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Universidad Autdnoma Metropolitana

Iztapalapa

REPORTE FINAL DE SERVICIO SOCIAL

Asesor:

Aiumnas:

'G B i o l . Ma. del Carmen Marroquin R.

Moctezuma Riubi Luz del Carmen. Mat. 77328419

Sánchez Plores Ma. Eugenia. Mat. 77341607

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AGRADECIkUENTOS

Ofrecemos nuestro agradecimiento a la asesora

del Servicio S o c i a l , l a Bio i . M a . del Carmen T . Mg

rroquin R. , quién a d e d s de una gran ayuda, nos

proporcion6 estimulo y oonfianza.

A s í mismo, damos las gracias a todas las per-;

sonas que de una u o t r a forma colaboraron para la

r e a l i z a c i ó n del presente t r a b a j o .

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I N D I C E

oag, Introducr?ión. .......................................... 1

PARTE I. Análisis de Prácticas.......................... 2

1.- Práctica No. Determinación de -tos de Fusión y Eiou - Ilición.............................................. 3

Sublimación.............. ............................ 3

A) Objetivos ....................................... 3

B) Fundanientos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

C) Formato........................................... 7

D) Resultados Esperados,............. ................ 12

E) Cuestionario...................................... 13

F) Análisis v/o modificaciones técnicas de la prbcti-

ca................................................ 16

G) Bibliograffa sugerida............................. 17

2.- Práctica No. 2. Métodos de Purificación (Panorama Ge-

aerai) .............................................. ls

A) Criterios de Pure&...............................

B) Be~i~isitos para la purificación de materiales.....

18

20

2 3

23

B) Arndamentos....................................... 23

30 C) Formato...........................................

D) Resultados Esperados.............................. 34

3.- Práctica No. 2 “A*’. Destilación Simple......... ...... A) Objetivos......... ................................

E) Cueetionario...................................... 34

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peg, 36 B) Análisis y/o modificaciones técnicas de la práctica . . . . 36 G) Bibliograffa sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Práctica No. 2 "B". Cristalización ' 37

A) Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 37

b) mndamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

C ) Formato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

D) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

E) Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

P) Análisis y/. modificaciones técnicas de la práctica . . . . 49 G) Bibliograffa sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

5. Práctica No. 3. Enlaces Qufmicos . . . . . . . . . . . . . . 50

. . . . . . . . . . . . .

A)Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 5 0

B) hndamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

C) Formato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

D) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

E) Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 5 8

P) Análisis y/o modificaciones técnicas de la práctica . . . . 60 G) Bibliograffa sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

6. Práctica 110. 4. Preparacidn de Ciclohexeno y sus Propiedades . 62

A) Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

B) Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2

C) Formato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

D) Resultados Esperado-s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1

E) Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

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P) AnAlisis y/!o modificaciones técnicas de la práctica . 74

G ) Bibliografía sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7. Práctica No. 5. Obtencidn de Acetato de Etilo - . . - - . 75

8)Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e75

B) Pundamentoe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

C) Formato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 a

D) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 E) Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

P) Análisis y/o modificac-iones técnicas de ia práctica . -89

G ) Bibliograffa sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . @

8. Yráctica No. 6. Equilibrio Quimico . . . . . . . . . . . . . -86

A) Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

El) findatuentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86

C ) Formato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

D) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1

E) Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

P) Análisis y/o modificaciones técnicas de la práctica . - -95

G ) Bibliografía sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95 9. práctica Mo. 7. Soluciones. Tituiaciones Acido-Base . . . . -96

A) Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

B) Pundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

C) Formato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

D) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . .IO4

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pag,

E) Cuest ionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

F ) Análisis y/. modificaciones t é c n i c a s de l a práctica . . . 113

. . . . . . . . . . . . . . . . . . \* f

G) B i b l i o g r a f í a sugerida 113

10. P r á c t i c a No. 8. S a p o n i f i c a c i ó n de una grasa. Obtencidn de

Jabón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

A ) O b j e t i v o s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -114

.B) Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

C ) F o r m a t o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

I)) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 E ) Cuest ionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I20

F ) A n á l i s i s y/o modif icaciones t é c n i c a s de la práctica . . . 122 G ) B i b l i o g r a f f a sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

11. Práctica No. 9. Obtención de h t i r a l d e h f d o . Reacciones de

Aldehídos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

A) Obje t ivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

hndamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

C ) F o r m a t o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

D) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6) Cuest ionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

F) A n á l i s i s y/o modif icaciones t é c n i c a s de l a práctica . . . 132

G ) B i b l i o g r a f f a sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

12. P r á c t i c a No. i o . I d e n t i f i c a c i ó n de Acidos y Bases. Separacidn

d e b z c l a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

A) Ob je t ivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . €3) Fundamentos .133

C ) Formato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

D) Resultados Esperados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

E ) Cuestionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 1 4 1

P) Análisis y/. modificaciones t4cnicas de l a práctica . . . . 143

G ) Bibliograffa sugerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Y U T E 11. & d i i s i s del Curso . . . . . . . . . . . . . . . . . .144

1. problemas que se presntaron durante el curso . . . . . . . . - 145

2. Modificaciones Sugeridas a i curso (soluciones a i punto 1.1 . .I46 3. Ejercicios y preguntas sugeridas . . . . . . . . . . . . . . .i47

. i s 1 164 P ~ T E I I I . Conclusiones Generales . . . . . . . . . . . . . . . . y., Nomas GamwJas paya c A k a k p ~ ~ ~ U c o d m i o . . . . . . . . . . . . . . . .

I.

1

I N T R O D U C C I O N

La presente informacidn t i ene por objeto señalar y anal i zar

l o s problemas que se presentaron durante e l curso práct ico de l La-

borator io de Qufmica General y Orgánica, que se imparte en e l pr i -

mer tr imestre de l T.G.A. correspondiente a l a Div is ión de C.B.S.

de esta unidad. Asi mismo, se presentan también, algunas modifica-

ciones para e l mejoramiento de l curso.

E l trabajo está integrado por t r e s partes. La primera anal iza

cada una de l a s 10 práct icas que se rea l i zan durante e l curso, se-

ñalando l o s ob je t i vos primordiales, fundamentos y resultados, asf

como b ib l i o g ra f f a básica. La segunda parte hace alusidn a l o s pro-

blemas generales y modificaciones que t ienen por objeto dar solu-

c idn a éstos, además de una se r i e de e j e r c i c i o s y preguntas. Final-

mente, en l a tercera parte, se presentan las conclusiones genera-

l es .

Con esto, pretendemos cumplir l o s ob je t i vos de nuestro serv i -

c i o soc i a l , consistente en impart ir ayudantfa de l a asignatura men-

cionada.

1-A

Los objetivos inicialmente planteados fueron los siguientes:

1. Adquirir experiencia en docencia

2. Ayudar a los alumnos en e l desarrollo de l a práctica para

su mejor aprovechamiento

3. Analizar e l curso y sugerir soluciones y modificaciones

que disminuyan l as deficiencias que en este curso se pre-

sent an.

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2

P A R T E I

n) owmvos:

Los alumnos comprenderán claramente los conceptos de puntos de

fusibn, e b u l l i c i b n y sublimacibn. kf mismo, adquir i rán la d e s t r e e a

n e c e s a r i a para e l manejo de algunos instrumentos de l a b o r a t o r i o .

a) I<UIUD&JEIU'COS:

a) punto de pusibn.

Xn un s ó l i d o c r i s t a l i n o las p a r t f c u l a s que actdan como unidades

e s t r u c t u r a l e s -iones o moléculas- s e h a l l a n ordenadas de algtln modo

muy r e g u l a r y s i m é t r i c o ; hay un a r r e g l o geométrico que s e r e p i t e a

través de todo e l cristal.

