Guia de Laboratorio Quimica Organica 2006

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UNIVERSIDAD DE CARABOBO Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología Departamento de Química Guía de Laboratorio de Química Orgánica Elaborado por: Prof. Douglas J Escalante Ayala Valencia, Noviembre del 2006

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Guia de Laboratorio Quimica Organica

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  • UNIVERSIDAD DE CARABOBO

    Facultad Experimental de Ciencias y

    Tecnologa

    Departamento de Qumica

    Gua de Laboratorio de

    Qumica Orgnica

    Elaborado por: Prof. Douglas J Escalante Ayala

    Valencia, Noviembre del 2006

  • ii

  • INDICE

    iii

    INDICE

    PRACTICA # 1: TECNICAS EXPERIMETALES ....................................................................................... 1

    PUNTO DE FUSIN SIMPLE Y MIXTO ..................................................................................................... 1

    ANTECEDENTES .............................................................................................................................................. 1

    TEORIA ......................................................................................................................................................... 1

    Punto de fusin .......................................................................................................................................... 1

    Punto de fusin de compuesto impuros; diagrama de presin de vapor-temperatura .............................. 2

    Punto de fusin de mezcla de compuestos ................................................................................................. 3

    Punto de fusin de compuestos desconocidos ........................................................................................... 4

    Mtodos, aparatos y equipos para determinar el punto de fusin ............................................................ 4

    CUESTIONARIO ............................................................................................................................................... 4

    SOLUBILIDAD EN DISOLVENTES ORGNICOS Y CRISTALIZACIN SIMPLE ........................... 6

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................... 6

    TEORIA ............................................................................................................................................................ 6

    Solubilidad ................................................................................................................................................ 6

    TEORA DE LA CRISTALIZACIN ...................................................................................................................... 8

    SELECCIN DE DISOLVENTE ............................................................................................................................ 9

    TCNICA DE CRISTALIZACIN ....................................................................................................................... 10

    CRISTALIZACIN ........................................................................................................................................... 13

    CUESTIONARIO ............................................................................................................................................. 14

    PUNTO DE EBULLICIN, DESTILACIN SIMPLE Y FRACCIONADA ........................................... 16

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................. 16

    TEORIA ......................................................................................................................................................... 16

    Punto de ebullicin, relacin estructura-punto de ebullicin ................................................................. 16

    Destilacin simple ................................................................................................................................... 17

    Destilacin fraccionada .......................................................................................................................... 18

    Diagrama de fase .................................................................................................................................... 19

    Eficiencia de la columna ......................................................................................................................... 20

    CUESTIONARIO ............................................................................................................................................. 21

    EXTRACCIN CON DISOLVENTES ORGNICOS Y DISOLVENTES ACTIVOS .......................... 23

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................ 23

    TEORIA ......................................................................................................................................................... 23

    Extraccin con disolventes orgnicos ..................................................................................................... 23

  • INDICE

    iv

    El embudo de separacin ........................................................................................................................ 24

    Emulsiones ............................................................................................................................................... 26

    Agente desecante qumico ....................................................................................................................... 26

    Extraccin selectiva con disolventes activos ........................................................................................... 28

    CUESTIONARIO .............................................................................................................................................. 29

    SEPARACIN Y PURIFICACIN DE UNA MEZCLA DE TRES COMPONENTES ......................... 31

    OBJETIVOS .................................................................................................................................................... 31

    PARTE EXPERIMENTAL .................................................................................................................................. 31

    MATERIAL .............................................................................................................................................. 31

    SUSTANCIAS .......................................................................................................................................... 31

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 31

    Tratamiento de residuos .......................................................................................................................... 32

    BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................... 32

    PRACTICA # 2: EL PETRLEO Y SUS DERIVADOS ............................................................................ 35

    OBJETIVO ................................................................................................................................................... 35

    INTRODUCCIN. ...................................................................................................................................... 35

    TEORIA ....................................................................................................................................................... 36

    Destilacin simple ................................................................................................................................... 36

    Destilacin fraccionada .......................................................................................................................... 37

    Destilacin a presin reducida ................................................................................................................ 39

    MATERIAL ................................................................................................................................................. 40

    SUSTANCIAS ............................................................................................................................................. 40

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 40

    CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 41

    PRACTICA # 3: CROMATOGRAFA DE CAPA FINA Y CROMATOGRAFIA DE COLUMNA ..... 43

    OBJETIVO ...................................................................................................................................................... 43

    ANTECEDENTES ....................................................................................................................................... 43

    TEORIA ....................................................................................................................................................... 43

    Separacin slido-lquido........................................................................................................................ 44

    Secuencia de elucin por compuesto ....................................................................................................... 45

    Parmetros que afectan la separacin .................................................................................................... 46

    Cromatografa en capa fina .................................................................................................................... 46

    Revelador ................................................................................................................................................. 47

    Frente de referencia (Rf) ......................................................................................................................... 48

    MATERIALES ................................................................................................................................................. 49

    MATERIALES ADICIONALES ........................................................................................................................... 49

  • INDICE

    v

    SUSTANCIAS ................................................................................................................................................. 49

    PROCEDIMIENTO ........................................................................................................................................... 50

    Preparacin de las placas ....................................................................................................................... 50

    Preparacin de las cmaras de desarrollo ............................................................................................. 51

    Obtencin de los valores de Rf a las muestras patrn ............................................................................ 52

    Identificacin de los compuestos presentes en la muestra problema ...................................................... 52

    Extraccin de los colorantes del tomate ................................................................................................. 52

    CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 53

    SEPARACIN DE UNA MEZCLA MEDIANTE CROMATOGRAFA DE COLUMNA .................... 54

    OBJETIVO ...................................................................................................................................................... 54

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................ 54

    TEORA ......................................................................................................................................................... 54

    PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................................................. 56

    Materiales por equipo de 2 alumnos ....................................................................................................... 56

    Sustancias ................................................................................................................................................ 56

    PROCEDIMIENTO ........................................................................................................................................... 56

    Determinacin de las condiciones de separacin de los componentes del extracto de los colorantes del

    tomate. ..................................................................................................................................................... 56

    Empaquetamiento de la columna ............................................................................................................ 56

    Carga de la muestra ................................................................................................................................ 58

    Elucin de la columna ............................................................................................................................. 58

    Comparacin de la separacin realizada, mediante cromatografa en capa fina .................................. 59

    CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 61

    PRCTICA # 4: SINTESIS DEL CICLOHEXENO ................................................................................... 63

    OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 63

    ANTECEDENTES....................................................................................................................................... 63

    REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIMETRIA .................................................................................... 63

    MECANISMO ............................................................................................................................................. 63

    PARTE EXPERIMENTAL .................................................................................................................................. 64

    MATERIAL .............................................................................................................................................. 64

    SUSTANCIAS .......................................................................................................................................... 65

    INFORMACIN ...................................................................................................................................... 65

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 65

    Mtodo A. Por destilacin fraccionada. .................................................................................................. 65

    Mtodo B. Por reflujo directo. ................................................................................................................ 67

    PRUEBAS DE INSATURACIN. ............................................................................................................ 68

  • INDICE

    vi

    REACCIN CON BR2/CCL4. ............................................................................................................................ 68

    REACCIN CON KMNO4. ............................................................................................................................... 68

    NOTAS ..................................................................................................................................................... 68

    DIAGRAMA ECOLOGICO ................................................................................................................................. 69

    CUESTIONARIO ........................................................................................................................................ 70

    BIBLIOGRAFA .......................................................................................................................................... 70

    ESPECTROS DE I.R. ........................................................................................................................................ 71

    PRCTICA # 5A: OBTENCION DE ACIDO BENZOICO Y ALCOHOL BENZILICO ...................... 73

    OBJETIVOS .................................................................................................................................................... 73

    REACCIN ..................................................................................................................................................... 73

