Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Química
Área de Química
Laboratorio de Química Orgánica 1
Impartido por: Ing. Qco. Adrián Soberanis
QUÍMICA DEL CARBÓN
Marlon David Méndez Gómez
2012-13042
Sección A
Guatemala, Agosto 05 del 2014
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SECCION PUNTUACION1.Resumen /102.Objetivos /5
3.Marco Teórico /54.Marco Metodológico /5
5.Resultados /156. Interpretación de resultados /30
7.Conclusiones /158.Bibliografía /59.Apéndice /10
9.1 Datos originales /19.2 Muestra de calculo /59.3 Datos Calculados /4
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RESUMEN
Los grupos de trabajo del laboratorio de orgánica se dividieron para
elaborar, carbonización y extracción de materia orgánica y evaluar rendimientos
de extracción utilizando el equipo adecuado para lograr dicho fin.
Los rendimientos de carbono obtenido por parte de dos grupos muestran
discrepancias en alrededor de un 30%, debido a la pureza de las muestras
utilizadas, para evaluar el rendimiento de extracción de la pectina se utilizó un
equipo de extracción soxhlet, los rendimientos obtenidos por parte de los
grupos muestran comportamientos similares.
Se observó cambios en las propiedades coligativas de la solución con la
pectina.
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OBJETIVOS
Objetivo General
Aprender técnicas básicas de laboratorio como lo son: extracción y
carbonización, y obtener rendimientos de extracción y carbonización de materia
orgánica, utilizando el equipo adecuado para alcanzar lo planteado
anteriormente.
Objetivos Específicos
1. Conocer el proceso de carbonización de materia orgánica, al adicionar
ácido sulfúrico a una muestra de sacarosa y obtener el rendimiento de la
muestra.
2. Obtener el rendimiento de extracción de pectina, obtenida del pericarpio
de un una naranja, utilizando el equipo soxhlet.
3. Adquirir conocimientos sobre el manejo de la cristalería más utilizada y
las uniones de cada una las partes que integran los equipos a utilizar.
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MARCO TEÓRICO
Propiedades del carbono
Las propiedades físicas y químicas del carbono dependen de la
estructura cristalina del elemento. Un gran número de metales se combinan con
el elemento a temperaturas elevadas para formar carburos. El carbono es un
elemento único en la química porque forma un número de compuestos mayor
que la suma total de todos los otros elementos combinados.
El grupo más grande de estos compuestos es el constituido por carbono
e hidrógeno. Se estima que se conoce un mínimo de 1.000.000 de compuestos
orgánicos y este número crece rápidamente cada año. Aunque la clasificación
no es rigurosa, el carbono forma otra serie de compuestos considerados como
inorgánicos, en un número mucho menor al de los orgánicos.
Configuración electrónica
El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química
orgánica, y debido a que las propiedades químicas de elementos y compuestos
son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus
moléculas, es necesario considerar la configuración electrónica del átomo de
carbono para poder comprender su singular comportamiento químico.
Se trata del elemento de número atómico Z = 6. Por tal motivo su configuración
electrónica en el estado fundamental o no excitado es 1s2 2s2 2p2. La existencia
de cuatro electrones en la última capa sugiere la posibilidad bien de ganar otros
cuatro convirtiéndose en un ion.
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En realidad una pérdida o ganancia de un número tan elevado de electrones
indica una dosis de energía elevada, y el átomo de carbono opta por compartir
sus cuatro electrones externos con otros átomos mediante enlaces covalentes.
Esa cuádruple posibilidad de enlace que presenta el átomo de carbono se
denomina tetravalencia.
Deshidratación del azúcar con ácido sulfúrico
El carbono químicamente puro se prepara por descomposición térmica
del azúcar (sacarosa) en ausencia de aire. En el laboratorio se deshidrata el
azúcar adicionando ácido sulfúrico, el ácido reacciona con el agua del azúcar y
se provoca desprendimiento de gases nocivos gases (NOx y SOx). Se lleva a
cabo la preparación en una campana de extracción.
C12H 22O11(S)+18H 2SO4 (l)→C (S)+6CO2+29H 2O+12SO2 (g)+6 SO3(g )+Calor (1)
La reacción se puede representar por la ecuación anterior, la reacción en
si no es simple, por la serie de reacciones redox que tienen lugar. Una vez
iniciada la reacción, se produjo la carbonización del azúcar.
C12H 22O11(S)→12C (S )+11H 2O (2)
La aparición de carbón es evidente por el residuo de color negro y
aspecto esponjoso, fruto de la gran cantidad de calor y gases.
Extracción Soxhlet
A menudo se emplea la extracción solido-líquido para remover un
producto natural como pigmentos, colorantes y materiales grasos a partir de su
fuente. El principio de extracción consiste en la selección de un solvente capaz
de disolver un compuesto pero que deje los no deseados en la fuente de
naturaleza sólida.
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Fundamento de la extracción soxhlet
Un aparato de extracción continua solido-líquido llamado extractor
soxhlet se usa comúnmente en un laboratorio de investigación de productos
naturales.
El sólido se coloca en un dedal hecho de papel filtro, luego se inserta en
el centro de la cámara, se utilizó como solvente agua destilada, se coloca en un
balón de destilación de fondo redondo y se calienta hasta reflujo. Los vapores
suben por el lado izquierdo hacia el condensador, donde se condensan, el
líquido condensado cae dentro del dedal que contiene el sólido. El solvente
caliente empieza a llenar el dedal y extrae el compuesto deseado a partir del
material vegetal. Una vez el dedal se llena con el solvente, el brazo de la
derecha actúa como sifón, el solvente el cual contiene el compuesto deseado
disuelto, se regresa dentro del balón de destilación.