Pusibn e s e l cambio d e l a r r e g l o ordenado de p a r t f c u l a s e n e l

r e t f c u i o C r i s t a l i n o a uno más desordenado que c a r a c t e r i z a a los lf-

quidos. La f u s i o n s e produce cuando s e a lcanza una temperatura en

la que l a energfa térmica de las p a r t f c u l a s e s suf ic ientemente gran-

de como para vencer las f u e r z a s i n t r a c r i s t a l i n a s que las mantienen en

s u s lugares .

Es importante e l i n t e r v a l o d e l punto de f u a i ó n de un compuesto

desconocido, ya que é s t e ea un v a l i o s o f n d i c e de pweza . Una gran

mayoria de l o s compuestos orgánicos puros funde dentro de un i n t e r v a l o

.Irma '--

4

de 0.5 o funde con descomposición dentro de un pequeño i n t e r v a l o de

temperatura (aproximadamente i c). si e l i n t e r v a l o d e l punto de fu-

s i ó n , o i n t e r v a l o de descomposición e s amplio, e l compuesto deberá

r e c r i s t a l i z a r s e en un d i s o l v e n t e apropiado y nuevamente s e determi-

nará e l punto de f u s i ó n o de descomposición.

Muchos compuestos o r g h i c o s , t a l e s como l o s aminoácidos, las

s a l e s de á c i d o s o de aminas y los carbohidratos , funden con descom-

p o s i c i ó n dentro de un i n t e r v a l o de temperatura considerable .

b) Punto de E b u l l i c i ó n .

Aunque en un l i q u i d o las p a r t i c u l a s t i e n e n un a r r e g l o menos r e

gular y mayor l i b e r t a d de movimiento que en un cristal , cada una de

e l l a s es atraida p o r muchas o t r a s . La e b u i i i c i 6 n i m p l i c a l a separa-

c i ó n de moléculas i n d i v i d u a l e s , o pares de i o n e s con carga opuesta,

d e l seno d e l l iquido . Es to sucede, cuando s e a l c a n z a una temperatu-

ra s u f i c i e n t e p a r a que l a e n e r g í a térmica de las p a r t i c u i a s a l c a n c e

a superar las fuerzas de cohesión que las mantienen en e l l iquido .

E1 i n t e r v a l o d e l punto de e b u l l i c i ó n e s un i n d i c e ú t i l de l a

pureza de l a muestra. S i e l i n t e r v a l o d e l punto de e b u l l i c i ó n e s

grande, e l l i q u i d o deberá vo lverse a f r a c c i o n a r en una columna a-

propiada.

La p r e s i ó n a t m o s f é r i c a , l a a r b o r e s c e n c i a de l a cadena d e l com-

puesto orgánico y l a p o s i c i ó n d e l grupo func ional i n f l u y e n sobre

e l punto de e b u l l i c i ó n .

5

c) Sublimacibn.

Muchas s u s t a n c i a s cristalinas t i e n e n p r e s i o n e s de vapor mensu-

r a b l e s , que obedecen a l a ecuación:

l o g Ps = - A Hs + cs 2.303 BT

dondeAHs= e n t a l p i a de sublimacibn. La sublimación e s e l proceso - por e l cual una s u s t a n c i a cristalina absorve una cant idad determina-

d a de e n e r g í a por unidad de masa y pasa directamente a i estado de

vapor. En g e n e r a l , l a subl imación de un s ó l i d o e s similar a l a eva-

poración de un l i q u i d o .

Las r e l a c i o n e s presión-temperatura e n t r e l o s es tados s b l i d o , - l i q u i d o y gaseoso de una sustancia pueden i l u s t r a r s e e n un s o l o d i a -

grama, llamado "diagrama de f a s e s " . E l diagrama de f a s e s e s dnico

para cada s u s t a n c i a , y s e determina experimentalmente. La s i g u i e n t e

figura i lustra e l diagrama de f a s e s de agua:

/ I

6

De esta manera, s i e l h i e l o (sbl ido) a temperaturas i n f e r i o r e s

a OOC se sujeta a presiones superiores a l a atmosférica, se funde.

Yero a l calentar e l h i e l o a menos de 4.58 t o r r , no se funde; se su-

blima.

7

C) POBBbATO:

PRACTICA # 1

DETEEMINACION DE PUNTOS DE HTSION Y EBULLICION.

SUBLIMACION

FüNDAMENTO S :

Los estados de agregaci6n en que se encuentra

so l ido , l i qu ido y gaseoso. En e l estado sdl ido l o s

l a materia son:

átomos, idnes o

moléculas se encuentran muy prbximos, ,están dispuestos en un patrdn

regular y osc i lan sobre posiciones def inidas de equ i l ib r io . La ener

gis térmica de un sdl ido consiste principalmente, en l a energía de

su movimiento de vibracidn. S i se incrementa l a temperatura de d i -

cho sd l ido aumenta l a energfa térmica, l o cual hace mayor l a ampli-

tud de vibrauibn. A una temperatura def inida, l a amplitud de l a su-

p e r f i c i e es su f i c i en te para hacer que l o s átomos se a l e j en de sus - poeioiones de equ i l i b r i o , para entrar a l estado l iquido , menos orde-

nado y más energético.

Los i iqu idos están formados por mol4culas m y prdximas urns de

otras, pero l i b r e s a6n para moverse, deslizándose unas sobre otras.

Pueden pasar a l estado sdl ido s i se baja l a temperatura hasta e l

punto en que l a s fuerzas de atracción entre l a s moléculas l a s man-

tengan dentro de una forma y volúmen determinado; por o t ro laüo, s i

se ca l ienta un l i qu ido , l a s moléculas se mueven cada vez más aprisa

hasta que su velocidad es tan grande que abandonan e l l i qu ido y se

transforman e n r4pidas moi4cuias de gas (evaporacibn o e b u i i i c i b n ) .

Los gases e s t á n compuestos de moléculas re lat ivamente d i s t a n t e s

unas de o t r a s y en continuo movimiento. Pueden pasar a l estado if-

quido bajando la temperatura y frecuentemente comprimiéndolas.

l

E l punto de f u s i d n de un l f q u i d o e s e l i n t e r v a l o de temperatu-

ra en e l cual la fase s d l i d a cambia a l fquido . El punto de e b u l l i -

c i d n e s l a temperatura a l a c u a l l a f a s e l i q u i d a pasa a vapor, y ea

cuando l a presidn de vapor de l i q u i d o i g u a l a fa pres ión atmosfér ica .

Sublimacidn: E x i s t e n s d l i d o s con una t e n s i d n de vapor elevada

( e j . yodo, n a f t a l e n o , a l c a n f o r , e t c . ) , que pueden pasar directamen-

t e a l estado gaseoso, s i n pasar por e l l i q u i d o ; a e s e proceso s e l e

llama sublimacidn.

E l por c i e n t o de e r r o r s e c a l c u l a comunmente en t r a b a j o s expe-

rimentados, mediante l a s i g u i e n t e re iac idn :

x 100 $ e r r o r = Valor t e d r i c o - V a l o r experimental

Valor t e 6 r i co

MATERIAL: REACT1 VOS:

1 tubo de t h i e l e Nujol o a c e i t e mineral

1 soporte u n i v e r s a l Nafta leno, Iodo o a l c a n f o r

1 pinzas Ac. benzdico o a c e t a n i l i d a

1 t ermdme t r o Benceno (o algtin d iso lvente orgá-

2 ligas n i c o ) 1 tubo de ensaye pequeño

1 vaso de prec ip i tados de 100 ml

h i e l o

2 c a p i l a r e s

tapón de h u l e , v i d r i o de r e l o j .

9

PRO CEDIMi ENTO :

a ) punto de fusión. - Se toma un tubo capilar de 8 cm aprox. y

s e c i e r r a uno de los extremos a l a flama. Se pulver iza l a muestra

problema y s e introduce e l tubo , empacando 1 cm aprox. Se f i j a e l - tubo a i termbmetro mediante una l i g a , de manera que l a muestra quede

ai mismo n i v e l d e l bulbo d e l termómetro.

