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PURIFICACIÓN DE SUSTANCIAS ORGANICAS POR RECRISTALIZACIÓN Y SUBLIMACION Lina Castañeda (0070787), Melissa Álvarez* (0131190) Brian López* (1341426) [email protected], [email protected],[email protected] Departamento de Química*, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, A.A. 2536. Fecha de Realización: 3 de Septiembre. Fecha de Entrega: 10 de Septiembre.

Resumen Para la purificación de solidos se utilizaron dos técnicas, recristalización y sublimación, para ello se usó una muestra de 2.0004 g de aspirina la cual se disolvió en agua caliente y se filtró por gravedad, luego se llevó a un baño de hielo para la recristalizacion, esta mezcla se filtró por succión y se secó, después de este proceso se calculó el porcentaje de rendimiento del ácido acetilsalicílico que en este caso fue del 18.6 %. Para la sublimación se tomó una muestra de 2.0007 g de ácido benzoico impuro este se movió a un plato de porcelana con embudo invertido sobre su superficie, se calentó el sistema gradualmente de modo que el ácido benzoico empezó a ebullir y a pasar a fase gaseosa, para condensarse en la parte superior del embudo en forma de cristales. Se trasladó el embudo a un vidrio reloj y se pesó el sistema, con la diferencia de los objetos vacíos y el sistema, se obtuvo el peso del ácido benzoico (0.0762 g), el porcentaje de rendimiento fue del 37.9671 %. En ambos casos se halló el valor experimental del punto de fusión por medio de un fusiómetro. fusiómetro, sublimación, recristalización, rendimiento.

Palabras clave: fusiómetro, sublimación, recristalización, rango de punto de fusión, rendimiento.

1. Objetivos General

Utilizar el método de sublimación para la recristalización del ácido benzoico.

Conocer algunos métodos para la purificación de compuestos orgánicos sólidos.

2. Introducción La recristalización es una técnica de gran importancia ya que nos brinda la capacidad de purificar reactivos sólidos, que con gran frecuencia se encuentran llenos de impurezas el método utiliza la

Específicos

Aplicar el método de recristalización para la purificación del ácido acetilsalicílico.

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capacidad del reactivo de disolverse en un líquido pero solo cuando este disolvente está caliente. Así al filtrar la mezcla caliente debido a que las impurezas no se disuelven en el solvente se quedan atrás y en el momento en que la mezcla se enfría se vuelven a formar los cristales del reactivo puro ya que no es miscible en el solvente frio, en algunos casos se requiere una pequeña cantidad del reactivo puro diluido para que actúen como núcleos y favorezca la recristalización. Una de las partes esenciales en este método es la de escoger un disolvente apropiado ya que este no puede disolver en frio al soluto problema, así se toma parte del soluto problema y se distribuye en varios tubos de ensayo, a cada tubo de ensayo se le agrega un disolvente, los que deseamos utilizar. Se proporciona calor a cada tubo y se observa, el disolvente optimo es aquel que logre disolver al soluto completamente en caliente y nada en frio además de ello no debe tener un puto de ebullición muy alto y debe ser inerte con respecto al compuesto a recristalizar. La sublimación es otro método de purificación muy sencillo el cual usa una propiedad química de cada soluto impuro para lograr que este solido pueda igualar su presión de vapor rápidamente con la presión atmosférica sin pasar por el estado líquido. Este tipo de separación tiene la ventaja de no usar reactivos químicos, sino únicamente calor controlado. La sublimación está basada en la teoría del punto triple de una sustancia donde las tres fases (sólido, líquido y vapor) coexisten en equilibrio. (Fig. 1)

