemaduras de fuego o por contacto con objetos
calientes, se deben tratar con picrato de butecina.
Sulfato de Dimetilo.- Ataca la piel, lavar inmediatamente con
amoniaco (cuidado: no lavar absolutamente con agua)
17
Laboratorio de Química II
18
Laboratorio de Química II
IV. DEL REPORTE O INFORME
Con la finalidad de estandarizar las instrucciones fundamentales para la
presentación de los reportes de cada práctica de laboratorio, ofrecemos
a continuación una descripción de las partes que comprenderá dicho
material de evaluación y los detalles que deberán tomarse en cuenta.
4.1
Presentación. El reporte será presentado en papel Bond A4
blanco, escrito a maquina (a espacio y medio) ó manuscrito con
letra legible.
4.2
Carátula. En esta se indicará con letras mayúsculas el nombre del
curso, profesor encargado, el número y título de la práctica, aula
de clases, la fecha de realización de la práctica y la relación de
asistencia del grupo.
4.3
Principios Teóricos. En ésta sección el alumno presentará todos
los conceptos desarrollados que se sugieren en el manual.
4.4
Parte Experimental: Se mencionarán los materiales y reactivos
utilizados. Además del procedimiento experimental plasmado en
un diagrama de operaciones y procesos.
4.5
Cálculos y Tabla de Resultados: En esta parte se presentan los
datos obtenidos, ecuaciones químicas, cálculos, tabulación de
datos (sí los hubiera), y la tabla de resultados.
4.6
Conclusiones: A partir de los resultados obtenidos en su práctica
se plantearán las conclusiones a las que el grupo llegó.
4.7
Recomendaciones: Estas se proponen basándose en la técnica
o metodología seguida para la práctica.
4.8
Cuestionario: El desarrollo de las preguntas del cuestionario
fomentará la investigación y serán parte fundamental para la
calificación.
19
Laboratorio de Química II
20
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 1
IDENTIFICACIÓN PRELIMINAR DE UN
COMPUESTO ORGÁNICO
1.
OBJETIVOS
Identificar una sustancia química observando las
propiedades físicas y químicas de algunos compuestos.
Identificar a través de reacciones específicas, los elementos
más comunes que constituyen a los compuestos orgánicos,
como el carbono e hidrógeno.
Determinar el comportamiento de solubilidad de compuestos
en disolventes orgánicos para utilizarlo en la selección del
disolvente ideal en prácticas futuras.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
La importancia de ésta práctica radica en formarnos los
conocimientos básicos para poder reconocer y/o diferenciar
sustancias orgánicas generalmente puras de sustancias
inorgánicas, por medio de ensayos preliminares. Definiremos
ensayo como un proceso experimental, que por la investigación
de una pequeña muestra del material, se puede hacer una
estimación de la calidad del conjunto.
Dentro de dichos ensayos tenemos los organolépticos, los cuales
se basan en el uso de cada uno de los sentidos, para guardar
información valiosa sobre la identificación de sustancias químicas
(orgánicas en nuestro caso). Sin embargo son difíciles de medir
pues a la falta de patrón hay que añadir la subjetividad de los
mismos.
Tanto el trabajo en planta como la labor en el área de logística,
implica estar en constante relación con los insumos o materia
prima requerida según el rubro de nuestra empresa y sea de
origen orgánico o no, tenemos que reconocer (y esto se va dando
aún más con la experiencia) de primera impresión, si nuestro
proveedor nos está enviando un producto en condiciones óptimas
según nuestro requerimiento, aún, antes de enviar la muestra a
control de calidad.
21
Laboratorio de Química II
Por estos motivos se hace fundamental un análisis cualitativo
preliminar, donde hacemos uso de los ensayos organolépticos
para analizar las cualidades de nuestra muestra como su estado
físico, aspecto, color, olor, sabor (sólo en algunos casos, donde
estamos seguros de la procedencia de nuestra muestra).
Por ejemplo para la determinación del estado físico: Se debe
observar si es un sólido o un líquido. En los sólidos se debe
describir la forma cristalina (agujas láminas prismas), distinguir
entre un sólido amorfo y uno microcristalino. En cuanto a las
características físicas se debe observar el color, que puede estar
asociado con la presencia de aromáticos o grupos con dobles
enlaces altamente conjugados y percibir cautelosamente el olor,
pues podría tratarse por ejemplo, de una amina, ya que a veces
pueden tener olores desagradables fáciles de detectar, así
también como los ésteres que pueden tener olores fragantes. Otro
ensayo es el de combustión, el cual se basa en un calentamiento
cuidadoso de la muestra directamente en el mechero y la
observación de la presencia de cenizas, quienes determinarán si
la muestra está formada solamente por C, H, y O y si hay o no
presencia de metales de reacción ácida o básica a los indicadores
A estos ensayos se le suman otros ensayos básicos también
como la inflamabilidad, carbonización, identificación de carbono e
hidrógeno, la determinación de las constantes físicas, el análisis
elemental de reconocimiento de nitrógeno, azufre y/o halógenos,
el análisis y clasificación por grupo funcional, así como su
comportamiento de solubilidad en disolventes orgánicos y en
disolventes activos.
Mencionaremos brevemente las más usuales como la oxidación
enérgica, que permite la identificación de carbono e hidrógeno.
Para ello, se utiliza junto con la muestra problema, reactivo óxido
de cobre (II) que sometidos a una elevada temperatura permite la
reacción de oxidación reducción. Si se trata de una muestra
orgánica, la evidencia de reacción positiva será la formación de
gotas de agua condensadas en las paredes del tubo de ensayo y
el desprendimiento de dióxido de carbono (CO2), gas incoloro.
Como en este ensayo debemos comprobar la identidad del gas
desprendido (pues al ser incoloro podría ser oxígeno, nitrógeno u
otro gas); para comprobar si se trata realmente de un compuesto
orgánico, entonces se hace burbujear al CO2 en una solución
saturada de hidróxido de bario o de calcio, la cual reaccionará con
22
Laboratorio de Química II
el gas formando un precipitado blanco de carbonato de bario o
carbonato de calcio, respectivamente.
Por otro lado, determinando el comportamiento de solubilidad de
un compuesto en disolventes orgánicos y en disolventes activos,
podremos ir conociendo más aún sobre el origen de nuestra
muestra.
La solubilidad en disolventes orgánicos viene a ser la máxima
cantidad de soluto que se puede disolver en determinada cantidad
de solvente a una temperatura específica, observándose una fase
homogénea. Implica únicamente un proceso físico de disolución.
La solubilidad está relacionada con la estructura química tanto del
soluto como del disolvente, es decir están implicadas sus
polaridades en cuanto a lo polar disuelve lo polar y viceversa.
Independientemente de las causas de la disolución de la muestra
problema, se considera que hay disolución cuando 0,05 g de la
sustancia sólida o 0,1 ml de la sustancia líquida forman una fase
homogénea a la temperatura ambiente con 3 ml de solvente.
Es por medio de la solubilidad que podemos hallar el disolvente
ideal para recristalizar una sustancia, dado que el soluto debe ser
poco soluble en frío, muy soluble en caliente y recristalizarse
nuevamente en frío.
Por otro lado, la solubilidad en disolventes activos, si implica en
algunos casos un proceso químico de disolución y encuadra el
compuesto en uno de los siete grupos de solubilidad definidos
según su comportamiento. Estos grupos de solubilidad, se
establecen en base a cinco disolventes: agua, éter etílico,
hidróxido de sodio diluido, ácido clorhídrico diluido y ácido
sulfúrico concentrado.
En los dos primeros disolventes la solubilidad o insolubilidad
observada corresponde a un proceso físico de disolución . En los
tres restantes la solubilidad es consecuencia de un proceso
químico, pues puede producir por ejemplo una reacción de tipo
ácido-base.
En el grupo I tenemos a los compuestos solubles en agua y en
éter etílico, que se caracterizan: Por su baja polaridad para
23
Laboratorio de Química II
solubilizar en éter, por la capacidad de formar enlaces puentes de
hidrógeno para solubilizar en agua y por su bajo peso molecular.
Los compuestos con más de un grupo funcional polar, presentan
polaridad alta por lo que no solubilizan en éter etílico y pertenecen
al grupo II.
En el hidróxido de sodio al 5% se producirá la disolución por
reacción ácido-base de aquellos compuestos orgánicos que
posean carácter ácido. Estos compuestos pertenecen al grupo IV.
En el grupo III se encuentran los compuestos orgánicos de
carácter básico ya que se solubilizan en ácido clorhídrico diluido.
El ácido sulfúrico concentrado determina si un compuesto
orgánico pertenece al grupo V ó VI, dependiendo de la ausencia o
presencia de nitrógeno en la molécula.
Finalmente, los compuestos orgánicos no solubles en ninguno de
los disolventes anteriores, son los que presentan menor
reactividad y pertenecen al grupo VII de solubilidad.
3.
PARTE EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Gradilla
Tubos de ensayo
Luna de reloj
Crisol de porcelana
Pinzas para tubos y para crisol
Vaso de precipitado
Pipeta graduada
Agitador de vidrio
Tapón con tubo de desprendimiento
Rejilla de asbesto
Trípode
Espátula
Mechero de Bunsen
b)
Reactivos
Sacarosa
Etanol
Acetato de sodio
24
Laboratorio de Química II
c)
Óxido de cobre
Solución de hidróxido de bario
Acetato de etilo
Acetona
Metanol
Hexano
Éter etílico
Ácido benzoico
Solución de NaOH 5%
Solución de NaHCO3 5%
Solución HCl 5%
Solución H2SO4 concentrado
Muestra problema
Procedimiento
Ensayos Organolépticos
Observe la muestra entregada por el profesor y anote en la
tabla de resultados sus caracteres organolépticos como el
estado físico, aspecto, color, olor y sabor (sólo si el profesor
le da la indicación respectiva),
Ensayos Preliminares
En un crisol de porcelana colocar unos cristalitos ó 5 gotas
de muestra problema, ya sea sólida o líquida
respectivamente. Luego aproximar el mechero de bunsen al
contenido del crisol para ver si la sustancia es inflamable o
no.
Si no lo es, calentar la base del crisol observando y anotando
los
fenómenos
producidos:
Cambio
de
aspecto,
desprendimiento de gases, olor y carbonización.
Al terminar cada ensayo lave y seque bien el crisol de
porcelana.
25
Laboratorio de Química II
Identificación de Carbono e Hidrógeno por Oxidación
En un tubo de ensayo limpio y seco provisto de tapón con tubo de
desprendimiento, coloque una mezcla de 0,2 g de muestra
problema y 0.4 g de óxido de cobre.
En otro tubo de ensayo coloque 5 mL aproximadamente de
solución acuosa de hidróxido de calcio o hidróxido de bario.
Caliente entonces el primer tubo y reciba, en el segundo tubo el
gas que se desprenda, haciéndolo burbujear dentro de la solución
de hidróxido de bario.
Si hay presencia de carbono, se observará el desprendimiento de
un gas que al contacto con el hidróxido de bario formará un
precipitado blanco. Si hay presencia de hidrógeno, éste formará
pequeñas gotas de agua que se condensarán en la parte superior
de las paredes del tubo de ensayo.
Solubilidad en disolventes orgánicos.
Coloque en un tubo de ensayo aproximadamente 0,1 g de la
muestra problema si es sólido o 20 gotas si es líquida y agregue 1
mL del disolvente a probar; agite y observe (Prueba de solubilidad
en frío).
Sí los cristales no se han disuelto, agregue 1 mililitro más de
disolvente orgánico.
Sí el sólido no se ha disuelto, es insoluble en frío; si se ha disuelto
es soluble en frío.
Solo sí la sustancia fue insoluble en frío, caliente la muestra en
baño maría hasta ebullición y con agitación constante. Observe y
si solubiliza el sólido es soluble en caliente y es insoluble en caso
contrario.
Si el sólido fue soluble en caliente, enfríe a temperatura ambiente
y luego en baño de hielo o con chorro de agua fría. Observe si hay
formación de cristales.
Solubilidad en disolventes activos
Estas pruebas deben realizarse a temperatura ambiente y según
como se indica en el diagrama anterior.
26
Laboratorio de Química II
Para ello coloque en cada tubo de ensayo a utilizar 0,1 g ó 10
gotas de la misma muestra problema y agregue 1,5 mL del
disolvente activo.
Agite y observe. ¿Qué le sucede a la muestra problema al entrar
en contacto con el disolvente empleado? Anote sus
observaciones.
Según los resultados de solubilidad, verifique el grupo al que
pertenece su muestra problema, según el contenido de sustancias
típicas en cada uno de ellos:
MUESTRA PROBLEMA
AGUA
INSOLUBLE
SOLUBLE
NaOH 5%
INSOLUBLE
ETER
SOLUBLE
INSOLUBLE
Grupo II
NaHCO3 5%
HCl 5%
INSOLUBLE
Grupo IIIB
SOLUBLE
Grupo IIIA
INSOLUBLE
Sin N y/o S
SOLUBLE
Grupo IV
Con N y/o S
GRUPO VII
H2SO4 cc
INSOLUBLE
Grupo VI
SOLUBLE
Grupo V
27
SOLUBLE
Grupo I
Laboratorio de Química II
GRUPO I.- Compuestos solubles en agua y éter, pertenecen a
este grupo: Términos inferiores de las series homólogas de:
Ácidos carboxílicos y Fenoles, Aldehídos, Cetonas, Anhídridos,
Esteres, Alcoholes, Aminas, Nitrilos, Polihidroxifenoles
GRUPO II.- Compuestos solubles en agua, pero insolubles en
éter, pertenecen a este grupo: Hidroxiácidos, Ácidos polibásicos,
Glicoles, polialcoholes, polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas
(azúcares), algunas Amidas y Aminoácidos, compuestos di- y
poliaminados, aminoalcoholes, Ácidos sulfónicos, Sales, Haluros
de Acilo.
GRUPO IIIA.- Ácidos carboxílicos, Ácidos Sulfónicos, Ácidos
Sulfínicos, Fenoles, Tiofenoles con sustituyentes electronegativos,
Ácidos Aminosulfónico, Sulfatos de bases débiles.
GRUPO IIIB.-Fenoles, α-cetoésteres, algunas di-cetonas, Imidas,
Nitrocompuestos alifáticos primarios y secundarios, oximas,
algunos Aminoácidos, Mercaptanos, Tiofenoles, Sulfonamidas.
GRUPO IV.- Aminas alifáticas primarias, secundarias y terciarias;
Aminas primarias Aromáticas, Alquilarilaminas, hidracinas,
piranos, Antocianinas, Acetales de fácil hidrólisis.
GRUPO V,- Hidrocarburos no saturados, algunos Hidrocarburos
aromáticos muy alquilados, Aldehídos, Cetonas y Metilcetonas,
Esteres, Anhídridos, Alcoholes, Éteres y Acetales, Haluros de
acilo y otros derivados halogenados.
GRUPO VI.- Hidrocarburos alifáticos y cicloparafinas,
Hidrocarburos aromáticos, derivados halogenados, Éteres
diarílicos.
GRUPO VII.- Nitrocompuestos (terciarios); Nitroso, azo e hidrazo
compuestos, Nitrilos, Aminas sustituidas negativamente, di o
triarilaminas, Sulfonamidas de aminas secundarias, sulfuros,
Sulfatos.
28
Laboratorio de Química II
4.
TABLA DE RESULTADOS
Carácter
Organoléptico
Estado Físico
Sacarosa
MUESTRA PROBLEMA
Etanol
Acetato de sodio
Aspecto
Color
Olor
Sabor
Muestra
Problema
Cambio de aspecto
ENSAYOS PRELIMINARES
Desprendimiento de
Olor
gases
Carbonización
Sacarosa
Etanol
Acetato de
sodio
Disolvente
Agua
Hexano
Acetato
de Etilo
Acetona
Metanol
Etanol
Solubilidad en
frío
Solubilidad en
caliente
Formación de
cristales
Disolvente
H2 O
Éter
Etílico
NaOH
5%
NaHCO3
5%
HCl 5%
Solubilidad en
frío
Identificación de Carbono e Hidrógeno
Reacciones Químicas
Observaciones
29
H2SO4
cc
Grupo de
Solubilidad
Laboratorio de Química II
5.