Bn e l tubo de T h i e l e s e c o l o c a e l a c e i t e mineral o Nujol y s e

introduce e l termómetro l igado a l capilar. Se c o l o c a e l tapón ( e l - cual deberá t e n e r un o r i f i c i o en una o r i l l a , para e v i t a r alguna pos%

b l e explos ibn) y s e empieza a c a l e n t a r lentamente, de manera que l a

velociadad de calentamianto s e a de 1 6 2 grados por minuto. Deber4

anotarse l a temperatura a l a c u a l empieza a fundirse l a muestra y - a q u e l l a a l a cua l toda s e ha l icuado. E s t o s v a l o r e s corresponden al

i n t e r v a l o d e l punto de fusion.

Frecuentemente se p r e f i e r e h a c e r dos determinaciones: una p r e l +

minar, e n donde s e c a l i e n t e rápidamente y s e vea l a temperatura apro- - ximada de f u s i ó n y o t r a en l a c u a l s e e l e v e l a temperatura rápidamen - t e hasta unos 10 grados a n t e s de l a temperatura de f u s i d n y s e con-

t in i le lentamente, como s e d e s c r i b i ó antes . Para cada caso s e deberá

u t i l i z a r muestra nueva.

b) Punto de e b u l l i c i 6 n . - Se toma un capilar y s e c i e r r a por uno

de sus extremos ( c e r r a r e i lado i n c o l o r o d e l capilar para fac i l i tar

l a v i s i b i l i d a d ) . Se liga a l tenndmetro, de manera que e l extremo su-

p e r i o r s e a e l cerrado y e l i n f e r i o r s e encuentre al mismo n i v e l d e l

bulbo.

10

Un tubo de ensayo pequeño se introduce e l l f qu ido problema y se

coloca e l term6metro l igado a l capi lar. Se pone e l tapdn (con un - o r i f i c i o en su o r i l l a ) y se empieza a calentar gradualmente, hasta - que emerja una rápida corr iente de burbujas de l capi lar. La tempem-

tura a l a que ocurre esto es algunos grados mayor que e l punto de - ebui i i c ibn; inmediatamente suspender e l calentamiento y de j a r que l a

temperatura disminuya aproximadamente 10°C. Después empezar a calen-

t a r lentamente, con una velocidad de calentamiento de 1 a 2 grados

por minuto, hasta que emerja una nueva corr iente de burbujas. Dejar

de calentar y anotar l a temperatura a l a cual una burbuja entra y sa

l e indicando e l punto f i na l . Dicha temperatura es e l punto de e b u l l g

c ión de l l iqu ido ; r e p e t i r para v e r e l punto con certeza.

c ) Sublimacibn de un s6lido.- En un vaso de precipitado se c o b -

ca un poco de muestra problema; e l vaso se coloca sobre una t e l a de

alambre. En l a parte superior de l vaso se coloca un v i d r i o de r e l o j

que contenga h i e l o picado. Se ca l ienta e l vaso con e l mechero, hasta

que e l sd l ido sublime y se deposite en e l v i d r i o de r e l o j .

CUESTIONARi O:

1.- ¿Cdmo in f luyen l a s impurezas sobre e l punto de fusibn de una

sustancia pura?

2.-

3.-

4.-

5.-

6.-

7.-

8 .-

¿Qué es tensión de vapor?

¿Qué es punto eutéct ico?

¿Cdmo var ía e l punto de ebu l l i c ibn con respecto a l a psesidm?

¿Cómo podríamos obtener e l punto de fusibn de una sustancia

que sublima?

¿Pueden sublimar todas l a s sustancias? ¿Cdmo?

Punto de fusidn obtenido. Sacar % de error .

Punto de ebu l l i c ibn obtenido. Sacar % de error.

BI BLI OGBAFI A:

Brieger Cot t f r ied . "Qufmica Orgánica Moderna" (Curso práct ico

de Laboratorio). Harper & Row Publishers. MBxico.

1 2

D) RESULTADOS ESPERADOS:

De acuerdo a l o reportado en l a l i t e r a t u r a , s e esperan obtener

los s i g u i e n t e s r e s u l t a d o s :

a) Punto de fusión: La a c e t a n i l i d a cambia su estado de s ó l i d o

a l i q u i d o a una temperatura de 114*C a 1 atmósfera de pres ión. S i s e

emplea acid0 benzóico, debe cons iderarse que s u punto de Fusidn e s

de 122.C a 1 atmósfera de presión.

b) Punto de e b u l l i c i b n : E l v a l o r t e ó r i c o d e l punto de e b u l l i -

c i ó n d e l benceno e s de 80% a 1 atm. de pres ión. Puede emplearse

también o t r o so lvente or&nico como e l to lueno , e l cua l e b u l l e a

111% a 1 atm. de presión.

S i n embargo, debe cons iderarse que e l punto de e b u l l u c i ó n y de

f u s i ó n de un compuesto puede variar a l v a r i a r l a prersión a tmosfér i -

ca, en forma directamente proporcional .

c ) Sublimación de un s ó l i d o : En cuanto a e s t e punto, no s e ob-

tendrán r e s u l t a d o s c u a n t i t a t i v o s , s i n o más b i e n c u a l i t a t i v o s . Los

alumnos deberán observar claramente e l fenómeno de sublimación.

E) CUESTIONARIO:

1. ¿Como i n f l u y e n las impurezas sobre e l punto de f u s i ó n de

una s u s t a n c i a pura?

Hacen variar su temperatura e s t a b l e , aumentando o disminuyendo

e l punto de f u s i d n de l a s u s t a n c i a se&n e l caso.

La omisidn de l a l impieza d e l tubo que s e u s a para formar l o s

Wbos c a p i l a r e s para f u s i ó n , e s una de las causas de obtencidn de

puntos de f u s i d n bajos e i n t e r v a l o s amplios. E s t o s s e deben a l álca-

li de l a s u p e r f i c i e d e l v i d r i o , e l c u a l c a t a l i z a la ,condenaacidn al-

d d l i c a de a ldehídos y c e t o n a s , la mutarrotacidn de los azúcares y --

sus derivadoe, la descarboxi lac idn de c i e r t o s ác idos y algunas t r a n s

pos ic iones in t ramoiecuiares ( t a l e s como un desplazamiento de un g-

PO acilo d e l oxfgeno hacia un grupo o x h i d r i l o contiguo).

2. ¿QuB e s t e n s i d n de vapor?

La pres idn e j e r c i d a sobre las paredes d e l r e c i p i e n t e y sobre

l a s u p e r f i c i e d e l l i q u i d o por las moléculas del vapor y en las con-

d i c i o n e s d e l e q u i l i b r i o e s llamada l a pres ión de vapor, o t e n s i d n de

vapor, de e s e l i q u i d o a e s a temperatura. La pres idn de vapor de un

l i q u i d o a una temperatura dada, puede c a l c u l a r s e con l a ecuacidn de

Clausiua-Clapeyron:

i n P = & + C RT

donde:

1 4

P = presión de vapor

AH= ca l o r de vaporización

R= 1.98 cal/mol K (constante universal de l os gases)

T = temperatura absoluta

3. ¿Que es e l punto eutéct ico?

Proveniente de l gr iego , que s i g n i f i c a "facilmente fusible". E1

punto eutéct ico es e l punto de fus ión de una mezcla de dos metales

(aleación) en una proporción determinada, t a l que dicho punto de

s ión es i n f e r i o r a l de cada uno de los componentes y a l de o t r a mez-

c l a cualquiera hecha con d i f e rente proporción.

4. ¿Cómo varfa e l punto de ebu i i i c i ón con respecto a l a presión?

E l punto de ebu l l i c i ón de un l f qu ido es l a temperatura a l a cual

l a presión d e l vapor de l l fqu ido es igual a l a presión atmosférica.

Puesto que l a presión atmosférica var fa con l a dtkitud, e l punto de

ebu l l i c i ón depende también de es ta variable.

E l punto de ebu l l i c i ón var ia en forma directamente proporcional

a l a presión, es decir , a mayor presión, mayor punto de ebul l ic ión.

