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• Osvarcha Achravso

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Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann “UNJBG”

Carrera Profesional: Año y Semestre:

Ingeniería Química. 2019 -I

Asignatura:

Química Orgánica

Docente:

Ing. Maribel Churata

Tema:

Análisis Elemental Orgánico

Alumnos:

Oscar Jean franco Vargas Chávez Erick Anthony Santo Quispe

Códigos:

2017-120019 y 2017-120023

Fecha de realización:

14-Junio-2019

Grupo de Laboratorio:

Grupo A de 7:00 a 9:00 hrs.

Tacna-Perú 2019

Orgamica Practica de Lab.

PURIFICACION Y CARECTIZACION DE COMPUESTOS ORGANICOS 1. OBJETIVOS 

Purificar una sustancia orgánica solida por cristalización y otra por sublimación y determinar sus puntos de fusión como criterio de pureza

2. PRINCIPIOS TEORICOS En las reacciones químicas, los productos obtenidos son generalmente impuros; pueden haber sido contaminados por los reactivos iniciales que no hayan reaccionado completamente, o por subproductos que se formaron al mismo tiempo que el producto principal; por lo tanto, es importante conocer alguna técnica sencilla para purificarlos. En el caso de la formación de productos sólidos, la cristalización es una técnica muy adecuada para purificarlos. La purificación por cristalización se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en disolventes calientes que en frio. La cristalización consiste en disolver el compuesto solido en un disolvente o mezcla de solventes en el cual sea soluble únicamente en caliente, mientras que las impurezas no son solubles del todo o son solubles en frio. En estas condiciones, al filtrar en caliente se eliminará parte de las impurezas y el compuesto por purificar cristalizará al enfriarse el solvente. Entonces se separarán por filtración las impurezas solubles en frio, utilizando de preferencia la técnica de filtración por succión al vacío, Esto implica obviamente que el compuesto no reacciona con el solvente o mezcla de solventes. Los requisitos que debe reunir un buen disolvente son:  A temperatura elevada debe disolver rápidamente el compuesto, o sea el soluto.  A temperatura baja el soluto sea muy poco soluble en el.  Que sea lo suficientemente volátil para que sea fácil eliminarlo de los cristales.  Que no reacciona con el soluto.  Que en frio, las impurezas sean más solubles que el soluto. En algunos casos se requieren varias cristalizaciones sucesivas para asegurar la pureza de la sustancia en cuestión Como norma se admite que un producto debe cristalizado hasta que el punto de fusión no se altere por una nueva cristalización. Los disolventes más empleados para llevar a cabo la cristalización de sólidos orgánicos, clasificados en orden decreciente de uso, son los siguientes: Etanol (96% o absoluto)

Acetona

Benceno

Metanol

Acetona de etilo

Tetracloruro de carbono

2-propanol Agua

Ácido Acético Glacial Cloroformo

Éter de petróleo

En muchos casos se emplean mezclas de dos o más disolventes anteriores. Inicialmente se determina el disolvente apropiado para la muestra, tomando unos miligramos del compuesto sólido pulverizado contenido en un pequeño tubo de ensayo y añadiéndole gotas del disolvente con una pipeta o cuentagotas. La sustancia no debe ser

fácilmente soluble en frío, debiéndose calentar y añadir más disolvente si es preciso hasta completar la disolución. Se enfría el tubo en agua corriente y, si no aparecen cristales al enfriar, se frota el interior de la pared del tubo con una varilla de vidrio para iniciar la formación del foco cristalino. Una vez hallado el disolvente apropiado, se lleva a cabo la cristalización. Recristalización: Con el fin de conseguir una cristalización más correcta algunas veces es necesario llevar a cabo una recristalización La finalidad de este proceso es conseguir un adecuado grado de pureza que nos permita determinar el punto de fusión de la sustancia. El punto de fusión de un compuesto es una característica física que nos confirma el grado de pureza de una muestra. No se puede hablar de punto de fusión exacto sino de un intervalo de fusión. Si la muestra está impura el intervalo de fusión es alto. La sublimación es otro método muy útil y de importancia creciente para la purificación de compuestos orgánicos sólidos, se produce cuando una sustancia sólida pasa directamente de la fase sólida a la fase de vapor a una temperatura constante. Ahora, si se enfrían los vapores, éstos regresarán directamente a la fase sólida. Este proceso total, que implica la conversión directa de un sólido a vapor y el regreso de nuevo a la fase sólida, se denomina sublimación. La técnica de sublimación: Se calienta en el vaso de precipitados el yodo sólido y lo tapamos con una superficie fría, en este caso un balón al que se le añade agua – hielo para evitar que el vapor de yodo eleve peligrosamente su temperatura. El vapor de yodo choca con el fondo del balón, y la rápida disminución de la temperatura hace que el yodo vuelva al estado sólido en forma de pequeños cristales que se pueden observar al levantar el balón.

