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PRÁCTICAS DE LABORATORIOQUÍMICA ORGÁNICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICAESCUELA UNIVERSITARIA POLITÉCNICA DE VALLADOLID

Prácticas de Química Orgánica

1º de I.T.I. (Química Industrial)Curso 2009-2010

QUÍMICA ORGÁNICA

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

La Química es una ciencia eminentemente experimental por tanto, la parte más importante

del estudio de la Química son los ejercicios prácticos. Todos los progresos realizados en esta

ciencia han sido llevados a cabo por medios experimentales; es decir, en el laboratorio. Por todo

esto es indispensable prestar la máxima atención a los trabajos en el laboratorio, preparando de

antemano la correspondiente práctica y aplicando con el máximo rigor las instrucciones que se

dan.

Hay que resaltar que en el laboratorio se manipulan continuamente sustancias peligrosas y

que, por tanto, nuestra seguridad y la de nuestros compañeros depende de la atención que

pongamos en nuestro trabajo.

NORMAS DE CARÁCTER GENERAL

A) Personales

1) Es obligatorio el uso de bata de laboratorio, gafas protectoras y guantes, como medidas

elementales de seguridad.

2) Cualquier duda que surja durante el desarrollo de las Prácticas debe consultarse con el

Profesor de prácticas, al que debe comunicarse cualquier accidente que se produzca por

pequeño que parezca.

3) Los alumnos deben abstenerse en absoluto de realizar experimentos por propia iniciativa,

así como modificar los que se propongan.

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4) Si cae en los vestidos ácido sulfúrico o cualquier otro ácido, lavar con abundante agua, y

neutralizar inmediatamente con bicarbonato.

5) Trabajar con atención y cuidado para evitar accidentes.

6) No echar, en ningún caso, papeles o productos sólidos en las pilas de desagüe.

7) Una vez terminada la práctica, dejar el sitio perfectamente limpio.

B) Productos y material

1) Antes de utilizar un producto, asegurarse bien de que efectivamente es el que nos interesa.

2) No separar nunca un tapón de su correspondiente frasco, para evitar confusiones y la

consiguiente contaminación de los productos.

3) Los ácidos fuertes concentrados deben manejarse con precaución, ya que pueden producirse

proyecciones de líquido con peligro de quemaduras peligrosas. Siempre se echan sobre el

agua, nunca al revés.

4) No calentar nunca líquidos inflamables directamente en una placa.

5) No calentar nunca un recipiente cerrado.

6) Después de cada operación, debe limpiarse bien el material y, una vez terminado el trabajo,

debe guardarse limpio.

C) Manipulación

1) Cuando se caliente un tubo de ensayo que contenga un líquido hay que hacerlo suavemente y

de modo que el tubo NO MIRE al operador ni a ninguno de sus compañeros pues pueden

producirse proyecciones de líquido con peligro de quemaduras.

2) No hay que introducir pipetas, varillas de vidrio ni cualquier otro objeto en los frascos de los

reactivos. Ello puede producir la contaminación de los productos.

3


3) No deben olerse directamente los vapores desprendidos en ningún proceso, ni probar ningún

producto.

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NORMAS DE ACCESO AL LABORATORIO:

ES REQUISITO IMPRESCINDIBLE PARA ENTRAR A REALIZAR LAS

PRÁCTICAS DE LABORATORIO, VENIR PROVISTOS DE:

- BATA DE LABORATORIO

- GAFAS PROTECTORAS

- GUANTES

NO PODRÁN ENTRAR AL LABORATORIO LOS ALUMNOS QUE NO

CUMPLAN ALGUNO DE ESTOS REQUISITOS.

SE RECUERDA QUE LA REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS ES

OBLIGATORIA PARA PODER APROBAR LA ASIGNATURA.

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PRIMERA PRÁCTICA

SÍNTESIS DE POLÍMEROS

ObjetivoObtención de poliestireno y análisis de algunas de sus propiedades físicas y

químicas características.

Material y productosMaterial:

Tubos de ensayo y gradilla, tapones de corcho, varilla, placa calefactora y estufa de

secado.

Productos:

Peróxido de benzoílo, estireno, etanol, tolueno.

Fundamento teóricoSe denominan polímeros a aquellos compuestos, naturales o sintéticos, que están

formados por repetición de una misma unidad estructural. La formación de poliestireno es un

ejemplo del proceso llamado polimerización: la unión de muchas moléculas pequeñas para dar

origen a moléculas muy grandes. El compuesto formado por estas grandes moléculas se

denomina polímero (del griego poli + meros, muchas partes). Los compuestos simples con los

que se hacen los polímeros (por ejemplo, por reorganización de los enlaces de valencia) se

conocen como monómeros (mono, uno).

Según el mecanismo de polimerización se clasifican en:

Polímeros de adición, en los cuales el monómero tiene un doble enlace por lo

menos, como sucede con el polietileno, que se obtiene a partir del etileno y otros tales como el

policloruro de vinilo, poliestireno, polipropileno y el plexiglás:

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n CH2 = CH2 . . . . . (CH2 - CH2)n . . . . .