CUESTIONARIO
1. 10 gr. de una muestra X se hicieron arder completamente
con CuO y en la trampa la reacción con Ba(OH)2 dio lugar a
43,4 gr. de BaCO3. Hallar la formula molecular del
Compuesto X si en un análisis elemental previo dio 26,6 %
de C; 71,1% de O y 2,3% de H.
2.
¿Qué compuesto añadiría a una muestra para identificar la
presencia de Hidrógeno cuantitativamente?
3.
En una mezcla de cloruro de metileno y agua, ¿por qué se
forman dos fases? y si a la mezcla se añade alcohol
Isopropilico, ¿qué sucedería?
4.
¿Para qué sirve y en que consiste el método de Liebig?
5.
De los siguientes compuestos, ¿cuáles son polares o no
polares y cuál es más soluble en cloruro de Metileno? ¿Por
qué?
a) H2O
b) C6H6
c) CH3 – CH2 – CH3
d) C2H3Cl
e) CCl4
30
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 2
RECRISTALIZACIÓN
1.
OBJETIVOS
a) Deducir las características que debe tener un disolvente para
realizar dicha técnica.
b) Conocer y emplear la técnica de recristalización como
método para purificar compuestos sólidos.
c) Ilustrar el uso de un adsorbente como el carbón activado
para eliminar impurezas coloridas.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
Como criterio de pureza de una sustancia se toma en
consideración el mínimo de constantes generalmente físicas, que
permitan identificarla con certeza. Con frecuencia la especie
química por la cual el analista se interesa, se obtiene con un grado
de pureza insuficiente, haciéndose necesaria una marcha de
purificación controlada por el estudio de propiedades físicas y la
medida de constantes físicas, las cuales permiten identificar
también la sustancia considerada pura.
Un sólido resulta ser más soluble en un determinado disolvente si
se aumenta la temperatura de este último. Es decir, la mayoría de
las sustancias sólidas se disuelven más en caliente que en frío.
Como consecuencia de esto, si disolvemos una sustancia en la
menor cantidad posible de un solvente caliente, al enfriar el
sistema obtendremos parte del producto en estado sólido (por
disminución de la solubilidad en el solvente frío). Por ello uno de
los métodos más usados para purificar una sustancia sólida es la
Recristalización.
El compuesto se disuelve en un solvente ideal en el que es más
soluble en caliente que en frío, por lo que algunas impurezas
serán separadas al realizar una primera filtración en caliente. El
compuesto es separado luego en forma de cristales al enfriar la
solución (cristalizar) y aquellas impurezas que aún quedaron en la
disolución en frío, pasarán a través del papel filtro, quedándose
retenidos los cristales purificados. Se lavan, se secan y se
31
Laboratorio de Química II
determinan nuevamente sus características físicas. Cuando
éstas permanecen constantes
después
de varias
recristalizaciones, la sustancia puede considerarse al menos
provisionalmente, pura y adecuada
para los análisis
subsiguientes.
El punto crucial en el proceso de Recristalización es la elección
adecuada del disolvente. La gran belleza de la cristalización como
técnica de purificación, se debe a que la orientación de las
moléculas en una red cristalina es un proceso extremadamente
selectivo y delicado. La cristalización de sustancias diferentes en
la misma red ocurre solamente en casos aislados. Si la disolución
es coloreada y el compuesto es incoloro, debe agregarse una
pequeña porción de carbón activado a la disolución fría, la mezcla
es entonces calentada, y filtrada en caliente, el carbón adsorberá
las impurezas coloreadas y/o malos olores si los hubiera.
No siempre es fácil seleccionar el medio de cristalización
(disolvente ideal); la solubilidad del compuesto debe ser conocida
o debe ser hallada experimentalmente, como se realizó en la
práctica Nº 1, solubilidad en disolventes orgánicos.
En resumen los requisitos para la elección del solvente ideal son:
a) El disolvente debe disolver una gran cantidad de la muestra
a su temperatura de ebullición y sólo una pequeña cantidad a
la temperatura ambiente o ligeramente por debajo de ella.
b)
Que en lo posible no tenga un punto de ebullición demasiado
bajo (se evaporaría durante el proceso) ni demasiado alto
(costaría mucho secar el precipitado obtenido).
c)
Al enfriarse debe suministrar rápidamente cristales bien
formados del compuesto que se purifica, de los cuales debe
separar con facilidad. Baja capacidad de disolución de las
impurezas que contaminan al producto en cualquier rango de
temperatura.
d)
No debe reaccionar con el soluto (la sustancia debe
recuperarse inalterada y más pura)
e)
Su utilización no debe ser peligrosa, es decir, ni inflamable,
tóxico o perjudicial para el medio ambiente.
32
Laboratorio de Química II
f)
Debe ser de bajo costo.
Por otro lado el tema de la adsorción es un proceso físico donde
un sólido se utiliza para depositar sobre su superficie una
sustancia soluble del agua. En este proceso el carbón activado es
el sólido más utilizado. El carbón activado se produce
específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande
(entre 500 - 1500 m2/g). Esta superficie interna grande hace que el
carbón tenga una adsorción ideal. El carbón activo viene en dos
variaciones: Carbón activado polvo (PAC) y carbón activado
granular (GAC). La versión de GAC se utiliza sobre todo en el
tratamiento de aguas.
Otras características importantes que debe reunir un buen
adsorbente son las siguientes:
•
•
•
•
Alta capacidad de adsorción. La relación dé equilibrio entre
las fases influye en la eficacia con que se alcanza la
capacidad final y, en muchos casos, controla la capacidad
real del soluto.
Propiedades físicas y tamaño de partícula adecuados para
garantizar la necesaria resistencia mecánica y facilidad de
manejo, produciendo la menor pérdida de carga posible tanto
en lechos fijos como en los móviles o fluidizados.
Coste bajo, tanto de la materia prima como del proceso de
fabricación.
Fácil regeneración; por desorción, especialmente en el caso
de los procesos continuos.
En muchos casos, a nivel industrial, el producto que sale para la
venta de una planta, tiene que estar bajo la forma de cristales. Los
cristales se han producido mediante diversos métodos de
cristalización que van desde los más sencillos que consisten en
dejar reposar recipientes que se llenan originalmente con
soluciones calientes y concentradas, hasta procesos continuos
rigurosamente controlados y otros con muchos pasos o etapas
diseñados para proporcionar un producto que tenga uniformidad
en la forma, tamaño de la partícula, contenido de humedad y
pureza. Las demandas cada vez mas crecientes de los clientes
hacen que los cristalizadores sencillos por lotes se estén retirando
del uso, ya que las especificaciones de los productos son cada
vez más rígidas.
33
Laboratorio de Química II
La cristalización es importante como proceso industrial por los
diferentes materiales que son y pueden ser comercializados en
forma de cristales. Su empleo tan difundido se debe
probablemente a la gran pureza y la forma atractiva del producto
químico sólido, que se puede obtener a partir de soluciones
relativamente impuras en un solo paso de procesamiento. En
términos de los requerimientos de energía, la cristalización
requiere mucho menos para la separación que lo que requiere la
destilación y otros métodos de purificación utilizados comúnmente.
Además se puede realizar a temperaturas relativamente bajas y a
una escala que varía desde unos cuantos gramos hasta miles de
toneladas diarias. La cristalización se puede realizar a partir de un
vapor, una fusión o una solución. La mayor parte de las
aplicaciones industriales de la operación incluyen la cristalización
a partir de soluciones.
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales:
Matraz
Vaso de 250 o 400ml
Rejilla de asbesto
Trípode
Embudo de vidrio
Pisceta
Probeta
Pinza metálica
Bagueta
Luna de reloj
Papel de filtro
Mechero de Bunsen
b)
Reactivos:
Ácido oxálico
Ácido benzoico
Carbón activado
Agua destilada
Carboncillo
Azufre
34
Laboratorio de Química II
c)
Procedimiento
RECRISTALIZACIÓN SIMPLE
Muestra Problema: Acetanilida
Pese 1 g de la muestra pulverizada, colóquela en un matraz
de 250 mL.
Agregue poco a poco 50 mL de agua destilada (disolvente
ideal), previamente calentada agitando hasta disolución de la
muestra.
Caliente la solución a ebullición de 3 a 5 minutos (el
calentamiento debe hacerse a baño maría sí se trabaja con
un disolvente orgánico).
Filtre la muestra precalentando el embudo de vidrio y el
matraz donde recibirá el filtrado. De igual forma humedezca
el papel de filtro con un poco de disolvente caliente.
Al terminar de vaciar la solución enjuague el recipiente que lo
contenía y el papel de filtro utilizando de 3 a 5 mL de
disolvente caliente.
Deje enfriar el filtrado a temperatura ambiente y
posteriormente bajo chorro de agua fría hasta que se formen
los cristales. Si la cristalización no ocurre, indúzcala frotando
las paredes del recipiente de vidrio con la bagueta.
Separe los cristales por filtración, lave los cristales con un
poco de disolvente frío y déjelos secar.
Pese los cristales y determine el porcentaje de rendimiento.
RECRISTALIZACIÓN CON CARBÓN ACTIVADO
Muestra Problema: Ácido Benzoico
Tome 1g de muestra problema (0.8g de ácido benzoico, 0.1g
de azufre y 0.1g de carboncillo de lápiz) y colóquelo en un
matraz de 250 mL.
35
Laboratorio de Química II
Agregue 100 mL de agua previamente calentada y agite con
la bagueta.
Antes de agregar el carbón activado, deberá quitar la fuente
de calentamiento y esperar a que la solución no se encuentre
en ebullición.
Agregue 1 a 2 % de carbón activado en relación al peso de
la muestra y someta al calor hasta ebullición por 3 a 5
minutos, manteniendo constante el volumen del disolvente.
Realice la filtración en caliente y luego enfríe la solución.
Una vez formados los cristales, vuelva a filtrar lavando con
porciones de agua destilada helada por 2 veces más.
Los cristales obtenidos en el papel de filtro se secan hasta el
siguiente día a temperatura ambiente, o en una estufa a
50°C.
Finalmente pese los cristales y halle el porcentaje de
rendimiento según la fórmula:
% de Re n dim iento =
4.
Valor Experimental
×100
Valor Re al
TABLA DE RESULTADOS
Muestra Problema
Ácido Oxálico
Disolvente Ideal
Peso Inicial
Peso Final
% Rendimiento
36
Ácido Benzoico
Laboratorio de Química II
5.
CUESTIONARIO
1. Métodos para inducir una cristalización.
2.
¿Qué cualidades debe tener un disolvente ideal para llevar a
cabo una Recristalización?
3.
Haga un esquema para elegir el solvente adecuado para
realizar una buena recristalización, considerando que se trata
de una muestra desconocida.
4.
¿En qué se fundamenta para decidir que su compuesto se
purificó mediante esta técnica?
5.
¿Qué es el fenómeno de la adsorción y desorción? ¿qué tipo
de adsorbentes conoce?
6.
¿Qué clases de carbones activados se utilizan? Dé dos
ejemplos de aplicación industrial para cada uno y explique
por qué el término activado.
7.
¿Cómo se produce industrialmente el carbón mineral, el
carbón vegetal y el animal?
37
Laboratorio de Química II
38
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 3
DETERMINACIÓN DE CONSTANTES FÍSICAS
1.
OBJETIVOS
a) Aplicar la determinación de constantes físicas como criterio
de pureza.
b) Determinar la identidad de una muestra problema a partir de
la medición de su punto de fusión o ebullición,
correlacionándolas con los valores reportados en la
bibliografía.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
Cada especie química o sustancia pura posee un conjunto de
propiedades físicas y químicas propias por las cuales puede
caracterizarse. De ellas son las constantes físicas las que nos
permiten establecer la identidad de un compuesto puro,
considerándolas como criterio de pureza. Entre ellas tenemos la
determinación del punto de fusión en un sólido y el punto de
ebullición en un líquido.
TEMPERATURA DE FUSIÓN:
Al calentar un sólido cristalino, sus átomos vibran con más
energía. En cierto momento alcanzará una temperatura a la que
estas vibraciones alteraran el orden de la estructura cristalina, los
átomos pueden deslizarse unos sobre otros, el sólido pierde su
forma definida y se convierte en una sustancia líquida. Este
proceso es denominado fusión y la temperatura a la que sucede
es la temperatura de fusión. El proceso inverso, la conversión de
un líquido en sólido, se llama solidificación o congelación y la
temperatura a la que sucede temperatura de congelación. El punto
de fusión de un sólido y el punto de solidificación de un líquido son
idénticos. A la temperatura de fusión el sólido y el líquido
coexisten en equilibrio.
La determinación de la temperatura de fusión de una sustancia
orgánica cristalina, está dada por la temperatura a la cual dicha
sustancia sólida pasa a estado líquido, lo cual permite formarse
una idea bastante exacta de su grado de pureza.
39
Laboratorio de Química II
Por lo general, la temperatura se mide con un termómetro, que
consiste de un tubo capilar conectado en un extremo a un bulbo
de paredes delgadas, el cual está lleno con un cierto líquido
(comúnmente mercurio). A medida que la temperatura del bulbo
se eleva, el líquido se expande y sube por el capilar. La altura que
alcanza el líquido en el capilar depende proporcionalmente de la
temperatura.
Los termómetros más usados para dicho fin son:
• Termómetros de Mercurio. Son los de uso más corriente
pues miden las temperaturas ordinarias. Pueden registrar
temperaturas en el rango de -39 °C a +350 °C.
• Termómetros para baja temperatura. El mercurio se
sustituye por otros líquidos, generalmente coloreados. Los
líquidos más utilizados son: alcohol (-110 °C a +40 °C),
toluol (-90 °C a 110 °C) y éter de petróleo (-200 °C a
+20 °C).
Las principales causas de error en las lecturas de temperatura se
deben a descalibración del termómetro la cual puede ser causada
por diferentes factores tales como:
•
•
•
•
Contracción del vidrio por envejecimiento
Resistencia que opone el capilar al movimiento del
mercurio
Evaporación del mercurio cuando las temperaturas son
altas
Dilatación no uniforme del mercurio
El sistema para determinar la temperatura de fusión de un sólido
se prepara introduciendo una pequeña cantidad de muestra en un
tubo capilar, sellándolo y atándolo a un termómetro justo a la
mitad del bulbo de este y se calienta lentamente dentro de un tubo
de Thiele provisto con un baño de aceite. Las sustancias puras
funden regularmente a intervalos de máximo 1 °C, mientras que
las mezclas lo hacen en intervalos de hasta 20 °C.
Para colocar la muestra en el capilar sellado, se coloca dicha
sustancia en una luna de reloj formando un cerrito y luego
presionando el capilar sobre ella. Luego se voltea el capilar y se
pasa a través de un tubo de vidrio largo, soltándolo con cuidado
40
Laboratorio de Química II
para que no se rompa, de tal forma que la muestra se compacte
en la base del capilar.
Un punto de fusión fijo puede indicar que:
a. La sustancia es químicamente pura
b. La sustancia es una mezcla eutéctica de dos o más
compuestos, la cual es una mezcla sólida cuyo punto de
fusión es inferior al de cada uno de los componentes por
separado.
Un punto de fusión indefinido puede indicar que:
a. La sustancia es impura
b. La sustancia es pura pero el producto puede haber sufrido
una descomposición, luego los productos resultantes actúan
como impurezas y bajan el punto de fusión
c.
La sustancia es una mezcla azeotrópica de dos o más
compuestos.
