Purificación de sólidos "Cristalización y

Sublimación"

Objetivo

• Conocer y entender los principios físicos y las técnicas para la purificación de sólidos. • Conocer y aplicar los diferentes procedimientos de cristalización y la

técnica de sublimación.

Parte teórica

• Es un método que sirve para purificar sustancias, consiste en formar una solución sobresaturada pues se basa en la solubilidad de las sustancias (a mayor temperatura, mayor solubilidad) el exceso de soluto sobresaturado es el que se cristaliza.

1.- principios teóricos

• Sublimación: procedimiento que se basa en modificar el estado sólido de un material por el de estado gaseoso, sin necesidad de llevarlo hacia el estado líquido

Cristalización: En este proceso los iones, moléculas o átomos que forman una red en la cual van formando enlaces hasta llegar a formar cristales,

2.-Analizar la diferencia entre un compuesto cristalino y una sustancia amorfa.

3.-Estudiar la relación entre solubilidad y temperatura

• Las soluciones de alta temperatura, causan que las piezas del soluto se separen y vuelvan libremente a la interacción con el disolvente.

4.-Entender el proceso de formación de una solución diluida, concentrada y sobresaturada

4.-Entender el proceso de formación de una solución diluida, concentrada y sobresaturada• Disolución diluida: En este tipo de disolución, hay poca cantidad de

soluto, por lo tanto el disolvente puede seguir admitiendo más soluto. • Disolución concentrada: En esta hay una cantidad considerable

de soluto disuelto, pero el disolvente todavía puede seguir admitiendo más cantidad soluto• Disolución saturada: Son aquellas que a una temperatura

determinada no pueden seguir admitiendo más soluto. Si la temperatura aumenta, la capacidad para admitir más soluto aumenta.

5.-Estudiar los principios físicos involucrados en el proceso de nucleación y crecimiento de las celdas

• Nucleación  :  es  la  generación de un pequeño  volumen de  fase cristalina como consecuencia de:• Fluctuaciones térmicas • Saturación de una disolución con respecto aun precipitado 

5.-Estudiar los principios físicos involucrados en el proceso de nucleación y crecimiento de las celdas

• Crecimiento cristalino: es la integración ordenada de partículas (átomos, moléculas, agrupaciones) en una superficie de un cristal o de un núcleo cristalino

6.- Conocer las propiedades físicas de los principales disolventes empleados en los procesos de cristalización.

7.-Conocer el procedimiento para seleccionar un disolvente adecuado para realizar una cristalización por medio de la determinación de pruebas de solubilidad.

El proceso de disolución es una simple mezcla molecular.En la elección del solvente se ha de tener en cuenta lo siguiente:

• Un solvente adecuado para cristalizar un compuesto, no debe reaccionar con la sustancia que se va purificar.• La diferencia de solubilidad de la sustancia en frió y en caliente sea la mayor posible la

mayor posible.• Un disolvente debe de disolver una gran cantidad de sustancia a la temperatura ambiente o

ligeramente por debajo de ella.• Debe poseer también un coeficiente de temperatura bajas para las impurezas y además al

enfriarse debe suministrar rápidamente cristales bien formados del compuesto que se purifica de los cuales deben ser rápidamente separables.• El disolvente que se ha de utilizar no debe de ser peligroso (inflamable), debe de ser barato.

7.-Conocer el procedimiento para seleccionar un disolvente adecuado para realizar una cristalización por medio de la determinación de pruebas de solubilidad.

• Ciertas impurezas sobre todo los colorantes no se logran eliminar por simple disolución y cristalización subsiguiente siendo necesario recurrir en tales casos a algunos de los medios siguientes:• Adición de algún adsorbente a la disolución caliente.• Precipitando una sal en la disolución, para que arrastre las impurezas

que deseamos eliminar.• Precipitando la sustancia que se trata de purificar en forma de uno de

sus compuestos insolubles.

8.- Conocer las principales técnicas de cristalización empleadas en la purificación de sólidos.

