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• Silvia Arratia Tapia

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RECRISTALIZACION Y PUNTOS DE FUSION I. OBJETIVOS 

Purificar una muestra de acido benzoico impuro mediante el proceso de recristalización.



Determinar el rango de fusión de una sustancia impura.



Comprobar la reducción de las impurezas midiendo el rango de fusión

II. FUNDAMENTO TEORICO RECRISTALIZACION Un sólido puede ser considerado impuro si su punto de fusión no coincide con el que está reportado en la literatura; o si su rango de temperatura cuando se funde es grande. El método más usual para la purificación de un sólido es por recristalización, la cual se sigue hasta que el punto de fusión presente un valor constante. En la recristalización, se utiliza un solvente en el cual el sólido es totalmente soluble en caliente, pero es relativamente insoluble en frío. Se prepara una solución saturada en caliente de la sustancia a ser purificada en un solvente conveniente; se filtra la solución en caliente para remover las impurezas insolubles, una vez fría se separan los cristales del licor madre. El proceso de recristalización depende de 3 fenómenos: (a) Un compuesto es casi siempre más soluble en un solvente caliente que en uno frío, (b) las solubilidades de los compuestos y las varias impurezas son independientes cada una de la otra (excepto en soluciones iónicas donde se da el principio del ión común), y (c) un crecimiento de cristales formando red cristalina, que usualmente no acepta una molécula ajena dentro de su estructura. El tamaño de los cristales tiene que ver con la velocidad de enfriamiento y cantidad de agitación durante la recristalización: (a) un sistema en reposo acompañado de un enfriamiento lento da lugar a la formación de cristales grandes; los cuales pueden ocluir algo de las aguas madres, (b) un sistema agitado acompañado de un enfriamiento rápido da lugar a la formación de cristales finos y pulverulentos (polvo), estas partículas finas presentan una gran superficie de contacto tendiendo a absorber las aguas madres. Cuando los

cristales son finos y pulverulentos, son difíciles de lavar porque pasan el filtro junto con el líquido de lavado. El tiempo necesario para una completa cristalización, a partir de las diferentes soluciones, varía y depende no sólo de la cantidad de impurezas presentes, sino de la naturaleza de la sustancia que va a ser purificada y de la viscosidad de la solución. Los solventes usuales en recristalización de productos orgánicos son el alcohol etílico, benceno, éter de petróleo y ácido acético. El solvente no debe reaccionar con la sustancia que se va a recristalizar y se deben considerar ciertos aspectos para su selección: a) La consideración de las propiedades químicas, la presencia de grupos funcionales similares en el soluto y en el solvente, promueven solubilidad. b) La solubilidad de los miembros de las series homólogas guardan una estrecha relación de familia. c) Las sustancias polares en general son más solubles en solventes polares y menos solubles en solventes no polares o viceversa. Cuando un líquido no alcanza los requisitos de un buen solvente, una mezcla de solventes es utilizada. Entonces el sólido es disuelto en el solvente en el cual es muy soluble y luego se adiciona un solvente caliente diferente que es miscible con el primer solvente, pero en el cual es escasamente soluble. PUNTOS DE FUSIÓN El punto de fusión es una característica constante de una sustancia, se define como la temperatura a la cual sólidos y líquidos están en equilibrio. Cuando una sustancia es pura y no se descompone, esta temperatura permanece constante desde el comienzo de la fusión hasta que todo el sólido se haya liquidificado. Se dice que un líquido está sobrecalentado, cuando permanece temporalmente en equilibrio, sin llegara su punto de fusión. Las impurezas contenidas en un sólido, generalmente bajan el punto de fusión; cambiando el punto a rango de fusión. Este efecto de las impurezas depende de dos factores: a) La impureza es soluble en la sustancia fundida. b) La impureza no es soluble. Para que el punto de fusión de una sustancia sólida sea afectado por las impurezas, éstas deben ser por lo menos algo solubles en el líquido fundido. El fenómeno de depresión del punto de fusión provee una manera simple de determinar

comparativamente entre dos muestras que se desconoce si son sustancias diferentes. Para esto se toman porciones iguales de las muestras y se mezclan íntimamente, midiéndose el punto de fusión de la muestra. Si existe un rango de fusión cercano a la sustancia de referencia (punto de fusión conocido), que no es constante, las muestras serán sustancias diferentes. Para determinadas sustancias orgánicas e inorgánicas, la magnitud de la depresión en el punto de fusión, depende solamente de la concentración molal de la impureza o soluto. Desde otro punto de vista, diferentes sustancias tienen diferente variación sensible a la misma concentración molal del soluto. Este hecho es expresado por la fórmula: T = 1000 * Kf *