TEMPERATURA DE EBULLICIÓN:
La energía cinética de las moléculas de un líquido, está
cambiando continuamente a medida que chocan con otras
moléculas. En cualquier momento, algunas de las moléculas de la
superficie adquieren suficiente energía para superar las fuerzas de
atracción y escapan a la fase gaseosa ocurriendo la evaporación.
La velocidad de evaporación aumenta a medida que se eleva la
temperatura del líquido.
41
Laboratorio de Química II
La temperatura de ebullición normal de un líquido se define como
la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido se iguala
a la presión atmosférica. En este punto, el vapor no solamente
proviene de la superficie sino que también se forma en el interior
del líquido produciendo burbujas y turbulencia que es
característica de la ebullición. La temperatura de ebullición
permanece constante hasta que todo el líquido se haya
evaporado.
Cuando se habla de la temperatura de ebullición se debe
especificar la presión (siempre que sea posible referirse a 760
mmHg), dado que la temperatura de ebullición de un líquido varía
notablemente con la presión.
El procedimiento para medir un punto de ebullición consiste en
colocar dentro de un tubo de vidrio de aproximadamente 7 cm de
longitud por 3 - 5 mm de diámetro, una pocas gotas de la
sustancia problema a medir, y en colocar dentro de este tubo, un
capilar con su extremo superior sellado al calor. Se ata entonces
este sistema a un termómetro y se procede como en el caso
anterior. La temperatura de ebullición se determina del promedio
de valores cuando del tubo capilar comienza a brotar una rápida
sucesión de burbujas (T1) y al retirar la llama del mechero, al
momento de ingresar el líquido al capilar (T2).
Un punto de ebullición definido indica que el líquido es puro o que
se trata de una mezcla azeotrópica de dos o más compuestos, la
cual es una mezcla líquida cuyo punto de ebullición es constante y
la composición en el vapor es idéntica a la composición en el
líquido.
Un punto de ebullición no preciso indica que la sustancia es
impura. El estudio de las presiones de vapor y por consiguiente de
los puntos de ebullición es la base de la operación de destilación.
Ejemplos de muestras a las cuales se les ha determinado su
punto de fusión o ebullición:
42
Laboratorio de Química II
Sustancia
Punto de
Sustancia
Punto de
Sólida
Fusión
Líquida
Ebullición
Naftaleno
80,0 °C
Acetato de Etilo
77 °C
Fenol
42,0 °C
Cloroformo
61 °C
Ácido Benzoico
121 °C
Alcohol Isopropílico
83 °C
Ácido Cítrico
100 °C
Ciclohexano
80 °C
Glucosa
90 °C
n-Hexano
68 °C
Urea
132 °C
Tolueno
111 °C
Furano
32 °C
Acetona
56 °C
Dioxano
102 °C
benceno
80 °C
Algunas de las recomendaciones para un buen trabajo en el
laboratorio con respecto a este último tema son:
•
•
•
•
•
3.
Calentamiento uniforme, que evite un sobrecalentamiento y
una posible descomposición de la muestra.
Capilares limpios y secos.
Empacar firmemente el capilar, asegurándonos que no
quede vacíos en la muestra.
Anotar la presión atmosférica a la cual se trabaja para el
caso del punto de ebullición.
Verificar el termómetro con el que se va a trabajar.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales:
Vaso de precipitados
Tubo de Thiele
Termómetro
Tubo de prueba
Capilares de 5cm de largo
Liga o pita
Soporte universal
Pinza con nuez
Cocinilla o mechero
Trípode
Rejilla de asbesto
43
Laboratorio de Química II
b)
Reactivos
Muestras sólidas:
Ácido benzoico
Ácido Oxálico
Muestras líquidas:
Acetona
Alcohol etílico
Baños:
Agua
Aceite
c)
Procedimiento
PUNTO DE FUSIÓN: Método del Tubo Capilar o de
Fusión Lenta
Una sustancia seca se pulveriza en un mortero o con una
espátula sobre una luna de reloj.
44
Laboratorio de Química II
El polvo es introducido en un tubo capilar (uno de cuyos
extremos debe haber sido cerrado a la llama) de modo que
conforme una capa de 2 mm de altura más o menos, esto se
logra presionando el extremo abierto del capilar sobre la
muestra varias veces con golpes suaves.
Después se adhiere el capilar al termómetro de manera que
la muestra quede junto al bulbo del termómetro y en conjunto
se introducen en un tubo Thiele con baño de aceite.
Se inicia el calentamiento con una llama mediana
manteniendo el mechero inclinado y moviéndolo continua y
lentamente para que el calentamiento sea uniforme.
Si la sustancia tiene un punto de fusión alto, puede
calentarse al principio rápidamente hasta las proximidades
del punto de fusión, disminuyendo entonces la calefacción
para que la temperatura ascienda lentamente.
Cuando la materia se reblandece y empieza a fundir
tornándose transparente, anotar la temperatura (T1) .Cuando
toda la sustancia se funde anotar la temperatura (T2).
PUNTO DE EBULLICIÓN
Se coloca 1 mL de la sustancia en el tubo de ensayo y se
sumerge en el líquido, un tubo capilar de 5 cm. de largo con
el extremo cerrado invertido (hacia arriba).
Se sujeta el tubo al termómetro mediante un trocito de jebe,
alambre o hilo y todo el conjunto se sumerge en un baño
adecuado (agua o aceite).
Se calienta lentamente hasta que la muestra hierva
desprendiendo un hilo de burbujas continuo, anotar la
temperatura (T1) en el instante en que el liquido empiece a
ascender en el tubo capilar anotar la temperatura (T2).
Nota: Para ambos casos, de acuerdo a la tabla disponible
identifique el compuesto, por su punto de fusión o ebullición,
calcule el porcentaje de error.
45
Laboratorio de Química II
PUNTO DE
EBULLICIÓN (° C)
80.1
56.0
78.5
61.0
81.4
65.0
SUSTANCIA
Benceno
Acetona
Alcohol etílico
Cloroformo
n-hexano
Metanol
PUNTO DE
FUSIÓN (° C)
130,8
96,0
121,7
101,5
113,4
132,0
SUSTANCIA
Anhídrido ftálico
A-Naftol
Ácido benzoico
Ácido oxálico
Acetanilida
Urea
4.
TABLA DE RESULTADOS
Muestra
Punto Fusión
Teórico
Punto Fusión
Experimental
Porcentaje de Error
Muestra
Punto Ebullición
Teórico
Punto Ebullición
Experimental
Porcentaje de Error
46
Laboratorio de Química II
5.
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué es importante: a) empacar firmemente la muestra en
el capilar, b) calentar lenta y moderadamente el líquido del
baño cerca al punto de fusión, c) usar capilares limpios y
secos?
2. Explicar por que el tubo de Thiele tiene esa forma para
determinar el punto de fusión.
3. Explique el método semimicro de Siwoloboff en el punto de
ebullición.
4. ¿Cuál es la teoría molecular que sustenta el mayor o menor
punto de ebullición de un compuesto con respecto a otro?
5. Defina que es la constante Ebulloscópica y la constante
Crioscópica.
6. ¿Qué otras constantes físicas se pueden utilizar para
establecer la identidad de una sustancia sólida?
47
Laboratorio de Química II
48
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 4
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
1.
OBJETIVOS
a) Determinar el índice refracción de muestras conocidas
b) Estudiar la relación concentración de sacarosa y el índice de
refracción.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
Índice de refracción
Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro
distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una
refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz.
Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material,
que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de
incidencia y el de refracción del haz (antes y después de
ingresar al nuevo material).
El efecto de la refracción se puede observar fácilmente
introduciendo una varilla en agua. Se puede ver que parece
quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede es que la
luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de dirección al salir
del agua, debido a la diferencia de índices de refracción entre el
agua y el aire.
Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del
material, y se calcula por la siguiente fórmula:
c
n= o
v
n
co
v
: índice de refracción del medio en cuestión
: velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s)
: velocidad de la luz en el medio en cuestión
Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío
y en el medio.
49
Laboratorio de Química II
Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre
menor que en el vacío, el índice de refracción será un número
siempre mayor que 1.
En el vacío: n=1
En otro medio: n>1
Ley de refracción (Ley de Snell)
n1 . senΘ1 = n2 . senΘ2
Θ 1 es el ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular)
a la superficie
Θ 2 es el ángulo entre el haz refractado y la normal a la Superficie
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Equipo para medir índice de refracción
Micro pipetas
Vasos de precipitados
Algodón
Balanza analítica
Refractómetros
50
Laboratorio de Química II
b)
Reactivos:
Sacarosa
Uvas
Tetracloruro de carbono
Hexano
Ciclohexano
Benceno
c)
Procedimiento:
Prepara las siguientes soluciones en % Brix, propuestas en
la siguiente tabla:
Escala Brix (sacarosa)
IR
teórico
1,3403
1,3639
1,3902
1,4200
1,4532
1,4901
1,5003
% Brix
5,0
20,0
35,0
50,0
65,0
80,0
85,0
Pida instrucciones sobre el manejo del refractómetro. Lea el
índice refracción de cada solución y escríbalo en la tabla.
Lea el índice de refracción de las siguientes soluciones: Jugo
de Uvas, Tetracloruro de carbono, Ciclohexano.
Discuta los resultados obtenidos comparándolos con los
valores teóricos.
4.
TABLA DE RESULTADOS
Complete la siguiente tabla de resultados según los datos
obtenido en cada caso experimental.
51
Laboratorio de Química II
% Brix
5,0
20,0
35,0
50,0
65,0
80,0
85,0
5.
IR
teórico
1,3403
1,3639
1,3902
1,4200
1,4532
1,4901
1,5003
IR experimental
CUESTIONARIO
1.
¿Qué significado tienen los grados Brix?
2.
En forma detallada explique como funciona un refractómetro.
3.
¿Por qué el índice de refracción es un criterio de pureza?
4.
¿Que relación puede establecer entre el índice de refracción
y el contenido de azúcar de las uvas.
5.
Interprete con un ejemplo práctico la ley de Snell
52
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 5
REACCIÓN DE LASSAIGNE
1.
OBJETIVOS
a) Aprender y aplicar la técnica de la fusión alcalina como
complemento en el análisis cualitativo de una muestra
orgánica.
b) Reconocer la presencia de nitrógeno, azufre y halógenos en
muestras orgánicas mediante reacciones específicas.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
En la caracterización de un compuesto orgánico es esencial
conocer los elementos químicos que lo forman. Sin embargo para
que los ensayos cualitativos tradicionales puedan ser aplicados,
los elementos deben ser transformados desde su forma covalente,
en la que generalmente se encuentran, a iones sencillos.
Los elementos que comúnmente se encuentran en los
compuestos orgánicos son: carbono, hidrógeno, oxígeno,
nitrógeno, azufre, fósforo y los halógenos.
Los gases de una combustión completa de materia orgánica,
deben ser: agua, dióxido de carbono, más otros elementos
presentes en ésta.
La combustión completa se logra utilizando óxido cúprico como
catalizador. Los gases son recibidos en un recipiente que contiene
agua de cal (solución decantada de hidróxido de calcio), el dióxido
reacciona con el calcio y forma carbonato de calcio, que se
presenta como precipitado en la reacción. El hidrógeno y el
oxígeno se reconocen fácilmente por la condensación de agua
sobre las superficies frías del reactor. Para el reconocimiento de
azufre y nitrógeno es necesario someter la sustancia orgánica a
una fusión alcalina o método de Lassaigne y sus respectivas
variantes, mediante la cual estos elementos se transforman en
iones fácilmente identificables. Para el reconocimiento de
53
Laboratorio de Química II
halógenos se emplea el test de Beilstein, con este se aprecia la
coloración verde-azulado de los halogenuros de cobre.
La reacción siguiente representa una reacción general de fusión
CxHyOzStNrXe (materia orgánica) + Na → NaS + NaCN + NaX
En donde X representa a los halógenos.
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Mechero Bunsen
Vaso de precipitado de 250 ml
Vaso de precipitado de 150 ml
Pinzas para tubo de ensayo
Tubos de ensayo
Agitador de vidrio
Luna de reloj
Embudo de vidrio
Pipeta graduada de 5 ml
Espátula
Pisceta para agua
b)
Reactivos
Sodio metálico
Nitroprusiato de sodio
Nitrato de plata
Sulfato ferroso
Acido acético
Acido sulfúrico cc.
Acido clorhídrico cc.
Acetato de plomo
Acido nítrico cc.
Hidróxido de amonio
Muestra Problema
c)
Procedimiento
Identificación de Nitrógeno, Azufre y Halógenos: Método
de la fusión alcalina (Prueba de Lassaigne).
En un tubo de ensayo limpio y seco, coloque sodio metálico
en trozos pequeños (extreme los cuidados al trabajar con
sodio. Use las gafas de protección, use las pinzas para tubo,
evite el contacto del sodio con la piel ya que puede
54
Laboratorio de Química II
ocasionarle quemaduras. No lo ponga en contacto con el
agua, pues reacciona violentamente).
Con las pinzas lleve el tubo a la llama del mechero y
caliéntelo moderadamente hasta que funda el sodio (se
forma un glóbulo metálico).
Retire el tubo de la llama, agregue 100 mg de muestra
problema y caliente nuevamente de manera uniforme,
manteniendo el tubo en la llama hasta que alcance el rojo
vivo durante 10 minutos.
Inmediatamente deje caer el tubo de ensayo dentro de un
vaso de precipitado de 100 mL que contenga 25 mL de agua
destilada y con un suave golpe rompa el tubo de ensayo.
Filtre la solución en caliente; el filtrado deberá ser
transparente, traslúcido y de pH alcalino, en caso contrario
empezar de nuevo prolongando el tiempo de calentamiento.
Con el filtrado se harán las siguientes pruebas:
Identificación de nitrógeno
En un tubo de ensayo coloque unos cristales de sulfato
ferroso y agregue 1 mL del filtrado.
Caliente con cuidado y agitación continua hasta ebullición
durante 1 minuto.
Inmediatamente agregue con precaución gotas de ácido
sulfúrico diluido (1:1) con el fin de disolver los hidróxidos,
ferroso y férrico, que se hubieran formado por la oxidación
con el aire durante la ebullición. El pH deberá ser ácido.
Deje reposar el tubo durante 5 ó 10 minutos. La aparición de
un precipitado o coloración azul de Prusia indica la presencia
de nitrógeno.
Identificación de azufre.
En un tubo de ensayo coloque 1 mL del filtrado, acidule con
2 gotas de ácido acético diluido (1:1) agregue gotas de
solución de acetato de plomo hasta la aparición de un
precipitado negruzco que indica la presencia de azufre en
forma de ion sulfuro. Caliente si fuera necesario.
55
Laboratorio de Química II
En otro tubo de ensayo coloque 1 mL de filtrado y agregue 2
gotas de solución de Nitroprusiato de Sodio. La aparición
púrpura indica la presencia de azufre.
Identificación de halógenos
En un tubo de ensayo coloque 1 ml de filtrado, acidule con 2
gotas de ácido nítrico diluido (1:1) y caliente hasta ebullición
para eliminar a los sulfuros en forma de ácido sulfhídrico y a
los cianuros como ácido cianhídrico (Verifique la eliminación
de sulfuros, colocando en la boca del tubo un papel filtro
humedecido solución de acetato de plomo. La eliminación ha
sido completa cuando el papel filtro no se oscurece por la
formación de PbS).
Añada entonces 4 gotas de solución de nitrato de plata hasta
la aparición de un precipitado de halogenuro (s) de plata.
4.
a.
Cloruro: El cloruro de plata es un precipitado blanco
caseoso que por acción de la luz o el calor toma un
color violeta oscuro. Este precipitado es soluble en
hidróxido de amonio y vuelve a precipitar si se agrega
ácido nítrico.
b.