• Cristalización simple:• Se presenta cuando se tiene una disolución en la cual la única sustancia presente

en cantidades apreciables es el producto deseado. • Se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en un

disolvente en caliente que en frío.

1. El sólido que se va a purificar se pone en un vaso de precipitados con el disolvente adecuado y se calienta

2. se filtra a través de un filtro de pliegues en el que quedarán las impurezas insolubles

3. Cuando se enfríe la disolución filtrada, aparecerá el sólido puro. Para separarlo se filtrará de nuevo, pero en esta ocasión a vacío con trompa de agua, en un büchner-kitasatos.

8.- Conocer las principales técnicas de cristalización empleadas en la purificación de sólidos.

• cristalización por par de disolventes:• Con frecuencia hay sólidos que no reúnen las características ideales de

solubilidad para poder encontrarles el disolvente ideal. En estos casos se recurre a la técnica de cristalización por par de disolventes para purificarlos• se elige una pareja de disolventes uno en el que el sólido sea muy soluble a

temperatura ambiente y otro en el que sea totalmente insoluble a temperatura de ebullición, dichos disolventes a su vez deben ser miscibles entre ellos. Manejando adecuadamente estos disolventes se logran las características de un disolvente ideal.

9.- Conocer el uso y manejo del carbón decolorante en los procesos de purificación de sólidos

Se utiliza el carbón activo, en forma de polvo negro muy fino, como agente decolorante de disoluciones debido a que retiene pequeñas partículas por adsorción

se adiciona una pequeña cantidad en el momento en que la disolución llega a la ebullición

se mantiene unos minutos calentando y seguidamente se filtra por gravedad

10.- Conocer el empleo de la determinación del punto de fusión como criterio de pureza de los compuestos químicos

• Un compuesto orgánico puro funde usualmente en un rango de • fusión muy estrecho(normalmente un grado o menos).• Un compuesto menos puro exhibe un rango más amplio, a veces 3° o

incluso de 10-20°• Un rango de fusión de 2° o menos indica un compuesto

suficientemente puro para la mayoría de los usos.

11.- Conocer los procedimientos de la purificación por sublimación

“Pruebas de solubilidad”

En un tubo de ensayo pequeño (10 x 75 mm) se adiciona con ayuda de una  espátula  una  cantidad  de sólido que pese aproximadamente 0.03 g y que esté finamentepulverizado.

Sobre  ésta  se  añade  disolvente, gota  a  gota  y  agitando continuamente

Después de añadir 0.5 ml de disolvente, se observa la mezcla con detenimiento.

Si  los  cristales no se han disuelto, repita el procedimiento agregando un 0.5 ml más

Si el  sólido aún no se ha disuelto, es  insoluble  en  frío.  Si  se  disolvió en algún momento del proceso, es soluble en frío.

Si la sustancia fue insoluble en frío:

caliente la muestra hasta ebullición (Nota 1) y si esnecesario con agitación

constante

adicione otros 2 mililitros, para completar en total 3ml.

Mantenga constante el volumen de la disolución durante el

calentamiento y noolvide siempre emplear cuerpos

de ebullición.

Si la muestra no se solubilizacompletamente, el sólido es insoluble o casi insoluble en

caliente;

en caso contrario, el sólido es soluble en caliente.

En este caso, enfríe a temperatura ambiente y luego

enbaño de hielo; observe si hay formación de cristales.

En los ensayos donde seobtengan cristales, filtrar con el

sistema de vacío

vacío, lavar con pequeñas porciones del

disolvente de cristalización frío y secar

Anotar los resultados obtenidos con los

diferentes disolventes en los ensayos realizados tanto a

temperatura ambiente como en caliente.