Wsot ___

Wsol * Msot Donde: Kf = constante característica del solvente (punto crioscópico molal) Wsot = masa del soluto o impureza Wsol = masa del solvente Msot = masa fórmula gramo del soluto Las sustancias orgánicas usualmente tienen valores grandes de K f, siendo su punto de fusión por consiguiente, muy susceptible a cambiar por las impurezas. Los métodos usados para medir el punto de fusión, son gobernados por la necesidad de tener el bulbo del termómetro y la muestra a la misma temperatura, el mayor tiempo posible. Una forma usual para realizar esto, es colocar la muestra en un tubo capilar, sujetarlo a un termómetro y sumergir ambos en un baño líquido. El tubo para la determinación del punto de fusión debe tener paredes uniformes y delgadas a fin de no producir errores por gradiente de temperatura. Las variaciones térmicas en el baño calefactor se minimiza por convección forzada (con agitadores) o convección natural (tubo Thiele). Normalmente se utiliza en los baños calefactores líquidos como el aceite, aceite de parafina, ácido sulfúrico o aceite de silicón.

SUSTANCIA Hielo

PTO. FUSION OC

SUSTANCIA

PTO. FUSION OC

0

Ácido salicílico

15

Naftaleno

80,8

Ácido succínico

185

Ácido benzoico

122,5

Ácido pclorobenzoico

239

La precisión en la determinación de un punto de fusión sólo depende de la precisión del termómetro. Los errores posibles se evitan calibrando el termómetro a utilizar. Algunas sustancias de punto de fusión constante son:

El termómetro a ser utilizado en la práctica es uno de mercurio basado en la dilatación térmica de volumen de mercurio líquido (1,8 * 10 -4 grado-1) y la del vidrio (0,2 * 10-4 grado-1). La dilatación del termómetro no ocurre sólo en el mercurio, sino también en el filamento, por lo que es importante tener en cuenta la temperatura del vástago del termómetro. La mayoría de graduaciones de termómetros, especialmente los de vástago incluido son para inmersión total y se supone que el filamento está a la misma temperatura que el bulbo. Otros termómetros están fabricados para inmersión parcial, hasta un anillo graduado en el vástago, suponiendo que el resto del vástago está a temperatura ambiente. La corrección de la temperatura se calcula como: T = 0,00016 * (to – tn)L Donde: to = temperatura observada tn = temperatura media del vástago no inmerso L = longitud de la columna no inmersa expresada en oC El valor es el coeficiente de dilatación aparente del mercurio en el vaso. El valor real de la temperatura será la suma de la temperatura observada más la corrección calculada de la anterior ecuación. III METODO EXPERIMENTAL Recristalización

Muestra de C6H5-COOH impuro (sólido 1 g)

Disolvente de H2O (liquida 33 ml)

Se mezclan ambos componentes y se procede a calentarlas

El soluto debe disolverse por completo en el agua

Se da una filtración (en frio) Embudo buchner

Se raspan la pardes de recipiente dejando enfriar la misma

Cristales C6H5-COOH (sólido puro) Impurezas

Determinación del rango de fusión del acido benzoico purificado

Muestra de purificadoC6H5COOH (tubo capilar) + termómetro en tubo Thiele

FUSION DE LA MUESTRA

Lecturas del Termómetro (Rango de fusión) REACTIVOS

-EL ÁCIDO BENZOICO Es un ácido carboxílico aromático que tiene un grupo carboxilo unido a un anillo fenílico. Fórmula molecular C6H5-COOH, densidad 1320 kg/m3; 1,32 g/cm3 Masa molar 122,12 g/mol Punto de fusión 395 K (122 °C) Punto de ebullición 522 K (249 °C)