Bromuro: El bromuro de plata es un precipitado
amarillo crema. Es parcialmente soluble en hidróxido de
amonio.
c.
Yoduro: El yoduro de plata es un precipitado amarillo
que es insoluble en hidróxido de amonio.
TABLA DE RESULTADOS
ELEMENTOS
MUESTRA
PROBLEMA
REACCIONES
Nitrógeno
Azufre
Cloro
Bromo
Yodo
56
Laboratorio de Química II
5.
CUESTIONARIO
1.
Después de romper el tubo de ensayo ¿Por qué la solución
en el agua queda básico y qué haría para neutralizarlo sin
malograr la muestra?
2.
Después de identificar el N y S se recomienda añadir HNO3
¿Por qué?
3.
¿Qué otro compuesto se puede añadir para identificar el
cloro? Escriba la reacción completa y explique.
4.
Para Identificar al Bromo, se añade a una muestra “x”,
KMnO4 y H2SO4 cc, a la cual al final se le añade CHCl3
formándose un precipitado rojo marrón.
Escriba las
ecuaciones involucradas.
57
Laboratorio de Química II
58
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 6
IDENTIFICACIÓN CUALITATIVA DE
ALCOHOLES Y FENOLES
1.
OBJETIVOS
1. Reconocer a los alcoholes usando reactivos específicos de
identificación.
2. Diferenciar los tipos de alcoholes: Primarios, Secundarios y
Terciarios.
3. Distinguir mediante la reacción con FeCl3 un alcohol de un
fenol.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
La gran cantidad de sustancias orgánicas obliga a clasificar a los
compuestos por familias. Cada integrante de una familia posee un
átomo, grupo de átomos o enlaces que los caracteriza y son
conocidos como GRUPOS FUNCIONALES.
El grupo funcional generalmente es una porción reactiva de la
molécula,
cuya presencia significa que el compuesto
presentará ciertas características particulares, pudiendo un
compuesto tener más de un
grupo funcional. Dentro de los
más importantes tenemos: alcoholes, fenoles, aldehidos, cetonas,
ácidos carboxílicos, etc.
La identificación cualitativa de los compuestos orgánicos será
posible
entonces, gracias a una serie de reacciones
características para cada grupo funcional. Puede que más de un
grupo funcional de una misma reacción característica, por lo
que será necesario aplicar alguna otra más
específica
para
discernir entre estos; se dice entonces que podemos tener una
interferencia en la identificación, precisamente por darnos positiva
una reacción que no contiene el compuesto a determinar.
En esta práctica se trabajara específicamente con reacciones de
identificación para alcoholes y fenoles.
59
Laboratorio de Química II
Los alcoholes son el grupo de compuestos químicos que resultan
de la sustitución de uno o varios átomos de hidrógeno (H) por
grupos hidroxilo (-OH) en los hidrocarburos saturados o no
saturados. Los alcoholes se pueden representar por la fórmula
general R—OH, donde el grupo característico hidroxilo se
encuentra unido a un carbono alifático.
Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios,
según el tipo de átomo de carbono al que va unido el grupo —OH,
esto es, según que este carbono vaya unido a su vez a uno, dos o
tres átomos de carbono, respectivamente.
Los alcoholes están ampliamente distribuidos en la naturaleza y
tienen muchas aplicaciones industriales y farmacéuticas. El
etanol, por ejemplo, es una de las sustancias orgánicas más
simples y mejor conocidas, y se usa como aditivo de
combustibles, como disolvente industrial y en las bebidas; el
mentol, un alcohol aislado de la menta, se usa mucho como
saborizante y en perfumería; y el colesterol, un alcohol esteroide
cuya fórmula tiene aspecto complicado, se considera un agente
que causa enfermedades del corazón.
Los alcoholes pueden obtenerse por: Hidratación de alquenos,
hidrólisis de halogenuros de alquilo, reducción de compuestos
carbonílicos o mediante reactivos de Grignard.
60
Laboratorio de Química II
Los alcoholes se nombran sistemáticamente sustituyendo por la
terminación ol la o terminal del hidrocarburo del que derivan e
indicando la posición del —OH por un número, que suele
colocarse al final del nombre, por ejemplo 2-propanol. Se usan
también con frecuencia nombres comunes, formados por la
palabra alcohol seguida del nombre, terminado en ico, del radical
que soporta el grupo —OH, por ejemplo alcohol isopropílico.
Los fenoles, son compuestos químicos de fórmula general Ar—
OH, es decir, el grupo hidroxilo se encuentra unido a un carbono
aromático. Los fenoles se nombran como derivados del primer
término, fenol, precedido del nombre y posición de los restantes
sustituyentes. Están presentes en las aguas naturales, como
resultado de la contaminación ambiental y de procesos naturales
de descomposición de la materia orgánica. Los grupos funcionales
fenólicos son importantes en las sustancias húmicas acuáticas.
Estos tipos de fenoles combinados le confieren sabor y olor al
agua, aunque su ingestión no resulta peligrosa.
Los fenoles son ácidos más fuerte que los alcoholes saturados,
atribuyéndole el incremento de su fuerza de ácida, a la
conjugación del grupo –OH con el núcleo bencénico.
Los fenoles se sintetizan por fusión de sulfonatos con álcalis, por
descomposición de sales de diazonio en condiciones adecuadas,
tratando los derivados halogenados de los hidrocarburos
bencénicos con soluciones de álcalis a altas temperaturas.
La relación de los alcoholes y fenoles con el agua se pone de
manifiesto en muchas de sus propiedades fisicoquímicas. Así, por
ejemplo, los primeros términos de la serie de los alcoholes, de uno
a tres átomos de carbono, son completamente miscibles con el
agua, con la que forman enlaces de hidrógeno, análogos a los que
existen entre las propias moléculas de agua o de los alcoholes
entre sí. Al incrementarse el número de átomos de carbono de la
cadena hidrocarbonada, se hace cada vez menor la influencia
relativa del grupo hidroxilo, por lo que disminuye mucho su
solubilidad en agua, siendo prácticamente insolubles los alcoholes
con diez o más átomos de carbono.
Tanto en el estado sólido como en el líquido, las moléculas de los
alcoholes y fenoles están muy asociadas mediante enlaces de
61
Laboratorio de Química II
hidrógeno, formando cadenas de varias moléculas, lo que explica
sus puntos de fusión y de ebullición anormalmente elevados.
Como ocurre en general, en todas las series homólogas, los
puntos de fusión y de ebullición de los alcoholes de cadena lineal
aumentan con el número de átomos de carbono. Así, los
alcoholes inferiores son líquidos incoloros, muy fluidos y
relativamente volátiles; los de 6 a 11 átomos de carbono son ya
líquidos viscosos; y el dodecanol, esto es, con 12 átomos de
carbono (alcohol laurílico), es el primer alcohol de cadena lineal
que es sólido a la temperatura ambiente.
Entre las principales reacciones de identificación de alcoholes
tenemos:
a)
Reacción con Sodio Metálico
Los alcoholes reaccionan con los metales alcalinos como el
litio, sodio o potasio metálico y aún con los alcalino-térreos
como el calcio produciendo un alcóxido metálico de carácter
básico, desprendiendo una gran energía. El hidrógeno del
hidroxilo es reemplazado por el metal desprendiéndose en
estado gaseoso. La facilidad de formación de los alcóxidos,
va de acuerdo a la acidez. Los alcoholes más ácidos, como
el etanol y el metanol, reaccionan rápidamente con sodio
para formar metóxido y etóxido de sodio. Los alcoholes
secundarios, como el 2-butanol, reaccionan con velocidad
más moderada. Los alcoholes terciarios, como el alcohol tbutílico, reaccionan lentamente. Con los alcoholes terciarios
con frecuencia se usa el potasio, K, porque es más reactivo
que el sodio y la reacción puede completarse en un tiempo
razonable.
b)
Reacción de Esterificación
Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza
un éster. Los alcoholes tienen comportamiento básico frente
a los ácidos orgánicos de mayor acidez que ellos,
produciendo ésteres y agua.
Esta reacción es similar a la de la neutralización en química
inorgánica.
c)
Reacciones de Oxidación
Los alcoholes primarios y secundarios sufren reacciones de
oxidación,
produciendo
aldehídos
y
cetonas
62
Laboratorio de Química II
respectivamente; los aldehídos pueden sufrir oxidaciones
superiores hasta ácidos carboxílicos empleando una serie de
oxidantes como:
•
Reactivo Permanganato de potasio.- Es la alternativa
más económica en comparación con los oxidantes de
cromo. El permanganato oxida a los alcoholes
secundarios llegando a la cetona, los alcoholes
primarios a ácidos carboxílicos. Las oxidaciones con
permanganato se deben controlar con cuidado, porque
de otra manera el oxidante fuerte romperá los enlaces
carbono-carbono.
•
Procedimiento con Reactivo Beckman.- El reactivo
ácido crómico constituye el procedimiento más eficiente
para oxidar alcoholes secundarios en el laboratorio. El
ácido crómico se prepara disolviendo dicromato de
sodio en una mezcla de ácido sulfúrico y agua. La
especie activa en la mezcla probablemente sea el ácido
crómico, o bien el ión cromato ácido. Cuando la prueba
del ácido crómico se efectúa con un alcohol primario o
secundario, el color anaranjado cambia a verde o azul.
La oxidación de un alcohol secundario origina una cetona y
la semejante de un primario origina un aldehído. Éste se
oxida fácilmente para dar un ácido carboxílico. Por lo general
es difícil obtener un aldehído, porque la mayor parte de los
agentes oxidantes que pueden oxidar el alcohol primario,
también oxidan al aldehído. Los alcoholes terciarios son
difícilmente oxidables, necesitándose de condiciones
drásticas. La prueba del ácido crómico con un alcohol
terciario no vira el color anaranjado del reactivo.
Para la identificación de fenoles la prueba característica es la
reacción con el Tricloruro férrico.
d)
Reacción con Tricloruro Férrico.- Los compuestos
fenólicos con el FeCl3 dan coloraciones características azul,
verde o violeta. Estos productos coloreados son sales
férricas fenoxídicas.
63
Laboratorio de Química II
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Tubos de ensayo
Gradilla
Vaso de precipitados
Pinza para tubos
Trípode
Rejilla de asbesto
Mechero
b)
Reactivos
Sodio metálico
Ácido salicílico
Ácido sulfúrico concentrado
Ácido clorhídrico
Permanganato de potasio
Reactivo de Beckman
Alcohol metílico
Alcohol etílico
Alcohol isopropílico
Alcohol terbutílico
Agua destilada
c)
Procedimiento
Reacción con Sodio Metálico
En un tubo de ensayo coloque 15 gotas de un alcohol primario y
añada con sumo cuidado un trocito de sodio metálico.
Repita el procedimiento con un alcohol secundario y otro terciario.
Compare las velocidades de formación.
Para comprobar la presencia del alcóxido, agregue al tubo de
ensayo 1 gota de indicador fenolftaleína. ¿Qué color adopta la
solución y porqué?
Reacción de Esterificación
En un tubo de ensayo coloque 2 mL de alcohol, unos cristales de
ácido salicílico y dos gotas de ácido sulfúrico concentrado.
64
Laboratorio de Química II
Sométalo a baño maría durante 3 minutos, luego viértalo en un
vaso que contenga 10 mL agua fría, con el objeto de poder captar
el olor característico del éster formado.
Repita el experimento utilizando 1 mL de ácido acético en vez de
ácido salicílico.
Reacciones de Oxidación
•
Procedimiento con Reactivo Permanganato de potasio:
En 3 tubos de ensayo agregue 1 mL de alcohol primario,
secundario y terciario.
Añada 2 gotas de ácido clorhídrico y 1 gota de KMnO4,
respectivamente.
Colóquelo en baño maría por un minuto si no observa cambio
alguno. Compare en cada caso.
•
Procedimiento con Reactivo Beckman:
En 3 tubos de ensayo coloque 1 mL de alcohol primario,
secundario y terciario.
Agregue 1 gotas de H2SO4 concentrado y luego 2 gotas de
Reactivo Beckman, agitar.
Coloque en baño maría si fuera necesario. Observe el
cambio de color en la solución y compare en cada caso.
•
Prueba de Detección de Fenoles
En un tubo de ensayo coloque 1 mL de una muestra de fenol
y en otro tubo 1 mL de alcohol etílico.
Luego a cada uno de ellos agregue 2 gotas de solución de
FeCl3 al 1% en agua. Observe y anote sus resultados.
65
Laboratorio de Química II
4.
TABLA DE RESULTADOS
FUNCIÓN HIDROXILO
Tipo de Ensayo
Reacción Química
Evidencia de Reacción
Con Sodio metálico
Esterificación
Oxidación con
KMnO4
Oxidación con
Beckman
Detección de
Fenoles
5.
CUESTIONARIO
1.
Explique la diferencia entre alcohol Etílico absoluto, alcohol
etílico 96 %, y alcohol etílico desnaturalizado.
2.
Deshidratando el alcohol etílico con ácido sulfúrico se
obtiene etileno ¿Cuántos litros de etileno se obtendrán a 0ºC
y 760 mmHg, a partir de 10 gramos de alcohol?
3.
Investigue el método
industrialmente el etanol.
4.
En las reacciones de oxidación de los alcoholes con el
KMnO4 en medio ácido, ¿De qué tipo de alcohol se trataría,
si se obtuvieron los siguientes compuestos: ácido
propanoico, acetona y formol como productos finales
respectivamente?
5.
Una sustancia reacciona rápidamente con el sodio metálico y
con el tricloruro férrico, presenta una coloración azul intensa
¿Qué sustancia será y porqué?
6.
¿En qué consiste el reactivo de Nessler y cuál es su
aplicación?
66
o
métodos
para
producir
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 7
IDENTIFICACIÓN CUALITATIVA DE
ALDEHIDOS, CETONAS
Y ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
1.
OBJETIVOS
a) Comprobar las propiedades de aldehídos, cetonas y ácidos
carboxílicos mediante diversas reacciones características de
los grupos funcionales.
b) Reconocer la presencia del grupo carbonilo y carboxilo.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
Aldehídos y cetonas
Los aldehídos son compuestos que tienen un radical sustituido por
un hidrógeno y a las cetonas que tienen el grupo carbonilo unido
a un átomo de carbono saturado. Tanto los aldehídos como las
cetonas son líquidos (excepto el metanal, que es un gas), y
debido a su polaridad tienen puntos de ebullición altos. Los
aldehídos y cetonas de menor número de átomos de carbono son
miscibles en agua, ya que forman enlaces por puente hidrógeno.
Pueden dar lugar a reacciones de adición electrofílica,
considerando que sobre el carbono existe una cierta carga
positiva que le permite interaccionar con sustancias dadoras de
electrones como son las bases de Lewis o el amoniaco.
Para el reconocimiento de aldehídos y cetonas, se hace
inicialmente una prueba general para compuestos carbonílicos
con 2,4-dinitro-fenil-hidrazina, que conduce a la formación de 2,4dinitro-fenil-hidrazonas correspondientes, que son sólidas. La
formación del precipitado es prueba positiva para aldehídos y
cetonas. En consecuencia para diferenciarlos se deben efectuar
otros ensayos como los de Fehling, Tollens y Schiff.
Ensayo con 2,4-dinitro-fenil-hidrazina:
La presencia del grupo carbonilo puede ser detectado por
reacción con la 2,4-dinitrofenilhidrazina (2,4-DNFH) formando
67
Laboratorio de Química II
precipitados
de
color
amarillo
o
naranja
de
2,4dinitrofenilhidrazonas del aldehído o cetona correspondiente.