(Eteno o etileno) (Grupo terminal) (Grupo terminal)

Polímeros de condensación, los cuales se forman con eliminación de agua,

alcohol, un ácido, sal o amina, u otras moléculas sencillas entre los que tenemos a las proteínas, el

dacrón, el nylón y la baquelita:

n(HOCH2 - CH2OH) HOCH2 - CH2 - (OCH2 - CH2)n-2 - OCH2 - CH2OH + (n-1)H2O

Desde el punto de vista de sus propiedades físicas y estructurales se clasifican en:

Polímeros lineales y ramificados (poliestireno, polipropileno y policloruro de vinilo),

que pueden ser más o menos cristalinos y comprenden distintos polialquenos. Funden por

calentamiento y en este estado blando se puede moldear o extrudir (polímeros termoplásticos).

Polímeros de red espacial (resinas fenol-formaldehido, urea-formaldehido, resinas

epoxi, etc.), que tienen muchos enlaces cruzados, formando estructuras tridimensionales, aunque

irregulares y rígidas. Una muestra de ese material es esencialmente una sola molécula gigantesca. El

calentamiento no la ablanda, no funden (polímeros termoestables) puesto que el ablandamiento

requiere la ruptura de enlaces covalentes: incluso, puede generar enlaces cruzados adicionales

(polímeros termoduros).

Síntesis del poliestireno.

Después del polietileno y PVC (policloruro de vinilideno), es el plástico de mayor

consumo. El poliestireno, polímero atáctico, amorfo y transparente, se obtiene a nivel industrial por

polimerización radicalaria del estireno (líquido incoloro que hierve a 146 ºC y debe guardarse en

oscuridad porque, con la luz, se polimeriza convirtiéndose en una masa sólida) con peróxidos en masa

o suspensión. El poliestireno presenta una estructura lineal, se reblandece a menos de 100 ºC y es

fácilmente moldeable por extrusión, pero no se puede esterilizar. Es un buen aislante eléctrico,

combustible y soluble en disolventes orgánicos.

La polimerización del estireno implica una serie de etapas. La presencia del grupo

fenilo del estireno aumenta la reactividad del grupo vinilo (-CH=CH2). La reacción debe controlarse

para evitar alteraciones, pues es exotérmica. Como el monómero (estireno) va acompañado de una

quinona y otro protector que evita su polimerización a la temperatura ambiente, deberá añadirse un

iniciador de la reacción (peróxido de benzoilo, por ejemplo, con precaución, pues es explosivo en

forma sólida) que opera rompiéndose para generar un radical libre. Este radical se une a la molécula

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del alqueno formando así otro radical libre, que se agrega a otra molécula de alqueno, y así

sucesivamente. La cadena se termina por pasos, como la unión de dos radicales, que consumen, pero

no generen radicales.

Etapas del proceso de polimerización, via radicalaria:

a) Iniciación

b) Propagación

c) Terminación

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R-O CH2-CH CH2-CH

Ph Phn

CH-CH2 CH-CH2 OR

nPh Ph

+

CH2-CH-CH2-CH-CH-CH2-CH-CH2

Ph Ph Ph Ph

Ph

CH

Ph Ph Ph

CH

R-O-CH2-CH Ph

Ph

H2C

Ph

+

Ph

R-O-CH2-CH-CH2-CH

CH

R-O-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CHPh

H2C

H2C

R-O-O-R R-O +

HC

O-R[R = PhCO2]

+ O-R

CH-CH 2-ORCH2


Procedimento experimentalSe colocan en un tubo de ensayo 0,005 g de peróxido de benzoilo y se le añaden

2,5 mL de estireno (el peróxido será distribuido por el profesor encargado de la práctica). La

adición del estireno será llevada a cabo en la campana de extracción de gases. Se tapa el tubo

con un tapón de corcho sin apretarlo demasiado y se coloca en la gradilla existente en la estufa

de secado, una vez etiquetado, manteniendo su temperatura a 80 ºC durante un mínimo de 48

horas.

Una vez haya polimerizado el estireno, se sacará el tubo de ensayo de la estufa y

se depositará inmediatamente en la gradilla designada para ello. Posteriormente, se romperá el

tubo (PRECAUCIÓN), obteniéndose el correspondiente polímero. Entregar la muestra obtenida

al profesor para su comprobación.

A continuación verificar con el poliestireno obtenido los siguientes ensayos:

Observar su aspecto, color y dureza.

Observar su fusibilidad, cortando una pequeña porción y colocándola en el

interior de un tubo de ensayo. Se calienta lentamente con la ayuda de un baño de aceite y se

observa si funde. En caso de fusión, probar si forma fibra, al tocar con otras varillas, estirando

lentamente.

Observar con una pequeña porción de la muestra su solubilidad en agua, alcohol

y tolueno.

Cuestiones

1. En la polimerización del poliestireno ¿qué función realiza el peróxido de benzoilo?

2. ¿Por qué debe calentarse en la estufa la mezcla reaccionante? ¿Podrá obtenerse el polímero

manteniéndolo a la temperatura ambiente?

3. Dibuja la estructura del poliestireno.

4. ¿Por qué el poliestireno se puede hilar?

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SEGUNDA PRÁCTICA

OBTENCIÓN DEL PLÁSTICO FORMOL-CASEÍNA

(GALATITA)

Introducción teórica

La caseína constituye un grupo de proteínas que sufren precipitación cuando la leche se

acidifica, constituyendo casi el 80% del total de las proteínas presentes y el 3% de su peso.