    MECANISMO ................................................................................................................................................. 73

    PARTE EXPERIMENTAL............................................................................................................................ 74

    MATERIAL ................................................................................................................................................. 74

    SUSTANCIAS ............................................................................................................................................. 75

    PROCEDIMIENTO........................................................................................................................................ 75

    ESPECTROS DE I.R. ........................................................................................................................................ 76

    BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................................. 76

    PRCTICA # 5B: OBTENCIN DE ACIDO BENZOICO A PARTIR DE ACETOFENONA ............. 77

    OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 77

    ANTECEDENTES ....................................................................................................................................... 77

    REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIMETRIA .................................................................................... 77

    MECANISMO ............................................................................................................................................. 78

    PARTE EXPERIMENTAL .......................................................................................................................... 81

    MATERIAL .............................................................................................................................................. 81

    SUSTANCIAS .......................................................................................................................................... 81

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 81

    DIAGRAMA ECOLGICO ........................................................................................................................ 82

    CUESTIONARIO .............................................................................................................................................. 83

    ESPECTROS DE I.R. ........................................................................................................................................ 83

    BIBLIOGRAFA .......................................................................................................................................... 84

    PRCTICA # 6: SISTESIS DEL BENZOATO DE METILO ................................................................... 85

    OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 85

    Objetivo general: ..................................................................................................................................... 85

  • INDICE

    vii

    Objetivos Especficos: ............................................................................................................................. 85

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................. 85

    REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIMETRIA................................................................................................ 86

    MECANISMO .................................................................................................................................................. 86

    PARTE EXPERIMENTAL .................................................................................................................................. 88

    MATERIAL .............................................................................................................................................. 88

    SUSTANCIAS .......................................................................................................................................... 88

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 88

    PRECAUCIONES ESPECIALES. ...................................................................................................................... 89

    DIAGRAMA ECOLGICO ................................................................................................................................ 91

    CUESTIONARIO ............................................................................................................................................. 92

    ESPECTROS DE I.R. ....................................................................................................................................... 92

    BIBLIOGRAFA ......................................................................................................................................... 94

    PRCTICA # 7: OBTENCIN DE UNA ESENCIA NATURAL ............................................................. 95

    OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 95

    Objetivo general:..................................................................................................................................... 95

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................. 95

    INTRODUCCIN ............................................................................................................................................. 95

    PARTE EXPERIMENTAL .................................................................................................................................. 96

    MATERIAL .............................................................................................................................................. 96

    SUSTANCIAS .......................................................................................................................................... 97

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 97

    Aceites de clavo o de la pimienta inglesa ................................................................................................ 97

    Preparacin de un derivado .................................................................................................................... 98

    Aceite de cinamomo ................................................................................................................................ 98

    Preparacin del derivado ........................................................................................................................ 99

    PRCTICA # 8A: REACCION DE GRIGNARD. SINTESIS DEL ACIDO VALERICO O SINTESIS

    DEL 4-METIL-3-HEPTANOL ...................................................................................................................... 81

    OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 81

    ANTECEDENTES....................................................................................................................................... 81

    REACCIONES A EFECTUAR Y ESTEQUIMETRIA ........................................................................................... 81

    Sntesis de cido valerico ........................................................................................................................ 81

    Sintesis del 4-metil-3-heptanol ................................................................................................................ 82

    MECANISMO .................................................................................................................................................. 82

    PARTE EXPERIMENTAL .................................................................................................................................. 82

    MATERIAL .............................................................................................................................................. 82

  • INDICE

    viii

    SUSTANCIAS .......................................................................................................................................... 83

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 83

    Acido Valerico ......................................................................................................................................... 83

    4-metil-3-heptanol ................................................................................................................................... 84

    PRCTICA # 8B: REACCION DE GRIGNARD PREPARACION DE TRIFENIL CARBINOL ........ 82

    OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 82

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................. 82

    REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIMETRIA ................................................................................................ 82

    MECANISMO .................................................................................................................................................. 83

    FORMACIN DE BROMURO DE FENIL MAGNESIO: ........................................................................................... 83

    FORMACIN DEL TRIFENIL CARBINOL ........................................................................................................... 85

    PARTE EXPERIMENTAL .................................................................................................................................. 87

    MATERIAL .............................................................................................................................................. 87

    SUSTANCIAS .......................................................................................................................................... 87

    PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 87

    Bromobenceno ......................................................................................................................................... 88

    Bromuro de fenil magnesio...................................................................................................................... 89

    Adicin de benzofenona ........................................................................................................................... 90

    Adicin de benzoato de etilo .................................................................................................................... 90

    DIAGRAMA ECOLGICO .......................................................................................................................... 91

    REACCIN DE GRIGNARD .............................................................................................................................. 91

    OBTENCIN DE TRIFENIL CARBINOL .............................................................................................................. 91

    REACCIN DE GRIGNARD .............................................................................................................................. 92

    OBTENCIN DE TRIFENIL CARBINOL .............................................................................................................. 92

    CUESTIONARIO ........................................................................................................................................... 93

    BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................................. 93

    PRCTICA # 9: CONDENSACION DE CLAISEN-SCHMIDT. SNTESIS DE DIBENZALACETONA

    .......................................................................................................................................................................... 95

    OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 95

    ANTECEDENTES ............................................................................................................................................. 95

    REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIOMETRIA ............................................................................................. 95

    MECANISMO DE LA REACCIN ....................................................................................................................... 96

    PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................................................ 100

    MATERIAL ............................................................................................................................................ 100

    SUSTANCIAS ........................................................................................................................................ 100

  • INDICE

    ix

    PROCEDIMIENTO ................................................................................................................................... 100

    Datos para la cromatografa en capa fina (c.c.f) .................................................................................. 100

    CUESTIONARIO ...................................................................................................................................... 101

    BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................................ 101

    DIAGRAMA ECOLGICO ............................................................................................................................... 102

    ESPECTROS DE I.R. ..................................................................................................................................... 103

    PRCTICA # 10: SALES DE DIAZONIO. OBTENCIN DEL ACIDO SULFANLICO, NARANJA

    DE METILO Y NARANJA II ..................................................................................................................... 105

    OBJETIVOS .............................................................................................................................................. 105

    ANTECEDENTES..................................................................................................................................... 105

    REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIOMETRIA ............................................................................... 106

    MECANISMO DE LA REACCIN .......................................................................................................... 108

    Acido sulfanlico .................................................................................................................................... 108

    Sal de diazonio ...................................................................................................................................... 110

    PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................................................ 112

    MATERIAL ............................................................................................................................................ 112

    SUSTANCIAS ........................................................................................................................................ 113

    PROCEDIMIENTO ................................................................................................................................... 113

    Acido sulfanlico .................................................................................................................................... 113

    Anaranjado de metilo ............................................................................................................................ 113

    Naranja II .............................................................................................................................................. 114

    DIAGRAMA ECOLGICO .............................................................................................................................. 115

    Preparacin del cido sulfanlico ......................................................................................................... 115

    Obtencin de anaranjado de metilo ...................................................................................................... 116

    Obtencin de naranja II ........................................................................................................................ 117

    CUESTIONARIO ...................................................................................................................................... 118

    BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................................ 119

    ESPECTROS DE I.R. ..................................................................................................................................... 120

    PRCTICA # 11: SINTESIS DE CICLOHEXANONA POR OXIDACION DE CICLOHEXANOL

    CON HIPOCLORITO DE SODIO ............................................................................................................. 121

    OBJETIVOS .............................................................................................................................................. 121

    ANTECEDENTES ........................................................................................................................................... 121

    REACCIN A EFECTUAR Y ESTEQUIOMETRIA ........................................................................................... 121

    MECANISMO DE LA REACCIN ..................................................................................................................... 122

    PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................................................ 123

    MATERIAL ............................................................................................................................................ 123