Con cetonas:
R-CO-R + H2NNC6H3(NO2)2 → RR’-C=NNC6H3(NO2)2 + H2O
Cristales coloreados
Con aldehídos:
R-CHO + H2NNC6H3(NO2)2 → R-CH=NNC6Hn(NO2)2 + H2O
Cristales coloreados
Reacción con el reactivo de Schiff: Los aldehídos pueden ser
detectados por el reactivo de Schiff (fucsina decolorada) con el
cual dan una coloración violeta. Esta prueba especifica para
aldehídos, aunque es ligeramente positiva para la acetona
(propanona) y es negativa para las otras cetonas.
Ensayo con el reactivo de Fehling: El reactivo de Fehling
proporciona, a partir de la mezcla de dos soluciones al momento
de usar, el ion cúprico que en medio alcalino en forma de un
complejo cupro-tartárico, que oxida a los aldehídos pero no a las
cetonas, de acuerdo con la siguiente reacción:
La formación del precipitado rojo de óxido cuproso es prueba
positiva para aldehídos.
Ensayo con el reactivo de Tollens: El reactivo de Tollens
contiene el ion plata en forma de un complejo amoniacal. El ion
plata se reduce a plata metálica, formando un espejo de plata, en
presencia de aldehídos que se oxidan hasta los correspondientes
68
Laboratorio de Química II
ácidos que forman a su vez las sales. También se reduce en
presencia de azúcares que son fácilmente oxidables. Las cetonas
pueden dar la prueba positiva solamente si se hace un
calentamiento excesivo.
Los ácidos carboxílicos
Se caracterizan por la presencia del grupo carboxilo (-COOH), que
les confiere el comportamiento ácido. Por la naturaleza de la
función, sólo puede presentarse en los extremos de una cadena
lineal o ramificada en forma similar al de los aldehídos. Los ácidos
orgánicos se disocian en disolventes polares como el agua. Los
términos inferiores de esta serie de ácidos son líquidos que
poseen un olor picante, son además miscibles en agua. Los
términos medios C4 - C9, ofrecen un olor que recuerda al sudor y
no son totalmente miscibles con el agua. Los términos superiores
del C10 en adelante, son sólidos inodoros de aspecto análogo a la
parafina y apenas se disuelven en agua. Todos ellos son solubles
en alcohol y éter. Estos ácidos dan coloración rojiza al papel de
tornasol, característica de los ácidos.
Para el reconocimiento de los ácidos carboxílicos los ensayos con
bicarbonato de sodio e indicadores, son muy útiles pues permiten
establecer el carácter ácido de la sustancia analizada.
Ensayo con bicarbonato de sodio: El bicarbonato de sodio es
una base débil por lo tanto reacciona con ácidos relativamente
fuertes; esto se observa por el desprendimiento de un gas (CO2).
Esta prueba sirve para distinguir los ácidos relativamente fuertes
de los ácidos más débiles.
Reacción con Bases Fuertes.- Los ácidos carboxílicos
reaccionan con las bases fuertes como el NaOH y el KOH, para
formar sales y dependiendo del tipo de ácido carboxílico como los
grasos, formarán “jabones”.
Ensayo con indicadores: Con el papel tornasol se observa si la
solución es ácida o básica; con el papel indicador universal se
puede hallar el pH aproximado de la solución de la sustancia; y
con el indicador rojo congo se observa si el pH de la solución es
menor a 4,8 (color azul) o mayor de 4,8 (color rojo).
69
Laboratorio de Química II
Ensayo de yoduro-yodato: Esta prueba se basa en la siguiente
reacción que en medio débilmente ácido, ocurre rápidamente
liberando yodo el cual se detecta fácilmente con almidón.
(IO3)- + 5I- + 6H+
3.
→
3I2 + 3H2O
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Tubos de ensayo
Gradilla
Vaso de precipitados
Pinza para tubos
Trípode
Rejilla de asbesto
Mechero
b)
Reactivos
Acetona
Formaldehído
2,4 – DNFH
Etanol
Reactivo de Schiff
Reactivo de Fehling A y B
Reactivo de Tollens
Solución de KMnO4 2%
Ácido sulfúrico 1:10
Papel indicador de pH
Ácido acético
Ácido oleico
Ácido esteárico
Solución de hidróxido de sodio al 20%
Solución de bicarbonato de sodio al 5%
70
Laboratorio de Química II
c)
Procedimiento
RECONOCIMIENTO DE ALDEHIDOS Y CETONAS
Reacción con la 2,4-dinitrofenilhidrazina para formar
hidrazonas:
En un tubo de ensayo coloque 0,5 mL de formaldehído y
agregue 0,5 mL de etanol. Agite.
Luego añada 5 gotas de reactivo de 2,4-DNFH, agite y
observe si se forma algún precipitado.
Si no hay formación de precipitado inmediatamente raspar
las paredes del tubo con una varilla de vidrio y esperar 10
minutos, de lo contrario llevar a baño maría por 5 minutos.
Enfriar y observar si hay formación de precipitado. Repetir la
prueba utilizando acetona.
Reacción con el Reactivo de Schiff:
Tome en dos tubos por separado, 1 mL de formaldehído y 1
mL de acetona.
Agregue a cada uno de ellos 2 gotas del reactivo Schiff, agite
y observe.
Una coloración rojo violáceo intensa, le indicará un resultado
positivo.
Reacción con el Reactivo de Fehling:
Preparación del reactivo.- En dos tubos de ensayo coloque
10 gotas de Fehling “A” a cada uno, luego agregue 10 gotas
de Fehling “B”, agite hasta que se observe una solución azul
intenso.
Para la prueba de fehling, adicione al primer tubo 1 mL de
formaldehído y al segundo tubo 1mL de acetona, agite y lleve
ambos tubos al baño maría por 5 minutos. Observe los
resultados.
71
Laboratorio de Química II
Reacción con el Reactivo de Tollens:
En dos tubos de ensayo coloque 20 gotas de reactivo Tollens
y agregue en el primero 1 mL de acetona y en el segundo 1
mL de formaldehído. Caliente en baño maría no más de 30
segundos (PELIGRO DE EXPLOSIÓN) y observe los
cambios.
Oxidación con KMnO4
Coloque en un tubo de ensayo 10 gotas de acetona y en otro
tubo 10 gotas de formaldehído, acidule con 1 gota de ácido
sulfúrico 1:10 y agregue a cada uno 2 gotas de
permanganato de potasio al 2%. Observe lo que sucede en
cada caso.
RECONOCIMIENTO DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Determinación de la Acidez de los Ácidos Carboxílicos:
En un tubo de prueba coloque 1 gota o miligramos de ácido,
luego adicione 1 mL de agua. Agite para disolver (caliente en
baño maría, si fuera necesario), luego lea el pH con papel
indicador.
Reacción con Bases Fuertes:
En un tubo de ensayo coloque unos cristales de ácido
(oleico, esteárico), luego adicione 2 mL de solución de NaOH
20%, agite la mezcla y observe si hay formación de jabón,
sino sucediera, lleve el tubo de ensayo a baño maría por 2
minutos.
Solubilidad en NaHCO3:
En un tubo de ensayo coloque 1 mL de NaHCO3 al 5% y
luego agregue 2 gotas o unos cristales de ácido carboxílico y
observe si hay desprendimiento de gas (efervescencia) que
indica la presencia del ácido.
72
Laboratorio de Química II
4.
TABLA DE RESULTADOS
FUNCIÓN CARBONILO
Tipo de Ensayo
Reacción Química
Evidencia de Reacción
Con 2,4 - DNFH
Reactivo de Schiff
Reactivo de Fehling
Reactivo de Tollens
Oxidación con KMnO4
FUNCIÓN CARBOXILO
Tipo de Ensayo
Reacción Química
Evidencia de Reacción
Acidez
Con Bases Fuertes (NaOH)
Solubilidad en NaHCO3
5.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuántos mol-g de ácido acético son necesarios para cada
1,58 g de sal formada al reaccionar con hidróxido de calcio?
Plantear la respectiva ecuación química.
2.
Esquematice la estructura del reactivo de Shiff y proponga la
reacción de éste con el butanal y con la 2-butanona.
3.
Escriba el nombre y la fórmula de los primeros 10 ácidos
grasos.
73
Laboratorio de Química II
4.
Se tiene los siguientes esquemas
(a) C4H10O Rxn Beckman
Rxn (+)
KMnO4
C4H8O + H2O
2,4 DNFH
Rxn Felling
Rxn (+)
(b) C4H8O
Rxn (-)
Rxn Shiff
Rxn(+)
KMnO4
C4H8O2
KMnO4
Rxn (-)
+ R – OH
Ester
Halle el nombre y la estructura de los compuestos
involucrados en ambas reacciones.
74
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA N° 08
CARBOHIDRATOS
1.
OBJETIVOS
Estudiar algunas propiedades de azúcares y almidones.
2.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Se denominan carbohidratos a los miembros de una familia de
compuestos orgánicos que se caracterizan principalmente por
tener varios grupos orgánicos oxhidrilos, y por lo menos
potencialmente, un grupo funcional aldehido o cetónico.
Estructuralmente se diferencian: a) Los monosacáridos, como la
glucosa que no sufre ruptura de sus moléculas mediante hidrólisis
ácida; b) los disacáridos, como la sacarosa o azúcar común, que
por hidrólisis ácida proporciona dos monosacáridos, y c)los
polisacáridos, como la celulosa o el almidón, que por hidrólisis
proporciona gran número de monosacáridos.
Químicamente se diferencian principalmente dos tipos de
carbohidratos: los reductores y los no reductores, según su
comportamiento con algunos reactivos característicos.
Los carbohidratos se forman en el reino vegetal como resultado
de la fotosíntesis. En el aspecto nutricional representan una gran
fuente de calorías como los dulces, el almidón de la papa y del
frijol, etc., y en el aspecto industrial tienen usos variados como los
de la madera en la industria de la construcción, el algodón en la
industria textil, el almidón y las pectinas en la industria alimentaria,
etc.
75
Laboratorio de Química II
3.
PARTE EXPERIMENTAL
a)
Materiales:
tubos de ensayo de 13x100 mm
2 vasos de precipitado de 100 mL
2 cápsulas de porcelana de 15 mL
Espátula
Varilla de vidrio
Soporte con anillo
Tela de asbesto
Mechero de Bunsen
Agitador de vidrio
Frasco gotero de color ámbar de 100 mL
Gotero
Probeta de 25 mL
b)
Sustancias:
Glucosa (C6H12O12)
Almidón
Miel de abeja
Azúcar común
Reactivo de Benedict
Ácido clorhídrico concentrado
Solución saturada de carbonato de sodio
Solución de yodo (lugol)
c)
Procedimiento:
Monosacáridos
Solubilidad en agua. Con una espátula coloque una
pequeña cantidad de glucosa en un tubo de ensayo
pequeño que contenga 1 mL de agua destilada, y agite.
Anote sus observaciones.
Prueba de Benedict. En un tubo de ensayo pequeño
ponga 2 ó 3 gotas de la solución anterior y 1 mL del
reactivo de Benedict. Caliente el tubo con el mechero de
Bunsen.
Disacáridos
Disuelva una gota de miel de abeja en un tubo de
ensayo pequeño que contenga 1 mL de agua destilada.
Añada 1 ó 2 gotas de ésta solución a 1 mL del reactivo
de Benedict, y caliente. Anote sus observaciones.
76
Laboratorio de Química II
-
-
Con una espátula agregue una pequeña cantidad de
azúcar común en un tubo de ensayo que contenga 1 mL
de agua, agite para que se disuelva y efectúe la prueba
de Benedict como en los casos anteriores. Escriba sus
observaciones.
Prepare una solución de azúcar común como en el paso
anterior, y agregue 2 gotas de ácido clorhídrico
concentrado; caliente en baño maría durante 10 minutos
y neutralice con una solución saturada de carbonato de
sodio. Use papel indicador, agregue 1 mL del reactivo
de Benedict y caliente de nuevo. Anote sus
observacioens y compárelos con los del paso anterior.
Almidón.
¾
Solubilidad
- En un vaso de precipitados de 100 mL ponga 25 mL
de agua destilada y caliente hasta ebullición.
- Con una varilla de vidrio mezcle en un tubo de
ensayo pequeño aproximadamente 0,25 g de
almidón, con unas cuantas gotas de agua fria hasta
formar una pasta.
- Vierta la pasta al agua hirviendo, agitando con la
varilla de vidrio. Anote sus observaciones.
¾
Prueba para el almidón.
- En un tubo de ensayo añada unas cuantas gotas de
la mezcla de almidón y agua, y añádele unas gotas
de solución de yodo. Anote sus observaciones.
- En un tubo de ensayo añada unas cuantas gotas de
la mezcla de almidón y agua, efectúe la prueba de
Benedict. Anote sus observaciones.
¾
Transformación de almidón en dextrina
- Con una espátula coloque una pequeña cantidad de
almidón en una cápsula de porcelana. Caliente
lentamente mientras agita con una varilla de vidrio.
El calentamiento debe ser lento y leve para no
quemar el almidón. Cuando el almidón adquiera un
ligero color café, continué calentando solamente
durante 1 ó 2 minutos mas, y enfríe.
- Con una espátula pase una pequeña cantidad del
residuo a un tubo de ensayo pequeño, y añada 2 mL
77
Laboratorio de Química II
de agua destilada. Después agregue 2 ó 3 gotas de
solución de yodo. Anote sus observaciones.
4.
TABLA DE RESULTADOS
IDENTIFICACION DE CARBOHIDRATOS
Reacciones Químicas
Observaciones
5.
CUESTIONARIO
1.
Dar la estructura de 2 monosacáridos, dos disacáridos y dos
polisacáridos.
2.
Escriba mediante ecuaciones químicas la obtención del
azúcar comestible.
78
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 9
ÉSTERES: SÍNTESIS DE LA ASPIRINA
1.
OBJETIVOS
a) Obtener aspirina mediante una reacción química de
esterificación.
b) Reconocer la presencia de un éster mediante algunas
pruebas de identificación.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
La aspirina es uno de los medicamentos más versátiles y
fascinantes que existen en la medicina, y su uso es muy antiguo.
El salicigen, un extracto aislado de la corteza de un vegetal (Salix)
que contiene derivados de la aspirina, ha sido usado como
analgésico por siglos. A mediados del siglo pasado se descubrió
que el salicigen es un glicósido formado de una molécula de ácido
salicílico y una de azúcar. El ácido salicílico es fácilmente
sintetizado a gran escala calentando el fenóxido de sodio con CO2
a 150oC bajo presión moderada (Síntesis de Kolbe).
Desafortunadamente, el ácido salicílico ataca las membranas
mucosas y causa dolores gástricos. Sin embargo, al acetilar la
molécula el problema se disminuye sin afectar demasiado las
cualidades analgésicas. En 1893 la compañía Bayer obtiene la
patente del ácido acetil-salicílico, habiéndolo sintetizado unos 40
años antes Charles Gerhardt.
La aspirina es un analgésico, un antipirético (reduce la fiebre) y un
agente antiinflamatorio. Últimamente se le han atribuido muchos
más efectos benéficos para la salud. Muchos de estos se deben a
su grupo acetilo, contiguo al ácido carboxílico aromático.
En este experimento, se sintetizará la aspirina, por medio de una
reacción de esterificación del ácido salicílico con anhídrido acético
y un catalizador que puede ser ácido o básico.
79
Laboratorio de Química II
Reacción para el ácido acetilsalicílico
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Tubos de ensayo
Pipeta
Termómetro
pinzas para tubo
vaso de precipitado
matraz Erlenmeyer
baño para hielo
soporte universal
anillo mediano
mechero Bunsen
matraz Kitassato
embudo Büchner de filtración
b)
Reactivos
ácido salicílico
anhídrido acético
acetato de sodio anhidro
Piridina
ácido sulfúrico
Hielo
80
Laboratorio de Química II
c)
Reactivos
Síntesis de la aspirina:
Distribuya por partes iguales 3g de ácido salicílico en tres
tubos. Añada a cada tubo 2ml de anhídrido acético. Al primer
tubo añádale 0.2g de acetato de sodio anhidro. Anote la
hora, agite con un termómetro, y registre el tiempo
transcurrido hasta que la temperatura aumente 4oC y
aproximadamente la cantidad de sólido que se ha disuelto.