• MATERIAL:• de 50 ml• 1 gradilla vaso• 6 tubos de ensaye• 1 pinza de mohor• vasos de precipitados de 100 ml• 1 matraz kitazato• 1 embudo Buchner• 1 embudo de tallo corto• papel filtro• 1 bano Maria• 1 Secadora eléctrica

• REACTIVOS:• Nerolina• Acido benzoico• Acetanilida• Dibenzalacetona• Aspirina• Hexano• Diclorometano• Acetato de etilo• Acetona• Etanol• Agua

Acido benzoico

• PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS• Apariencia: Escamas blancas o agujas de cristal con olor a• Benzaldehido• Gravedad Específica (Agua=1): 1.2659/20°C• Punto de Ebullición (ºC): 249.2• Densidad Relativa del Vapor (Aire=1): 4.21• Punto de Fusión (ºC): 121.25• Viscosidad (cp): N.R.• pH: 2.8 (Solución saturada al 0.34% en agua• Presión de Vapor (mm Hg): 1/96°C• Solubilidad: Soluble en alcohol, éter, cloroformo, benceno, sulfuro de• carbono, tetracloruro de carbono. Poco soluble en agua

• Límites de exposición ocupacional:• TWA: N.R.• STEL: N.R.• N.R.• EFECTOS PARA LA SALUD• TECHO (C):• IPVS: N.R.• Inhalación: Irritación del tracto respiratorio, nariz y garganta. Puede ser perjudicial.• Ingestión: Náuseas y trastornos gastroentéricos.• Piel: Posible reacción alérgica• Ojos: Irritación• Efectos Crónicos: Puede causar sensibilización y alergias de la piel

Acetanilida

• ESTADO FISICO; ASPECTO: sólido blanco de olor característico• Punto de fusión: 113-115 ºC; 115-116 ºC• Punto de ebullición: 302-304 ºC; 306 ºC• Densidad rel (H2O =1): d• 20• 41.16-1.22• Solubilidad en agua: 5 g/L (20ºC)• Solubilidad en disolventes orgánicos: muy sol. EtOH, Me2CO; soluble en EtOAc, Et2O, CHCl3• Estabilidad: Estable. Evitar calentamiento fuerte.• Pto de inflamación: 173 ºC; 169/174ºC• Temp autoignición: 540 ºC; 530/545 ºC

• Nocivo por ingestión o inhalación.• Irritante, especialmente para los ojos.• Por ingestión puede provocar náuseas, vómitos, metahemoglobinemia

con cefaleas, arritmias,• hipotensión, dificultades respiratorias, espasmos, cianosis y alteración

de la circulación.• Posibles reacciones violentas con agentes oxidantes fuertes, bases.• Riesgo de explosión del polvo.• Inflamable. Mantener alejado de fuentes de ignición. En caso de

incendio pueden formarse vapores de NOx

Acetato de etilo• PROPIEDADES FISICAS Y TERMODINAMICAS:• Punto de ebullición: 77 oC• Punto de fusión: - 83 oC• Indice de refracción: 1.3719 (20 oC)• Densidad: 0.902 (20 oC respecto al agua a 4 oC ), 0.898 (25 oC respecto al agua a 25 oC).• Límites de explosividad (% en volumen en el aire): 2.5-11.5• Densidad de vapor (aire=1): 3• Presión de vapor (mm de Hg): 100 (a 27 oC)• Punto de inflamación (Flash point): -4 oC• Temperatura de autoignición: 426 oC• Solubilidad: 1 ml es miscible con 10 ml de agua (a 25 oC), su solubilidad aumenta al bajar la• temperatura. Forma azeótropo con agua (6.1 % peso/peso) con punto de ebullición de 70.4 oC y• con etanol y agua ( 9 % y 7.8 % peso/peso, respectivamente) que ebulle a 70.3 oC. Miscible en• etanol, acetona, cloroformo y éter.