5. ¿Cómo podrfamos obtener e l punto de fus ión de una sustancia

que sublima?

De acuerdo con e l diagrama de fases de l a f i gu ra num. 1, pode-

mos obtener e l punto de fusidn de una sustancia que sublima elevando

l a presión atmosférica.

15

6. ¿Pueden sublimar todas l a s Sustancias? ¿Cómo?

Todas l a s sustancias pueden efectuar e l fenómeno de sublima-

ción. Esto se logra disminuyendo l a presión atmosférica, como se

puede observar en e l diagrama de fases de l a f i gu ra 1.

7. Punto de fusibn obtenido. Sacar $ de error.

$ e r ro r = Valor t edr i co - Valor experimental Valor t e ó r i co

Para acetani l ida , a 1 atm. de presibn:

x 100 $ e r ro r = 114 - Val.experimenta1

114

Para áaido beneóico, a 1 atm. de presión:

x 100 $ e r ro r = 3.23 - Val. experimental

122

8. Punto de ebul l i c ibn obtenido. Sacar % de error.

Para benceno, a 1 atm. de presibn:

$ e r ro r = 80 - Val. experimental x 100 80

Para tolueno, a 1 atm. de presión:

x 100 $ er ror = 1x1 - Val. experimental

111

16

J?) ANALISIS Y MODI?'ICACIONES TECNICAS DE LA PRACTICb:

E l primer punto a cons iderar , e s l a breve introduccidn que s e

presenta en e l formato, l a cual omite una e x p l i c a c i ó n d e l diagrama

de f a s e s , asf como de l punto t r i p l e . Es importante s e ñ a l a r que l a

mayoria de los alumnos de nuevo ingreso que r e c i b e n e s t e curso , ca-

r e c e n de dichos conocimientoe, l o que hace que su n i v e l de aprovec-

miento s e a bajo.

por o t r a p a r t e , las t 4 c n i c a e para detenninación de puntos de

fus idn y e b u l l i c i d n no mencionan e l hecho de calibrar e l termdmetro,

con e l o b j e t o de r e d u c i r los e r r o r e s f o r t u i t o s ( e r r o r e s debidos a

l a imperfeccidn d e l inatrumento empleado). El termdmetro siempre d g

b e d c a l i b r a r s e por observación de los puntos de f'usidn de p o r l o

menos o t r o compuesto puro, como e l h i e l o , cuyo punto de f u s i d n debe

s e r de 0%.

17

G) BIBLIOGRAFIA:

1) Brescia, Arente, Meis l ich, Turk. Vundamentos de Qufmica".

C.E.C.S.A. 1975. México.

2) Kask, Uno. "Qufmica. Estructura y Cambios de l a Materia".

C.E.C.S.A. 1974. YBxiCo.

3) Maron y Prutton. "Fundamentos de Fisicoqufmica". Limusa.

IdBxi~o. 1974.

4) Pierce , James B. "Qufmica de l a Materia". Publicaciones

Cultural, S.A. MBxico. 1975.

5 ) Shriner, Puson, Curtin. " Ident i f i cac i6n Sistemática de Cog

puestos 0r@nicost*. Limusa. M6xico. 1979.

18

PRACTICA No. 2

METODOS DE P ü B I F i C A C I O N

CRITERIOS DE PUREZA.

Una ' s u s t a n c i a pura' s e d e f i n e como l a que posee una composición

precisa y f i j a que e s t á a s o c i a d a con sus propiedades. Generalmente

l a visual izamos compuesta to ta lmente de moléculas i g u a l e s . S i n em-

b a r g o , l a s i t u a c i ó n no e s t a n simple.

No e s p o s i b l e examinar cada una de las mol4culas de una mues-

tra y , aunque pudieramos h a c e r l o , e l l o no g a r a n t i z a r í a que fueramos

capaces de d e s c r i b i r l a pureza de l a muestra. Imagine que en un i n s -

t a n t e determinado, pudihamos d e s c r i b i r todas las moléculas de 1 grs

mo de l a s u s t a n c i a i d e n t i f i c a d a como "octano normal, C8H18". Aun

cuando encontráramos que cada mol4cula f u e r a en r e a l i d a d C H con

una cadena cont inua (no ramificada) de sus 8 átomos de carbono ( e l

isómero normal) ,apreciar iamos muchas conformaciones moleculares d i -

f e r e n t e s . Por i o t a n t o , no podrfamos d e c i r que las moléculas son

t o d a s i g u a l e s . Cada conformación e s t r a n s i t o r i a ; l a molécula cambia

rápidamente b a j o e l impacto de las c o l i s i o n e s . S i pudiéramos e x t r a e r

instantáneamente t o d a s las moléculas muy plegadas , de jando las menos

plegadas e n e l r e c i p i e n t e , encontrariamos que las dos muestras voi-

v e r í a n a s e r i d é n t i c a s en menos de una millonésima de segundo. &or

cons iguiente no t i e n e ningiín s i g n i f i c a d o p r á c t i c o c o n s i d e r a r que l a

muestra o r i g i n a l e r a "impura" simplemente porque no t o d a s las moié-

8 18

culas eran iguales. De hecho, no e s posible detectar l a presencia

de moléculas extrañas en una muestra, a menos que se separe dicha

materia extraña, para determinar que l a s propiedades de l a s dos

muestras asf obtenidas d i f i e r e n de l a s de l a o r i g ina l . s i no se lo -

g ra l a separación ( l o que quiere dec i r que no se pueden detectar

más cambios de propiedades), podemos suponer que l a muestra es pura.

En l o que concierne a l a s operaciones de laborator io , no e x i s t e f o x

pa de comprobar que l a suposición es fa l sa , a menos que se desarro-

I l e un método más e f e c t i v o para separar l a sustancia pura" en sus

nuevos componentes. Esto quiere dec i r que, en l o s trabajos de labo-

r a t o r i o , l a pureza de una sustancia represnta simplemente l a impo-

t enc ia d e l técnico para a i s l a r o detectar materiales extraños. f o r io

tanto e l invest igador qufmico t rabaja bajo e l punto de v i s t a , no de

que l a pur i f i cac i6n cesa cuando e l compuesto es tá puro, sino que

se debe considerar que e l compuesto es tá puro cuando l a pur i f i cac ión

cesa.

I8

La pur i f i cac idn implica una separación f f s i c a , que se v e r i f i c a

como consecuencia de las di.ferencias en l a s propiedades de l o s com-

ponentes por separar. r o r ejempio, los l a d r i l l o s y los granos de are-

na d i f i e r e n entre sf en cuanto a l tamaño; un cedazo retendrá los 13

d r i l l o s , pero permitirá e l paso de l o s granos de arena bajo l a in-

f luenc ia de l a atraccidn grav i tac ional . Los materiales pueden d i f e -

rir entre sf en muchos o t ros atr ibutos además de l tamaño; l a s pro-

piedades a l4ctr icas , magnéticas y de solubi l idad, son algunas de l a s

20

nyBs frecuentes que s i rven como base a l os procesos de puri f icación.

Finalmente, l a presencia de l os componentes puri f icados debe de-

t ec tarse en alguna forma, para comprobar que se ha ver i f i cado l a

separación.

f o r i o tanto, un sistema de pur i f i cac ión implica (1) un pro-

ceso motriz (de movimiento), pues l o s componentes tendrán que mo-

verse para poderlos separar, (2) una acción diferenciadora que eeta-

blezca l a s d i ferenc ias entre l o s componentes, y (3) un método de

detección.

En real idad, cualquier proceso de pur i f i cac ión ea un aná l i s i s ,

pues l a separación de los componentes implica su caracterización.

