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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académico de Ingeniería Química

Curso: Laboratorio de Química Orgánica II (QU 335 A) Informe N°09 : Sales de diazonio Grupo : N° 31 Realizado por: Alumno Nuñez Romero Naysha Quispe Espinoza Jenifer Ricaldi Marquez Renato

Código 20160453H 20160682G 20160147D

Profesores: Ing. Olga Bullón Ing. Tarsila Tuesta Chavez Periodo Académico: 2018-2 Fecha de realización de la práctica: 21/11/18 Fecha de entrega de la práctica: 28/11/18

LIMA – PERÚ 2018

NOTA

INDICE

Contenido 1.

OBJETIVOS...........................................................................................................................3

2.

FUNDAMENTO TEORICO......................................................................................................3

3.

DATOS Y RESULTADOS.........................................................................................................4

4.

REACCION Y MECANISMOS DE REACCIÓN..........................................................................4

5.

CÁLCULOS QUÍMICOS..........................................................................................................4

6.

DIAGNOSTICO DE GESTION DE RESIDUOS...........................................................................4

7.

OBSERVACIONES..................................................................................................................4

8.

CONCLUSIONES....................................................................................................................4

9.

BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................4

10.

APÉNDICE.........................................................................................................................5

REMOCIÓN DE COLORANTES AZOICO AMARANTO DE SOLUCIONES ACUOSAS MEDIANTE ELECTROCOAGULACION USANDO SALES DE DIAZONIO.........................................................5

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LABORATORIO N°09 SALES DE DIAZONIO 1. OBJETIVOS  Conocer las reacciones copulación de las sales de diazonio.  Conocer y esquematizar la síntesis de colorantes azodicos. 2. FUNDAMENTO TEORICO Las aminas son compuestos químicos orgánicos que se consideran como derivados del amoníaco y resultan de la sustitución de uno o varios de los hidrógenos de la molécula de amoníaco por otros sustituyentes o radicales. Según se sustituyan uno, dos o tres hidrógenos, las aminas son primarias, secundarias o terciarias, respectivamente. Las aminas son compuestos muy polares. Las aminas primarias y secundarias pueden formar puentes de hidrógeno. Las aminas terciarias puras no pueden formar puentes de hidrógeno, sin embargo, pueden aceptar enlaces de hidrógeno con moléculas que tengan enlaces O-H o N-H. Como el nitrógeno es menos electronegativo que el oxígeno, el enlace N-H es menos polar que el enlace O-H. Por lo tanto, las aminas forman puentes de hidrógeno más débiles que los alcoholes de pesos moleculares semejantes. Las aminas primarias y secundarias tienen puntos de ebullición menores que los de los alcoholes, pero mayores que los de los éteres de peso molecular semejante. Las aminas terciarias, sin puentes de hidrógeno, tienen puntos de ebullición más bajos que las aminas primarias y secundarias de pesos moleculares semejantes. En contraste con las sales de alquildiazonio, las sales de arildiazonio son relativamente estables en disoluciones acuosas alrededor de 0-10 °C. Arriba de estas temperaturas, se descomponen y pueden explotar si se aíslan y se permite que se sequen. El grupo diazonio puede sustituirse por varios grupos funcionales distintos, incluyendo -H, -OH, -CN y los halógenos. Las sales de arildiazonio se forman diazotizando una amina aromática primaria. Las aminas aromáticas primarias por lo general se preparan nitrando un anillo aromático y después reduciendo el grupo nitro a un grupo amino (-NH 2 ). De hecho, la formación y la diazotización de una amina permiten introducir una amplia variedad de grupos funcionales en el anillo aromático. Las sales de diazonio son compuestos orgánicos en los que existen interacciones iónicas entre el grupo azo (–N2+) y un anión X– (Cl–, F–, CH3COO–, etc.). Su fórmula química general es RN2+X–, y en esta la cadena lateral R puede bien ser un grupo alifático o un grupo arilo; es decir, un anillo aromático. Sin embargo, existen estructuras de resonancia que deslocalizan esta carga positiva, por ejemplo, en el átomo de nitrógeno vecino: –N=N+. Esta se origina cuando un par de electrones formando enlace se dirige al átomo de nitrógeno de la izquierda.