  • INDICE

    x

    SUSTANCIAS ........................................................................................................................................ 123

    PROCEDIMIENTO ................................................................................................................................... 123

    Pruebas de identificacin ...................................................................................................................... 124

    DIAGRAMA ECOLGICO .............................................................................................................................. 125

    CUESTIONARIO ...................................................................................................................................... 126

    BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................................. 127

    ESPECTROS DE I.R. ...................................................................................................................................... 127

    PRACTICA 12: SUSTITUCIN ELECTROFLICA AROMTICA: NITRACIN DE LA ANILINA

    ........................................................................................................................................................................ 129

    INTRODUCCIN ........................................................................................................................................... 129

    REACTIVOS ................................................................................................................................................. 130

    1. PREPARACIN DE LA ACETANILIDA (2) .................................................................................................... 130

    2. PREPARACIN DE LA P-NITROACETANILIDA (3) ....................................................................................... 130

    3. DESPROTECCIN DEL GRUPO NH2: PREPARACIN DE P-NITROANILINA (4) .......................... 130

    PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................................... 130

    1. Preparacin de la acetanilida (2) ..................................................................................................... 130

    2.Preparacin de la p-nitroacetanilida (3) ........................................................................................... 131

    3. Desproteccin del grupo NH2: Preparacin de p-nitroanilina (4) .................................................... 131

    CUESTIONES ................................................................................................................................................ 131

    ESPECTROS DE I.R. ...................................................................................................................................... 132

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    1

    PRACTICA # 1: TECNICAS EXPERIMETALES

    PUNTO DE FUSIN SIMPLE Y MIXTO

    ANTECEDENTES

    Punto de fusin como constante fsica.

    Factores estructurales que determinan la fusin de un slido.

    Factores experimentales que determinan la fusin de un slido.

    Influencia de las impurezas en el punto de fusin.

    Mtodos, aparatos y equipos para determinar el punto de fusin.

    Mezclas eutcticas.

    Punto de fusin mixto.

    TEORIA

    Punto de fusin

    El punto de fusin de un slido cristalino es la temperatura a la cual, la fase slida y

    lquida se encuentra en equilibrio bajo la presin de una atmsfera.

    Cuando una pequea cantidad de una sustancia slida se calienta lentamente, se lee

    la temperatura a la cual se observa la primera gota de lquido en la muestra slida, sta es la

    temperatura mnima del intervalo de fusin de dicha sustancia. La temperatura a la que, la

    muestra finalmente resulta lquida, es la temperatura mxima del intervalo de fusin. Para

    sustancias puras, el intervalo entre esos dos puntos es muy corto (mximo 1 grado), un

    intervalo mayor indica que el producto est impuro.

    El punto de fusin es una propiedad fsica caracterstica de cada sustancia; es una

    constante muy sensible a la presencia de impurezas, entre ms pura sea una sustancia

    mayor ser su punto de fusin y menor ser el intervalo de fusin. Un compuesto orgnico

    impuro presenta no solo un amplio intervalo de fusin sino que su punto de fusin se abate

    en fusin de la cantidad de impurezas presentes.

    Por esta razn el punto de fusin es un ndice de pureza usado para un compuesto

    orgnico slido.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    2

    Punto de fusin de compuesto impuros; diagrama de presin de

    vapor-temperatura

    La razn por la que el punto de fusin de una sustancia pura y cristalina es constante

    e instantneo puede verse mediante el diagrama presin de vapor-temperatura.

    En la figura podemos observar que la curva AB corresponde a la presin de vapor,

    determinada experimentalmente, de un slido X puro a las temperaturas comprendidas entre

    TA a TB; BC muestra la presin de vapor del lquido puro X a las temperaturas

    comprendidas entre TA a TC. A la temperatura TB, las presiones de vapor de las fases slidas

    y lquidas de la sustancia pura X son iguales a PB; o lo que es lo mismo, las curvas de

    presin de vapor para la fase slida y lquida se cortan en el punto B. La temperatura TB es

    por lo tanto el punto de fusin de X, es decir la temperatura en la que la fase slida y

    lquida de X existe en equilibrio, una en presencia de la otra a la presin de una atmsfera.

    Se debe evaluar el efecto que una pequea cantidad de una impureza Y (que es

    soluble en el lquido X) ejerce sobre el punto de fusin de un producto. En el preciso

    momento en que el ltimo cristal de X ha fundido, toda la impureza Y se habr disuelto en

    X. El punto de fusin sigue siendo la temperatura a la cual el lquido y el slido de X

    existen en equilibrio a la presin de 1 atmsfera; la presin de vapor que hay que considerar

    aqu no es la total de la solucin lquida (debido a X y Y), sino solamente la presin de

    vapor parcial debida al lquido X. Como la presencia de esta impureza disuelta disminuir

    la presin de vapor debida al lquido X en el intervalo total de temperaturas de la solucin

    lquida (curva B1C1), est claro que la presin de vapor del slido X ser igual a la debida al

    lquido X en la solucin a la temperatura TB1, que es ms baja que la del punto de fusin TB

    de la sustancia pura.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    3

    En otras palabras. En presencia de esta cantidad de impurezas Y, la temperatura a la

    que funden las ltimas trazas de X disminuye hasta TB1, y el efecto de la impureza Y es

    precisamente bajar el punto de fusin de X, lo mismo que cuando al hielo se le agrega sal o

    alcohol, se baja su punto de fusin por debajo de los 0 C.

    Punto de fusin de mezcla de compuestos

    El diagrama que muestra el comportamiento de una mezcla de dos componentes en

    fusin (A + B), lo podemos observar a continuacin.

    Este diagrama se construye determinando los puntos de fusin de mezclas

    preparadas a diferentes proporciones de un producto B en un producto A.

    Esta grfica al mismo tiempo indica que el punto de congelacin (paso de lquido a

    slido), de un producto puro se bate por la presencia de una impureza.

    Si la sustancia A pura tiene menor punto de fusin que B pura, se observa que el

    punto de fusin disminuye hasta un punto mnimo llamado punto eutctico, en el cual,

    adems, el intervalo de fusin se hace mnimo, pudindose pensar que fuera pura, bajo ese

    criterio.

    No todas las mezclas binarias tienen un punto eutctico y en cambio otras mezclas

    tienen varios puntos eutcticos.

    Cuando una mezcla de 80% de A y 20% de B (en moles), se calienta, antes de

    hacerse miscible la primera gota de lquido la mezcla se reblandece debido a que B se

    empieza a disolver en el producto A fundido, cuando se alcanza la mxima solubilidad de

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    4

    B en A, se observa la primera gota, punto inicial de la fusin; luego ms cantidad de B

    funde hasta que todo es un lquido, mxima temperatura del punto de fusin. El punto

    mnimo de fusin de cualquier mezcla siempre ser el punto eutctico (Tc), sin embargo no

    siempre es fcil de observar esta temperatura y la aparicin de la primera gota generalmente

    ocurre arriba de Tc.

    Punto de fusin de compuestos desconocidos

    En la identificacin de un compuesto desconocido es sumamente til recurrir a la

    determinacin de un punto de fusin mixto. Se prepara una mezcla (1:1) del compuesto

    desconocido y el compuesto puro que se supone es idntico (compuesto de referencia), los

    cuales tienen un punto de fusin muy similar o igual. A continuacin se determinan los

    puntos de fusin del compuesto desconocido, del compuesto de referencia y de la mezcla

    de ambos, al mismo tiempo y en el mismo aparato. Si los tres se funden simultneamente,

    el compuesto desconocido y el de referencia son idnticos. Si la mezcla tiene el punto de

    fusin ms bajo, los dos compuestos son diferentes.

    Mtodos, aparatos y equipos para determinar el punto de fusin

    Existen varios tipos de aparatos para determinar el punto de fusin.