Toxicología En personas sensibles se pueden producir reacciones alérgicas. En estos casos se desaconseja el consumo de alimentos que pueden contener ácido benzoico. Especialmente si se ha detectado una sensibilidad al ácido acetilsalicílico hay que tener cuidado. En combinación con ácido ascórbico (E300), se puede formar benceno, un hidrocarburo altamente cancerígeno. También la presencia de E220 (dióxido de azufre y sus derivados), colorantes artificiales diazoicos, ácido salicílico, etc..,pueden aumentar los riesgos. No se deben dar alimentos con contenido en ácido benzoico a las mascotas. Ya en pequeñas dosis puede resultar letal para los gatos. Actualmente se intenta sustituir el ácido benzoico y sus derivados por conservantes menos peligrosos. -ALCOHOL Fórmula semidesarrollada CH3-CH2-OH Fórmula estructural Estructura en Jmol Fórmula molecular C2H6O, densidad 789 kg/m3; 0,789 g/cm3 Masa molar 46,07 g/mol Punto de fusión 158,9 K (-114 °C) Punto de ebullición 351,6 K (78 °C) Temperatura crítica 514 K (241 °C) Presión crítica 63 atm Viscosidad 1.074 mPa·s a 20 °C. -ACETATO Fórmula semidesarrollada HCH2COOH Fórmula molecular C2H4O2 Densidad 1049 kg/m3; 1,049 g/cm3 Masa molar 60.05 g/mol Punto de fusión 290 K (17 °C) Punto de ebullición 391,2 K (118 °C) Propiedades quí -ETER DE PEROLEO Esta fracción está compuesta principalmente por pentano e isopentano y presenta el aspecto de un líquido incoloro Punto de ebullición : 30-40 °C Punto de inflamación : -56 °C Temperatura de auto ignición : 285 °C MATERILES Y EQUIPO -Embudo buchner -Kitasato -Tubo de extracción -Papel filtro -Gotero -Solvente IV

DATOS EXPERIMENTALES

Para la determinación del disolvente adecuado para la recristalizacion de acido benzoico se utilizo disolventes de distintos compuestos para ver cual era el mejor.

SOLUBILIDAD FRIO

CALIENTE CRISTALIZACION

AGUA

-

+++

+++

ALCOHOL

++

+++

--

ACETONA

+

-

ETER DE +++ PETROLEO

---

--

Dando como conclusión que el agua era el mejor disolvente para el acido benzoico Recristalizacion: - Masa inicial de acido benzoico impuro = 1,0 g (80.136 acido benzoico,19.876 acido acético) -Volumen de alcohol utilizado en la disolución = 33 ml aprox . -Masa final del producto cristalizado = 0,72 g -Rango de fusión del producto recristalizado = 79oC – 84oC V DISCUSION DE RESULTADOS Po lo visto se tuvo una realizacion del experimento buena pero se debe dar a conocer algunos errores ya que en el momento de la recristalizacion no se obtuvo el 100% de la extaccion por distintos factores uno de los al realizar el baño maria pues no se hizo un buen raspaje de la paredes de recipiente también hubo perdida al momento del filtraje de la solución VI CALCULOS Rendimiento del proceso de purificación: R = M2*100/M1 R = (0,72 g*100)/1.0 g R = 72.00% Para el cálculo del rendimiento de la extracción

n=0.72*100/0.8013=89.85% Se obtuvo un rendimiento de la extracción del 89.85 % lo que quiere decir el experimento tuvo una buena extracción y que el porcentaje que falta es por errores que no se pudieron evitar. VII CONCLUSIONES Se pude purificar la muestra de acido benzoico con el método de la recristalizacion obteniéndose un soluto más puro y demostrando que las impurezas se quedan en el disolvente del experimento así mismo se pudo determinar el punto d fusión del soluto puro en laboratorio y su punto de fusión del mismo con impurezas mostrándose con clara evidencia el rango de fusión de las mismas. VIII CUESTIONARIO 1 En la purificación d un solido por recristalizacion un disolvente que es lo mas aconsejable enfriar la solución rápida o lentamente ?? explique R- Es aconsejable enfriar la solución lentamente ya que se podrían observar cristales grandes y con mayor detalle desde el punto de vista de la nucleacion y se obtienen cristales mas puros 2¿Serian adecuado la sucesión a través de un buchner para filtrar una disolución en que se haya utilizado el éter como disolvente? R-No ya que se perdería mucho en filtrar porque pueden quedar muchos cristales en el filtro 3¿Que ventajas presenta el agua como disolvente de recristalización? ¿Qué ventajas el tetracloruro de carbono sobre el éter y el benceno? R-el agua es una sustancia polar es ventajosa por ser no volátil no es inflamable no es corrosiva y disuelve fácilmente a las sustancia polares R-el tetracloruro de carbono es un sustancia no polar disuelve sustancias no polares este no es muy volátil como el éter y no es muy toxico como el benceno 4¿Porque es importante reducir al mínimo la evaporaciondel disolvente durante la filtración de una disolución caliente? R-porque el disolvente al evaporarse necesita una cantidad de calor necesaria para cambiar de estado liquido a gaseoso por lo tanto es importante reducir la perdida de calor 5¿Por que se filtra u solido por succión en un buchner , por qué se debe interrumpir siempre la succión antes de cerrar la trampa de agua? Para evitar la inundación del sistema debido a la generación del vacio 6¿Prediga que compuesto de cada pareja será mas soluble en éter y agua Acido oxálico en agua glioxal en agua etilendiamina en agua terta metil etilindiamina en éter acido malolico en agua manolato dietilo en éter glicerina en agua rimeti éter en éter 7¿Por que se debe cerrar por ambos extremos del tubo capilar cuando se determina el punto de fusión de un compuesto que sublima? R- Para que no exista perdida de la sustancia debido a que la sublimación es el cambio de estado del solido al gas 8¿Se determina experimentalmente el punto de fusión de una sustancia de un compuesto puro desconocido x resultando este comprendido en el intervalo 858-150 ºC