Fig. 1. Equilibrio de estados. La sublimación es un proceso muy fácil para aquellos materiales que no poseen fuerzas intermoleculares fuertes. La mayoría de los materiales se subliman cuando se calientan por debajo de sus puntos de fusión y a presión reducida, y algunos otros se a la presión atmosférica. Una de las aplicaciones más útiles es la de purificación de reactivos solido ya que con frecuencia están contaminados con impurezas. Como el yodo, el azufre y el naftaleno. 3. Metodología experimental Se tomó una muestra de aspirina la cual contiene ácido acetilsalicílico como muestra problema para el proceso de recristalización, se pesó 0.2007 g de muestra se adiciona en un beaker que contiene 5 ml de agua destilada. Solo se adiciono la muestra una vez el agua alcanzó su punto de ebullición, luego de eso se procedió a filtrar a gravedad el contenido del vaso, se hicieron varios lavados al vaso y se trasladó la muestra a un baño de hielo, al enfriase la muestra se aprecia la formación de cristales en el solvente, una vez se formaron los 2

cristales se procedió a filtrar a vacío. Una vez filtrados los cristales el papel filtro se pasa a una mufla a temperatura constante para su secado. El segundo procedimiento consistió en pesar 0.2004 g de ácido benzoico impuro, esta muestra se transa lada aun vaso de porcelana el cual va tapado con un embudo invertido que tiene en la parte del orifico superior una tapa de algodón. El sistema vaso embudo se coloca en un baño de arena y se calienta con una temperatura ascendente pero pausada de modo tal que la muestra empezó su proceso de sublimación y así a formar cristales en la parte superior del embudo. Una vez formados los cristales se pasó el embudo a un vidrio reloj para obtener su peso. Luego de esto se macero el ácido benzoico obtenido para poder introducirlo en un capilar y en el fusiómetro para obtener su punto de fusión. Para tener una buena comprensión del rendimiento de la purificación se pesó cada objeto utilizado, el vaso de porcelana, el embudo, el algodón y el vidrio reloj.

Peso acido benzoico puro (g) = 0.0762 %

recuperación

acido

benzoico

=

0.0762 g ×100 0.2007 g % rendimiento acido benzoico = 37.9671%

Punto de fusión caído benzoico impuro 115.6118.0° C Promedio = 116.8

Punto de fusión acido benzoico puro: 113.4 -114.3 ° C Promedio = 113.8 %Error= [(Pf Impuro - Pf puro)/ Pf impuro] *100

% error=

116.8−113.8 ×10 0 116.8

% error = 2.5%

4. Datos y Cálculos Muestra de aspirina: 0.2004 Tabla 5. Peso de materiales usados en recristalización en g Material Peso (g) Vidrio reloj 39,5418 Papel filtro 0,6705 Vidrio reloj + papel 40,2495 filtro + muestra

Muestra de ácido benzoico impuro: 0.2004 Tabla 1.valores en gramos de los materiales usados en la sublimación. Material Peso (g) Vidrio reloj 40.5614 Embudo 26.3562 Algodón 0.0534 Algodón+ embudo+ 67.0472 vidrio reloj+ acido benzoico(A)

Acido benzoico puro (g) (40.5614 + 26.3562 + 0.0534)

Ácido acetilsalicílico puro (g) = 40.2495 – (0,6705 + 39,5418) % recuperación ácido acetilsalicílico=

0,0 372 × 100 0.2004

=67.0472-

3

% recuperación ácido acetilsalicílico= 18,56%

En la sección de recristalización la sustancia a purificar (aspirina) en la cual queríamos aislar el ácido acetil salicílico de sus impurezas, se debió agregar el sólido en agua caliente por dos razones:  Aumentar la solubilidad del sólido, lo cual permitiría la disolución de la mayor cantidad del ácido acetil salicílico debido a que aplicar temperatura se produjo un aumento de la energía cinética de las moléculas de soluto (aspirina) y de las moléculas de solvente (agua) favoreciendo el aumento del número de choques entre las mismas hasta que las moléculas de agua no fueron capaces de disolver más soluto, como consecuencia obtuvimos una solución saturada de aspirina (lo cual era lo ideal para la re cristalización).  Separar el ácido acetil salicílico (soluble después del calentamiento) de sus impurezas insolubles para después filtrarlas a gravedad con la solución todavía caliente, en este paso a el papel filtro que se empleó se le hicieron pliegues para aumentar la velocidad de la filtración. Al pasar la solución filtrada rápidamente a un tipo de baño maría con hielo, se bajó bruscamente la temperatura del sistema con el objetivo de que aumenten las fuerzas intermoleculares de tipo dipolodipolo (ya que las moléculas son polares) y a su vez los puentes de hidrogeno presentes entre las moléculas del ácido acetil salicílico, y así se formaron los