Limpie el termómetro, colóquelo dentro del segundo tubo,
añada 5 gotas de piridina, agite, observe que tiempo
transcurre hasta que aumente 4oC la temperatura y anote
también qué cantidad del sólido se disolvió. Añada 5 gotas
de H2SO4 al tercer tubo, agite y anote las mismas
observaciones anteriores. Tabule los resultados de acuerdo
con su actividad.
81
Laboratorio de Química II
Caliente los 3 tubos en baño maría durante 5 minutos o
hasta que se disuelva todo el sólido y se complete la
reacción. Después vierta las 3 soluciones dentro de un
Erlenmeyer de 125ml con agua helada y lave los tubos con
agua. Agite para acelerar la hidrólisis del anhídrido en
exceso. Deje enfriar en hielo unos minutos. Recoja el sólido
cristalino, lávelo con agua y séquelo. Determine el punto de
fusión y el rendimiento.
Pruebas de identificación:
Prueba de ácido hidroxámico para ésteres: Agregue a 30mg
del compuesto 0.5ml de clorhidrato de hidroxilamina 1N en
metanol. Después añada, gota a gota, una solución de
KOH/CH3OH 2N, hasta que la mezcla esté alcalina. Caliente
la mezcla hasta ebullición, enfríe y añada HCl 2N hasta
pH=3. Agregue 3 gotas de FeCl3 10% y si aparece una
coloración púrpura-morada es positiva.
Notas y recomendaciones experimentales:
•
Cuando se utiliza el acetato de sodio como catalizador
existe la posibilidad de que la temperatura baje en vez
de subir. Esta bajada suele ser de unos 3°C a 4°C. En
tal caso, el tiempo se empezará a tomar desde la
temperatura más baja alcanzada, hasta que aumente en
4°C. La temperatura sube en apenas segundos con el
H2SO4, por lo que se debe estar al pendiente.
•
Al verter las 3 soluciones en el agua helada, puede
suceder que la aspirina se separe en forma aceitosa y
no sólida. En tal caso hay que dejar enfriar en baño de
hielo y raspar las paredes del recipiente para inducir la
cristalización.
•
El anhídrido acético es muy irritante y lacrimógeno; se
debe medir en la campana.
•
La piridina tiene muy mal olor y es tóxica; se
recomienda usarla en la campana.
•
Recuerde que el H2SO4 es corrosivo; manéjelo con
cuidado.
82
Laboratorio de Química II
4.
TABLA DE RESULTADOS
Escriba y balancee todas las reacciones químicas que se
desarrollan en la primera y segunda parte del experimento.
Reacciones Químicas de Síntesis e Identificación de la aspirina
Mediante cálculos complete la siguiente tabla:
Resultados Finales
Rendimiento de la reacción
Índice de pureza del producto
5.
CUESTIONARIO
1.-
Describa 2 factores que nos ayuden a conocer el curso de la
reacción para la síntesis de la aspirina.
2.-
Al realizar la síntesis de aspirina utilizando la piridina como
catalizador, ¿cuáles son las sustancias que constituyen la
mezcla de reacción después de verter en agua?
3.-
¿Qué pasaría si se dejara la mezcla de reacción en el agua
por unos 2 ó 3 días? ¿Por qué?
4.-
¿Cuál fue el catalizador que dio resultados óptimos y por
qué?
5.-
Describa brevemente un método para la obtención de otro
éster y mencione sus aplicaciones en el rubro industrial.
83
Laboratorio de Química II
84
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 10
PREPARACIÓN DE UN JABÓN
POR SAPONIFICACIÓN DE UN ACEITE
VEGETAL
1.
OBJETIVOS
a)
b)
2.
Obtener un jabón a partir de un aceite vegetal común ó de
cualquier grasa adecuada.
Observar su comportamiento y justificar cada uno de los
pasos del procedimiento experimental.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
La saponificación es la hidrólisis básica de los ésteres y evita el
equilibrio de la esterificación de Fischer, catalizada por ácido. El
ion hidroxilo de una base metálica realiza un ataque nucleofílico
sobre el carbono carbonílico del grupo carboxilato. Como
consecuencia, los átomos de carbono y oxígeno de configuración
sp2 se transforman en un intermediario tetraédrico sp3. Luego de
la formación de un ácido y un ion alcóxido, el ácido transfiere
rápidamente un protón al alcóxido para formar el alcohol.
En la práctica, el jabón se fabrica por hidrólisis básica, con
hidróxido de sodio o potasio y grasas animales o aceites
vegetales, que son ésteres de ácidos carboxílicos de cadena larga
con glicerol. Esta reacción fue descubierta hace más de 2500
años cuando se encontró que se obtenía cuajo cuando la grasa
animal se calentaba con las cenizas de la madera.
A través del siglo XIX la manufactura del jabón fue mejor
entendida con el descubrimiento de diferentes ácidos grasos los
cuales dieron el fundamento de los procesos modernos que
relacionan la saponificación de grasa neutras o ácidos grasos con
un material cáustico apropiado.
85
Laboratorio de Química II
La sosa cáustica (NaOH) produciría un jabón de sodio de los mas
fuertes en cambio con KOH se obtendría uno de los jabones mas
suaves además que la selección de aceites o grasa en especifico
nos pueden dar un jabón líquido.
Las técnicas han ido mejorando: hoy en día materias primas más
comunes son los aceites vegetales, las grasas animales y la sosa.
Variando la estructura de los ingredientes y las técnicas de
fabricación, se obtiene las diferentes calidades de jabones
disponibles en el mercado.
El método industrial natural es una aplicación, en otra escala, del
mismo proceso que se va a realizar en esta práctica con la
diferencia que en la industria el producto crudo obtenido se mejora
con la adición de perfumes, suavizadores, colorantes, germicidas,
etc.
El jabón es un material muy versátil el cual es capaz de aceptar
un alto rango de aditivos sólidos y líquidos. La única limitación
real es que los aditivos pueden degradar el producto
químicamente lo cual puede causar daño físico al equipo que
interviene en el proceso, lesiones en el trabajador o al usuario
final.
El jabón es relativamente básico, el grado de perfume requiere
asegurar que la formulación final tenga una excelente estabilidad
con respecto a la vida de la barra, de igual forma la elección del
pigmento o colorante debe hacerse con gran cuidado para
asegurar su estabilidad.
El producto final debe realizar dos funciones: debe desprender la
suciedad de la superficie a limpiar y debe dispersar o disolver la
suciedad en el líquido de lavado, de tal modo que el sustrato
limpio pueda separarse del líquido de lavado sin que la suciedad
se deposite sobre él. La clave de ambos requisitos radica en la
naturaleza de las interfases entre el sustrato, la suciedad y el
líquido de lavado. Un sistema detergente completamente
formulado funciona modificando las propiedades de estas
interfases, cambiando así la energía de las interacciones entre la
suciedad y el sustrato. Por lo general, la sal de un ácido
carboxílico es más soluble en agua que el propio ácido. Cuando
la parte hidrocarbonada del ácido es muy grande en comparación
con el grupo carboxilato, la parte iónica de la molécula
86
Laboratorio de Química II
interacciona favorablemente con el agua y tiende a disolverse,
pero el resto de la cadena no. Las cadenas hidrocarbonadas de
moléculas vecinas se atraen mutuamente por fuerzas de Van der
Waals más de lo que lo están por las moléculas polares del agua.
De hecho son hidrofóbicas, o repelentes de agua, en su
comportamiento. La sal de un ácido de cadena larga, pues, tiene
dos regiones: una cabeza hidrofílica, el grupo carboxilato soluble
en agua, y una cola hidrofóbica, la parte de cadena
hidrocarbonada que es repelida por las moléculas del agua y
atraída en cambio por las cadenas hidrocarbonadas de las
moléculas vecinas.
La estructura de estos compuestos provoca una orientación
particular de sus moléculas en la superficie del agua: las cabezas
están en el agua y las cadenas hidrocarbonadas sobresalen hacia
el aire. La concentración de moléculas en la superficie del agua
provoca que su tensión superficial disminuya. Los compuestos
que presentan este comportamiento se llaman compuestos
tensoactivos o surfactantes o surfactivos. Los jabones son un tipo
de compuestos tensoactivos. Todos los buenos surfactantes
tienen estructuras con una cabeza hidrofílica y una cola
hidrofóbica. Loa ácidos con doce o más átomos de carbono en la
cadena hidrocarbonada de la molécula presentan un
comportamiento tensoactivo.
Cuando se alcanza una concentración crítica de surfactante, la
capa superficial se rompe en unidades más pequeñas, en
agrupaciones de iones llamadas micelas. Las micelas son
partículas en las que la parte hidrofóbica de la molécula, repelida
por el agua, se sitúa en el interior mientras que las cabezas
hidrofílicas, cargadas negativamente, se colocan en el exterior de
la micela e interaccionan con las moléculas de agua y los iones
positivos del medio. La apariencia opalescente de una disolución
de jabón, que es coloidal, es una evidencia de que las partículas
presentes son mayores que unas simples moléculas individuales.
Las partículas en una solución coloidal son suficientemente
grandes para que la luz se disperse en vez de transmitirse, como
en el caso de las verdaderas soluciones cuyo aspecto es
perfectamente transparente.
La grasa se parece en su composición química a las cadenas
hidrocarbonadas de la micela. Si se frota una mancha de grasa
con una solución jabonosa, se provoca que la grasa se rompa en
87
Laboratorio de Química II
partículas suficientemente pequeñas para ser englobadas dentro
de las micelas. Las partículas pasan a la solución gracias a la
porción hidrocarbonada del jabón, que se mantiene en
suspensión por la interacción de la superficie iónica de las
micelas con el agua que las rodea. Se dice entonces que la grasa
se ha emulsionado, o sea que está suspendida en un medio en el
que normalmente no es soluble.
Así pues, los jabones suelen ser sales de ácidos carboxílicos de
cadena larga. Los jabones ordinarios presentan desventajas en
las aguas que se denominan "duras". Las aguas duras contienen
iones calcio y magnesio disueltos, de forma que cuando se usa
jabón en dichas aguas, las sales cálcicas y magnésicas de los
ácidos carboxílicos del jabón precipitan. Este precipitado es la
espuma que puede verse a veces en la superficie del agua y que
causa un anillo de precipitado alrededor de la bañera. Como es
lógico, se han desarrollado varios surfactantes cuyas sales
cálcicas y magnésicas son más solubles. Uno de éstos, obtenido
a partir de aceites vegetales, es el dodecilsulfato de sodio, la sal
sódica del éster del 1-dodecanol con ácido sulfúrico. El ácido
sulfúrico y no un ácido carboxílico proporciona en este caso, la
parte iónica de la molécula.
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales:
Vasos de precipitados de 250 ml
Charola metálica (para baño maría)
Mechero de bunsen
Soporte con anillo
Tela de asbesto
Varilla de vidrio
Probeta graduada de 25 ml
5 tubos de ensayo de 13x100mm
Vaso de precipitados de 50 ml
Embudo de vidrio de 75 mm de diámetro
Papel filtro de 12.5 cm
Papel indicador
Gotero
88
Laboratorio de Química II
b)
Reactivos
Aceite de algodón o de oliva
Solución de soda al 30% en etanol (NaOH en C2H5OH)
Solución saturada de cloruro de sodio (NaCl)
Solución al 10% del cloruro de calcio (CaCl2) en agua
Solución de ácido clorhídrico al 20% (HCl)
c)
Procedimiento:
Preparación del Jabón:
En un vaso de precipitados de 250 mL pese
aproximadamente 5 g de aceite de algodón (o alguna otra
sustancia grasa adecuada).
Caliente en baño maría y agregue poco a poco 20 ml de una
solución etanólica de hidróxido de sodio al 30%, agite
constantemente con una varilla de vidrio. Cuando se haya
terminado la adición, continúe calentando con agitación.
Para saber si la reacción ha terminado se saca una pequeña
parte de la mezcla reaccionante con la varilla de vidrio, se
introduce en un tubo de ensayo pequeño y se le agrega 5
mL de agua. Si la mezcla se disuelve completamente
después de agitar, ha terminado la reacción, si no, continúe
el calentamiento y la agitación.
Cuando se comprueba que se ha terminado la reacción,
agréguele a la mezcla 30 mL de una solución saturada de
cloruro de sodio en agua, y siga calentando sobre la tela de
asbesto durante cinco minutos, sin dejar de agitar.
En un embudo de vidrio, coloque un papel filtro grande y
aplíquelo contra las paredes con agua destilada. Coloque el
embudo en el anillo y disponga un vaso de precipitados de
250 mL para recoger el filtrado, luego deje decantar la
solución saturada de cloruro de sodio y filtre todo el
contenido del vaso en el embudo.
Lave con agua fría el jabón filtrado en el mismo embudo,
usando pequeñas cantidades de agua; repita la operación
varias veces.
89
Laboratorio de Química II
Con 3 tubos de ensayo A, B y C ponga pequeñas fracciones
del producto para hacer pruebas.
Recolecte el jabón restante del papel filtro, y comprímalo con
las manos para hacer una pequeña bola.
Pruebas Características del Jabón:
•
Al tubo de ensayo A agréguele 5 mL de agua, tápelo
con el dedo pulgar y agítelo fuertemente. Anote sus
observaciones.
•
Al tubo B agréguele 5 mL de una solución al 10% de
cloruro de calcio en agua. Tápelo con el dedo pulgar y
agítelo. Compare sus observaciones con las del paso
anterior.
•
Al tubo C agréguele 5 mL de agua destilada y gota a
gota una solución al 20% del ácido clorhídrico hasta
obtener un medio ácido; compruébelo con el papel
indicador, aplicando una gota de la solución sobre dicho
papel con una varilla de vidrio limpia. Anote sus
observaciones.
4.
TABLA DE RESULTADOS
FORMACIÓN DE UN JABÓN
Reacción Química
Observaciones
PRUEBAS CARACTERÍSTICAS DE UN JABÓN
Tubo de
Ensayo
Reacción Química
A
B
C
90
Observaciones
Laboratorio de Química II
5.
CUESTIONARIO
1.
¿Qué cambios ocurren en una grasa durante el proceso de
saponificación? Fundamente su respuesta.
2.
¿Cómo se estiman los índices de saponificación y qué
características son deseables en un jabón?
3.
Proponga la composición química de la grasa o aceite que
escogió para el experimento y represente la reacción que se
llevó a cabo en la saponificación de dicha grasa.
4.
Explique la diferencia en la solubilidad en agua del jabón y
del ácido graso utilizado en el experimento.
5.
¿Qué se obtiene como subproducto del jabón y qué
aplicaciones a nivel industrial tiene?
91
Laboratorio de Química II
92
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA N° 11
FORMACIÓN DE UN POLÍMERO
ENTRECRUZADO
1.
OBJETIVOS
a) Llevar a cabo algunas reacciones químicas para sintetizar
polímeros y plásticos.
b) Identificar los productos y reactivos implicados en las
reacciones realizadas.
2.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
Polímeros:
En química, los polímeros son macromoléculas (generalmente
orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas
llamadas monómeros.
La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus
monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por
el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al
polímero, ésta se clasifica como polimerización por pasos o como
polimerización en cadena. En cualquier caso, el tamaño de la
cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el
tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y,
por tanto, un peso molecular distinto, por lo que se habla de peso
promedio para el polímero.
La polimerización en etapas (condensación) necesita monómeros
bifuncionales.