Ilustración 1: Técnica de Sublimación

3. PARTE EXPERIMENTAL Materiales Tubos de ensayo Varilla de vidrio Mechero Bunsen Matraz Erlenmeyer Embudo de vidrio Papel filtro Vasos Precipitados Soporte Universal con Nuez Matraz Kitazato Embudo de filtración Buchner Tapón de jebe Espátula Vidrio de reloj Trípode con malla de asbesto 1.

Reactivos Etanol Benceno Agua Destilada Agua Fría (Hielo) Benceno Ácido Acético Metanol

Purificación por cristalización a) Ponemos aproximadamente 0,1 g de muestra problema en 5 tubos de ensayo pequeños

b)

c)

d) e) f)

g)

h)

i)

j)

k)

l)

2.

limpios,secos y enumeramos como: A, B, C, D y E. Agregamos unas 20 gotas de agua destilada al tubo A y agitamos. Si la muestra no se disuelve a temperatura ambiente, calentamos el tubo suavemente hasta ebullición del agua; si todavía no se disuelve, agregamos unas 10 gotas más de agua y calentamos. Repetimos dos veces más esta última operación si no hay disolución. Si el sólido se disuelve en caliente, dejamos enfriar lentamente y observamos si cristaliza; si no cristaliza, enfríe el tubo con hielo y raspe las paredes internas con una varilla de vidrio. Anotamos sus observaciones en la tabla de solubilidad. Repetimos las operaciones anteriores usando metanol en el tubo B, etanol en el tubo C, benceno en el tubo D y ácido acético en el tubo E. En lugar de calentar directamente con el mechero, usamos baño María. Anotamos sus resultados en la tabla de solubilidad. Deduzca cuál es el solvente más adecuado para la purificación de la muestra por cristalización. Esperamos 2 días a que seque la cristalización y repetimos el procedimiento de Punto de Fusión. En un matraz Erlenmeyer de 125 ml pongamos aproximadamente 1 g de la muestra problema, vertimos aproximadamente 20 ml del solvente seleccionado; calentamos hasta que se disuelva toda la muestra, agregamos pequeñas porciones de solvente, si es necesario. Filtramos rápidamente la solución caliente para separar las impurezas insolubles en caliente, para ello colocamos el embudo de vidrio con un papel filtro doblado en pliegues en el soporte con anillo, y en la parte inferior pongamos un vaso de 100 ml para recoger el filtrado (Fig. 1 y 2 en Anexo). Dejamos enfriar lentamente la solución filtrada en el vaso; si tardan en aparecer los cristales, enfriamos en baño de hielo y raspamos las paredes internas del vaso con una varilla de vidrio. Cuando no aparezcan más cristales, filtramos de la siguiente manera: en un matraz Kitasato de 50 ml colocamos un embudo de filtración Búchner provisto de un tapón de jebe, ponemos un papel filtro y conectamos el matraz a la bomba de vacío. (Fig. 3 en Anexo). Lavamos los cristales con pequeñas porciones del solvente seleccionado en frío, y dejar conectado a la bomba de vacío por un par de minutos para eliminar el solvente de los cristales. Con una espátula tomamos una pequeña porción de los cristales y trituramos finamente sobre un vidrio de reloj, para acelerar la evaporación del solvente de cristalización que pudiera estar presente. Determinamos el punto de fusión de la muestra problema cristalizada. Anotamos su resultado y comparamos con los obtenidos en la práctica de determinación de puntos de fusión y diga cuál es la muestra problema

Purificación por sublimación a) Encima de un trípode o un aro metálico adaptado a un soporte pongamos una malla de asbesto y encima una cápsula de vidrio y en ella vertimos un poco de la sustancia problema que nos proporcionó la jefa de práctica, tapemos con una hoja de papel filtro y encima cubrimos con una luna de reloj de modo que se ajusten bien el uno con el otro. b) Con la llama suave del mechero, calenté la cápsula por unos minutos. Dejamos enfriar, destapamos, observamos y tomamos nota. c) Determinamos el punto de fusión y comparamos el resultado con los puntos de fusión de la literatura bibliográfica diga de qué compuesto se trata.

d)

e)

Esperamos dos días hasta que se enfríe el contenido del crisol y repetir el procedimiento de determinación del punto de fusión. Aquí en este paso era calcular el punto de fusión, pero no lo obtuve

4. RESULTADOS Del análisis cualitativo de los experimentos realizados lo podemos poner todos los resultados en tablas para que sea más simplificado

SOLVENTE Agua Metanol Etanol Benceno Ácido Acético

SOLUBILIDAD CALIENTE No disuelto No Disuelve complet. No disuelve Disuelve rápido No disuelve Disuelto Si disuelve Disuelve rápido No disuelto No disuelve complet. FRIO