Punto de fusión ácido acetilsalicílico impuro = 136.9-139.5 °C Promedio = 138.2 °C Punto de fusión ácido acetilsalicílico puro = 133.5 – 134.2 °C Promedio = 133.8 °C %Error= [(Pf Impuro - Pf puro)/ Pf impuro] *100

% Error =

138.2−133.8 ×100 138.2

% Error= 3.1% Tabla 2. Valores en gramos de la muestra y la cantidad recuperada.

sustancia

Muestra impura (g)

Muestra recuperada pura (g)

Ácido acetilsalicílic o Acido benzoico

0.2007

¿???

0.2004

0.0762

Tabla 3. Datos promedio del punto de fusión del ácido benzoico y acetilsalicílico vs experimentales y % de error. Sustancia

Punto de fusión impuro (°C)

Punto de fusión experimenta l (°C)

% de error

Ácido acetilsalicílic o Acido benzoico

138.2

133.8

3.1

116.8

113.8

2.5

5. Resultados y discusión 4

cristales del compuesto puro, los cuales fueron filtrados al vacío posteriormente para que la filtración se realizara en un menor tiempo. Los cristales se secaron en un horno, se pesaron y se calculó el porcentaje de rendimiento (18.0%) la razón por la que se obtuvo un porcentaje de rendimiento bajo se puede deber a que la muestra contenía mucha cantidad de impurezas y la masa de las impurezas con respecto a la masa del ácido acetil salicílico era mucho mayor. El rango del punto de fusión del ácido salicílico puro (133.5 – 134.2 °C) con diferencia de solo 0.7 ° C nos indica que estaba realmente puro ya que la diferencia en los rangos de las sustancias puras son mucho menores que en las sustancias impuras.

Respecto al rango de punto de fusión del ácido benzoico puro (113.4 -114.3 ° C) fue menor que en el ácido benzoico impuro (115.6-118.0° C) se debió a que la muestra de ácido benzoico se encontraba contaminada con ácido acetil silícico en una proporción 1:1, además un compuesto orgánico impuro no solo muestra un rango de fusión más amplio que el compuesto puro (este no es el caso), sino que también presenta un punto de fusión inferior al compuesto puro debido a las interacciones intermoleculares.

159°C) en una proporción 1:1. Asi mismo analizar lo ocurrido en la recristalización.

En la sección correspondiente a la sublimación del ácido benzoico notamos que a medida de que se calentaba gradualmente el sólido, los cristales iban apareciendo en el embudo en forma de agujas, esto se debe a que el ácido benzoico es un sólido con una alta presión de vapor (133 a 96° C) por lo cual sublima con facilidad, lo que hizo que a la presión atmosférica a la cual se realizó el experimento (1 atm) las moléculas de ácido benzoico pasaran directamente a estado gaseoso sin pasar por un estado líquido intermedio y debido al choque térmico que sufrieron al chocar con las paredes del embudo que se encontraban a una temperatura inferior bajaron de temperatura y las fuerzas intermoleculares dipolo- dipolo aumentaron, lo que condujo a la formación del cristal.

6. Conclusiones

7. Preguntas. 1. Describa la diferencia, entre el punto de fusión de un compuesto puro y una mezcla. El punto de fusión de un compuesto puro es siempre más alto y tiene una gama más pequeña de variación que el punto de fusión de un compuesto impuro. Cuanto más impuro sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama de variación. Eventualmente, se alcanza un punto de fusión mínimo.

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2. Como se corrigen los puntos de fusión? Para obtener el verdadero punto de fusión verdadero o “corregido” se puede hallar de con la siguiente ecuación para corregir el punto de fusión por la dilatación termina del mercurio en el termómetro. T (¿ ¿ f −T ext ) ×n × K T C =T f +¿

Figura 1. Estructura del naftaleno.