a continuación se determina los siguientes puntos de fusión con los resultados indicados en cada caso: 1punto de fusion x con benzanilida (punto d fusión 160ºC)185-159ºC 2Punto de fusión x con p-metil benzamida (punto de fusión 160ºC) 138-143 ºC Explique estos resultados y razone si se puede saber que producto es x R- en el primero se mantiene un rango de fusión racionable es por ello que se trata de benzanilida 9¿Que compuestos analgésicos traen acido acetil salicílico R- La aspirina el paracetemol 10¿Si el compuesto a recristalizar es el acido acetil salicílico en un comprimido analgésico cuales serian las impurezas R-todo compuesto orgánico que no sea acido acetil salicilico 11¿Cual es la estructura del acido acetil salicilico R-

12¡Señale las funciones organIcas que puede identificar en la formula molecular de este compuesto? R-tiene un anillo benzoico Tiene dos grupos funcionales carboxilo 13¡Consulte las propiedades físicas del aido acetil salicilico ? R-Punto de fusio 138ºC Punto de ebullición 140ºC Solubulidad en agua 1mg/mm (20ºC) Densidad 1.4g/cc 14¿ Que es una hidrólisis ? R-es una interaccion de u compuest co el agua para formar iones o nuevos compuestos 15¿ Consulte la propiedades físicas del acido salicílico R- punto de fusión 158 ºC Punto de ebullición 211ºC Solido incoloro 16¿ Explique el fenómeno de coprecipitacion ? R-es la formación de compuestos insolubles paralelos al compuesto insoluble que se desea obtener 17¿ En donde se puede encontrar las tablas de solubilidad de compuestos y como se reporte la solublidad R- las tablas se pueden encontrar en libros como Handbook of Chemistry and Physics 18¿es mejor obtener cristales pequeños o grande s R-es mejor obtener cristales grandes ya que asi no pasaran el papel filtro por tanto el enfriamiento debe ser lento 17¿Expilque porque para evitar la reacción de hidolisis e puede purificar con un sistema e solubilizacion en alcohol y reprecipitacion en agua o bien utilizando una mezcla disolvente conocido acético en agua explique como lo haria experimentalmente?

R-porque el alcohol no reacciona con el compuesto que se quiere cristalizar ahora el acido acético con el agua y la muestra no realizara reaccion de hidrólisis y si suceden seria muy reducidas pues el acido acético entraría en las recciones de hidrólisis que existieran 20¿Se la encomendado recristalizar la sustancia A por lo cual dispone de X,Y.Z que son solventes con la propiedades R- el adecuado seria Z pues su solubilidad es máxima 21¿ Porque se debe filtrar e caliente y el embudo de vidrioal igual que el matraz donde recibe el filtrado debe estar previamente calentado ? R-Para evitar precipitaciones en el filtrado con el descenso de temperatura BIBLIOGRAFIA Y ANEXOS  Química Orgánica I, Prácticas de Laboratorio Invernizzi, Eduardo - Alvarez, Alfredo  Curso práctico de Química Orgánica Brewster, Ray Q. – Vanderwerf, Calvin A. – McEwen, William E.  Química Orgánica Morrison & Boyd