Los polímeros constituyen la base de una gran parte de los
materiales de nuestro entorno cotidiano. Debemos distinguir los
conceptos de macromolécula, polímero y plástico que no son
sinónimos ya que macrocomolécula es un concepto químico que
se aplica a cualquier molécula muy grande, el polímero es una
macromolécula formada por la repetición de muchos iguales y los
plásticos son productos industriales cuya propiedad característica
93
Laboratorio de Química II
es precisamente la plasticidad y que, si bien es cierto que su base
química es el polímero, contiene además todo un conjunto de
aditivos, como cargas, colorantes, plastificantes etc. Los plásticos
están presentes en numerosas actividades cotidianas y han
adquirido una importancia tan grande debido a sus numerosas
aplicaciones que han desplazado de sus usos a materiales
tradicionales como la madera, el vidrio, los metales, etc.
El alcohol vinílico, H2C=CHOH, se polimeriza originando el alcohol
polivinílico PVA, de estructura: -CH2-CHOH-CH2- CHOH-CH2CHOH- que con el borato de sodio forma un polímero
entrecruzado. Los polímeros son moléculas muy corrientes: PVC,
polietileno, poliestireno, nylon, etc., y en general todas las
materias plásticas. Pero el PVA tiene una característica muy
interesante y poco corriente en los materiales plásticos que es la
de ser soluble en agua.
El tetraborato de sodio NaB (OH)4 se disuelve en agua dando un
ión Na+ y un ión tetraborato B (OH)4-. Los iones tetraborato
enlazan las largas cadenas de PVA mediante enlaces de
hidrógeno aprisionando moléculas de agua. Estas tienen
tendencia a escapar por simple evaporación, por lo que si
queremos conservar el slime no debemos dejarlo demasiado
tiempo al aire libre.
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Balanza
Espátulas
Pipetas graduadas
Vasos de precipitados
Varilla de vidrio
Bolsas de polietileno de baja densidad con cierre
hermético.
Luna de Reloj
Tubos de ensayo grandes
94
Laboratorio de Química II
b)
Reactivos
Alcohol polivinílico (PVA)
Tetraborato de sodio (Bórax) o Perborato de Sodio
Agua
Colorantes: azul de metileno, tartracina, etc.
Bicarbonato de sodio
Acido Acético
c)
Procedimiento
Prepare una disolución de alcohol polivinílico (PVA) al
4% y observe sus propiedades. Pon 10 ml en un vasito
de precipitados.
Añade una o dos gotas de colorante a la disolución del
PVA.
Prepare una disolución de tetraborato de sodio al 4% y
observe sus propiedades. Añade 2,5 ml de ésta a la
disolución de PVA y remueve con la varilla hasta que no
se produzca ningún cambio.
Saque el polímero del recipiente y déjelo encima de la
mesa sobre una lámina de plástico o sobre papel de
filtro. Observe las propiedades del producto que ha
obtenido
Sumerja una muestra del polímero en un tubo de
ensayo que contenga ácido acético. Observar.
En otro tubo de ensayo coloque parte de la disolución
del primer tubo y agréguele una solución de bicarbonato
de sodio. Observar lo que ocurre.
Introduzca el polímero sobrante en la bolsa de plástico y
ciérrala.
95
Laboratorio de Química II
Sugerencias:
La disolución del alcohol polivinílico debe hacerse con
cuidado porque si añadimos el alcohol al agua se forman
grumos muy difíciles de disolver. Es conveniente utilizar un
agitador magnético con calefacción sin que se llegue a
superar los 80-90 ºC (no debe hervir el agua) y añadir el
alcohol de poco en poco hasta que este se disuelva. Este
proceso lleva un tiempo que puede llegar hasta una media
hora. Una vez preparada dejamos enfriar.
4.
-
Una vez formada la disolución separamos las masas
gelatinosas que se hayan podido formar y que no se han
solubilizado para evitar atascar las pipetas.
-
Una vez que hemos terminado de investigar las propiedades
del slime y aunque el polímero resultante no es tóxico,
debemos lavarnos bien las manos como siempre que
manipulemos productos químicos, y tener mucho cuidado de
donde lo dejamos para evitar el riesgo de ingestión por niños
pequeños.
-
Podemos conservar el slime dentro de una bolsa de
polietileno de baja densidad con cierre hermético.
TABLA DE RESULTADOS
Polimerización Entrecruzada
Reacción Química
Observaciones
Ensayo con Ácido Acético
Reacción Química
Observaciones
Ensayo con Bicarbonato de Sodio
Reacción Química
Observaciones
96
Laboratorio de Química II
5.
CUESTIONARIO
1.
Hallar la estructura y la forma simple de los siguientes
polímeros:
a) Nylon 6,6
b) Melamine
c) Poliacrilonitrilo
d) Poli estireno
2.
¿Cómo se obtiene industrialmente la goma escolar? Escriba
las ecuaciones químicas involucradas en su preparación.
3.
Defina y mencione 2 ejemplos de: Elastómero, Copolímero,
Termoplástico y Polímero de condensación.
4.
¿Cuál es la función química del Bórax en el proceso de
laboratorio que realizó?
5.
¿Qué es un hidrogel? Mencione sus aplicaciones en la
industria.
97
Laboratorio de Química II
98
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA Nº 12
AISLAMIENTO DEL EUGENOL A PARTIR DEL
CLAVO DE OLOR
1.
OBJETIVOS
a)
b)
2.
Extraer el Eugenol a partir del clavo de especia, mediante
una destilación por arrastre de vapor.
Purificar el Eugenol por particiones sucesivas con solventes y
álcalis.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
Los Aceites Esenciales son compuestos naturales, líquidos,
volátiles y de agradable aroma extraídos de las plantas mediante
procesos de destilación. Son sustancias muy ligeras y de textura
muy fina, se fabrican a partir de una amplia variedad de flora, que
va desde las plantas más modestas hasta las exóticas orquídeas,
rosas y brotes de algunas frutas, como la palta y el plátano.
También se extraen aceites esenciales de las hojas, las raíces y la
corteza de árboles. Las sustancias responsables del olor suelen
poseer en su estructura química grupos funcionales
característicos: aldehídos, cetonas, ésteres, etc.
Desde el punto de vista químico y a pesar de su composición
compleja con diferentes tipos de sustancias, los aceites
esenciales se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de
sustancias que son los componentes mayoritarios. Según esto los
aceites esenciales ricos en monoterpenos se denominan aceites
esenciales monoterpenoides (ej. hierbabuena, albahaca, salvia,
etc.). Los ricos en sesquiterpenos son los aceites esenciales
sesquiterpenoides (ej. copaiba, pino, junípero, etc.). Los ricos en
fenilpropano son los aceites esenciales fenilpropanoides (ej. clavo,
canela, anís, etc.).
Los aceites esenciales son muy inestables: volátiles, frágiles, y
alterables con la luz. Para obtenerlos de la fuente natural se
utilizan principalmente dos métodos:
99
Laboratorio de Química II
•
•
Destilación en corriente de vapor (o por arrastre de vapor).
Extracción
Son muy concentrados, por lo que sólo se necesitan pequeñas
cantidades para lograr el efecto deseado (del orden de los
miligramos).
También se pueden sintetizar en forma artificial, que es la manera
más habitual de obtenerlos, debido a que la gran demanda de
estos productos no llega a ser abastecida por las fuentes
naturales.
En este caso, el aceite esencial del clavo es una mezcla sencilla
en comparación con otras, siendo el eugenol su componente
principal. Estas sustancias suelen ser inmiscibles con el agua. El
eugenol se emplea en perfumería y también como analgésico
dental.
Para una mayor compresión del fundamento teórico y en virtud de
la claridad de esta práctica, lo estructuraremos en varias partes,
explicándose las restantes en el procedimiento operatorio.
Destilación por arrastre de vapor
Esta técnica de destilación es usada para destilar compuestos de
punto de ebullición altos que se descomponen en o cerca de sus
puntos de ebullición. Estos compuestos pueden destilarse con
vapor de agua a una temperatura lo suficientemente baja para
evitar su descomposición, este hecho constituye una ventaja
sobre otros métodos de destilación. Dado que la corriente de
vapor de agua es un proceso eficaz y barato (sólo se requiere
agua y calor), se usa con frecuencia para aislar y purificar aceites
naturales a partir de sus fuentes biológicas.
Cuando se destilan con vapor pequeñas cantidades de material,
resulta eficaz suspender la materia prima de los aceites en agua
en matraz de destilación. Cuando se calienta esta mezcla, el
vapor que se genera en el interior inicia el proceso de arrastre.
La consecuencia de esta técnica para la química orgánica práctica
es que un componente de punto de ebullición elevado, con una
presión de vapor relativamente pequeña, puede obtenerse por
destilación con un líquido inmiscible. Así, como los aceites
esenciales tienen un punto de ebullición alto pueden aislarse y
100
Laboratorio de Química II
purificarse combinándolos en un proceso de destilación con algún
líquido inmiscible de punto de ebullición inferior. En nuestro caso,
el aceite que queremos destilar tiene un punto de ebullición
cercano a 253.5°C. En realidad, 253.5°C es la temperatura de
ebullición del eugenol, pero ya que este va acompañado de otras
sustancias minoritarias formando parte del aceite esencial, el
punto de ebullición de esta mezcla, diferirá de esta temperatura.
El líquido inmiscible que usamos es el agua, que como todos
sabemos alcanza la ebullición a los 100°C a presión atmosférica.
El agua tiene varias características que favorecen su elección: se
dispone de ella, es barata y de peso molecular bajo. Debido a su
bajo peso molecular pueden destilarse gran número de moles de
agua sin que representen un gran volumen. Gracias a este
procedimiento se comienza a destilar a una temperatura de 98°C,
ya que la temperatura de ebullición de una mezcla de dos líquidos
inmiscibles es inferior a la temperatura de ebullición de cualquiera
de ellos por separado. Como podemos observar esta temperatura
es cercana a la temperatura del disolvente, ya que el vapor que
ser genera al comenzar el arrastre es más rico en el componente
más volátil, es decir, en agua.
Cuando en contacto con la atmósfera coexisten dos disoluciones,
ambas contribuyen a la presión de vapor parcial sobre la
superficie de los dos líquidos. Al aumentar la temperatura, la
presión de vapor sobre la superficie del líquido aumentará.
Debemos recordar que en cualquier proceso de ebullición, lo que
cuenta es que la presión de vapor de la disolución alcance la
presión atmosférica que se ejerce sobre ella, y sólo en este punto
se inicia la ebullición y por consiguiente la destilación. La
condensación de la fase vapor dará una mezcla de dos fases con
componentes acuoso y orgánico (aceite esencial).
Al ser los dos líquidos inmiscibles, sus moléculas no interaccionan
entre sí y se vaporizan y condensan de forma independiente. En
el equilibrio, cada componente se comporta como una sustancia
pura. En consecuencia, la presión parcial de equilibrio será igual a
la presión de vapor de cada componente.
º
Paceite = Paceite
º
Paagua = Pagua
101
Laboratorio de Química II
En la mezcla aceite esencial−agua, cada uno ejerce su propia
presión de vapor característica independientemente del otro.
El punto de ebullición de la mezcla será aquella temperatura a la
que se alcance la presión de vapor de 760 mm de Hg (presión
atmosférica).
Ahora bien, por la ley de Dalton, la relación de las presiones de
vapor de dos líquidos es directamente proporcional a las
concentraciones molares de ambas sustancias en la fase
gaseosa.
Se puede decir que en la destilación de una mezcla de dos
líquidos no miscibles, las cantidades relativas en peso de los dos
líquidos que se recogen en el colector son directamente
proporcionales a las presiones de vapor de los líquidos a la
temperatura de destilación correspondiente a sus pesos
moleculares.
Estos hechos constituyen la base de la purificación y separación
de las sustancias por arrastre de vapor.
Extracción
La extracción es la técnica más empleada para separar un
producto orgánico de una mezcla de reacción o para aislarlo de
sus fuentes naturales. Puede definirse como la separación de un
componente de una mezcla por medio de un disolvente.
En la práctica es muy utilizada para separar compuestos
orgánicos de las soluciones o suspensiones acuosas en las que
se encuentran. El procedimiento consiste en agitarlas con un
disolvente orgánico, por ejemplo diclorometano, inmiscible con el
agua y dejar separar ambas capas. Los distintos solutos
presentes se distribuyen entre las fases orgánica y acuosa, de
acuerdo con las solubilidades relativas.
Ciertos compuestos orgánicos, como los alcoholes, aldehídos,
cetonas, ácidos, ésteres, aminas, etc., capaces de asociarse con
el agua a través de puentes de hidrógeno, son parcialmente
solubles en este disolvente y en los orgánicos; en estos casos
pueden ser necesarias varias extracciones.
102
Laboratorio de Química II
Disolución saturada de cloruro sódico
Un material orgánico es menos soluble en una disolución acuosa
concentrada de sal, el agua entra en la capa salina para ayudar a
la solvatación de los iones que contiene. Por ejemplo, si se agita
diclorometano con agua, una pequeña cantidad de diclorometano
entra en la fase acuosa y una pequeña cantidad de fase acuosa
entra en la orgánica. Por otra parte, si lavamos la fase orgánica
con una disolución saturada de cloruro sódico (salmuera), la
demanda de solvatación de la sal retiene casi toda el agua de la
fase acuosa. Análogamente, cualquier porción de diclorometano
que hubiera entrado en la fase acuosa será rechazada por ella y
buscará la fase orgánica.
Al extraer la fase acuosa con varias porciones de disolvente
orgánico, la fase orgánica contendrá casi siempre pequeñas
porciones de agua. Si la fase orgánica se agita con una disolución
saturada de NaCl, se eliminará virtualmente toda el agua, que
pasará a la fase acuosa y la disolución orgánica contendrá mucha
menos agua.
Desecante
En las reacciones orgánicas, con más frecuencia el agua se
considera
como un reactivo o un contaminante.
Después de la reacción y posterior extracción, casi todas las
disoluciones orgánicas contienen pequeñas cantidades de agua.
El sulfato sódico anhidro es el más común de los deshidratantes
generales. Es económico y de gran capacidad porque forma un
heptahidrato (según otras fuentes puede formar un decahidrato).
Desecante + Agua
Na2SO4 + 7H2O
→
→
Hidrato
Na2SO4.7H2O
Otra condición que reúne este desecante es que éste es
relativamente
inerte, y en general, no reacciona con los
materiales orgánicos.
Las desventajas del sulfato sódico consisten en que actúa
lentamente y por encima de 30°C el heptahidrato se rompe,
reduciéndose la capacidad del secado. En nuestro caso fue
seleccionado, ya que todo el proceso posterior a la destilación se
realizó a temperatura ambiente.
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Laboratorio de Química II
Rotavapor
Se trata de un dispositivo conectado a una bomba de vacío en el
cual evaporamos un disolvente a presión reducida.
Si hacemos vacío, reducimos la temperatura de ebullición del
disolvente que impregna un soluto no volátil.
De este modo aceleramos la evaporación y evitamos trabajar con
temperaturas elevadas.
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales
Vaso de precipitados x 250 mL
Vaso de precipitados x 600 mL
Probeta x 50 mL
Soportes universales
Trozos de porcelana porosa
Trípodes
Balanza analítica
Mechero de bunsen
Destilador por arrastre de vapor
b)
Reactivos
200 g de clavos enteros
Diclorometano
Solución de hidróxido de potasio al 5 %
Solución de ácido clorhídrico al 5 %
Sulfato de sodio anhidro
Papel indicador de pH
c)
Procedimiento
Monte un aparato para destilación por arrastre de vapor, con
producción interna de vapor empleando un matraz esférico
de 3 bocas de 500 mL.
Coloque la muestra en el matraz y adicione
aproximadamente 300 mL de agua y algunos trozos de
porcelana porosa y destile la mezcla sobre la llama del
mechero, manteniendo el volumen interno próximo a los 250
mL mediante la reposición del agua.
104
Laboratorio de Química II
Destile la mezcla por arrastre de vapor, hasta que no
aparezcan gotas de aceite en el refrigerante. 50 a 75
minutos, normalmente.