• NIVELES DE TOXICIDAD:• LD50 (oral en ratas): 11.3 ml/Kg, 5620 mg/Kg• LC50 (inhalado en ratas): 1600 ppm/8 h• Niveles de irritación a ojos en humanos: 400 ppm• RQ: 5000• IDLH : 10000 ppm• México: CPT: 1400 mg/m3 (400 ppm )

Acetona

• SECCIÓN IVPROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS• Estado físico: Líquido Porcentaje de volatilidad: N/D• Presión de vapor (mmHg 20°C): 71.2 N/A790• Temperatura de auto ignición (°C): 404• Temperatura de inflamación (°C) -9• Temperatura de fusión (°C): -87• Temperatura de ebullición (°C):80 • Densidad (kg/m3): 790

• a) Ingestión. Irritación tracto digestivo, náuseas, vómito, dolor de cabeza y mareo. La broncoaspiración puede producir severo daño a los pulmones. Dolor de cabeza, n´+auseas y somnolencia.• b) Inhalación: Irritación nariz y garganta, dolor de cabeza, náuseas,

somnolencia, incordinación, mareos, tos, respiración entrecortada y depresión en el sistema nervioso central.• c) Contacto con los ojos: El contacto con los ojos puede provocar

irritación, daños a los tejidos y producir ceguera por las quemaduras en la córnea• d) Contacto con la piel: Produce irritación. Puede producir efectos

sistématicos.

Etanol

• Punto de ebullición: 78.3 oC. Punto de fusión: -130 oC.• Indice de refracción (a 20 oC):1.361 Densidad: 0.7893 a 20 oC.• Presión de vapor: 59 mm de Hg a 20 oC. Densidad de vapor: 1.59 g /ml• Temperatura de ignición: 363 oC• Punto de inflamación (Flash Point): 12 oC ( al 100 %), 17 oC (al 96 %), 20 oC (al 80%), 21 oC (al• 70 %), 22 oC (al 60 %), 24 oC (al 50 %), 26 oC (al 40 %), 29 oC (al 30 %), 36 oC (al 20 %), 49 oC• (al 10 %) y 62 oC (al 5 %).• Límites de explosividad: 3.3- 19 %• Temperatura de autoignición: 793 oC.• Punto de congelación: -114.1 oC• Calor específico:(J/g oC): 2.42 (a 20 oC).

El etanol es oxidado rapidamente en el cuerpo a acetaldehido, después a acetato y finalmente a dióxido de carbono y agua, el que no se oxida se excreta por la orina y sudor.Inhalación: Los efectos no son serios siempre que se use de manera razonable. Una inhalación prolongada de concentraciones altas (mayores de 5000 ppm) produce irritación de ojos y tracto respiratorio superior, náuseas, vómito, dolor de cabeza, excitación o depresión, adormecimiento y otros efectos narcóticos, coma o incluso, la muerte.Un resumen de los efectos de este compuesto en humanos se dan a continuación:mg/l en el aire Efecto en humanos 10-20 Tos y lagrimeo que desaparecen después de 5 o 10 minutos. 30 Lagrimeo y tos constantes, puede ser tolerado, pero molesto. 40 Tolerable solo en periodos cortos. mayor de 40 Intolerable y sofocante aún en periodos cortos.Contacto con ojos: Se presenta irritación solo en concentraciones mayores a 5000 a 10000 ppm.Contacto con la piel: El líquido puede afectar la piel, produciendo dermatitis caracterizada por resequedad y agrietamiento.

Ingestión: Dosis grandes provocan envenenamiento alcohólico, mientras que su ingestión constante, alcoholismo. También se sospecha que la ingestión de etanol aumenta la toxicidad de otros productos químicos presentes en las industrias y laboratorios, por inhibición de su excreción o de su metabolismo, por ejemplo: 1,1,1-tricloroetano, xileno, tricloroetileno, dimetilformamida, benceno y plomo.La ingestión constante de grandes cantidades de etanol provoca daños en el cerebro, hígado y riñones, que conducen a la muerte. La ingestión de alcohol desnaturalizado aumenta los efectos tóxicos, debido a la presencia de metanol, piridinas y benceno, utilizados como agentes desnaturalizantes, produciendo ceguera o, incluso, la muerte a corto plazo.Carcinogenicidad: No hay evidencia de que el etanol tenga este efecto por el mismo, sin embargo, algunos estudios han mostrado una gran incidencia de cáncer en laringe después de exposiciones a alcohol sintético, con sulfato de dietilo como agente responsable.