CRISTALIZACION





5. CUESTIONARIO 1.

Defina los conceptos de cristalización, recristalización y sublimación. Acompañe de un diagrama general para la gráfica Presión de vapor(Pv) versus temperatura(T) para un sólido que sublime fácilmente. La cristalización es un proceso químico por el cual, a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, los átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. Mientras que la recristalización se le da al nombre genérico cuando el sólido que se va a purificar se disuelve en el disolvente caliente, generalmente a ebullición, la mezcla caliente se filtra para eliminar todas las impurezas insolubles, y entonces la solución se deja enfriar para que se produzca la cristalización La sublimación es un proceso que implica el pasaje de sólido a vapor sin fundir y de vapor a sólido sin pasar por el estado líquido. Para analizar este proceso es necesario conocer la curva de equilibrio líquido - sólido - vapor

Ilustración 2:Modelo del diagrama de fases típico de una sustancia de único componente en función de la temperatura y la presión. La línea roja muestra la interface solido-gas. La línea verde muestra la forma habitual de la interface solidoliquido, mientras que la alineación de puntos verdes muestra el comportamiento anómalo de dicha interface para el agua (hielo-agua líquida). La línea azul muestra la interface liquido-gas. 2.

¿Cuáles son los requisitos que debe reunir un buen disolvente? En los procedimientos descritos para preparación de un producto, generalmente se especifica que disolvente es el adecuado para cristalizar. Si no se dispone de ese dato, la elección del disolvente es el primer problema que se plantea. El éxito de la cristalización está condicionado a la elección del disolvente apropiado.



3.

Disolver el sólido a purificar en caliente (a la temperatura del punto de ebullición del disolvente). Un disolvente que disuelva el sólido en frio no es válido para cristalizar.  Disolver muy mal o muy bien a las impurezas para que puedan eliminarse el filtrar en caliente o quedar disueltas en las aguas madres, respectivamente.  No reaccionar con el compuesto a cristalizar.  Ser relativamente volátil con el fin de que los cristales obtenidos puedan secarse con facilidad.  No ser toxico. Además, no olvidar que a la hora de decidir en qué disolvente probar, la primera regla a considerar es que semejante disuelva a semejante, es decir, un disolvente disolverá mejor aquellos compuestos que presente una estructura química similar a la suya. Mencione los disolventes más empleados para llevar a cabo la cristalización de compuestos orgánicos sólidos en orden creciente de su uso. Disolventes de uso más frecuente para cristalización: Tabla 2: Tabla de disolventes más usados por su temperatura de ebullición y con el cumplimiento de los requisitos para ser un buen disolvente de la anterior pregunta de la encuesta según fuente: “https://rodas5.us.es/file/23a16560-123f-bec5-ec5b44a3042a281d/2/laboratotio_quimica:organica_SCORM.zi p/pagina_04_htm” Punto de Fusion (°C)

Disolvente

100

Agua

65

Metanol

78

Etano Acetato de etilo

56 111

Tolueno

69

Hexano

Tabla 2: Tabla clasificara en tipos de compuestos con disolventes sugeridos. Extraída de un artículo “métodos físicos de separación y purificación de sustancias orgánicas” de la Universidad las Palmas de Gran canaria. En la sección de Recristalización Pag. 8 Disolventes Sugeridos Tipos de compuesto Hidrocarburos Esteres Haluros Compuestos carbonílicos Alcoholes y Ácidos Sales

Eter-Acetona-Diclorometano-Cloroformo-Metanol-HexanoAcetato de Etilo-Etanol-Tolueno-Agua Por Orden de polaridad: hexano, cloroformo, acetona, acetato de etilo, etanol y agua. 4.

Presente la tabla completa de solubilidad Ver la sección 4. RESULTADOS del presente informe

5.

Cuáles fueron las muestras problema de la cristalización y de la sublimación

6.

Describa otros métodos de purificación de sustancias orgánicas Filtración por gravedad: Consiste en retener partículas sólidas suspendidas de un líquido o un gas forzando la mezcla a través de una barrera porosa que puede ser mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido.