Si se trata la caseína con formaldehído se obtiene la galatita, o cuero artificial. Es una

materia plástica natural de origen proteico obtenida de sustancias orgánicas como la leche o de

productos vegetales como semillas de soja o similares. Fue obtenida en 1897 por Adolph

Spitteler y W. Kirsche partiendo del suero de la leche y del formaldehído, mediante la acción de

una enzima.

Se trata de un polímero termoestable, no moldeable en caliente que puede ser lijado y pulido. El

principal inconveniente que presenta es el tiempo de endurecimiento que precisa, el cual puede

ser de semanas, e incluso años. Sin embargo, se sigue empleando, debido a su bajo costo en la

fabricación, de mangos de cubiertos, botones, sustitutos del cuero, etc.

Como curiosidad, indicar que hacia 1900 apareció en Italia una lana artificial

denominada Lanital hecha también a partir de caseína.

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

Al finalizar la práctica, el alumno debe ser capaz de:

1.- Obtener las dos fracciones proteicas características de la leche.

2.- Analizar la presencia de determinadas sustancias en la leche y detectar un posible caso de

fraude.

3.- Realizar la reacción de polimerización para obtener la galatita.

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MATERIALES

Vasos de precipitados

Erlenmeyers

Leche descremada

Ácido acético glacial

Carbonato cálcico en polvo

Etanol 95%

Etanol acuoso 25%

Carbón activo

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A. AISLAMIENTO DE LA CASEÍNA

1. Introducir 100 mL de leche descremada en un vaso ancho de 250 mL (no se debe dejar

la leche en reposo durante mucho tiempo antes de utilizarla, ya que la lactosa puede

convertirse lentamente en ácido láctico, aunque se guarde en la nevera (pH=7)).

2. Calentar la leche hasta aproximadamente 40° C (comprobar la temperatura con un

termómetro) y añadir gota a gota una disolución de ácido acético diluído (15 mL,

aproximadamente).

3. Agitar continuamente la mezcla con una varilla de vidrio durante todo el proceso de

adición. Continuar añadiendo ácido acético diluído hasta que no precipite más caseína.

Debe evitarse un exceso de ácido porque puede hidrolizarse parte de la lactosa. Agitar la

caseína hasta que se forme una gran masa amorfa.

4. Separar la caseína sólida del líquido (suero), filtrándola sobre una tela y presionando

para que se elimine todo el suero.

5. Se separan 2 mL del suero (líquido) en un tubo de ensayo, para hacer las pruebas

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posteriores de detección del ácido salicílico.

6. Añadir al suero, inmediatamente, 2,5 g de carbonato de calcio en polvo. Agitar esta

mezcla durante unos minutos y guardarla para utilizarla posteriormente.

7. La masa de caseína, filtrada previamente a través de un trozo de tela, se lava dos veces

con unos 10 mL de agua.

8. Se seca posteriormente con papel de filtro. Se pone el sólido sobre papel de filtro,

dándole forma a una pequeña porción de manera que quepa en el orificio de un tubo de

ensayo.

9. Dejar que la caseína se seque completamente al aire durante uno o dos días y,

finalmente, pesarla. La densidad de la leche es de 1,03 g/mL. Calcular el porcentaje de

caseína aislada.

10. Lavar el trozo de tela con abundante agua y dejar secar.

B. AISLAMIENTO DE LA LACTOSA

1. La mezcla del suero con el carbonato de calcio se calienta a ebullición suave durante

aproximadamente 5-10 minutos, sin dejar de agitar en ningún momento. Esto causará la

precipitación casi completa de las albúminas (proteínas del suero) (pH=3).

2. Filtrar la mezcla caliente al vacío para separar las albúminas precipitadas y el carbonato

de calcio que aún quede.

3. Concentrar el filtrado (transparente), en un vaso de boca ancha de 250 mL, calentando

en una placa calefactora hasta aproximadamente 20 ml. Es imprescindible agitar

continuamente para ayudar a conseguir una ebullición homogénea y evitar las

salpicaduras que se producirían al ir aumentando el precipitado. Se puede formar

espuma, si la mezcla entra en ebullición con demasiada fuerza. Esto puede controlarse

soplando suavemente sobre la superficie de la disolución de lactosa.

4. Añadir 40 mL de etanol del 95% (lejos de cualquier llama) y 0,2 g de carbón activo a la

disolución caliente.

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5. Después de haberlo mezclado todo bien, filtrar la solución caliente al vacío. El filtrado

debe ser transparente. La disolución puede enturbiarse debido a la cristalización rápida

de la lactosa, después de la filtración al vacío. Si la turbidez aumenta con relativa

rapidez al dejarla en reposo, debe evitarse otra filtración, pues se perdería producto.

6. Pasar la disolución a un matraz erlenmeyer y dejarla reposar durante la noche o hasta

que se inicie el siguiente período de trabajo. En algunos casos, se requieren varios días

para que la cristalización haya finalizado.

7. Desalojar los cristales y filtrarlos al vacío.

8. Lavar el producto con etanol acuoso frío al 25 %. La lactosa cristaliza con una molécula

de agua, C12H22O11·H2O.

9. Pesar el producto y calcular el porcentaje de lactosa, teniendo en cuenta el valor de la

densidad de la leche (1,03 g/mL).

10. Recoger en un capilar unos pocos cristales y leer el punto de fusión de esta sustancia.

C. OBTENCIÓN DEL POLÍMERO GALATITA

1. Introducir la caseína obtenida anteriormente en un tubo de ensayo que contiene

formaldehído y dejarlo en reposo durante dos o tres días.