    Uno de stos aparatos utiliza un tubo de Thiele y tubos capilares de vidrio para

    contener la muestra, los cuales se colocan en un bao de calentamiento. Otros aparatos

    cuentan con planchas de calentamiento en la que se coloca la muestra entre dos

    cubreobjetos, ambos aparatos cuentan con un termmetro y en algunos casos con un

    restato que regula la velocidad de calentamiento.

    Los termmetros para la realizacin del punto de fusin deben ser calibrados,

    mediante la determinacin del punto de fusin de cinco o seis compuestos puros que

    abarquen un amplio rango de temperatura del termmetro.

    CUESTIONARIO

    1. Explique si mezclas de sustancias diferentes, pero con punto de fusin igual, funden a

    temperatura igual o diferente a las de as sustancias originales.

    2. Explique por qu una sustancia impura presenta un abatimiento en su punto de fusin.

    3. Cules son los parmetros que influyen en el valor del punto de fusin?

    4. Si tiene los siguientes ismeros; explique la diferencia en los puntos de fusin de stos.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    5

    C C

    C C

    H H

    OH OH

    O O

    C C

    C

    CH

    HOH

    OH

    O

    O

    Acido malicop.f. 140-142 C

    Acido fumricop.f. 299-300 C (sublima)

    5. Qu parmetro experimental deben controlarse en la determinacin del punto de fusin

    por el mtodo de Thiele?

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    6

    SOLUBILIDAD EN DISOLVENTES ORGNICOS Y CRISTALIZACIN SIMPLE

    ANTECEDENTES

    Solubilidad.

    Disolventes utilizados en cristalizacin. Sus propiedades y caractersticas.

    Pruebas de solubilidad. Factores que determinan la solubilidad.

    Eleccin de un disolvente para una cristalizacin.

    Factores que influyen en la cristalizacin.

    Formas de inducir la cristalizacin.

    Diversas tcnicas de filtracin.

    Etapas del proceso de cristalizacin como mtodo de purificacin de slidos.

    TEORIA

    Solubilidad

    Por lo general, los compuestos orgnicos slidos se pueden purificar por

    cristalizacin. La tcnica general incluye la disolucin del slido que va a ser cristalizado,

    en un disolvente o mezcla de disolvente calientes a punto de ebullicin y, posteriormente, al

    enfriar la solucin, cristaliza o precipita como slido amorfo. A este fenmeno se le llama

    cristalizacin si el crecimiento del cristal es relativamente lento y selectivo o tambin se le

    conoce como precipitacin si el proceso es muy rpido y no selectivo.

    La cristalizacin es un proceso de equilibrio de las molculas en una red cristalina

    con las molculas en solucin, y de este proceso resulta un slido puro.

    Inicialmente se forma un pequeo ncleo cristalino y a partir de l van creciendo las

    capas cristalinas en un proceso reversible y selectivo. Las molculas no adecuadas a la red

    cristalina, posiblemente regresen a la solucin y las molculas adecuadas son retenidas en

    ella.

    En cualquier cristalizacin, un enfriamiento de la solucin demasiado rpido o

    demasiado lento debe evitarse. Se debe evitar enfriar muy rpido, as como aadir

    rpidamente un disolvente en el cual no es soluble el producto, ambos son errores que

    conducen a una mala purificacin.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    7

    La cristalizacin est fundamentada en las relaciones de solubilidad soluto

    disolvente, por lo tanto, el slido debe presentar un comportamiento de solubilidad

    adecuado. La solubilidad de los compuestos orgnicos es una funcin de las polaridades del

    disolvente y en soluto.

    Cuando se disuelve un slido o un lquido, las unidades estructurales (iones o

    molculas) se separan y el espacio entre ellas es ocupado por molculas de disolvente.

    Para que exista la disolucin, debe suministrarse energa para vencer las fuerzas

    intermoleculares o interinicas; esta energa proviene de las interacciones electrostticas

    solutodisolvente.

    En molculas polares, estas interacciones electrostticas son dipolodipolo, puente

    de hidrgeno (fenmenos de solvatacin), mientras que en molculas no polares las

    interacciones son del tipo de las fuerzas de van der Waals.

    Existe una regla emprica qu establece lo semejante disuelve a lo semejante. Si el

    soluto es muy polar, lo disolver un disolvente muy polar; si es no polar, un disolvente no

    polar lo disolver. Los compuestos que tienen grupos funcionales capaces de formar

    puentes de hidrgeno (por ejemplo, -OH, -NH2, -COOH, -CONH2) son:

    Estos compuestos son ms solubles en disolventes hidroxlicos como el agua o

    metanol que en hidrocarburos como benceno o hexano. Si el grupo funcional no predomina

    en la molcula, la solubilidad cambia. Por ejemplo, el alcohol dodecilico, CH3-(CH2)10-

    CH2-OH, es insoluble en agua, su cadena de doce tomos de carbono causa que sea ms

    parecido a un hidrocarburo que a un alcohol. Otra molcula interesante es el p-terbutil

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    8

    fenol, la cual por la presencia del grupo OH es soluble en agua pero tambin es soluble en

    hexano por la parte alquilarlica de la molcula.

    La estructura de la red cristalina tambin afecta la solubilidad. Por ejemplo, entre

    ismeros, aquel de punto de fusin mayor, presentara menor solubilidad que los otros con

    respecto a determinado disolvente.

    TEORA DE LA CRISTALIZACIN

    La cristalizacin de un slido depende de la diferencia de solubilidad de ste en un

    disolvente a temperatura ambiente y a temperatura de ebullicin. Tambin es importante

    considerar la solubilidad de las impurezas, cuando la solubilidad de ellas es igual en el

    disolvente fri como en el disolvente caliente, no se logra purificar el slido por

    cristalizacin.

    Un slido puede ser purificado por cristalizacin cuando la solubilidad del slido y

    las impurezas son diferentes y las impurezas representan una pequea proporcin con

    relacin al peso total del slido; al enfriar la solucin el slido cristaliza y las impurezas no.

    Lo anterior se puede entender con el siguiente diagrama 1 que considera un slido

    A y su impureza B. A la solucin remanente despus de la cristalizacin se le llama

    lquido madre.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    9

    SELECCIN DE DISOLVENTE

    La seleccin del disolvente para cristalizacin se realiza mediante pruebas de

    solubilidad del slido por purificar con una variedad de disolventes. El slido debe reunir

    ciertas condiciones de solubilidad con respecto al disolvente.

    El slido debe ser ligeramente soluble o insoluble a temperatura ambiente y

    totalmente soluble a la temperatura de ebullicin del disolvente; el disolvente que rena

    estas caractersticas ser el ideal para cristalizar el slido.

    La grfica de solubilidad ante la temperatura nos muestra el comportamiento de un

    disolvente ideal respecto a otros disolventes.

    A: disolvente ideal en el que el slido es poco soluble a temperatura ambiente y

    muy soluble a ebullicin.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    10

    B: disolvente en el que el slido es poco soluble.

    C: disolvente en el que el slido es muy soluble.

    Al realizar las pruebas de solubilidad es importante tener la relacin correcta

    slido/disolvente, por esta razn se utiliza 0.1 g de slido por 3 mL de disolvente. Otras

    caractersticas que debe reunir el disolvente ideal son las siguientes:

    No debe reaccionar con el slido.

    Tener punto de ebullicin inferior al punto de fusin del slido por purificar; debe

    evitarse utilizar disolventes de punto de ebullicin ms alto que el punto de fusin del

    slido por cristalizar, para evitar que ste se funda en vez de disolverse.

    Debe presentar volatilidad moderada (bajo p. eb.) para eliminar con cierta facilidad

    de los cristales.

    Experimentalmente, las pruebas se realizan en una serie de tubos de ensayos limpios

    y secos, en donde se coloca la cantidad de slido y el disolvente en la relacin adecuada.