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Ilustración 1 Catión bencenodiazonio

Asimismo, esta carga positiva es capaz de deslocalizarse por el sistema Pi del anillo aromático. Como consecuencia, las sales de diazonio aromáticas son más estables que las alifáticas, dado que la carga positiva no puede deslocalizarse a lo largo de una cadena carbonada (CH3, CH2CH3, etc.) La reacción parte de la fenilamina (Ar–NH2), el cual realiza un ataque nucleofílico sobre el átomo de N del catión nitrosonio (NO+). Este catión es producido por la mezcla NaNO2/HX, donde X generalmente es Cl; es decir, HCl. La formación del catión nitrosonio libera agua al medio, la cual arrebata un protón al nitrógeno cargado positivamente. Luego, esta misma molécula de agua (u otra especie ácida distinta de H3O+) cede un protón al oxígeno, deslocalizando la carga positiva en el átomo menos electronegativo de nitrógeno). Ahora, el agua nuevamente desprotona al nitrógeno, produciéndose entonces la molécula de diazohidróxido (la antepenúltima de la secuencia). Como el medio es ácido, el diazohidróxido sufre deshidratación del grupo OH; para contrarrestar la vacancia electrónica, el par libre del N forma el triple enlace del grupo azo. De este modo, al final del mecanismo permanece en solución el cloruro de bencenodiazonio.[CITATION LGW11 \l 10250 ]

Ilustración 2 Reacción para la obtención de alguno de los grupos funcionales que pueden introducirse por medio de sales de arildiazonio

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3. DATOS Y RESULTADOS Tabla 1 Datos de las propiedades físicas y químicas del carbonato de sodio, y su peligrosidad

NaCO3 Aspecto: Sólido Color: de color blanco Granulometría N/A Propiedades físicas y Olor: Inodoro químicas pH: 11,5 (50g/l) Punto de fusión/punto de congelación 851 °C Solubilidad:210 g/l en agua20 °C Materias que deben evitarse: Ácido sulfúrico concentrado. Aluminio. Metales alcalinotérreos en polvo. Compuestos orgánicos de nitrógeno. Flúor. Metales alcalinos. Óxidos no metálicos. Efectos peligrosos para la salud: Por inhalación del polvo: Peligrosidad Irritaciones en vías respiratorias. En contacto con la piel: irritaciones Por contacto ocular: irritaciones Por ingestión: Irritaciones en mucosas de la boca, garganta, esófago y tracto intestinal. Observar las precauciones habituales en el manejo de productos químicos. Fuente : https://www.ctr.com.mx/pdfcert/Carbonato%20de%20Sodio.pdf CTR Tabla 2 Datos de las propiedades físicas y químicas del ácido sulfanilico, y su peligrosidad

Propiedades físicas y químicas

Peligrosidad

Ácido sulfanilico Temperatura de ebullición: Promedio ponderado: 105.47°C (221.8°F) Temperatura de fusión: 288 ° C Densidad (20/4): Promedio ponderado: 1.02 g/cm3 PH: Ácido. ‐Peso molecular: 173.19 Estado físico: Líquido Color: Incoloro ‐Olor: Inodoro Solubilidad: Fácilmente soluble en agua fría, el agua caliente, metanol. Insoluble en éter di etílico Presión de vapor: Promedio ponderado: 2.13 kPa (15.98 mmHg) (a 20°C) Inhalación: Si ha habido inhalación, trasladar al aire libre. Si no respira, efectúe la respiración artificial. Ingestión: Si se ingiere, no induzca el vómito a menos que se lo indique el personal médico. Aflojar todo lo que pudiera estar apretado, como el cuello de una camisa, una corbata, un cinturón. Contacto piel: En caso de

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contacto, lave abundante agua por lo menos durante 15 minutos mientras se quita la ropa contaminada y los zapatos. Lave la ropa y limpiar zapatos antes de volverla a usar. Contacto ojos: En caso de contacto, lave los ojos inmediatamente con mucha agua durante por lo menos 15 minutos. Fuente: Instituto nacional de rehabilitación, mayo 2013 Tabla 3 Propiedades físicas y químicas del nitrito de sodio , y peligrosidad