2. Al cabo de este tiempo, proceder a la eliminación del aldehído, lavar bien y dejar secar

al aire.

3. Después de seco, el objeto podrá ser lijado o pulido.

D. ENSAYOS PARA VERIFICAR LA PRESENCIA DE SUSTANCIAS EXTRAÑAS EN

LA LECHE

En esta parte de la práctica se va a verificar si la leche contiene almidón, ácido salicílico

o ácido bórico. La presencia del primer aditivo, el almidón, constituye un fraude ya que es

utilizado para mantener la densidad inicial de la leche tras haberla adicionado agua. Los otros

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dos compuestos son conservantes que evitan la aparición de microorganismos.

Para ello, en primer lugar, se realizarán los siguientes tests con muestras de leche ricas

en cada uno de estos aditivos. Posteriormente se le dará a cada alumno una muestra problema y

se deberá indicar cuál de los aditivos contiene.

Test para la detección de almidón

Material: Leche, solución de yodo, tubos de ensayo, probeta.

Procedimiento: Colocar 2 mL de leche en un tubo de ensayo. Adicionar 5 ó 6 gotas de la

solución de yodo (1 mL). Si la leche contiene almidón aparecerá una coloración azul, debida a

la formación de un complejo de almidón y yodo.

Test para la detección de ácido salicílico y salicilatos

Material: Leche. Solución acuosa de FeCl3 (2%), tubos de ensayos, probeta.

Procedimiento: Colocar 2 mL de suero en un tubo de ensayo. Para obtener el suero, se precipita

la caseína de la leche caliente con ácido acético, se decanta el líquido a un tubo de ensayo

limpio y con este suero líquido se realizará el test correspondiente. Adicionar 4 ó 5 gotas de la

solución de cloruro de hierro (III). La aparición de una coloración que oscila de rosa a violeta

indica la presencia del anión salicilato.

Test para la detección de ácido bórico

Material: Leche. Glicerina. NaOH 0.1M. Fenolftaleína. Tubos de ensayos. Probeta

Procedimiento: Añadir unas tres gotas de fenolftaleína a 2 mL de leche. Adicionar gota a gota la

solución de NaOH hasta que aparece un color ligeramente rosado. Adicionar 1 mL de glicerina.

La desaparición del color rosado puede indicar la presencia de ácido bórico. Este ácido es un

ácido muy débil en disolución acuosa pero presenta un mayor grado de ionización en glicerina,

suficiente como para hacer que desaparezca el color rosa.

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CUESTIONES1.- Si la densidad de la leche es de 1,03 g/ml, calcular el porcentaje de caseína y de lactosa que

contiene tu muestra de producto.

2.- ¿Qué tests de los ensayados te han dado positivo y qué conclusiones indicarías a partir de

ellos?

3.- Dibuja el complejo que se forma al reaccionar el FeCl3 con el anión salicilato.

4.- ¿Por qué el ácido bórico presenta un mayor grado de ionización en glicerina que en

disolución acuosa?

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TERCERA PRÁCTICA

DETERMINACIÓN DEL GRADO ALCOHÓLICO DE UN VINO

Objetivos de la práctica

1.- Manejar la técnica de la destilación

2.- Diferenciar entre una mezcla azeotrópica y un componente puro.

3.- Saber calcular el grado alcohólico de un vino

Fundamento teórico

En la catalogación de vinos, una de las características que ha de especificarse es el “grado alcohólico” o porcentaje en volumen de alcohol etílico. Su determinación en una muestra será el objeto de esta práctica.

En una mezcla de alcohol y agua puede determinarse el grado alcohólico midiendo la densidad directamente. En el vino, sin embargo, debido a la presencia de otros componentes, no se puede medir directamente el grado alcohólico midiendo su densidad, por lo que es necesario someter al vino a un proceso de destilación.

La destilación es una operación mediante la cuál separamos dos o más líquidos miscibles de una mezcla mediante procesos de evaporación y condensación.

Todo líquido viene caracterizado, a cada temperatura, por una presión de vapor dada, entendiendo por presión de vapor de un líquido la presión del vapor que se encuentra en equilibrio con dicho líquido a una temperatura dada.

Un líquido hierve a una temperatura, llamada punto de ebullición, a la cuál su presión de vapor alcanza el valor de la presión externa. Se toma como punto de ebullición normal de una sustancia, aquella temperatura a la que su presión de vapor alcanza el valor de 1 atm.

Para obtener el porcentaje en volumen de alcohol etílico presente en el vino, se separa este alcohol etílico por destilación. Existen distintos tipos de destilación:

Destilación simple: Aquella que comporta una sola etapa. Se utiliza cuando los dos componentes de una mezcla tienen entre sus puntos de ebullición una diferencia de 80ºC por lo menos. Al calentar, destila el componente más volátil y queda el menos volátil como residuo.

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Destilación fraccionada: Si la diferencia entre las temperaturas de ebullición de los componentes de una mezcla está entre 30 y 80ºC, la separación de ambos se realiza por destilaciones sencillas repetidas de los sucesivos destilados, o utilizando columnas de destilación fraccionada mediante las que se obtiene como destilado el producto más volátil.

Puede ocurrir que en la destilación de una disolución de dos compuestos volátiles se forme un azeótropo. Un azeótropo es una mezcla de líquidos que se comporta como un compuesto puro, es decir, al iniciarse su destilación lo hace con un punto de ebullición constante y el destilado posee una composición definida. Si se destila una mezcla azeotrópica, el vapor que destila tiene la misma composición que el líquido, por lo que no es posible separar sus componentes.