RsQUISITOS PABA LA PURIPICACION DE MA!IERIALES:

A. Procesos Motrices (procesos que implican movimiento)

(a) Sedimentación grav i tac ional o centrf fuga

(b) kovimiento en respuesta a una fuerza hidrául ica o mecánica

í c ) Convección (movimiento en una corr iente de gas o l i qu ido

que actiía como medio transportador)

(a) Aceleración de un campo magnético

(e) Aceleración de un campo e l é c t r i c o

( f ) Difusión o e fusión

(g) Movimien5o asociado con cambios en e l estado de agregación

(ejemplos: precipi tacidn de un sól ido; e levación de burbu-

jas de vapor)

c .

I,..

L .I

*. ,

1<..

....

. ..

.. .

..

L

r

r

c

2 1

B. Propiedades que d i f e r e n c i a n a los componentes

(a) Masa

(b) Densidad

( c

(a) Energfa de i o n i z a c i ó n

( e ) Conductividad térmica

(f) Yropiedades magnéticas

(g) Temperaturas a las c u a l e s hay cambios de estado

(h) C a r a c t e r f s t i c a s de solubnlidad

í i ) Tamaño de p a r t i c u i a s

Afinidad e l e c t r ó n i ca

C . Métodos de detecc ión

(a) Sensaciones d i r e c t a s : v i s i ó n , t a c t o , sabor , o l o r

(b) Determinación de propiedades ffsicas como las usadas por

los quimicos desde e l s i g l o pasado, p a r a l a c a r a c t e r i z a c i ó n

de sus tanc ias : punto de f u s i b n , punto de e b u l l i c i b n , fndi -

c e s de r e f r a c c i ó n , e t c .

(c ) Métodos e l é c t r i c o s : d e t e c c i ó n de carga, capacidad para fox

mar i o n e s por calentamiento o por o t r a c l a s e de e x c i t a c i b n ,

a c e l e r a c i ó n de un campo e l é c t r i c o , conductividad e l é c t r i c a .

(d) Métodos magnéticos: desv iac i6n en campos magnéticos

( e ) iB4todos que usan r a d i a c i ó n e lectromagnét ica : microscopf a l u -

minica, f o t o g r a f i a , d i f r a c c i ó n de rayos x, f o t o m e t r i a en e l

i n f r a r r o j o o en el. u l t r a v i o l e t a , o t r o s métodos espectrom4-

t r i c o s

r.

22

(f) Métodos térmicos: medicidn de la conduccidn de c a l o r a tra

vés de una sustancia .

P

23

PRACTICA # 2 "A" MFi"i'Ii0S DE PUKIFIC 4CION

DES L'ILACIQN SI!QPLE

k) OaJETIVOS:

Que e l alumno:

a) conozca los d i f e r en t e s t i p o s de d e s t i l a c i ó n existentes b) aprenda un método de separación y pu r i f i c a c i ón de mezclas c) comprenda su importancia p rác t i ca y ap l i c ab i l idad d) se f a m i l i a r i c e con e l equipo y e l método de e s t i l a c i b n --

mas empleado y s e n c i l l o a nive l l abora tor io .

La d e s t i l a c i ó n e s o t r o método c l á s i c o de pur i f i cac ión . Se ap l i - ca genemlmente a todos los l f ou i do s v o l á t i l e s y en condic iones l igera mente modificadas a s ó l i d o s v o l á t i l e s . Es neceqario desponer, como m i - nimo, de un m i l i l i t r o de 1fqu:ido. Para cantidades más pequeñas ñe %?e

c e s i t an aparatos e spec i a l i l ados . Para c o n r ; i d n d r 9 del orden del m i l i 1 - i t r o es muy a.decuado l a .-o:romatograffa eri f a se de irapor. @e usan d i -

r ente? métod,o.: de d e s i i l a c i ó n dependiendo d e l punto de e b u l l i c i ó n d e l l f q i i i do que se va a de.;t i lar .y de su e 7 t a ? i l i d a d térmica. Hay desti- l a c i ó n simple, d e s t i l a c i ó n a v a c í o , d e s t i l a c i ó n en co r r i en t e de vapor, sublima.ci6n y microdest i lac ión.

temperatura s e g h :P ecuauión s iguiente : La pres ión de vapor p de una sustancia pura se r e l ac i ona con l a

donde:

- t k A P,, log p = - 2.3 T

n P, es c a l o r de vnpor izac ión T temperatura absoluta k r: on 9 tan t e

La te.nperatura a l a cue l a pres ión de vapor de l a sustancia en e% q u i l i b r i o con e l l í qu i do e s i gua l a una atmósfera (760 mm de Hg), se torna como e l punto de e b u l l i c i 6 n de 18 suqtancia.

24

Las mezclas de compuestos se c l s s i f i c a n en v a r i e s ca tegor fas , se- g6n sean l a s sustancias v o l á t i l e s y/o miscibles. Consideremos primero e l caso de l o s l f qu idos vo l .6 t i l es y miscibles. L a pres ión de vapor de

cada l f qu i cü c s graporcional a l a f r acc i ón molar del l í q u i d o en l a mez c l a y se conoce como presión parc ia l . Esta r e l ac i ón , conocida por l e y de Raoult, puede expresarse como P t Po X ( a T constante). Po e s l a

pres ión de vapor de l a sustancia pura a l a temperatura dada y X es is f r a c c i ón molar. La prenión de vapor t o t a l e j e r c i d a qobre una mezcla de l í qu i do como l a indicada e s i gua l a l a @una de l a s presiones parc ia l e s .

donde: pi = pres ión pa r c i a l de i = pres ión de vapor de i puro PO

i = compon?nte de l e mezcla L a r e l ac idn l i n e a l implicada en l a l e y de Raoult no se cumple s i e g

pre exactamente. nes. Es un deagrama de f a ses , análogo a l representado para l a mezcla de dos sbl ido- en l a , f i g . 2. En él se ve que l a pres ión de vapor en ese t i p o de mezclas, se desv ía de l a l i n e a recta .

E l proceso de d e s t i l a c i ón puede representarse por medio de diagra- mas. !5& elevamos l a , temperatura de una mezcla conteniendo , p o r ejemp. e l 75% de B y e l 25% de A hasta. e l punto de enui1.ición, e l vapor tendrá l a composisción 1. No obstante s i se condensa e s t e vapor, no v o l v e r á a su composición o r i g i n a l , s ino que qe obtendrá trazando una l í n e a ver- t i c a l hasta l a composición d e l l í q u i d o en e q u i l i b r i o con él, e s d e c i r , l a composición 2. Este proceso puede r epe t i r s e ( teóricamente) redes- t i l ando l a primera gota , que mrontiensada después tendr ía l a composi: ibn 3. Se observa aue ei. codensado se enriquece gradun1.mente en A, que es e l compuesto más v o l á t i l . Así e l l í qu i do remamente se en.riqu&cer; paulatinamente en A, y , p o r t m t o . aumentará SU punto de e b u l l i c i ó n ha- - t a que. por últ imo, e l punto de e l b u l ~ ~ i c i 6 n obtenido e s e l de A puro. Esto e s los que sucede duranse una d e s t i l a c i ón simple.

En l a f i g . 5 se presenta uno de los casos más cornua.

S . i introducimos a h o r a en e l proceso de d e s t i l a c i ón una columna - con a l q h m a t e r i d cRpaz de in te rcami iar c a l o r , e l preceso de redest i - 1aciÓn descreto tendrá lugar continuamente con l o s vapores aue pasen -

1ilm i .-. " n , . , , . I T ,

25

por l a columna. En consecuencia, l a s mezclas se sep.aran mucho más e@ camente. E l nú - mero de"etapas" de e q u i l i b r i o que se estanlecen en l a columna se denomL nan "p latos teórico.!'.

c i ó n de 1.a mezcla, más "platos t eór i cos t ' se neces i tan para una separa- c i bn buena.

Este proceso se conoce como d e s t i l a c i ó n fraccionada..