    Las pruebas de solubilidad se realizan con diferentes disolventes para obtener una

    informacin completa acerca de la solubilidad del slido.

    Si el compuesto es conocido, se investiga su solubilidad en libros de constantes

    fsicas para elegir el disolvente adecuado para la purificacin.

    TCNICA DE CRISTALIZACIN

    Disolucin de slidos. La disolucin de slidos se realiza de preferencia en

    matraces Erlenmeyer en lugar de vasos o cualquier otro recipiente, con el objeto de

    proteger la solucin del polvo y evitar una evaporacin excesiva de disolvente.

    El slido se pulveriza antes de disolverlo; la prdida de slido es el lquido madre se

    evita con la saturacin adecuada de la solucin, la cual al enfriar, transformar con alto

    rendimiento el slido en cristales.

    Antes de iniciar el calentamiento de un disolvente es necesario agregar un pequeo

    fragmento de material poroso (carborundum, tezontle, plato poroso, etc.) para evitar el

    sobrecalentamiento del mismo.

    El disolvente se calienta a punto d ebullicin, se agrega la cantidad necesaria al

    slido para disolverlo y la mezcla se calienta nuevamente hasta ebullicin. Si el slido no

    se ha disuelto, se adiciona otro pequeo volumen de disolvente caliente y nuevamente se

    lleva a ebullicin hasta lograr la disolucin total del slido en la mnima cantidad del

    disolvente.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    11

    Filtracin. Es comn que el slido impuro presente partculas de impurezas

    insolubles, polvo, fibras de papel y restos de otros materiales; las cuales se pueden

    pretender disolver sin lograrlo y aumentar sin necesidad, el volumen del disolvente usado.

    Para eliminar estas impurezas, se utiliza la filtracin por gravedad en caliente en el embudo

    de vidrio de tallo corto. Es conveniente antes de filtrar, precalentar el embudo y el matraz

    donde se va a recibir el filtrado, para evitar la cristalizacin del slido en el tallo del

    embudo.

    El papel filtro debe utilizarse estriado o en forma de cono para aumentar la

    velocidad de filtracin. La solucin caliente se filtra por gravedad para eliminar las

    impurezas insolubles y restos de carbn activado. Si los cristales empiezan a formarse en el

    filtro durante la filtracin por gravedad, se adiciona una cantidad mnima de disolvente

    caliente para disolverlos.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    12

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    13

    CRISTALIZACIN

    La solucin filtrada se deja reposar a temperatura ambiente durante 5 minutos y

    posteriormente se enfra en un bao de hielo. Si al enfriar la solucin no cristaliza, debe

    inducirse la cristalizacin empleando diferentes tcnicas:

    a) Siembra de la solucin con cristales puros de la misma sustancia que se est

    purificando y que sirven como ncleos de cristalizacin.

    b) Raspar las paredes del matraz con una varilla o esptula. Este movimiento debe

    ser vertical y firme para producir vibraciones de alta frecuencia que induzcan la

    cristalizacin. Tambin es probable que la induccin de la cristalizacin se deba

    a la introduccin de pequeos cristales formados por evaporacin del disolvente

    en las paredes del matraz y que sirve como ncleo de cristalizacin.

    c) Si no se logra la cristalizacin utilizando los incisos a y b, puede deberse al

    exceso de disolvente; si es el caso, es necesario evaporar un poco y volver a

    enfriar, repitiendo lo indicado en los incisos.

    Separacin de cristales. La filtracin a vaco se utiliza para separar los cristales del

    lquido madre. El material necesario para esta operacin es el siguiente: embudo Bchner,

    adaptador de hule, matraz Kitasato, tubo de hule para vaco, pinzas, soporte y papel filtro

    circular a la medida para que cubra los orificios del embudo Bchner.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    14

    CUESTIONARIO

    1. Qu informacin se obtiene de un slido al que se le realizan pruebas de solubilidad

    con disolventes orgnicos de polaridad conocida?

    2. Un slido que es soluble en fri, podr recristalizarse del disolvente en que se

    encuentra? Fundamente su respuesta.

    3. Un slido que es insoluble en caliente, podr recristalizarse del disolvente en que se

    encuentra? Fundamente su respuesta.

    4. Cules son las principales caractersticas que debe presentar un slido para

    recristalizarlo de su disolvente ideal?

    5. En qu parte del proceso de recristalizacin es eliminada cada una de las impurezas

    solubles e insolubles?

    6. Qu condiciones se deben controlar en el enfriamiento de la solucin para tener

    cristales de mxima pureza?

    7. Prediga cuales de los siguientes compuestos son ms solubles en benceno, justifique su

    respuesta:

    8. a) Acido oxlico b) etilendiamina c) malonato de etilo

    9. De la siguiente lista de compuestos orgnicos (izquierda) y disolventes (derecha), elija

    el disolvente en el cual cada slido sea semejante para ser soluble (no necesariamente

    disolvente ideal).

    a)

    CH3 CH2 CH2 OH4

    CH3 CH2 C

    O

    O-Na

    +

    b)

    c)

    d)

    OH2

    CH3 CH2 OH

    ter de petrleo

    a)

    b)

    c)

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    15

    10. Qu se hace con los slidos contenidos en las aguas madres?

    11. Cul es el objetivo de determinar el punto de fusin antes y despus de cristalizar un

    slido?

    12. Por qu razn no se debe desechar por el drenaje, disolventes orgnicos como: hexano,

    acetato de etilo, acetona, etanol y metanol?

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    16

    PUNTO DE EBULLICIN, DESTILACIN SIMPLE Y FRACCIONADA

    ANTECEDENTES

    Relacin entre las propiedades fsicas y la estructura molecular de los alcanos y los

    alcoholes.

    Propiedades fsicas de alcanos y alcoholes.

    Presin de vapor. Punto de ebullicin.

    Destilacin simple y fraccionada. Caractersticas y diferencias.

    Diagrama de composicin vapor-lquido.

    Concepto de plato terico y nmero de platos tericos en una columna de destilacin

    fraccionada.

    Eficiencia de la columna de destilacin fraccionada. Factores que intervienen en una

    destilacin.

    Ley de Raoult.

    TEORIA

    Punto de ebullicin, relacin estructura-punto de ebullicin

    El punto de ebullicin de un lquido es la temperatura a la cual su presin de vapor

    es igual a la presin externa.

    Para que una sustancia alcance su punto de ebullicin, es necesario suministrar la

    energa necesaria para que pase del estado lquido al estado de vapor.

    En general, los factores que determinan el punto de ebullicin son: el peso

    molecular, la forma lineal o ramificada de las molculas, su polaridad y la asociacin

    intermolecular.

    En el caso de los alcoholes se ha observado que a medida que aumenta el nmero de

    carbono, de la cadena lineal, el punto de ebullicin tambin aumenta; sin embargo, ste

    disminuye al aumentar las ramificaciones moleculares.

    Entre los hidrocarburos, los factores que determinan puntos de ebullicin suelen ser

    principalmente el peso molecular y la forma, lo que es de esperar de molculas que se

    mantienen unidas esencialmente por fuerzas de van der Waals.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    17

    Dentro de una familia es de esperar que cuanto ms grande sea una molcula y, por

    lo mismo, su superficie, ms intensa son las fuerzas intermoleculares. El punto de

    ebullicin aumenta conforme crece el nmero de carbonos; el punto de ebullicin sube

    porque las fuerzas intermoleculares se intensifican a medida que aumenta el tamao

    molecular.

    Un ismero ramificado tiene un punto de ebullicin ms bajo que uno de cadena

    recta. Al aumentar las ramificaciones en una molcula, la forma de sta tiende a

    aproximarse a la de una esfera, con lo que disminuye sus superficie; esto se traduce en un

    debilitamiento de las fuerzas intermoleculares.