Según se muestra en el diagrama composición-temperatura, las dos líneas curvas nos muestran la composición del líquido y del vapor en equilibrio a cada temperatura. Así, una línea recta horizontal dibujada en el diagrama a temperatura constante T1 corta a las dos curvas en los puntos X1 e Y1, que representan las composiciones de las fases líquido y vapor, respectivamente, en condiciones de equilibrio a dicha temperatura T1.

Si se destila una disolución diluída de alcohol en agua, de composición X1, el líquido empezará a hervir cuando su temperatura alcance la temperatura T1. Puesto que el alcohol se evapora con más facilidad que el agua, la composición del vapor, Y1, es más rica en alcohol que la mezcla líquida de partida, X1. Si este vapor de composición Y1 se condensa dará una disolución líquida de agua y alcohol con una composición X2, que hervirá a una temperatura T2. El vapor que escapa de esta disolución estará de nuevo enriquecido en contenido alcohólico y su composición será Y2.

Esta serie de destilaciones simples se continúan repitiendo en la columna de rectificación (destilación fraccionada) hasta que se alcanza el punto M (95,6% de alcohol, 4,4% de agua). En este punto las fases líquida y vapor tienen la misma composición y por tanto ambas tienen la misma temperatura de ebullición, por lo que no es posible separar los dos componentes por destilación. Obtenemos como destilado esta mezcla hidroalcohólica (95,6% alcohol) denominada mezcla azeotrópica, mientras el contenido del residuo va progresivamente enriqueciéndose en agua, hasta que todo el alcohol haya destilado y quede como residuo agua exclusivamente.

Azeótropo

P = cte

TB0

etanol

TA0

agua

V

L

y1

y2

x1x21x0

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Diagrama composición-temperatura

En nuestro caso, llevamos a cabo la destilación de la mitad del volumen inicialmente utilizado, por lo que en el “destilado” se obtiene una mezcla de alcohol y agua que contiene todo el volumen de alcohol que tenía el volumen de vino utilizado inicialmente en la destilación, y sin solutos no volátiles que influyan en la densidad. Midiendo la densidad de esta mezcla (una vez enrasado a los 100 mL inicialmente utilizados) se puede obtener el porcentaje en volumen de alcohol etílico a partir de los datos recogidos en la tabla I, considerando que trabajamos a 20ºC.

d (g/mL) % Vol d (g/mL) % Vol d (g/mL) % Vol

0,987 10 0,981 15 0,975 20

0,985 11 0,980 16 0,974 21

0,984 12 0,979 17 0,973 22

0,983 13 0,977 18 0,972 23

0,982 14 0,976 19 0,971 24

Tabla I. Densidad de una mezcla hidroalcohólica a 20ºC frente porcentaje, en volumen, de alcohol etílico de la muestra.

Material y reactivos

Matraz de 250 ml, refrigerante recto, cabeza de destilación, termómetro, refrigerante de bolas, colector, probeta de 100 ml, gomas de refrigerante, embudo cónico, densímetro, vino.

Procedimiento experimental

Introduzca 80 ml de la muestra de vino en un matraz de destilación de 250 ml. Añada unos trocitos de plato poroso y monte un sistema de destilación, según se muestra en la siguiente figura:

Termómetro Cabeza de destilación

Refrigerante

Refrigerante

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Probeta Matraz redondoDestile con cuidado (la calefacción no ha de ser muy fuerte, de manera que los vapores

asciendan lentamente y se destile de una a dos gotas por segundo, aproximadamente), tomando los valores de la temperatura cada minuto.

Cuando haya recogido unos 40 ml de destilado en la probeta, apague la placa calefactora y añada agua al destilado hasta alcanzar 80 ml de volumen total e introduzca un densímetro (aparato que compara densidades de líquidos en aplicación del principio de Arquímedes) para medir su densidad. En función de esta densidad calcule el grado alcohólico de la muestra de vino según los datos mostrados en la tabla I.

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ALUMNO

APELLIDOS: NOMBRE:

Conteste a las siguientes cuestiones:

1.- Describa, mediante una gráfica temperatura-tiempo, cómo varía la temperatura a lo largo de la destilación y dé una explicación a esa evolución.

2.- Anote la densidad de la mezcla hidroalcohólica final obtenida. En función de la tabla I, calcule el grado alcohólico del vino estudiado.

Valladolid, de de 2008_

Firmado:

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CUARTA PRÁCTICA

FIBRAS ARTIFICIALES. LOS RAYONES.

OBJETIVO

Preparación de una fibra artificial como el rayón, por transformación química de la

celulosa.

INTRODUCCIÓN

El deseo del ser humano de imitar, primero, y superar, después, a los productos

naturales, ha sido siempre una constante en la historia. La fabricación de fibras textiles con

propiedades específicas y determinadas ha sido un claro ejemplo de ello. El desarrollo de estas

fibras se debe a la gran demanda de fibras textiles, no siendo posible satisfacer dicha demanda

únicamente con las fibras naturales.