NaNO2 Estado físico Sólido higroscópico Color Blanco y amarillo Olor inodoro Propiedades físicas y pH 8 – 9 (100 g/l, 20 °C) químicas Punto de fusión 271ºC Punto de ebullición 320ºC Densidad relativa (agua=1) 2,27 Solubilidad en agua a 20°C 82 g en 100 ml Efectos por exposición  Contacto ocular: Irritación. Los síntomas incluyen lagrimeo, enrojecimiento y ardor.  Contacto dérmico: Irritación. La irritación es caracterizada por enrojecimiento, ardor, salpullido y picazón.  Inhalación: Irritación del tracto respiratorio, Peligrosidad caracterizado por dificultad al respirar, tos.  Ingestión: Tóxico. Tras una única ingestión existe riesgo de daño de las células sanguíneas (metahemoglobinemia). Así mismo puede provocar trastornos gastrointestinales, dolores abdominales, diarrea con sangre, deterioro mental. Fuente: MSDS Universidad Heredia Costa Rica, abril 2016 Tabla 4 Propiedades físicas y químicas del ácido clorhídrico , y peligrosidad

Propiedades físicas y químicas

Peligrosidad

HCl Punto de ebullición: -85°C Punto de fusión: -114°C Densidad: 1.00045 g/l (gas) Solubilidad en agua, g/100 ml a 30°C: 67 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.3 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0.25 Inhalacion : Corrosivo. Sensación de quemazón. Tos. Dificultad respiratoria. Jadeo. Dolor de garganta. Síntomas no inmediatos . Piel: EN CONTACTO CON LÍQUIDO: CONGELACIÓN. Corrosivo. Quemaduras cutáneas graves. Dolor. Ojos: Corrosivo. Dolor. Visión borrosa. Quemaduras profundas graves. Separado de sustancias combustibles y reductoras, oxidantes fuertes, bases fuertes, metales. Mantener en lugar fresco, seco y bien ventilado. El gas es más denso que el aire PE La disolución en agua es un ácido fuerte, reacciona 6

violentamente con bases y es corrosiva. Reacciona violentamente con oxidantes formando gas tóxico de cloro. Ataca a muchos metales en presencia de agua formando gas inflamable/explosivo de hidrógeno . Fuente: Comité Internacional de Expertos del IPCS , 2005

Tabla 5 Propiedades físicas y químicas del hidróxido de sodio , y peligrosidad

NaOH Sólido blanco e higroscópico, en diversas formas Propiedades físicas y Punto de ebullición: 1388°C Punto de fusión: 318°C químicas Densidad: 2.1 g/cm3 Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 109 (muy elevada) Inhalacion: Tos. Dolor de garganta. Sensación de quemazón. Jadeo. Piel: Enrojecimiento. Dolor. Graves quemaduras cutáneas. Ampollas. Ojos : Enrojecimiento. Dolor. Visión borrosa. Quemaduras graves. Ingestion: Dolor abdominal. Quemaduras en la boca y la Peligrosidad garganta. Sensación de quemazón en la garganta y el pecho. Náuseas. Vómitos. Shock o colapso. La disolución en agua es una base fuerte que reacciona violentamente con ácidos y es corrosiva con metales tales como: aluminio, estaño, plomo y cinc, formando gas combustible .Reacciona con sales de amonio produciendo amoníaco, originando peligro de incendio. El contacto con la humedad o con el agua genera calor. Fuente: Comité Internacional de Expertos del IPCS , 2010 Tabla 6 Propiedades físicas y químicas del beta.naftol , y peligrosidad

Propiedades físicas y químicas

Peligrosidad

β-naftol Estado físico Sólido higroscópico Color Blanco y amarillo Olor inodoro pH 8 – 9 (100 g/l, 20 °C) Punto de fusión 271ºC Punto de ebullición 320ºC Densidad relativa (agua=1) 2,27 Solubilidad en agua a 20°C 82 g en 100 ml Contacto ocular: Enrojecimiento, dolor Contacto dérmico: Enrojecimiento, dolor Inhalación: Tos, dolor de garganta Ingestión: Dolor abdominal, convulsiones, diarrea, vómitos. Incompatibilidad: Con agentes oxidantes fuertes, fenol, halogenuros de ácido, bases fuertes, anhídridos