Cuanto más nróximos son l o s puntos de ebu l l i -

Otro t i p o de diagrama de fases , más semejante a l dado para una me2 c l a eutécr;ica de s ó l i d o s , se 1:epresenta en l a f i g . 4 . Cuando se irlten - t a d e s t i l a r e l producto se obt iene mamezc la de punt& de ehu?l.iciÓn ron3 tante , que cont iene coiiio un azeótropo. Puesto p c ? se cmportt i esencialmente durante l a des - t i i a c i h n C O Y R U fuera un c o ~ p u e s t o puro, i;.o r w d e lepararse pox e s t a '

t écn ica , y se aconseja usar métodos qufmico.; para qu i t a r uno u o t r o coin - ponente.

e l 60% de p, y e l 409 de H. F:sta mezcla se conoce

Otra pos ib i l i dad es la mezclr fo.n?~fia p o r do.: c,?rripiecto v o l á , t i l e s pero inmiscihles. En e s t a caso, ambos compuestos mantienen m s pres io - nes de vapor a l a temperatura dada, s i n a f ec tarse por l a presencia d e l o t ros . Esto s i g n i f i c a cue I n pres ión de vapor total en cual-quier mo- mento es, senci l lamente, l a sima de las pres iones de vapor de las w s -

tanc ias puras. Este co ,:portamiento l l e v a a una ap' i cac i ón ú t i l , que se conoce co-

mo d e s t i l a c i ó n en co r r i en t e li? vapor. Como l a pres ión t o t a l e s 1.a siima de l a s pre.iiones de l a s sustazc ias pura?, entonces un prodscto que ten- ga una pres ión de vapor )aja Fuede d e s d a r s e junto con agua puesto q;ie 12 &&a Y O d i c i ón e s oue 18. si.ina de lewpresionec sea igual a l a pres ión átnc-: L6rics. de vapor e s directamente proporcional a, l o s moles de co.ripuesto presente Eqto es una consecuenci.? de l a l e y general de l o s <ases PV = nRT. Así, l a raz6n moles de A par t ido por moles de '3 en i @ a l a l a razón de l a s pres iones de vapor.

Se p e d e haci.r e l cálcu.!.o cuan t i t a t i vo , ya clue la presión

a n pa = - 'b "b

Esta ecuación se usapara cualcular . en l a d e s t i l a c i ó n en co r r i en t e de

vapor, una s e r i e de p a k h e t r o s , por ejemplo, l a cantidad de agua (vapor) requerido para dest i l -ar enicorriente de vapor una m t i d a d determinada de

procucto.

DESTILACION Silv'IPiiE

S i un compuesto l í q u i d o t i ene un nunto de ebu l l i c i bn ent re 30' y 150' C y es térmicamente esta~t i le , normalmente se des t i l a . apresibn atmos f é r i c a . Para este f i n , hay eouipos con d i s t i n t a s m?di f icaciones. T o dos corlstan de tres partes: un ' r e c ip i en t e de d e s t i l a c i ón , que puede s e r un matra5 de fondo redondo o en forma de pepa, ción, para poner un termómetro y conducir directamente l o s vapores a l - condensador, q;.e const i tuye l a t e r ce ra pa.rte. +a ca l e f acc i ón del mane t raz deb& hacerse mediante un mechero Buensen con una r e j i l l a , un bario de a c e i t e , una "manta" de ca le facc ione e l é c t r i c a o una lámpara de infrg rrojo. Para obtener puntos de ehul l - i c ibn seguros, e s e senc ia l n buen (.

con t ro l de la ca le facc ibn . E l pu nto de ehul ' l ic ión drPante 1.a des t i l a - c ibn d i f i e r e de l micropu:,nto de &bul.i ición d e s c r i t o en l a p rác t i ca an-

ter ior . pratura a que aesti ' a e l producto. Es ::iposible obtener i n t e r va l o s de puento de -:ebul.l.ición de menoci de 1' C.

a l t a durante l a d e s t i l a c i ón , sino F e se ancttará e l i n t e r v a l o entero.

una cabeza de d e s t i l a I'

S i se determina p o r des t i l a c i ón , se cogerá e l i n t e r va l o de ter! -

No se tomará l a temperatura m6,a

DECTILACION A VACIO

Es aconsejable usar l a des t i l a c i ón a vac í o sa e l compuesto t i ene u pu nto de e b u l l i c i ó n a l t o o s i e s ines tab l e a l co lo r . Cuando baja l a p r e d n e j e r c i d a ?obre e l l i qu i do , e l p w t o de ebul - l i c ión decrece. Una ecua'ción aproximada que relacmna e l p u t o de ehul.lia6n con l a pres ión - es:

Tb - Temperatura de ehu l l i c i dn a l a pre - sibn atmosfér ica en OK.

Y ! = 4.81Th

7.69- l o g P T - Temperatura de ebu l l i c i bn observa-

da a l a pre-sibn P en OK.

P - Pre- ión en mm Hg.

Una r e g l a p rác t i ca para cu lcu lar e l descenso-aproximado del pucnto de e b u l i i c i b n con l a p r e ~ i ó n es que é s t e ba ja &ededor de 100°c s i l a

27

p r e i i dn e j e r c i d a ba ja a 20 mm Hg. ~ j i b n a 1 m'tad e l uento d e ull'c' fcl

Así, cada vez queose dimimuye 15"pse- dAiimi%~~$$2nL i imitaaones. ara pro8uckos de b!&o pu-nqo Be e&u++

L o s dos métodos más comnes para obtener vacíd:~. en e l labiaatorio por una troiiipa de agua, que opera ent re 30 y 10 mm de Hg y 1.a bomba de

a c e i t e de a l t o v a c i o , que puede reduc i r 7a pres ión a 1-0.01 mrn de Hg. Para enplear e l método de v a c i ó en e l l abo ra to r i o e s necesar io un equi- po más conplicado. Lo más importante e s e l siritem& de conexión a l va- c í o con e l condensa.dor. Se pueden hacer d ivercac rno?ir"icat:iones para la d e s t i l a c i ó n a v a c í o , pero l o usual. e s un equipo de v i d r i o con la ,s juntas inc:>rporadas.

DEST1LACiL)N EN COXRIENTE DE VAPOR

Cuando se w a una co r r i en t e ds v a p - a trairés de -an l í q u i a o TJ só l i - do v o l 6 t i l inmisc ib l e con e l agua se recoge una mezcla de agua y el. pro - dueto. Como e l compueqto orqánico t i e n e muy ba ja uola,t i ' idad, e s t e pro - 3

ceso se usa ?ara p u r i f i c a r y separar sustancias de a1.to pue:ito de e b u l l i - ción. La t écn ica que se u t i l i z a e s o pasar e l vapor a. Cavés de l a mez- c l a en un ap i ra to de d e s t i l a c i ón o d e s t i l - runa mezcla, d e l coapuesto con a m . El último método mo e s s a t i s f a c t o r i o se se neces i t an pandes -- cantidade- de s , q a para. des t i ?a r toda l a -3tancias. Como e l produc-

t o en e l des t i 7ado no e s soluble en aqua e s fhi l separado r irectamente

o por ex t racc ión con un d iso lvente . no v o l á t i l e s , rier~ ,mecer& e n €1. matraz de 6estil.aciÓn.

Log productos solubles en agua,

DESTILACION FRACCIONADA

La d e s t i l a c i ón simple no e s e f e c t i v a para 1.a buena sepnración de u - na niezla de l í q u i d o s orgánico'?, a, no s e r que e x i T t a a.l menos una gran d i .-

f e r enc i a entre l o s pu ~ t o s de ebu l l i c i ón de l o s d i s t i n t o s coL?iponentes de l a mezcla. La te2 r í a de -!a desti1.acibn fraccionada e s t á estrechamente l i g ada con 1.a de - 1 a c roili a togrn fí a. C w s i dere ,in l í q u i d o or&nico repartiéndose entre dos f a s e s , una sólida y una ,?aseosa. LE) f a se s ó l i da pued.e sep cral~quie - ra de 1.0s re l7enos usado- en ~ i a s columnas de £racciona.Aeiito. Los re- l l e n o s t í p i c o s cons is ten en h é ' i c e s o a n i l l o s de v id . r i o , r e l l eno metál i - co o en una, s e r i e de hendiauras hachas e n 103 1.8doc de 1.z columna.. La

Ú1.tima se c3,ioce c?i;.o una coliimna Vigreux. La 1-ongitud y l a cantidad -.