El rayón fue la primera fibra manufacturada que se produjo a partir de un polímero que

se encuentra en la naturaleza como es la celulosa contenida en la madera. Las fibras de celulosa

presentes en el algodón y en el lino son de gran pureza (90-95%) y tienen aplicación textil

directa (se pueden tejer sin tratamientos químicos). La madera contiene del 40 al 60% de

celulosa, el resto es fundamentalmente lignina que es necesario eliminar para obtener la celulosa

pura. El consumo mayor de celulosa es para papel y cartones, en segundo lugar, para obtener

fibras textiles como el rayón, el acetato de celulosa y el nitrato de celulosa.

Para fabricar hilos a partir de un polímero lineal, este se funde (termoplástico) y, la

masa fundida, se hace pasar a través de una tobera con orificios de boquillas finas, y de esta

forma transformarla en filamentos muy finos. Este proceso de hilado recibe el nombre de

extrusión. La celulosa no se puede hilar por fusión ya que se descompone (carboniza) antes de

fundir y tampoco por disolución ya que no es soluble en ningún disolvente orgánico. Por ello la

celulosa se transforma a través de un proceso químico, en un compuesto soluble que se puede

22

http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero


hilar o laminar. Una vez hilado vuelve a transformarse en la celulosa original que recibe el

nombre de rayón. No obstante, durante este proceso se produce una degradación parcial de las

fibras de celulosa por lo que la longitud de las cadenas en el producto final es menor.

Dependiendo del procedimiento químico usado el rayón recibe diferentes nombres, tales como

rayón viscosa o rayón de cuproamonio entre otros. Así, el rayón es una fibra de celulosa

manufacturada y regenerada. Se le puede considerar, por tanto, como un polímero de

transformación de un polímero natural; a diferencia de otras fibras sintéticas que se obtienen por

reacción química de unidades monoméricas obtenidas a partir de productos petroquímicos.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Rayón viscosa

La celulosa, procedente de pasta de madera, recibe distintos tratamientos para poder

utilizarla como fibra en la industria textil. En la preparación de la fibra denominada rayón

viscosa las fibras de celulosa se tratan con una disolución de sosa y disulfuro de carbono, S2C.

La sosa produce rotura de cadenas de celulosa dando una celulosa de menor peso molecular. El

xantato de celulosa así obtenido es una masa viscosa que se extrude a través de unos orificios de

platino (hilado en húmedo). Las fibras resultantes se coagulan en un baño que contiene H 2SO4,

Na2SO4 y ZnSO4; así se obtiene una celulosa regenerada (rayón viscosa) con una superficie

brillante y sedosa. Las fibras obtenidas se estiran hasta 30 veces su longitud original, se recogen

en bobinas y se secan para eliminar el disolvente (agua). Las fibrillas se tuercen y se estiran en

haces formando hilos.

Si la disolución de viscosa se extiende con laminadoras y posteriormente se coagula, se

obtienen películas de tipo celofán. El papel de celofán se prepara enfriando rápidamente el film,

23

http://es.wikipedia.org/wiki/Celulosa

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra


para que el tamaño de los cristales sea menor que la longitud de onda de la luz, por ello resulta

tan transparente a la luz visible y a la luz ultravioleta. La permeabilidad a los gases es muy

pequeña, de ahí su uso para envases de bombones, cigarrillos y dulces entre otros; ya que evita

la pérdida de aromas.

Rayón de cuproamonio

En este proceso, la celulosa purificada se trata con el reactivo de Schweitzer que se

prepara “in situ” por reacción de una disolución acuosa de amoniaco con sulfato de cobre

sólido.

La disolución del hidróxido de cobre en amoniaco, así obtenida, recibe el nombre de

reactivo de Schweitzer. Este reactivo, fuertemente básico, reacciona con los grupos hidroxilo

libre de las cadenas de celulosa dando lugar a una sal de cobre, soluble en agua, que permite su

hilado. La masa viscosa así obtenida, una vez hilado, se trata con ácido sulfúrico diluído para

regenerar la celulosa que ahora recibe el nombre de rayón cuproamoniacal. Las fibras

resultantes poseen filamentos más finos que los de la seda natural, con un aspecto agradable a la

vista y al tacto.

MATERIAL Y REACTIVOS

1 vaso de precipitados de 100 ml

1 vaso de precipitados de 250 ml

1 embudo büchner

1 kitasato

Cuentagotas

Varilla de vidrio

Sulfato de cobre, CuSO4(s)

Amoniaco, NH3 (disolución al 30%)

Ácido sulfúrico, H2SO4 (disolución al 5%)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un vaso de 250 mL se mezclan 4,25 g de CuSO4 con 14 mL de agua y se calienta

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ligeramente hasta que el sulfato de cobre se haya disuelto totalmente, después dicha disolución

se enfría. Sobre esta disolución se añaden gota a gota y agitando, 1,5 mL de NH 3 (30%),

formándose un precipitado azul pálido de hidróxido de cobre. Se filtra el sólido a través de un

embudo Büchner, se lava con agua (10 mL) y se coloca en un vaso de precipitados de 250 mL.

La siguiente operación que consiste en disolver el hidróxido de cobre en la menor

cantidad posible de amoniaco concentrado (aproximadamente 15 mL) debe realizarse en una

campana de extracción y en un vaso de precipitados de 100 mL. La disolución oscura que

resulta se llama reactivo de Schweitzer. Sobre la disolución así obtenida se añaden, agitando

constantemente, trocitos de servilleta de papel o papel de filtro, hasta que adquiera un aspecto

viscoso. Con un cuentagotas se recoge parte de la masa viscosa obtenida. Seguidamente, el

orificio de salida del cuentagotas se introduce en un vaso de precipitados de 250 mL que

contiene una disolución de ácido sulfúrico al 5%, y se impulsa lentamente y de manera continua

sobre la disolución ácida, observando rápidamente la aparición de las fibras de rayón.