    Los alcoholes tambin exhiben un aumento del punto de ebullicin, con un nmero

    creciente de tomos de carbono y una disminucin del mismo, con una mayor ramificacin.

    Sus puntos de ebullicin anormalmente elevados se deben a que son lquidos

    asociados y por lo mismo requieren mayor energa para romper los puentes de hidrgeno

    que mantienen unidas a las molculas.

    Destilacin simple

    La destilacin es un proceso que consiste en la evaporacin de un lquido,

    condensacin del vapor y coleccin del condensado.

    Cuando una sustancia lquida se contamina con pequeas cantidades de impurezas,

    stas pueden eliminarse por algn mtodo de destilacin, Se dice entonces que se efecta

    una purificacin.

    Cuando dos o ms sustancias lquidas se encuentran formando mezclas en

    proporcin relativamente parecida, se dice que la destilacin puede usarse para la

    separacin de componentes.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    18

    En cada caso, deber elegirse la tcnica de destilacin ms acorde con las

    caractersticas de la muestra.

    Existen cuatro mtodos de destilacin: destilacin simple, destilacin fraccionada,

    destilacin a presin reducida y destilacin por arrastre con vapor.

    La relacin entre la presin y la temperatura de ebullicin de un lquido est

    determinada por su comportamiento presin de vapor-temperatura.

    Si un lquido contiene una impureza voltil, la separacin de ambos se realiza

    generalmente por destilacin. Cualquier par de sustancias que no tenga presiones de vapor

    idnticas se pueden separar por destilacin.

    Como regla general, se puede indicar que una mezcla de dos componentes con una

    diferencia de por lo menos 80 C puede separarse por una destilacin sencilla. Sustancias

    cuyos puntos de ebullicin difieren por menos de 80 C se separan por destilacin

    fraccionada. La destilacin simple se utiliza para la purificacin de compuestos orgnicos

    lquidos.

    Las mezclas, cuyos componentes no presentan grandes diferencias en sus puntos de

    ebullicin, se separan por destilacin fraccionada; esta tcnica se utiliza continuamente en

    la industria y laboratorios.

    Destilacin fraccionada

    La destilacin fraccionada debe emplearse para separar y purificar mezclas de

    sustancias de puntos de ebullicin cercanos. Actualmente se dispone de equipos de

    destilacin fraccionada muy eficaces para lograrlo.

    Si una mezcla formada por benceno (p. eb.: 80 C) tolueno (p. eb.: 110 C) cuyos

    componentes difieren 30 C en sus puntos de ebullicin, se separan por destilacin simple,

    y al trazar una grfica de punto de ebullicin ante volumen de destilado podemos concluir

    al observarla, que se trata de una mezcla de dos componentes de punto de ebullicin

    similar, por lo mismo, no se observa una separacin definida con este mtodo de

    destilacin.

    Con base en la grfica, se observa que no hay constancia en el punto de ebullicin

    porque ste aumenta continuamente.

    Esta misma mezcla se puede separar eficazmente utilizando la tcnica de destilacin

    fraccionada, al emplear una columna de fraccionamiento que proporciona una gran

    superficie para el intercambio de calor, en las condiciones de equilibrio, entre el vapor

    ascendente y el condensado descendente.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    19

    Al trazar una grfica de los puntos de ebullicin ante volumen de condensado, se

    observa una buena separacin donde hay definicin de las fracciones separadas.

    Diagrama de fase

    El diagrama de fase para una destilacin fraccionada de un sistema ideal de dos

    componentes (A y B), se utiliza para explicar el funcionamiento de una columna de

    fraccionamiento. El diagrama relaciona la composicin del lquido en ebullicin con su

    vapor como una funcin de la temperatura.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    20

    Diagrama de fase de la destilacin fraccionada de un sistema ideal de dos

    componentes

    Las lneas horizontales (L1 V1, L2 V2, L3 V3, etc.) representan la evaporacin en el

    ciclo evaporacincondensacin e indica la composicin del vapor en equilibrio con el

    lquido. Por ejemplo, a 63 C un lquido con una composicin de 50% de A (L3 sobre el

    diagrama) puede producir vapor con la siguiente composicin: 80% A (V3 en el diagrama)

    en el equilibrio. El vapor es ms rico en el componente de menor punto de ebullicin (A)

    con relacin al lquido original.

    Las lneas verticales (V1 L2, V2 L3 etc.) representan la condensacin en el ciclo

    evaporacincondensacin. Por ejemplo, el vapor en V3 se condensa para dar un lquido

    (L4) con la siguiente composicin: 80% de A. Este proceso de evaporacincondensacin

    se presenta a lo largo de la columna de fraccionamiento, como se muestra en la figura.

    Eficiencia de la columna

    La eficiencia de la columna se da con relacin a los platos tericos. Una columna

    puede tener un plato terico si el primer destilado tiene la composicin localizada en L2

    (20% A) iniciando con un lquido de composicin L1 (5% A) como se observa en el

    diagrama. Esto corresponde a una destilacin simple en el ciclo evaporacin condensacin.

    Una columna puede tener dos platos tericos si el destilado tiene la composicin L3

    (50% A) partiendo de un lquido de composicin L1 (5% A).

    Proceso de evaporacincondensacin en una columna de fraccionamiento

    Los dos platos tericos de la columna efectuarn dos destilaciones simples

    correspondiendo a las lneas L1V1L2 y L2V2L3 como se observa en el diagrama.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    21

    Para separar A de B se necesitan cinco platos tericos, o sea, se efectuaron a travs

    de ella cinco destilaciones simple.

    CUESTIONARIO

    1. De acuerdo as su formula estructural ordene los siguientes ismeros del pentano

    y hexano segn su punto de ebullicin creciente:

    CH3 C CH3

    CH3

    CH3

    CH3 CH2 CH2 CH2 CH3

    CH3 CH CH2 CH3

    CH3

    CH3 CH CH CH3

    CH3

    CH3

    CH3 C CH2 CH3

    CH3

    CH3

    CH3 CH CH2 CH2 CH3

    CH3

    a)

    b)

    c)

    d)

    e)

    f)

    2. Qu establece la Ley de Raoult? Conteste en palabras y matemticamente.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    22

    3. Tabla de presin de vapor para el benceno y tolueno a diferentes temperaturas:

    Temperatura mm.Hg Temperatura mm.Hg

    Benceno 30 C 120 Tolueno 30 C 37

    40 180 40 60

    50 270 50 95

    60 390 60 140

    70 550 70 200

    80 760 80 290

    90 1010 90 405

    100 1340 100 560

    111 711

    4. Cul es la fraccin molar de cada componente si 39 g de benceno (C6H6) se

    disuelven en 46 g de tolueno (C7H8)

    5. Considere a esta mezcla ideal, de acuerdo a la Ley de Raoult. Cul es la presin

    de vapor parcial del benceno en esta mezcla a 50 C?

    6. Cul es la composicin del vapor en el punto de ebullicin (50 C)?

    7. Qu finalidad tiene conectar el agua a contracorriente en el refrigerante?

    8. Qu criterio se sigue para separar diferentes fracciones durante una destilacin?

    Explique.

    9. En qu caso se recomienda utilizar la destilacin simple y en cules la

    destilacin fraccionada?.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    23

    EXTRACCIN CON DISOLVENTES ORGNICOS Y DISOLVENTES ACTIVOS

    ANTECEDENTES

    Coeficiente de reparto o de distribucin.

    Mtodos de extraccin: simple, mltiple y selectiva.

    Disolventes orgnicos y activos empleados para la tcnica de extraccin. Sus

    caractersticas fsicas y qumicas.

    Diseo de diagramas de separacin de mezclas: acido, base, neutro.

    Reacciones cido-base ocurridas al extraer compuestos con disolventes activos.

    Agentes desecantes.

    TEORIA

    Extraccin con disolventes orgnicos

    La extraccin es la transferencia de un soluto de un disolvente a otro. El soluto se

    extrae por un proceso de distribucin.

