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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
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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
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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
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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
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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
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Practica # 1 Tcnicas Experimentales
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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1988.
Practica # 1 Tcnicas Experimentales
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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