Ilustración 3

Filtración por succión: La filtración a vacío o por succión se utiliza para mezclas como barros y pastas. Ilustración 4 El agua al pasar a través de la trompa, en el estrechamiento interior, aumenta su velocidad originando una disminución de presión. Esto origina una succión del aire a través de la conexión con el matraz, originando un pequeño vacío en éste. También se emplea para separar los cristales obtenidos a partir de una disolución. Decantación: Consiste en separar componentes que contienen diferentes fases. Destilación: La separación y purificación de líquidos por destilación constituye una de las principales técnicas para purificar líquidos volátiles

Hexano, Ciclo hexano, Tolueno Éter, Diclorometano Diclorometano y Cloroformo Acetato de Etilo, Acetona Etanol Agua

Según la Separata y guía del Prof. Dr. Raul Paredes Medina

Ilustración 5: Destilación Simple

6. CONCLUSIONES 



 

 Ilustración 6: Torre de destilación fraccionara del petróleo crudo Se dejada hasta aquí todo lo que tenga que ver con el tema destilación ya que es un campo muy completo y no es objetivo del informe describir todos los métodos de separación por destilación. Más información en la bibliografía

La cristalicen se usa con bastante frecuencia para purificar una sustancia solida mas no es el único método para purificar una sustancia orgánica ya que se cuenta con una gran variedad de técnicas que nos ayudaran más adelante. El principal problema para la purificación de un compuesto orgánico mediante la técnica de cristalización es elegir un buen disolvente que cumpla los requisitos establecidos anteriormente. La sublimación es una técnica excelente para sustancias relativamente volátiles. Para la elección de un disolvente es muy útil la regla “semejante disuelve semejante”. Los disolventes más usados en orden de polaridad creciente son: hexano, cloroformo, acetona, acetato de etilo, etanol y agua. Es conveniente elegir un disolvente cuyo punto de ebullición no sea superior a 60ºC y que a su vez sea por lo menos 10 ºC menor que el punto de fusión del sólido que se desea cristalizar, para que se pueda eliminar fácilmente por evaporación

7. ANEXOS

Extracción: Técnica general más utilizada para el aislamiento y purificación de un compuesto orgánico de una mezcla de reacción o de sus fuentes naturales Cromatografía: La técnica cromatografía de purificación consiste en separar mezclas de compuestos en función de su diferente afinidad entre una fase estacionaria y una móvil. Todas las técnicas cromatografías dependen de la distribución de los componentes de la mezcla entre dos fases inmiscibles, una de ellas llamada fase activa o fase móvil, que transporta las sustancias que se separan, y que progresa en relación a otra fase llamada fase estacionaria

Fig. 1: Filtración en caliente a través de un papel filtro de pliegues

La cromatografía es un campo tan amplio que difícil resumirlo por eso vamos a ver sus clasificaciones en síntesis. CROMATOGRAFÍA DE ADSORCIÓN: la fase estacionaria es un sólido sobre el que se adsorben los componentes de la muestra. - Cromatografía Líquido – Sólido CLS (fase móvil líquido) - Cromatografía Gas – Sólido CGS (fase móvil gas) - Cromatografía en Capa Fina CCF (fase estacionaria sólida en forma plana y la móvil líquida) CROMATOGRAFÍA DE REPARTO: la fase estacionaria es un líquido sostenido por un sólido inerte. - Cromatografía Líquido – Líquido CLL (fase móvil un líquido) - Cromatografía Gas – Líquido CGL (fase móvil un gas) - Cromatografía en papel (fase estacionaria es una capa de agua adsorbida sobre una hoja de papel) CROMATOGRAFÍA DE INTERCAMBIO IÓNICO: la fase estacionaria es una resina de intercambio iónico y la separación se produce por la unión de los iones a la fase estacionaria. CROMATOGRAFÍA DE EXCLUSIÓN MOLECULAR: la fase estacionaria es una estructura parecida a un tamiz y la separación se produce en función del tamaño de las moléculas. Teniendo en cuenta la forma de la fase estacionaria se clasifica en: - Cromatografía en columna - Cromatografía plana (cromatografía en capa fina y en papel.

Fig. 2: Esquema de la preparación de un filtro de pliegues con papel filtro

Fig. 3: Filtración en frio a través de un embudo Buchner .

Bibliografía Fernández, G. (27 de Mayo de 2012). Quimica Organica. Obtenido de Quimica Organica: quimicaorganica.net/recritalizacion.html Grupo GILLQUIM. (s.f.). Universitat de Barcelona. Obtenido de Tecnicas y Operaciones Avanzaras en el Laboratorio Quimico: www.ub.edu/talq/es/node/198 Lopez sanchez, M., Triana Mendez, J., Perez Galvan, F. J., & Torres Padron, M. E. (2005). Metodos Fisicos de separacion y purificacion de sustancias organicas. Las Palmas: Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Rodas5. (s.f.). Obtenido de Rodas5: https://rodas5.us.es/file/23a16560123f-bec5-ec5b44a3042a281d/2/laboratotio_quimica:organica_SCORM.zip /pagina_04_htm Colaboradores de Wikipedia. (06 de Mayo de 2019). Wikipedia. Obtenido de Enciclopedia Libre: https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Diagrama_de_fas e&oldid=115768149 Colaboradores de Wikipedia. (22 de Mayo de 2019). Wikipedia. Obtenido de Enciclopledia Libre: https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Citar&p age)Cristalizacion&id=116131592