Cuestiones

1.- ¿Qué compuesto se forma al echarle al sulfato de cobre hidróxido amónico?

2.- ¿Por qué se añade al final ácido sulfúrico diluído al 5%?

3.- ¿Qué sucedería si se adicionara ácido sulfúrico concentrado?

4.- Cuáles son las diferencias entre el rayón y la celulosa.

25


26


CUARTA PRÁCTICA

PREPARACIÓN DE UN JABÓN Y UN DETERGENTE

Los jabones y los detergentes se encuentran entre los productos químicos más utilizados

en la vida cotidiana. La práctica no sólo tiene interés histórico, sino también actual, ya que nos

acerca a un proceso sencillo de importancia industrial.

El proceso de fabricación del jabón se basa en la hidrólisis alcalina (saponificación de

una grasa), es decir, en el tratamiento en caliente de ésta con una base. La solución alcalina

descompone la grasa en sus componentes: un alcohol (el glicerol) y una sal de ácido graso de

cadena larga (un jabón). Cuando se añade sal común (NaCl) el jabón precipita. Las sales de

ácidos grasos contienen generalmente de 12 a 18 átomos de carbono, algunas pueden presentar

insaturaciones. La longitud de la cadena hidrocarbonada y el número de dobles enlaces en la

parte correspondiente al ácido carboxílico es lo que determina las propiedades del jabón

resultante.

En la siguiente figura se representa la reacción de hidrólisis de una grasa; para

simplificar, se ha representado que los tres grupos R son iguales, pero en realidad no suele ser

así. Normalmente, los jabones que se obtienen son mezclas de sales de ácidos grasos.

Una de las desventajas del jabón es que resulta un limpiador ineficaz en aguas duras.

Llamamos así a las de alto contenido en sales de magnesio, calcio y hierro. Cuando se usa un

jabón en aguas duras

se forman las sales de los ácidos carboxílicos con dichos cationes, que son insolubles y

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CR

O

O CH2

CR

O

O CH

CR

O

O CH2

+ 3 NaOH CR

O

O- Na+3

HO CH2

CH

CH2

+ 3 HO

HO

Triglicérido(grasa o aceite)

Sal de sodio (jabón)

Glicerol


precipitan en forma de coágulos o grumos. Por el contrario, en aguas blandas el jabón es un

adecuado agente limpiador.

Para evitar estos inconvenientes se suele añadir al jabón sustancias que ablanden el agua.

El carbonato de potasio y el fosfato de sodio precipitan los iones magnesio, calcio, etc., en

forma de carbonato y fosfato insolubles. Desgraciadamente, estos precipitados pueden alojarse

en los tejidos dándole un color blanquecino. A pesar de todo, el jabón presenta una ventaja

importante: es biodegradable. Los microorganismos son capaces de consumir las moléculas

lineales de jabón convirtiéndolas en agua y dióxido de carbono.

Objetivos

El objetivo de ésta práctica es realizar la preparación de un jabón y de un detergente y

comparar su comportamiento diferente en agua dura debido a su diferente estructura molecular.

Material y productos

Dos vasos de precipitados de 100 mL, un vaso de precipitados de 250 mL, termómetro de

100°C, papel de filtro, papel indicador, varillas de vidrio, alfiler o trozo de alambre.

Aceite, NaOH (disolución 6 M y lentejas), dodecanol, H2SO4, fenolftaleína, agua destilada.


Preparación de jabón

En un vaso de precipitados de 100 ml se colocan 20 g de grasa (también puede servir

sebo, aceite vegetal o mezclas de sustancias). Se calienta hasta unos 45°C (hasta que se funda si

se parte de un sólido). En otro vaso de precipitados se disuelven 2 g de NaOH en la mínima

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cantidad de agua, se añaden 5 ml de etanol a la disolución y se calienta a unos 35°C. Esta

disolución se añade lentamente sobre la grasa fundida, mientras se agita continuamente la

mezcla. La mezcla se mantiene agitando en caliente durante unos 15 minutos, hasta que se

completa la reacción de saponificación, obteniéndose una sustancia densa, momento en el que se

puede añadir si se desea algún aceite oloroso. Si la mezcla no espesa se calienta al “baño María”

durante unos 30 minutos más. El jabón se vierte entonces sobre un vaso de papel que servirá de

molde y se deja reposar.

Determinar la alcalinidad del jabón utilizando para ello un trozo de papel indicador. Si es

superior a 9, el jabón es demasiado básico como para ser utilizado como jabón.