Para e s t o s casos se usa 1.a des t i s i ón fracciona,da.

de rel-leno se eterminan experi::ent;al.mate. S i n embarm, l a d i f i cu l tad

..iecánica de des t i l a r cantidades relativamente grandes de l.íquiCo a trg véa de un8 re l leno denso l i , , i . i t . a e l tñmzfio de '.a columna.

La desti!.aciÓn fraccionaaa no e s f á c i l y reauiere unamtrol cuidado SO de 1.8, cale facción , as í como un aislamiento adecuado de l a columna y e l termómetro üurante e l proceso. Sin embargo, u n a columna con re l l~eno móvil, c m o Is ?escr i ta , tiene un gran r,oder de separael&, inclusopara con.puestos cuyo ounto de ebul l i c ión no e i f i e r a en más de un grado.

Nuevamente .se hace l a ac'laracidn de que existen c i e r tas mezclas de comnue.;tos orgsnicos que forman azeótropos. Estas mezc-as no pueden separarse por desri?acidn bajo ninguna circunstancia.

3 AJ d b

t- d (0 'O+ wfl

-A Lornpod\dn

Fimrñ 3 .

I

29

Vapor + B

...

C...

*. .

..

,, ,

..

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._I.

.....

I I

100% A Composición 100% B

Figura 3. (Diapraua, de f a se para un siitema, qimpie hinñrio ) .

A

Todo vapor

Temperatura

Todo l í o u i d o

r & L . t +

100% A Co?nposición 100% B

Figura 4. (Diamama de f a s e para un sistema b inar i o azeotrbpico).

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30

PR4CTlCA # 2 " .4 "

METODOS DE PURIFICACION . DESTILAGION SIMPLE

La d e s t i l a c i ón e s un méto.do c l ád i co de pur i f i cac ión . ae aplaca qenera' .-

mente a todos l o s l í qu i do s v o l á t i l e s , v en condic.i.ones l igeramente modi-

f i c adas a sól-idos; Se u t i i z an d i f e r en t es métodos de d e s t i l a c i ón dependi- do del puento de ebu l . l ? i c i h del. l í qu ido que qe va a d e s t i a r y de skesta- b i l i d a d térmica. Existen d i f e r en t e s t i p o s de dest i lac ión: d e s t i l a c i ón simple, d e s t i l a c i dn a vs.ciÓ, d e s t i l a c i ón en co r r i en t e de vapor, des t i l a - c i ón fraccionade. e tc .

En general podemos d e c i r , qa 1.2, d e s t i l a c i h e s e l proceso de calentamien - t o ae un l í qu ido hasta s i lpnto de ebu l l i c i 6n pasarido l o s vapores a tra- vés de un apgrto Llaicado r e f r i g e r an t e en dori6e =.e C>ndea?q+? , y pos t e r i o r mente se r e c o l e c t a e l l í qu ido , S i u s muestra de un l f q ido puro se des- t i l a , con l a *.emperatura de d?sti la.ciÓn se t raza una gráfka contra canti. da2 de des t i l ado , se obtendrá una l ~ í n e a recta.

Las mezclas de l o s compuestos se c l a s i f i c a n e n -varia4 ca t e z? r i . a i , z e g h sean l as sustancias v o l 6 . t i l i s e y/o miscibbs. i í q u i i r ; cu.?St i ic i J. x i s c i i c s i3. pres ión de vapor tot2. i es tará en fü-n- c i h de 1.a. pres ibn de ve.por Be cada. uno de 10s cornpormíetes y Ce id 2 - z ~ - C i 6 i i zo l a r . U ~ P excepci5n se encuentra en e l caso de lo-, co;riponentes ,que

f o m ~ n una mezcla azeotróp ica , y en aque l l os casos en que no sean m i x + - b l e s cada uno mantiene su pres ión s i n vpmi afectaüo por e l o t ro .

En una mezclade dos o m v

E l o b j e t i v o de l a d e s t i l a c i 6n simple e s separar l o s componentes de una mezcla de dos o m6s mater ia les que sean v o i á t i i e q y misiblen. y d i f i e r an en su f a c i l i d a d de vaporizacibn. Se ap l i c a generalmente a l f qu i ao s "uyo punto de ebu l l i c i ón e s t a entre 70 y 150' C.

FZ3ACTIVO': MATSRI AL

2 Soportes 1 vaso de prec iq i tados de 250 m l 2 p inzas de bureta

A n i l l o R e j i l l a Mechero

MATEHiAL

Termdme tm 2 6 7 cuerpos de ebu l l i c i ón Equipo Quick-Fit

Des t i l a c i ón de un l f q u i c o puro. Montar un aparato de o e s t i l a c i ó n simple, de a:iuerdo con e l maüeio puesto

en el^ l abora tor io . Como será usado es t e aparato t i p o var ia,s veces en e l curso, poner mucha atenc ión a l o s s i gu ientes d e t a l l e s , l o s cuales serán una medida de su hab i l ided en e l l abera tor io .

gerarite deberán s e r sujetFdos. La unidri t r i p i . e I X 6ebc:ré sstn.r suje ta s i se ha colocado debida,mente. La altura, d e l aparato dehe s e r de t a l manera que e l r e c ip i en t e receptor e s t é qobw l a mesa.

Te17~krnetro - E l termdmetm deberá s e r colocado en e l portatermómetro, e l cual contendrá unas gotas de Traselina l f qu i d? quedando de t a l forma que

todo e l bulbo de mercurio e s t é abajo d e l tubo de sa l i d? d e l matraz d e des t i 1 ación. Re j i l l a . - P o r medio de un a n i l l o poner firmemente una r e j i l l a de asbesto contra e l fondo de matraz. Esta par te del aparato e s muy importante s i se emplea una l lama para e f e c tuar el. ca4entamiento. E l asbesto modera 1.a. can t idad de ca. lor t r ans f e r i do a l matraz, a s í que puede contro larse fáciimen-

t e l a des t i l a c i ón , s i e l mater ia l que s e d e s t i l a t i en e un c a l o r de vapo- r i z a c i ón bajo. También e v i t a e l sobrecalentamiento d e l vapor. La r e j i l l a con asbesto puede s e r re: mplazada por una t e l a de alambre s i se ces t i l a agua, ( c a l o r de vapor izac ión a l t o ) o sustancias de ebu l l i c i ón a l t o . Cuernos de ebul l i c ión. - Para que un l í qu i do h ie rva , debe l l e v a r s e un PO

co a r r i ba fie su ebull- ic idn antes que comiencen a s a l i r l a s burbujas. S i una burbuja aparece dentro de’l l i qu ido , é s t a piiede qeguir dos caminos: colapso, s i es más ba jo que e l tamaño mínimo, debido a l a ten&&& super f i - c i a1 de1 l íqu ido : o c rece y se e l e va a l a s g p e r f i c i e d e l 1.fauido s i e s más grande que e l tamaño c r í t i c o . S i un l í qu i do l i b r e de hpureeas s ó l i - das o ga-es. dPsuel t o s es calentado 1.entamei:te desde una tmpera tura muy por abajo d e l puento de e i u l l ~ i c i ó n , puede a lcanzar dicha temperatura s i n que se presenre l a ebu l l i c i ón . E l sobrecalentzmiento ocurre porque se r e - quiere una energ ía ad ic iona l ‘para i n i c i a r l a formación de burbujas. En- tonces, s i una. burbuja comienza a formarse, puede c r ece r con una v io l en- c i a c a s i exp los i va y sacude e l r e c ip i en t e tan v i gorovmente que puede romperlo. Este problema puede e v i t a m e con l a ad ic ión de cuerpos de ebu-

l l i c i ó n (que biPn puede ser. unas p iezas de mater ia l poroso) a l í qu i do an -

- Suje tar e l aparato con seguridad. Tanto e l matraz corn9 e1 r e f r i -

L..,

r..