    Cuando una solucin (soluto A en disolvente 1) se agita con un segundo disolvente

    (disolvente 2) con el cual es inmiscible, el soluto se distribuye entre las dos fases hasta

    lograr una situacin de equilibrio. Al separarse las dos capas de los disolvente inmiscibles

    se determina la concentracin del soluto en cada capa, la relacin de las concentraciones en

    cada capa fase es una constante. Esta constante, es llamada coeficiente de distribucin (o

    particin), K, la cual es definida por:

    1

    2

    C

    CK

    Conde C1 y C2 son las concentraciones en equilibrio, en gramos/litro, del soluto en

    el disolvente 1 y en el disolvente 2 a una temperatura determinada.

    Esta relacin es independiente de la concentracin total y de los volmenes de los

    disolventes. El coeficiente de distribucin tiene un valor constante para cada soluto y es

    dependiente de la naturaleza del disolvente utilizado en cada caso.

    Con base en el coeficiente de distribucin, no todo el soluto se transfiere al

    disolvente 2 en una sola extraccin a menos que el valor de K sea muy alto. Generalmente

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    24

    se requieren varias extracciones para eliminar el soluto del disolvente 1. Los disolventes

    orgnicos utilizados en extraccin deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de

    solvatacin hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullicin para facilitar su

    eliminacin posterior. La extraccin tiene amplia aplicacin en la Qumica Orgnica. Se

    utiliza para extraer productos y eliminar impurezas de las mezclas de reaccin, se emplea

    tambin para extraer productos de tejidos animales o de plantas. Para extraer un soluto de

    una solucin es ms efectivo realizar varias extracciones empleando volmenes pequeos

    (extraccin mltiple), que realizar una sola extraccin (extraccin simple) mediante el

    empleo de un volumen grande de disolvente.

    Matemticamente esto se comprueba con la siguiente expresin:

    sK

    KWW

    v

    n

    Vo

    n

    Wn = g de soluto remanentes en la fase acuosa despus de n extracciones

    Wo = g de soluto en la fase acuosa

    V = volumen de fase acuosa

    S = volumen del disolvente de extraccin

    K = coeficiente de particin

    El embudo de separacin

    El embudo de separacin es la pieza que se utiliza en la extraccin. La forma

    correcta de agitar el embudo se muestra en la Figura 1. El tapn y la llave, que deben estar

    bien ajustados, que se lubrican con una grasa adecuada antes de usarlos. El embudo debe

    agitarse moderadamente y purgarlo (aliviar presin) con frecuencia, para evitar la presin

    en el interior (Figura 1 y 2).

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    25

    Figura 1: Agitacin del embudo

    Despus de agitar el embudo se debe reposar para la formacin de una interfase que

    da la pauta para la separacin de las fases. (Figura 3) En la identificacin de fases es

    importante conocer la densidad de los disolventes orgnicos para ubicar su posicin en el

    embudo con respecto a la fase acuosa. El nmero de extracciones en cada caso depende del

    coeficiente de distribucin del disolvente.

    Figura 2: Purga del embudo

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    26

    Figura 3: Separacin de fases

    Emulsiones

    Con frecuencia se forman emulsiones durante el proceso de extraccin. Estas

    pueden romperse mediante:

    Un movimiento de giro suave al lquido del embudo.

    Agitacin vigorosa de la capa emulsionada.

    Agitacin de la fase acuosa con solucin saturada de cloruro de sodio.

    Centrifugacin.

    Agente desecante qumico

    Un desecante debe reunir ciertas condiciones:

    No reaccionar con la sustancia que se va a secar.

    Ser eficaz, o sea, tener alto poder desecante; esto es, eliminar el agua

    completamente o casi completamente cuando se alcanza el equilibrio.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    27

    Tener gran capacidad de desecacin, es decir, eliminar una gran cantidad de

    agua por unidad de peso de desecante.

    Secar rpidamente (alcanzar rpido el equilibrio)

    Separarse fcilmente de la sustancia una vez seca.

    Los desecantes qumicos se pueden dividir en dos grupos:

    a) Aquellos que reaccionan qumicamente con el agua en un proceso no reversible,

    lo cual da lugar a un nuevo compuesto libre de agua.

    b) Los que se combinan reversiblemente con el agua para formar un hidrato.

    En la tabla 1 se presenta una serie de agentes desecantes con sus principales

    caractersticas y que son eliminados por filtracin.

    Tabla 1. Agentes desecantes

    Acidez Hidratacin Capacidad*

    Eficiencia**

    Velocidad***

    Uso

    Sulfato de

    Magnesio

    Neutro MgSO4.7H2O Alta Media Rpida General

    Sulfato de

    Sodio

    Neutro Na2SO4.7H2O

    Na2SO4.10H2O

    Alta Baja Media General

    Cloruro de

    Calcio

    Neutro CaCl2.2H2O

    CaCl2.6H2O

    Baja Alta Rpido Hidrocarburos

    Haluros

    Sulfato de

    Calcio

    Neutro CaSO4.1/2H2O

    CaSO4.2H2O

    Baja Alta Rpida General

    Carbonato

    de Potasio

    Bsico K2CO3.1/2H2O

    K2CO3. 2H2O

    Media Media Media Aminas, steres,

    bases, cetonas

    Hidrxido

    de Potasio

    Bsico Rpida General

    * Cantidad de agua eliminada por peso de agente secante

    ** Se refiere a la cantidad de H2O en solucin en equilibrio con el agente secante

    *** Se refiere a la velocidad de secado

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    28

    Extraccin selectiva con disolventes activos

    La extraccin selectiva se emplea para separar mezclas de compuestos orgnicos,

    en funcin de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de stos. Para realizar estas

    separaciones, es necesario utilizar disolventes activos, stos pueden ser cidos o bsicos.

    Los disolventes activos cidos que ms se utilizan son HCl y H2SO4 en solucin acuosa

    al 5 o 10%.

    Los disolventes activos bsicos pueden ser fuertes como NaOH, KOH o moderados

    como NAHCO3 y Na2CO3 en solucin acuosa al 5 y 10%.

    Las extracciones selectivas se basan en una reaccin cido-base entre el producto a

    separar y el disolvente activo ademado. Los compuestos inicos son ms solubles en agua

    que los compuestos covalentes y stos ms solubles en disolventes orgnicos que aquellos.

    Los compuestos bsicos como aminas, se extraen con disolventes activos cidos

    (HCl al 5 o 10%); la reaccin que ocurre es la siguiente:

    R NH2 + HCl R NH3+

    Cl-

    Unin covalente Unin inica

    Menos polar Ms polar

    Solubles en disolventes Soluble en agua

    Orgnicos

    Los cidos carboxlicos reaccionan con disolventes activos bsicos como NaOH,

    Na2CO3 o NAHCO3 al 5 o 10%,

    Las reacciones cido-base que se efectan son las siguientes:

    +CR OH

    O

    NaOH CR O-

    O

    Na+

    + OH2

    Unin covalente Unin inica

    Menos polar Ms polar

    Solubles en disolventes Soluble en agua

    Orgnicos

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    29

    Los fenoles son compuestos menos cidos que los cidos carboxlicos. Por esta

    caracterstica, reaccionan nicamente con bases fuertes como NaOH al 5 o 10%, lo anterior

    constituye la base para separar cidos de fenoles.

    OH

    + NaOH

    O-

    Na+

    + OH2

    FenolFenxido de sodioSal soluble en agua

    La extraccin selectiva tambin se utiliza para eliminar impurezas cidas o bsicas a

    un producto aislado de una mezcla de reaccin. Los compuestos que no tienen

    caractersticas cidas o bsicas los consideramos neutros. Los compuestos extrados pueden

    recuperarse por neutralizacin del disolvente activo para extraer.