El ciclo de vaporización, condensación, extracción y evacuación se repite
varias veces y el producto deseado se concentra en el balón de destilación.
Aplicaciones Industriales al proceso de carbonización y extracción.
Se utiliza a menudo en la química orgánica con referencia a la
generación de gas de carbón y alquitrán de hulla de carbón en bruto. Los
combustibles fósiles, en general, son los productos de la carbonización de la
materia vegetal. El término carbonización también se aplica a la pirólisis de
carbón para producir coque.
La pectina es un producto tecnológicamente funcional de interés para la
industria de alimentos en el desarrollo de productos por sus propiedades
reológicas que son favorables para la elaboración de diferentes productos
aportando textura y consistencia.
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MARCO METODOLOGICO
a. Algoritmo Procedimental
Primera parte
1. Se midió 200 mL de agua destilada y se colocó en el balón de
destilación.
2. Se retiró la cascara de los cítricos y se cortó en partes pequeñas.
3. Se colocó la cascara en el dedal, luego se insertó en el extractor soxhlet.
4. Se realizó dos ciclos vaporización, condensación, extracción y
evacuación.
Segunda Parte
1. Se pesó en la balanza analítica 4 gramos de azúcar.
2. Luego se colocó en un beacker y se añadieron gotas de agua.
3. Se agregaron 0.5 mL de ácido sulfúrico concentrado al beacker.
4. Se pesó en la balanza analítica el carbón obtenido en la reducción de
azúcar en el ácido sulfúrico.
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b. Diagrama de Flujo
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INICIO
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Se adiciono 2/3 de la capacidad de volumen del balón de destilación.
Se obtuvo cascaras del cítrico y se redujo a partes pequeñas.
Se colocó cascaras en el extractor soxhlet.
FIN
¿Se realizó dos veces el ciclo, vaporación,
condensación, extracción?
Si
No
O
Se armó equipo de extracción soxhletFig. 1
Manual Q.O.1
Se calentó el solvente contenido en el balón de destilación.
Realizar una vez más
Segunda Parte
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Se añadieron gotas de agua para disolver el azúcar y se agito con
una varilla de vidrio
Se agregó ácido sulfúrico a la muestra
FIN
INICIO
RESULTADOS
Tabla 1.
Rendimiento de obtención de carbono
Tabla 2. Rendimiento de extracción de la pectina
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Elaboración propia. Fuente: Datos calculados, tabla 3 y 4 , ecuación No 1
Elaboración propia. Fuente: Datos calculados, tabla 5, ecuación No 1
Se pesó 4 gramos de azúcar y se colocó en un crisol.
Se pesó el carbón obtenido
Se calentó el solvente contenido en el balón de destilación.
Grupo Rendimiento de extracción %(P/P)
3 66.094
4 38.9
Rendimiento de extracción %(P/P)
Grupo 1 75.21985913
Grupo 2 77.20969492
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INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
La carbonización de la muestra de azúcar debido a la deshidratación
causada por la adición de ácido sulfúrico, muestra diferencias en el rendimiento
obtenido por los grupos de trabajo, difiriendo en un 33%.
El motivo de estas discrepancias de rendimientos de obtención de
carbono, se debe a la pureza de las muestras usadas, por lo tanto se obtuvo
esta diferencia de rendimientos.
El rendimiento en la extracción de pectina de parte de los grupos, se
muestran rendimientos similares, se observó en el segundo ciclo un aumento
del punto de ebullición, del solvente con la pectina, luego de la segunda corrida,
esto se debe a las propiedades coligativas de la disolución
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CONCLUSIONES
1. Existe diferencias en el rendimiento de extracción de carbono, en un 30%
debido a la pureza de las muestras de azúcar.
2. Se observa aumento de propiedades coligativas, después del primer
ciclo de extracción, debido al soluto extraído de las cascaras de cítricos
contenido en el solvente.
3. Los rendimientos de extracción de pectina, para ambos grupos, son
similares.
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BIBLIOGRAFIA
1. BROWN Theodore, Química la ciencia central, décimo primera edición,
PEARSON EDUCATION, México 2009, ISBN 987-607-442-021-0
2. CAREY, Química Orgánica, sexta edición,
McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S. A. DE C. V. México
2009, 820 P ISBN: 978-970-10-7234-9.
3. MCCURRY, Química Orgánica McGRAW-HILL México 2010, 715p ISBN:
969426080-6.
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APENDICE
1. Datos Originales
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2. Muestra de Cálculo
1. Calculo del rendimiento
%Rendimiento=Muestra obtenidadespues de la extracciónMuestraal inicio
∗100
3. Datos Calculados
Tabla No. 3 Rendimiento de extracción del carbono Grupo 3
Peso beacker Peso azúcar Peso final deshidratadoCantidad
de carbono obtenido
Rendimiento de extracción de carbono
115.26 4.033 123.622 4.329 93.1623931655.72 4 63.017 3.297 82.425
48.401 4.005 53.315 0.909 22.69662921 Promedio 66.09467413
Tabla No. 4 Rendimiento de extracción carbono grupo No.4
Peso beacker Peso azucar + beacker
Peso final deshidratad0Cantidad
de carbono obtenido
Rendimiento de extracción de carbono
108.296 131.97 122.271 9.699 41.24136509108.296 123.74 111.462 12.278 32.57859586108.296 121.924 112.602 9.322 42.90924694
Promedio 38.90973596
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Tabla No. 5 Rendimiento de extracción de la pectina
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Peso inicial Peso Final Rendimiento de extracciónGrupo 1 10.9994 14.623 75.21985913Grupo 2 6.403 8.293 77.20969492
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