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• KAMP90

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1. ¿En que se basa, estructuralmente, el proceso de re cristalización como método de purificación? La re cristalización es una técnica instrumental muy utilizada en los laboratorios para llevar a cabo la purificación de sustancias sólidas que contienen pequeñas cantidades de impurezas. Esta técnica se basa en el hecho de que la mayoría de los compuestos incrementan su solubilidad con la temperatura, de modo que la muestra a recristalizar se disuelve en un disolvente o mezcla de disolventes a su temperatura de ebullición. Posteriormente, tras una serie de operaciones sencillas, se deja enfriar lentamente de modo que se genera una disolución del compuesto sobresaturada lo que favorece la formación de cristales de este al encontrarse en mayor proporción. La formación y crecimiento de cristales en una red ordenada de forma lenta favorece la incorporación de moléculas del compuesto excluyendo de esta red cristalina las moléculas de las impurezas, de modo que al final se obtiene un sólido enriquecido en el compuesto que queremos purificar.

2. ¿Por qué es necesario utilizar un embudo de caña corta y filtrar la solución en caliente en la primera filtración que se hace para remover impurezas insolubles? Es necesario utilizar un embudo de caña corta con el fin de impedir que haya re cristalización en el papel de filtro en el embudo. Se filtra en caliente para elimina las impurezas insolubles en la solución, si se dejara enfriar más la mezcla el soluto comenzaría a cristalizarse y cuando se lleva a cabo la filtración, además de filtrar las impurezas comenzaría a filtrarse algunos de los cristales, que a fin de cuenta es el producto que se está buscando.

3. ¿Cuáles son las condiciones a tener en cuenta para elegir una mezcla de solventes determinada? El poder solvente es la facilidad o la capacidad para disolver diversos ligantes. El poder solvente está relacionado con la estructura química del disolvente y del polímero a disolver. Sus manifestaciones más características son estas:  

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Un poder solvente elevado implica una velocidad de disolución también elevada. Los líquidos de moléculas pequeñas son mejores disolventes que los de moléculas grandes y, en general, proporcionan disoluciones de menor viscosidad. Así, en una serie homóloga hay una disminución del poder disolvente y un incremento de la viscosidad al aumentar el peso molecular. El poder disolvente varía con la temperatura. La reducción de la sensibilidad de las soluciones a las bajas temperaturas es otro efecto de los disolventes fuertes. Para una determinada proporción disolvente/polímero, la viscosidad final de la solución es tanto más baja cuanto mayor sea el poder solvente. Al reposar, algunas soluciones tienden a depositar material insoluble. Un disolvente potente reduce o anula esta sedimentación. Una proporción excesiva del disolvente puede hacer precipitar el ligante en solución. Una potencia solvente elevada permite una mayor disolución sin que aparezcan precipitaciones.

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Cuando a una resina se añade un líquido en el que la resina no es totalmente soluble (un diluyente, por ejemplo) llega un momento en que la resina de insolubiliza. La concentración de no disolvente admisible crece con la potencia solvente del disolvente usado.

4. Relacione los pares de disolventes de uso más frecuente para la re cristalización en química orgánica.        

Metanol – agua Etanol - agua Acetona – éter de petróleo (hexano) Acetato de etilo – éter de petróleo (hexano, ciclohexano) Éter – éter de petróleo (pentano) Dicloromentano – éter de petróleo (pentano) Tolueno – éter de petróleo (heptano) Acetona – agua

5. Explique el procedimiento (experimental) usual para elegir el solvente, o mezcla de solventes, de re cristalización más adecuada. Un solvente ideal para realizar la re cristalización de un sólido debe reunir las siguientes características: 

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Debe disolver el producto a purificar a temperatura alta (P.E. solvente). No disolverlo o disolverlo muy poco, a bajas temperaturas (temperatura ambiente o baño de hielo). Es decir que el cociente entre la solubilidad en frío y en caliente debe ser apreciable. Debe disolver las impurezas a baja temperatura y no disolverlas a altas temperaturas. Debe ser químicamente inerte al sólido a cristalizar. Debe poseer un punto de ebullición inferior al punto de fusión del sólido a cristalizar. Debe poseer una volatilidad suficiente para permitir una rápida eliminación por evaporación. Debe dar cristales bien formados del sólido a cristalizar. No debe ser inflamable, ni tóxico.