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Toxicidad aguda: Sí. Corrosión/irritación cutánea: Sí Lesiones oculares graves/irritación ocular: Sí Sensibilización respiratoria o cutánea: Sí Toxicidad sistémica específica de órganos diana: La sustancia puede afectar al riñón, pulmones y membranas mucosas. Fuente: MSDS Universidad Heredia Costa Rica, abril 2016 Tabla 7 Propiedades físicas y químicas de cloruro de sodio, y peligrosidad

NaCl Estado físico: Sólido cristalino Color: Blanco. Olor: Inodoro. Propiedades físicas y pH: 6,7 - 7,3 (solución acuosa) Punto de fusión / de químicas congelación: 801°C Punto / intervalo de ebullición: 1465°C Densidad (20°C): 2,165 g/cm³ Solubilidad (20°C): 36 g / 100 ml, en agua. Inhalación: La inhalación de partículas finas puede causar irritación leve de las membranas mucosas, nariz y garganta. Los síntomas pueden incluir tos, sed y sequedad en la garganta. Contacto con la piel: Puede causar irritación leve. Peligrosidad Contacto con los ojos: Puede causar irritación. Ingestión: La ingestión de grandes cantidades puede causar irritación gastrointestinal, náuseas, vómitos y diarrea. La exposición constante puede causar deshidratación y congestión de los órganos internos. Fuente : http://www.gtm.net/images/industrial/c/CLORURO%20DE%20SODIO.pdf ,GTM ,Agosto de 2016 Resultados: En la preparación de naranja II se obtuvo como producto un abundante precipitado de color naranja intenso, coloreaba con el contacto. 4. REACCION Y MECANISMOS DE REACCIÓN Reacción de diazotacion del acido sulfanilico

Mecanismo

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Nitrito de sodio se mezclan con ácido clorhídrico para producir acido nitroso: es inestable se genera en el medio de reacción

El ion electrofilico puede ser atacado por una amina para formar nitroso amina:

Reacción de copulación del ácido con β naftol

Mecanismo

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5. DIAGRAMA DE FLUJO DE PORCESOS

6. DIAGNOSTICO DE GESTION DE RESIDUOS



Residuo D1: Solución acuosa de naranja II y reactivos no consumidos

Este desperdicio se compone principalmente por NaCl disuelto, el cual fue formado de la reacción entre el NaNO 2 y el HCl y el resto de sal añadida en el reposo de la mezcla. Este compuesto puede ser separado de la solución mediante destilación.

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Además de la sal, también se encuentra el compuesto naranja II no cristalizado en baja concentración. La sustancia puede extraerse enfriando la solución hasta re cristalización completa para luego filtrarlo en vacío. 

Residuo D2: Naranja II

Esta sustancia es un colorante monoazoico muy utilizado, puesto que tiñe la lana, papel, cuero directamente.[ CITATION Bey87 \l 10250 ] 7. OBSERVACIONES





  

Al momento de realizar la disolución del ácido sulfanílico con carbonato de sodio se apreció efervescencia producida por la formación de dióxido de carbono. En el instante de añadir la sal de diazonio a la solución en el matraz se formó una mezcla de tonalidad amarilla, la cual se tornaba naranja a medida que se agregaba la sal. Toda adición debió hacerse lentamente con el fin de mantener la temperatura en el rango de 0 – 5 °C. No fue necesario calentar la mezcla al agregar NaCl. Filtrar la mezcla al vacío tomó más tiempo de lo acostumbrado debido a que esta presentaba alta espesura y no permitía que la solución acuosa sea extraída.

8. CONCLUSIONES Se concluye que las aminas reaccionan con ácidos nitrosos y forman sales de diazonio,donde los colorantes azoicos forman un grupo amplio ,cuya característica principal es el grupo azo -N=N- como parte cromófora en su estructura química, por esta estructura, son clasificados también como aromáticos. La reacción para formar sales de diazonio requiere de un estado en el que debe realizarse a una temperatura de 0 ° a 5 ° C, pues de no cumplir con esto, los enlaces entre cadenas se rompen, y no puede llevarse adecuadamente la reacción de las sales de diazonio.