Retire la capa inferior (orgánica) y extraiga la acuosa
nuevamente con 50 mL de Diclorometano. Reúna las fases
orgánicas y deseche la acuosa.
Extraiga la capa orgánica con 3 porciones de 20 mL de
disolución de hidróxido de potasio al 5 %.
Reúna las capas acuosas alcalinas y lávelas una vez con 25
mL de Diclorometano.
Pase la disolución acuosa alcalina a un vaso de precipitados
de 600 mL, y acidifique lentamente (se desprende calor)
hasta pH=1 con ácido clorhídrico al 5 % (utilizar papel
indicador).
Extraiga la solución ácida con 2 porciones de Diclorometano
y luego deseche la capa acuosa.
Reúna las capas orgánicas y lávelas sucesivamente con 25
mL de agua destilada y 25 mL de solución semisaturada de
cloruro de sodio.
Seque la disolución orgánica sobre Sulfato de sodio anhidro.
Decante el agente desecante y elimine el Diclorometano en
un baño de vapor; el Eugenol se obtiene como un aceite
amarillo pálido con un intenso olor a clavo.
Pese el aceite y calcule el rendimiento de Eugenol a partir del
clavo empleado.
105
Laboratorio de Química II
4.
TABLA DE RESULTADOS
Peso del Clavo de olor
5.
Peso del Eugenol
% de Rendimiento
CUESTIONARIO
1.
¿Cuáles son las aplicaciones del aceite de eugenol en el
ámbito industrial y farmacéutico?
2.
¿Qué otros agentes desecantes existen y cuáles utilizaría en
este caso?
3.
¿Qué otra técnica utilizaría para el aislamiento del eugenol a
partir del clavo de olor?
4.
¿Cómo identificaría el eugenol una vez purificado?
106
Laboratorio de Química II
PRÁCTICA N° 13
EXTRACCIÓN SIMPLE Y EXTRACCIÓN
MÚLTIPLE
1.
OBJETIVOS
Estudiar algunas propiedades de azúcares y almidones.
2.
FUNDAMENTO TEÓRICO
La extracción es la técnica empleada para separar un producto
orgánico de una mezcla de reacción o para aislarlo de sus fuentes
naturales. Puede definirse como la separación de un componente
de una mezcla por medio de un disolvente.
En la práctica es muy utilizada para separar compuestos
orgánicos de las soluciones o suspensiones acuosas en las que
se encuentran. El procedimiento consiste en agitarlas con un
disolvente orgánico inmiscible con el agua y dejar separar ambas
capas. Los distintos solutos presentes se distribuyen entre las
fases acuosa y orgánica, de acuerdo con sus solubilidades
relativas.
De este modo, las sales inorgánicas, prácticamente insolubles en
los disolventes orgánicos más comunes, permanecerán en la fase
acuosa, mientras que los compuestos orgánicos que no forman
puentes de hidrógeno, insolubles en agua, se encontrarán en la
orgánica.
Coeficiente de reparto
Ciertos compuestos orgánicos, como los alcoholes, aldehídos,
cetonas, ácidos, ésteres, aminas, etc., capaces de asociarse con
el agua a través de puentes de hidrógeno, son parcialmente
solubles en este disolvente y en los orgánicos; en estos casos
pueden ser necesarias varias extracciones sucesivas para
eliminar la sustancia orgánica de la fase acuosa.
Cuando se agita una solución acuosa de una sustancia con un
disolvente orgánico en el que la sustancia es al menos algo
107
Laboratorio de Química II
soluble, el compuesto se disuelve parcialmente en cada
disolvente.
La relación de las concentraciones en ambos (CO y CA)
proporcionales a las solubilidades respectivas, SO y SA, cuando se
alcanza el estado de equilibrio a una temperatura determinada, se
llama coeficiente de distribución o de reparto, KD.
En general, para un volumen determinado de líquido extractivo, la
eficacia de la extracción aumenta con el número de las mismas.
En la práctica, no obstante, deben tenerse en cuenta también el
tiempo y el trabajo requeridos por las repetidas extracciones y los
inconvenientes que presenta la manipulación de muy pequeñas
cantidades de disolvente.
Como norma práctica puede indicarse que para solutos mucho
más solubles en el disolvente extractivo que en el agua, debe
utilizarse en cada extracción un volumen de aquel igual a la
tercera parte de ésta.
Disolventes orgánicos muy utilizados son el tolueno (C6H5-CH3), el
éter de petróleo (mezcla de alcanos de baja magnitud molecular),
el cloruro de metileno (CH2Cl2), el cloroformo (CHCl3), el
tetracloruro de carbono (CCl4), el acetato de etilo (CH3-COOC2H5)
y el alcohol nbutílico (CH3CH2CH2CH2OH). La elección del
disolvente se realiza en cada caso teniendo en cuenta la
solubilidad en el mismo de la sustancia a extraer y la facilidad con
que puede separarse ésta del disolvente.
El éter dietílico es el más utilizado por la gran solubilidad en el
mismo de la mayor parte de los compuestos orgánicos y por su
bajo punto de ebullición (35°). Sin embargo, su gran volatilidad y
su fácil inflamabilidad exigen manejarlo con las precauciones
debidas.
Montaje y Manipulación de Equipos.- El aparato utilizado en las
extracciones es el embudo de separación que se muestra en la
figura. El tapón y la llave, que deben estar bien ajustados, se
lubrican con una grasa adecuada antes de cada uso.
108
Laboratorio de Química II
Como indica la Figura, el embudo de decantación debe manejarse
con ambas manos; con una se sujeta el tapón -asegurándolo con
el dedo índice- y con la otra se manipula la llave.
Se invierte el embudo y se abre la llave para eliminar la presión de
su interior; se agita con suavidad durante uno o dos segundos y
se abre de nuevo la llave. Cuando deja de aumentar
perceptiblemente la presión en el interior, se aseguran tapón y
llave y se agita enérgicamente durante uno o dos minutos. Se
pone de nuevo en contacto con la atmósfera a través de la llave,
se vuelve a cerrar ésta y se apoya, ya en posición normal, en un
aro metálico con unos trozos de tubo de goma que lo protegen de
roturas.
Se destapa y se deja en reposo hasta que sea nítida la separación
entre las dos capas de líquido. En la parte inferior debe tenerse
siempre un vaso de precipitados de gran tamaño con objeto de
poder recoger todo el líquido en caso de que el embudo se
rompiese por accidente.
Después de separadas ambas fases, se saca el inferior por la
llave y la superior por la boca; así se previenen posibles
109
Laboratorio de Química II
contaminaciones. El número de extracciones necesarias en cada
caso particular depende del coeficiente de reparto y de los
volúmenes relativos de agua y de disolvente.
La posición relativa de las capas acuosa y orgánica depende de
sus densidades. En caso de duda puede determinarse la identidad
de cada una de ellas ensayando la solubilidad en agua de unas
gotas de la misma. Es una medida prudente, en especial cuando
se trata de reacciones nuevas, conservar todos los extractos y
líquidos residuales hasta comprobar que se obtiene el producto
final con el rendimiento esperado; sólo entonces debe procederse
a la limpieza.
Emulsiones.- Con frecuencia, sobre todo cuando se trabaja con
soluciones alcalinas, se forman emulsiones durante el proceso de
extracción. Estas pueden romperse, de ordinario, mediante: 1) Un
movimiento de giro suave al líquido del embudo de separación,
mantenido en su posición normal; 2) agitación vigorosa de la capa
emulsionada con una varilla de vidrio; 3) saturación de la capa
acuosa con sal común; 4) centrifugación.
El método 3, de saturación con sal, tiene una doble ventaja: hace
disminuir la solubilidad en agua de la mayor parte de los solutos y
de los disolventes orgánicos. Su nombre es efecto salino.
Extracción con ácidos y álcalis.- Con frecuencia se consiguen
separaciones muy netas de compuestos orgánicos, utilizando
soluciones ácidas o alcalinas capaces de convertir dichas
sustancias en sales, solubles en agua e insolubles en éter. Una
solución de hidróxido sódico al 5-10 % convierte, por ejemplo, los
ácidos carboxílicos, R-COOH, en sus sales sódicas, R-COO-, Na+.
Los compuestos fenólicos experimentan una transformación
semejante con el mismo reactivo. Por esta causa puede utilizarse
una solución de hidróxido sódico para extraer un ácido carboxílico
o un compuesto fenólico de su solución en un disolvente orgánico
o, recíprocamente, liberar estos tipos de compuestos de sus
impurezas orgánicas por extracción de sus soluciones alcalinas
con un disolvente adecuado.
Las soluciones acuosas de bicarbonato sódico convierten también
los ácidos carboxílicos en sus respectivas sales sódicas, pero no
son lo suficientemente básicas para formar sales con los
compuestos fenólicos. Esta es la base de un elegante método de
110
Laboratorio de Química II
separación de ácidos carboxílicos y fenoles: el ácido se extrae en
primer lugar de su solución en un disolvente orgánico con una
solución de bicarbonato sódico y, posteriormente, el fenol con
solución de sosa.
Los ácidos inorgánicos se eliminan con facilidad de los disolventes
orgánicos por extracción con una solución de hidróxido, carbonato
o bicarbonato sódicos.
El ácido clorhídrico diluido se emplea con frecuencia para la
extracción de sustancias básicas de sus mezclas con otras
neutras o ácidas, o bien para eliminar impurezas básicas. El ácido
diluido convierte la base, p.ej., amoniaco o una amina orgánica
(R3N), en el correspondiente hidrocloruro (R3NH+, Cl-), soluble en
agua. Por otra parte, las impurezas orgánicas que acompañan a
una amina pueden eliminarse por extracción de las mismas con un
disolvente orgánico de una solución ácida de aquella.
Las sales sódicas de los ácidos carboxílicos y de los fenoles son
fácilmente convertibles en los compuestos de partida por
tratamiento de ácido sulfúrico o fosfórico. Los hidrocloruros de las
aminas se transforman de nuevo en éstas por adición de una
solución de hidróxido sódico.
111
Laboratorio de Química II
Importancia del Secado.- Pequeñas cantidades de humedad
inhiben la cristalización de muchos sólidos. Además, muchos
líquidos, cuando destilan en presencia de agua, reaccionan con
ésta (se hidrolizan) o destilan con el agua (se arrastran) a
temperaturas bastantes distantes de sus puntos de ebullición. Por
estas razones, el paso final, antes de la recristalización de un
sólido o de la destilación de un líquido, es la eliminación del agua
que lleva consigo mediante algún proceso de secado. En general,
como mejor se seca una sustancia orgánica es en solución
(generalmente en el disolvente de extracción).
El proceso de secado se puede realizar por medios mecánicos o
por medios químicos. Los desecantes químicos se utilizan más
que los procedimientos de secado mecánicos. Un buen desecante
químico debe reunir las siguientes condiciones: 1) No reaccionar
con la sustancia a secar; 2) tener una gran eficacia o poder
desecante, esto es, eliminar el agua completamente o casi
completamente; 3) tener una gran capacidad de desecación, es
decir, eliminar una gran cantidad de agua por unidad de peso de
desecante; 4) secar rápidamente y 5) ser fácilmente separable de
la sustancia una vez seca.
3.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a)
Materiales:
Probeta
Embudo de decantación
Soporte universal
Aro y nuez
Tubos de ensayo
Gradilla
Vasos de precipitado
Matraz Kitasato
Embudo Buchner
Papel filtro
Espátula
Luna de reloj
112
Laboratorio de Química II
b)
Reactivos
Solución violeta cristal
Cloruro de metilo
Ácido Benzoico
P-diclorobenceno
Éter
Hidróxido de sodio
Cloruro de calcio
Ácido clorhídrico
Agua destilada
c)
Procedimiento
Extracción simple. Se toman 15mL de una solución de
violeta cristal en agua y se introducen en un embudo de
decantación de 250 mL limpio, seco y lubricado, sujeto por
un aro, y se agregan 15 mL de cloruro de metileno. Se tapa
el embudo, se invierte y se abre la llave del mismo para
prevenir cualquier sobrepresión. Se cierra la llave, se agita
suavemente durante unos instantes y se vuelve a abrir
aquélla.
El proceso se repite cuantas veces sean necesarias hasta
que al abrir la llave no se aprecie sobrepresión en el interior.
Se cierra la llave una vez más, se agita enérgicamente
durante un minuto y, por último, se coloca el embudo de
nuevo en su soporte; se destapa y se espera hasta que
ambas capas se separen (esto puede requerir algunos
minutos).
Se recoge la fase cloruro de metileno (inferior) en un tubo de
ensayo y la superior (acuosa) en un segundo tubo; ambos se
tapan y se guardan para su observación posterior.
Extracción múltiple. Otros 15 mL de la solución de violeta
cristal se extraen con tres porciones de cloruro de metileno
de 5 mL cada una; se recoge cada extracto orgánico en un
tubo de ensayo y se recoge la solución acuosa remanente en
un cuarto tubo. Se compara la intensidad del color en las
soluciones orgánicas y en las dos acuosas, anotándose los
resultados.
113
Laboratorio de Química II
Extracción con solución de hidróxido sódico.- Se
disuelven 0,4 g de ácido benzoico (C6H5-COOH) y 0,4 g de
p-diclorobenceno (C6H4Cl2) en 20 mL de éter (asegurándose
de que no hay llamas en las proximidades). La solución
obtenida se extrae con 10 mL de solución de hidróxido de
sodio al 10% recientemente preparada. Se recoge la solución
acuosa (inferior) y se pasa la etérea a un pequeño matraz
erlenmeyer.
Se agregan a la solución etérea tres o cuatro gránulos de
cloruro de calcio y se agita la mezcla, de cuando en cuando,
hasta que desaparece la turbidez inicial. Se decanta la
solución etérea a un vaso de precipitados (preferiblemente
en vitrina). Se pesa el residuo y se determina su punto de
fusión.
El p-diclorobenceno puro funde a 53 °C.
El ácido benzoico se aísla de la solución alcalina por
tratamiento con ácido clorhídrico.
El precipitado obtenido se separa por filtración a vacío y se
lava con agua. Posteriormente se seca, se pesa, se
determina el punto de fusión y se anotan los resultados.
4.
CUESTIONARIO
1.
La solubilidad del yodo en agua es 0,029 g/100 mL y en
cloruro de metileno es de 2,91 g/100 mL. Calcular la
constante de reparto.
2.
Teniendo en cuenta la solubilidad del yodo en agua, calcular
los gramos de yodo presentes en los 15 mL de disolución.
3.
Calcular la cantidad de yodo extraída en cada una de las tres
extracciones consecutivas y el tanto por ciento totales
extraídos.
4.
Calcular el volumen de cloruro de metileno que se hubiera
necesitado para extraer la misma cantidad de yodo en una
sola operación.
114
Laboratorio de Química II
5.
¿Por qué se debe destapar siempre un embudo de
separación cuando se está sacando, a través de la llave, el
líquido que contiene?
6.
¿Qué desventajas presentaría un disolvente cuya densidad
fuese muy semejante a la del agua?
7.
¿Qué efecto ejerce la adición de carbonato de potasio sobre
la solubilidad del alcohol tercbutílico en éter y en agua?
¿Qué relación guarda con el coeficiente de reparto de este
alcohol determinado experimentalmente?
115
Laboratorio de Química II
116
Laboratorio de Química II
BIBLIOGRAFÍA
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GIBAJA, Segundo: (1977) “Guía para el Análisis de los
Compuestos de Carbono”. Editorial de la UNMSM. Lima.
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(2a ed., reimp.) Editorial Alhambra. Madrid.
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Editorial Harla. México.
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Editorial Addison Wesley. México.
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Educativo Interamericano.
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Marcos. Lima.
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Edición. Editorial Mantaro. Perú.
117
Orgánica”.
Editorial
Fondo