    Si un compuesto est disuelto en fase bsica ste puede recuperarse acidificando la

    solucin. Por el contrario, si el compuesto est disuelto en fase acuosa cida, puede

    recuperarse al agregar una base y modificar el pH hasta lo bsico. Los compuestos neutros

    disueltos en un disolvente orgnico, se recuperar al eliminar el disolvente por destilacin.

    CUESTIONARIO

    1. Qu es un disolvente activo? Cite cinco ejemplos.

    2. En qu casos debe utilizarse la extraccin mltiple?

    3. En qu caso debe utilizarse la extraccin selectiva?

    4. Por qu el compuesto neutro debe obtenerse por destilacin del disolvente en el que se

    encuentra y no por cristalizacin en dicho disolvente?

    5. Diga cul de los siguientes sistemas de disolventes son factibles para la extraccin. De

    acuerdo a su densidad, en qu fase quedarian ubicados los disolventes?

    a) Hexano-agua b) Tolueno-agua c) Ac. Acetico-agua d) Ac. Clorhdrico-agua

    6. Disee un diagrama de separacin para una mezcla de m-nitroanilina, b-naftol y p-

    dicloro-benceno.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    30

    7. De acuerdo con un criterio de calidad, especificidad y costo qu tipo de hidrxido de

    sodio recomendara para un proceso de extraccin de la fase orgnica?

    a) Sosa en escamas b) Sosa al 50% (sol. Acuosa)

    c) Hidrxido de sodio grado R.A. d) Sosa custica grado Rayn

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    31

    SEPARACIN Y PURIFICACIN DE UNA MEZCLA DE TRES COMPONENTES

    OBJETIVOS

    Conocer la tcnica de extraccin como mtodo de separacin y purificacin de

    sustancias integrantes de una mezcla.

    Elegir los disolventes adecuados para un proceso de extraccin.

    Realizar diferentes tipos de extraccin: simple, mltiple y selectiva. Aplicarlos a

    problemas especficos.

    Conocer el proceso de destilacin simple.

    PARTE EXPERIMENTAL

    MATERIAL

    Embudo de separacin con tapn 1 Embudo de vidrio 1

    Probeta de 25 ml 1 Matraz pera Quickfit 1

    Vaso de precipitado de 250 ml 1 T de destilacin 1

    Vaso de precipitado de 150 ml 2 Refrigerente de agua con mangueraa 1

    Matraz Kitasato con manguera 1 Colector 1

    Esptula 1 Pinzas de 3 dedos con nuez 2

    Agitador de vidrio 1 Recipiente de peltre 1

    Embudo Bchner 1 Manta de calentamiento 1

    Matraces Erlenmeyer de 125 ml 3 Tubos de ensayo 8

    Matraces Erlenmeyer de 50 ml 4 Pipetas graduadas de 10 ml 2

    SUSTANCIAS

    Se entregara a cada grupo dos muestras problemas, las cuales pueden ser lquidas o

    slidas.

    PROCEDIMIENTO

    El estudiante deber realizarle un anlisis de la muestra y tomando en cuenta el

    estado fsico en el cual se presente la muestra, para luego tomara la decisin de que tipo de

    tcnica segn la teora estudiada debe aplicar para la separacin y purificacin de los

    componentes presentes en la muestra.

    Debern realizar un esquema de separacin y purificacin, dependiendo del caso a

    estudiar, y proponer que hacer con los desechos generados.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    32

    Una vez separados y purificados los compuestos el estudiante determinara los

    grupos funcinales o grupo funcional principal presente en los compuestos puros, adems

    deber determinarle las diferentes propiedades fsicas, dependiendo del estado de la

    muestra.

    Todos los anlisis realizados a la muestra se debern documentar, tanto en tablas

    como por escrito.

    Tratamiento de residuos

    Los residuos de este experimento son los siguientes.

    a) Residuos cidos: deben neutralizarse y desecharse en el embase dispuesto para

    los mismos. Si presentan slidos, se filtran previamente y se empacan para su

    posterior tratamiento.

    b) Residuos bsicos: el tratamiento es igual que para los residuos cidos.

    c) Residuos Etreos: recuperar l disolvente por destilacin para uso posterior; las

    colas de la destilacin se almacenan para su posterior tratamiento.

    d) Residuos de Na2SO4: lavar con etanol y secar en la estufa para su uso posterior.

    BIBLIOGRAFIA

    1. Brewster, R.Q., Vanderwerf, C.A. y McEwen, W.E., Curso prctico de qumica

    orgnica, 3. Ed., Alambra, S.A., Madrid, Espaa, 1979.

    2. Fessender, R.J. y Fessender, J.S., Techniques and Experiments for Organic

    Chemistry, Willard Grant Press, Boston, EU, 1983.

    3. Mayo, D.W., y Pike, R.M., Microscale Organic Laboratory, John Wiley and

    Sons, Nueva York, EU, 1986.

    4. Moore, J.A. y Dalrymple, D.L., Experimental Methods in Organic Chemistry,

    2a. ed., W.B. Saunders, Philadelphia, EU, 1976.

    5. Pavia, D.L., Lampman, G.M. y Kriz, G.S., Introduction to Organic Laboratory

    Techniques, Saunders College Publishing, 1988.

    6. Perry, Chemical Engineers Handbook, McGraw-Hill, EU.

    7. Roberts, R.M., Gilbert, J.C., Rodewald, L.B., Wingrove, A.S., Modern

    Experimental Organic Chemistry, 3. Ed., Holt, Reinehart and Winston, Nueva

    York, EU, 1979.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    33

    8. Vogel, A.I., A Textbook of Practical Organic Chemistry, 3a. ed., Longman,

    Londres, Inglaterra, 1962.

    9. Zubrick, J.W., Techniques and Experiments for Organic Chemistry, Survival

    Manual, John Wiley and Sons, 1984.

    10. Zubrick, J.W., The Organic Chemistry Laboratory, John Wiley and Sons, EU,

    1988.

  • Practica # 1 Tcnicas Experimentales

    34

  • Practica # 2 El Petrleo y sus Derivados

    35

    PRACTICA # 2: EL PETRLEO Y SUS DERIVADOS

    OBJETIVO

    Que el alumno entre en contacto con el petrleo crudo, sus orgenes, sus

    principales componentes, los mtodos usados para sus preparaciones y su

    aprovechamiento.

    Conocer los procesos de destilacin simple y fraccionada, sus

    caractersticas y factores que en ellas intervienen.

    Aplicar la tcnica de destilacin simple y fraccionada en la separacin de

    los componentes de un crudo.

    Aplicar la tcnica de destilacin a presin reducida en la purificacin de

    lquidos.

    INTRODUCCIN.

    El petrleo crudo, al igual que el gas natural, se extrae del subsuelo, su origen

    es igual que el gas. El petrleo natural no presenta utilidad comercial as como se

    encuentra, y por ello es necesario someterlo a un proceso de refinacin para obtener

    una gran cantidad de compuestos tiles para la industria qumica. La refinacin del

    petrleo se hace por medio de una destilacin. La refinacin del petrleo consiste en

    calentarlo progresivamente para que los hidrocarburos comiencen a evaporarse y a

    separarse de los dems componentes. Industrialmente la refinacin del petrleo se

    realiza en una columna de fraccionamiento en la cual se separan las distintas

    fracciones de hidrocarburos.

    Las fracciones ms voltiles o ligeras estn constituidas por los compuestos

    gaseosos y lquidos ligeros; estas fracciones salen de la columna por la parte superior.

    Las fracciones ms pequeas se destilan por la parte inferior de la columna. Este

    proceso se conoce como destilacin primaria y es el primer paso de la refinacin del

    petrleo.

    Para nosotros el petrleo es esencial y sin el nos quedaramos intiles a

    menos de que hubiera un nuevo y abundante combustible.

    El petrleo es esencialmente una mezcla de hidroc