T (¿ ¿ f 1−T f 2) 2 T f =¿

Figura 2. Estructura nitroacetofenona.

de

p-

Figura 3. Estructura nitrobenzaldehido.

de

p-

Donde:

Tf1: Temperatura inicial de fusión Tf2: Temperatura final de fusión Tf: Temperatura promedio de fusión Text: Temperatura exterior (medida con otro termómetro) n: Columna emergente, es decir altura de la columna de Hg (medida en ºC) desde el nivel del líquido del baño hasta la temperatura

Figura 4. Estructura de o-fenilendiamina.

K: 1.54 x10-4 1/ ºC factor de corrección de la dilatación térmica del mercurio. 3. Cuales disolventes utilizaría por recristalización los siguientes compuestos el naftaleno,pnitroacetofenona,pnitrobenzaldehido,o-fenilendiamina, benzalacetofenona (chalcona)?

Figura 5. Estructura benzalacetofenona (chalcona).

de

El metanol es un disolvente candidato para disolver el naftaleno, pnitroacetofenona, p-nitrobenzaldehido, o-fenilendiamina ya que para el proceso de recristalización se beben 6

tener en cuenta que el disolvente cumpla con algunos requisitos como: que el compuesto a recristalizar no debe disolverse en frio si no en caliente, no deben reaccionar, el disolvente no debe disolver las impurezas , que el disolvente debe tener un punto de ebullición menor al punto de fusión de la sustancia a recristalizar. El metanol tiene un punto de ebullición a 64,7 °C El naftaleno: punto de ebullición a 80 °C p-nitroacetofenona: punto de ebullición a 76 °C p-nitrobenzaldehido: punto de ebullición a 104 °C o-fenilendiamina: punto de ebullición a 102 °C Pero con el compuesto benzalacetofenona (chalcona) no puede utilizarse pues este tiene un punto de ebullición menor al metanol así que se puede utilizar el éter etílico el cual tiene un punto de ebullición de 34,6 °C

Figura 6. Montaje del tubo de Thiele [3]. El Tubo de Thiele se utiliza principalmente en la determinación del punto de fusión de una determinada sustancia. Para esto se llena de un líquido con un punto de fusión elevado, y se calienta. Su peculiar forma hace que las corrientes de convección formadas por el calentamiento, mantengan todo el tubo a temperatura constante. El tubo de Thiele es un tubo de vidrio diseñado para contener el líquido con un punto de fusión elevando, generalmente (aceite mineral o glicerina), a una constate temperatura uniforme a través del aceite y un termómetro al que está unido un tubo capilar que contiene la muestra unido por una banda de goma (debe estar por encima del aceite). La forma del tubo de Thiele permite la formación de corrientes de convección en el aceite cuando se calienta. Al calentar el tubo con el mechero de Busen, la tasa de aumento de la temperatura debe ser cuidadosamente controlada. La velocidad de calentamiento debe ser lenta cerca del punto de fusión (alrededor de 1-2 °C por minuto).

4. Antes del fusiómetro moderno, el punto de fusión se medía anteriormente en otros dispositivos como los siguientes: Tubo de Thiele Aparato de Fisher Johns Explique el funcionamiento de ellos. Incluya imágenes o esquemas de estos equipos.

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El aparato de Fisher-Johns consta de dos placas metálicas que se calientan eléctricamente transmitiendo calor uniforme a la muestra, colocada entre dos cubre objetos, ( se recomienda que la cantidad de la muestra al extenderse tenga un diámetro aproximado a 1- 2 mm). El aparato tiene un regulador que permite tener control de la velocidad de calentamiento, también consta de un lente de aumento y un foco que ilumina la muestra durante la determinación [3].

Figura 7.forma de observar el aparato de Fisher Johns.

8. Referencias [3] Cervantes B., Loredo J. manual pedagógico de prácticas de química general en microescala. 3ta ed., México, 2009; pp 49. Figura 8. Aparato de Fisher Johns [3].

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