6. ¿Cuál es el uso del carbón activado en el proceso de re cristalización? ¿De la Celita? Se usa cuando hay impurezas coloreadas en la mezcla a recristalizar. Generalmente, aparecen cuando se calienta la mezcla. En caso de usar el carbón activado, debe sacarse el balón del fuego, y colocar una mínima cantidad de carbón activado, ya que si se agrega estando en el fuego se puede producir proyecciones sumamente peligrosas. Luego, se debe filtrar en caliente para eliminarlo. Lo que hace el carbón activado es adsorber las impurezas presentes. La celita, un coadyuvante de filtración, se denomina algunas veces tierra de diatomeas y consiste esencialmente en sílice finalmente pulverizada. Tiene una gran superficie y puede ser de mucha utilidad en ciertas operaciones de filtración.

7. Explique ¿En qué consiste la siembra de cristales y cuáles son las técnicas de sembrado más empleadas? La siembra de cristales con frecuencia no es un material no cristalizada porque no se ha iniciado el proceso de nucleación. Y se entiende por nucleación la formación de un núcleo donde pueda comenzar a crecer el cristal. La separación de cristales de la disolución puede inducirse con frecuencia rascando las paredes del matraz, algunas veces, la adición de pequeñas cantidades de material extraño inicia la cristalización. El método más seguro consisten añadir un cristal del producto (cristal de siembra) y con ello inducir la nucleación. La mejor superficie de nucleación es realmente un genuino cristal de siembra. En realidad no es muy cloro porque una materia extraña puede servir como punto de nucleación. Sin embargo, en algunos casos hasta al polvo de aire o los trocitos de pelo se ha atribuido la siembra de una cristalización.

8. Basándose en los puntos de fusión obtenidos ¿qué puede decirse de la re cristalización como proceso de purificación? En nuestra experiencia obtuvimos un valor de 118 °C distando de los 122 °C de la literatura, no medimos un punto de fusión previo a la purificación que permitiera comparar una mejora, pero aun así podría decirse que la cercanía del dato obtenido muestra que es posible purificarlo inicialmente con este proceso u mejorarlo adicionando etapas.

El método más adecuado para la eliminaron de las impurezas que contaminan un sólido es por cristalizaciones sucesivas bien en un disolvente puro, o bien en una mezcla de disolventes. Al procedimiento se le da el nombre genérico de Re cristalización. Ya que este es un método más utilizado para la purificación de muchas sustancias.

9. Basándose en lo porcentajes de recuperación obtenidos ¿qué puede usted decir de la cristalización como método cuantitativo de purificación? ¿Por qué se pierde compuesto a purificarse? No podemos afirmar respecto a resultados obtenidos ya que no se midió este dato, pero generalmente las perdidas en este proceso se dan debido a la afinidad del sólido y el disolvente que no siempre es nula a temperatura ambiente como se desearía, llevando consigo disuelto parte del soluto al filtrar, otra posible opción de pérdida es enfriamiento durante el primer filtrado que retenga soluto que cristalice en el filtro. 10. ¿Cuáles solventes utilizaría para purificar por re cristalización los siguientes compuestos: naftaleno, p-nitroacetofenona, p-nitrobenzaldehído, o -fenilendiamina y benzalacetona? El naftaleno, p-nitroacetofenona, pnitrobenzaldehíd, o-fenilendiamina y benzalacetona poseen estructuras que pueden formar puentes de hidrógeno, y al ser moléculas grandes en comparación al agua esta interacción disminuye a temperatura ambiente, siendo posible el uso ya sea de agua o etanol como posible disolvente polar y aumentar esta solubilidad al calentar.

11. Un ácido carboxílico superior sólido está contaminado con impurezas orgánicas. Explique ¿cómo purificaría usted el ácido por cristalización utilizando agua y acetona como una mezcla de solventes? Los ácidos carboxílicos son virtualmente insolubles en agua debido al alto número de carbonos en su cadena principal, pero si es soluble en solventes no polares, la acetona genera momentos dipolares que hacen que sea un solvente ideal para muchas sustancias, la utilización con ácido carboxílico sería la siguiente: Disolver inicialmente el ácido carboxílico superior por completo en acetona caliente, después añadiendo gota a gota de agua caliente hasta que se forme una turbidez que no desaparezca al agitar la mezcla, se añade nuevamente gotas de acetona caliente para eliminar la turbidez, se filtra para eliminar las impurezas y se deja enfriar para que recristalice el sólido.