Preparación de un detergente

En esta práctica se va a preparar un conocido detergente: el laurilsulfato de sodio. El

esquema de síntesis que se va a seguir es:

En un vaso de precipitados de 100 ml se prepara una disolución de 15g de dodecanol y

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CH3(CH2)10CH2O S

O

O

O- Na+

CH3(CH2)10CH2OH + H2SO4 CH3(CH2)10CH2O S

O

O

OH

alcohol laurílico

éster laurílico del ácido sulfúrico

CH3(CH2)10CH2O S

O

O

OH + NaOH

CH3(CH2)10CH2O S

O

O

O- Na+ + H2O


10 ml de ácido sulfúrico concentrado. En otro vaso de precipitados de 100 ml se preparan 30 ml

de una disolución de NaOH 6 M, a la que se añaden 3 gotas de fenolftaleína. Añadir muy

lentamente, y con agitación constante, la disolución ácida sobre la básica sin permitir que la

mezcla se caliente demasiado. Según se va produciendo la adición, la mezcla se coloreará de

rosa y luego este color irá desapareciendo a la vez que se va formando un precipitado blanco,

momento en que se da por finalizada la adición de disolución ácida. Filtrar y secar a

continuación el sólido obtenido utilizando para ello el sistema de filtración a vacío (Büchner-

quitasato).

Ensayos

a) Comparar la capacidad para formar espumas del jabón y el detergente obtenidos en:

Agua destilada.

Agua del grifo.

Agua dura, preparada al disolver en agua una pequeña cantidad de cloruro cálcico anhidro.

b) Examinar el efecto que produce en la tensión superficial del agua, la presencia de jabón o

detergente. Para ello se llena un vaso con agua y con cuidado se coloca en la superficie, de

modo que flote, un capilar de vidrio. Si no se hunde es debido a la tensión superficial. Entonces

se añade en el agua un poco de jabón o del detergente obtenido y se observa lo que ocurre.

Cuestiones

1. Describa las reacciones que tienen lugar en los procesos de obtención del jabón y del

detergente.

2. ¿Qué es la tensión superficial? ¿Por qué se hunde el trozo de metal cuando se añade jabón o

detergente al agua?

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QUINTA PRÁCTICA

PREPARACIÓN DE ACETATO DE ETILO

La reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol para formar un éster mas agua se

conoce con el nombre de esterificación. Como catalizador se emplea un ácido mineral,

generalmente ácido sulfúrico o el ácido clorhídrico. Todos los casos de esterificación son

reacciones reversibles.

Objetivo

En este experimento se prepara acetato de etilo a partir de ácido acético y alcohol etílico en

presencia de ácido sulfúrico como catalizador.

Material y productos

Matraz esmerilado de fondo redondo de 100 ml

Refrigerante de reflujo.

Tubo de cloruro cálcico.

Probeta.

Pipeta de 10 ml.

Placa calefactora.

Equipo de destilación con columna de rectificación.

Erlenmeyer de 125 ml.

Embudo de decantación.

Vaso de precipitados.

Ácido acético glacial, 30 ml

Etanol del 95%, 35 ml

Ácido sulfúrico, 3 ml.

Cloruro cálcico escoriforme.

Carbonato sódico.

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CH3 COOH + CH3 CH2OH H+CH3 COOCH2CH3


Sulfato de sodio anhidro.


En un matraz esmerilado de fondo redondo de 100 ml se colocan 30 ml de ácido acético glacial

y 35 ml de etanol del 95%. A continuación, agitando continuamente el matraz, se añaden 3 ml

de ácido sulfúrico y se adapta el matraz a un refrigerante de reflujo y un tubo de cloruro cálcico

sobre la parte superior del refrigerante (no olvidar añadir a la mezcla un trocito de plato poroso

antes de poner el refrigerante). La mezcla de reacción se calienta a reflujo durante 1 hora.

Al final del periodo de reflujo se deja enfriar un poco el contenido del matraz y después de

agregar un trozo de plato poroso se modifica el aparato disponiéndolo para una destilación

simple con objeto de separar el acetato de etilo formado en la reacción. La destilación se

mantiene hasta que no destila más líquido, quedando en el matraz una pequeña cantidad de

ácido acético y ácido sulfúrico disueltos en agua.

El destilado obtenido se echa en un embudo de decantación y se agita suavemente con una

disolución de carbonato sódico al 10% (15 mL, 2 veces) y una vez con 15 mL de CaCl2. Se debe

tener la precaución de abrir la llave inmediatamente después de mezclar los dos líquidos para

permitir la salida del CO2 que se produce en la neutralización. El acetato de etilo se continúa

lavando hasta que no presente reacción ácida. Se separa la capa superior (la acuosa es la

inferior) y se lava con una disolución formada con 20g de cloruro cálcico en 25 ml de agua.

Nuevamente se decantan las dos capas, poniéndose la capa superior en un erlenmeyer seco al

que se le agrega sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua que pueda contener, se tapa el

erlenmeyer con un tapón de corcho y se deja hasta el día siguiente.

Una vez seco el acetato de etilo, lo cual se hace más rápido agitando la mezcla, se separa el

sulfato

de sodio por filtración y el líquido se rectifica empleando una columna de rectificación

adecuada. El destilado así obtenido entre 75°C y 78°C, aproximadamente, se pesa y se calcula el

rendimiento de la operación. (En lugar de efectuar una pesada, puede medirse el volumen

obtenido de acetato de etilo y conociendo su densidad, 0.9 g/cm3, determinar el número de

gramos obtenidos).

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Cuestiones

1. ¿Qué reactivo debe emplearse en exceso en la preparación de acetato de etilo y por qué?

2. ¿Cómo podríamos desplazar hacia la derecha o hacia la izquierda la reacción?

3. Al destilar por debajo de 90°C ¿qué productos quedarán en el matraz de destilación?

4. ¿Para qué se emplea la disolución de Na2CO3?

5. ¿Para qué se agrega el Na2SO4 anhidro?

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