9. BIBLIOGRAFIA

Bibliografía Arango Ruiz, A. (12 de 09 de 2009). UAEM Redalyc.org. (E. y. Sistema de Inforamacion Cientifica Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, Editor) Obtenido de UAEM Redalyc.org: http://www.redalyc.org/html/695/69514278005/ Beyer, H. (1987). Manual de Química Orgánica. Barcelona: Reverté S.A. Wade, L. (2011). Quimica Organica (7 ed., Vol. 2). (G. Lopez Ballesteros, Ed.) Mexico: Pearson.

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10. APÉNDICE APLICACIÓN INDUSTRIAL REMOCIÓN DE COLORANTES AZOICO AMARANTO DE SOLUCIONES ACUOSAS MEDIANTE ELECTROCOAGULACION USANDO SALES DE DIAZONIO Las aguas residuales de la industria de los colorantes, alimentos, textiles y medicamentos vertidos indiscriminadamente a los cuerpos de agua, son responsables de muchos de los efectos nocivos para el medio ambiente, la fora y la fauna acuática. Entre los efectos más importantes provocados por esta causa están la disminución del oxígeno disuelto, la eutriFcación, la formación de compuestos recalcitrantes y tóxicos para las células, la obstaculización del paso de la luz a los cuerpos de agua y su deterioro estético. La electrocoagulación es una tecnología que se viene desarrollando en los últimos años y que se presenta como alternativa de tratamiento para las aguas residuales de estas industrias, ofrece múltiples ventajas sobre las tecnologías tradicionales. Estudiar la remoción del colorante azoico amaranto de so-luciones acuosas usando electrocoagulación. Se trataron aguas residuales sintéticas por electrocoagulación empleando un di-seño experimental factorial 3x2x3 que obedece a variaciones de pH, densidad de corriente y tiempo de tratamiento. Las variables de respuesta medidas fueron porcentajes de remoción de demanda química de oxígeno y color. Resultados. Las remociones de demanda química de oxígeno fueron del orden del 98.3 % y las de color del 99.3% a pH de 4, densidad de corriente de 40.86 A/m2y a 15 minutos de tratamiento. Los colorantes, en especial los de origen sintético que se encuentran presentes en las aguas residuales, son responsables de muchos de los efectos nocivos para el medio ambiente, la fora y la Fauna acuática. Entre los efectos más importantes están la disminución del oxígeno disuelto, la eutrificación, la Formación de compuestos recalcitrantes y tóxicos para las células y la obstaculización del paso de la luz a los cuerpos de agua y su deterioro estético11. Los colorantes azoicos son colorantes sintéticos que constituyen el grupo más extenso de colorantes orgánicos disponibles en el mercado y adicionalmente, el más contaminante para el ambiente. Se estima que durante su producción Estudios demuestran que la aplicación de la electrocoagulación en aguas residuales coloreadas, tiene una alta eficiencia en la remoción de materia orgánica y color, eficiencia que alcanza valores por encima del 98%2. Adicionalmente, esta tecnología trae beneficios como: El óxido formado en el ánodo puede, en muchos casos, formar una capa que impide el paso de la corriente eléctrica, disminuyendo de esta forma la eficiencia del proceso. El fácil manejo, infraestructura simple y ventajas económicas y ambientales, hacen de la electrocoagulación una tecnología atractiva y con un gran potencial de aplicación. [ CITATION Ara09 \l 10250 ] Conclusiones  La remoción de DQO y color está afectada de manera significativa por los tres Factores en estudio (pH, densidad de corriente y tiempo).  En este estudio, se observa que los lodos producidos son poco compactos, situación que puede ocasionar la redisolución del colorante en el caso de realizar una manipulación brusca de los lodos.

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

Los resultados permiten establecer, desde el punto de vista de los aspectos técnicos, que la electrocoagulación es una tecnología que puede utilizarse en soluciones acuosas de rojo amaranto para la remoción de color

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