.._

L

t e s de calentarse cerca. de l punto de ebull ic ión. Los poros act,T.an como forma.dores de burbujas a s í que e l l íqu ido no pue de sobreca.l.entarse. E l a i r e en esos poros e? reemplazedo por ri vapor de l a s sustancias que se desti lan, pero e i t e vapoi' no puede condensarse porque l a temperatura del J-fquido está ligeramente arriba del^ puU00 de ebull ic ión. Sin embargo, sieri;pr.e oue una dest i lac ión 2e eeten.78 y se vuelva. a comenzar será necesari:) ponerccuerpos de ebul l i c ión nuevos por que e l vapor se ha condensado en l o s poros y estos se han llenado con e l l íqu ido , l o queh los hace no efect ivos. Refrigerante.- E l a-a debe r o r r e r a través del r e f r i gemnte antes de comenzar l a dest i lac ión e l aqua debe circul-ar de ahajo hacia arriba. 72 lamente una peque:'a cantidad de R V ~ P se neceriita para en f r i a r e l re3-i- : ~ r an t e : e l fa.ctor c r í t i c o es e l grado de ca lor de transferencia a tra- vés del v idr io . S i es necesario un enfriamiento más e f i c i en t e , usar a- .va más f r í a o un refr iTerante con una superf ic ie de intercambio de ma- yor calor..

Procedimiento.- Verter 70ml. aprox. (nunca l l enar más de 2/7 partes) de l a mezcla en e l matraz de dest i -ación seco, añadir dos o Tres cuerpos de ebul l ic ión. Colocar l a unión t r i p l e y e l portatermómetro sobre e l ma - t raz , enseguida e l term6me+ro y e l refricerante. Comenzar e l calentamien - t o con e l mechero, e l cual. debe descansar en e l soporte. Calentrr a t a l Trado que e l goteo de l destil-ado sea de cerca de una yota por segundo. Continuar l a dest i lac ión hasta que 'a temperatura emoiece R subir, l o cual indica que haiterminado de dest i lar un compuesto y co ienza a des- t i l a r otro.

CUE~'TIOIJ.WI0

1.- Diga c u a e s son l o s puntos de ebul l i c ión de l o s l íquidos desti lados en e l laboratorio que se encuentran reportados en e l Manual.

2.-~Por qué d i f i e r en dichos puntos de ebul l i c ión de l o s obtenidos en l a práctica?

r- 3.-¿Por qué no se debe 11-enar e l matraz de dest i lac ión m6s de RUS dos ._.

33

t e r ce ras partes?

4.-~Cómo debe co locarse correctamente e l termómetro en e l aparato de d e s t i l a c i ón? LPor qué?

5.-i@é e s una mezcla azeotróp ica y cómo se separa? Cite ejemp1.o.

BIdL10GKAFIA

Adams, Johnson, Welconx. ''Laboratory Experiments i n Organic Chemis- try", 5a. ed ic ión. 1967.

BrieTer Cot t f r i ed . - IgQufrnica O r g h i c a Moderna" (Curso P rác t i co de La-

borator io ) . Harper & Row Publishers. México.

MCG.

34

La prSc t i c a cons i? te en d e s t i l a r mediante e l aparato de d e s t i l a c i dn

Quik- f i t una soiucidn de permmganato de potas io , De és ta manera l o aue

esperamos lógicamente eo110 des t i l ado i e r & agua. Pués é s t a t i ene un - punto. de e b u l l i c i ó n de 92OC a 580 mm de Hg, por 7 o qua se obtendrá e l - des t i l ado dentro de un rango muy cercano a l o s 92' C

l a s condic iones d e l l abo ra to r i o .

toirando en cuents

E) CUES'PIONARIO FU'WELTO

1.- Diga cuélescon lo- puntos de e b u l l i c i 6 n de l o s l í qu i do s des t i l ados

en e l l abo ra to r i o que se encuentrrn reportados en e l manual.

O Se dest i l6 a G a quc t i en e un punto de e b u l l i c i ó n de 100 C a 760 mm

de HE.

2.- ¿Porqué d i f i e r e n dichos puntos 2e eriu1iición de l o s obtenidos en I r

pr6c t i c a ?

La temrieratura de ebul7 ic i6n e s directamente proporcional a l a - De manera que, s i disminuimos l a pre- pres ión d e l medio ambi-nte.

s i ón del medio ambiente o atmosfér ica también disminuirá. e l punta de

e3ull. icibn de l a sustanci.i. Ejnplo: e l

a 7Ó0 mm de Hg e s 100°C y

a 580 am de Hg e s 92OC

3 . - ¿Porqué no se debe 1l.enar e l inatrnz de d e i i i l a c i ó n más de sus 2 t e r - cera3 partes?

Por que l a mezc1.a que .e encuentra en e l matraz de de i * . i?ac i6n,

puede derrama.rsc sobre e l r e f r i g e ran te , debido a l burbujeo que se pro

duce.

- Por l o que se obtecdr fa ~ 0 . ~ 0 des t i l a eg ilna mezcla i p a l . a l a 9'

35

5.- i,Cbmo debe colocar=e correctamente e l termómetro en e l apara- se t iene en e l matraz de destilación.

t o de des i i i ac ión?

E l bulbo d e l termómetro debe e s t * ? r exactamenhe a l a entrada

d e l r e f r i g e r a nte , de esta menera se mide e l punto de ebul l i -

c ión correcto, puesto que, se es ta midiendi l a temnersrura d&

g ' s a l a sa l i da d e l matra, de dest i lac ión.

5.- LQUB es una mezcla aaeot . róp ica y cómo se separa? C i t e ejemp'ka

Q g u nos l fquidos forman mezcl-as que hierven a una teaperaturn. in f e r i o r que :P. de cud-quiera de l o s componentes separados. mezcla de pu' nto de ebull.ici6n mas bajo de l e llama mezcla azeotró- p i ca o simplemente azeótbpo. La composición del azeótropo es con: tante a una determinada presión atmosférica. E l azeótropo alcohol. -agua (96$ v/v de etanol) y e l ácido c lorhídr ico de ebul~ l ic ión cons - tante constituyen 2 ejemplos comunes. se ap lc ia con fecuencia a l a determinación de a.@a firmemente uni-. da e nuestras que no toleran un calentamiento proiongado. Se u t i - l i z a e l d isposi t ivo que se muestra en l a fiqura.

A l a

La dest i lac ión azeotrópica

WrtrbA u Han % SWIMMtcYP

La muestra se introduce en un de dest i lac ión, se añade x i leno (disolvente orgánico), se adapta e l condensador y se ca l i e g ta. Cuando e l azeótropo xileno-agua comienza a des t i l a r , e l cone densado:.fl.uye por l a s paredes d e l coiidensador y se recolecta en e l tubo ver t i ca l . enfriarse, 10s COEIpOnent@s de l a mezcla azeotró pica xileno-agua se separa y e l agua, de niayor den.;ioad, se acumula

-

36 en e l fondo del. tubo v e r t i c a l . E l x i l eno se derrama en el. matraz

de d e s t i l a c i ó n y vue lve a u t i l i z a r s e . Mientras e l awa se mide d i -

rectamente, md?, e i tubo en el. que al-macena es t6 graduado. A"p;tISIS Y/O NiOriIFIC4CIOITEX TEC'VICAS DE ;,4 PRACTICA F)

Sobre e s t a pr6.ctica podemos d e c i r que en rea l idad no se pre- sentan proh1.emas técn icos debido a. que l a prác t i ca en sí e s muy sen c i l l a y la mayoría de l o s alumnos ya l a ha r ea l i z ado en l a prepara- t o r i a . Así mismo l a única re ferenc ia que se hace e s acerca d e l - formato que se entreqa. a l o s alumnos ya que en su redacción ex i s t en e.,.rores que puec'en pro2ucir confución en lo- al-umnos.

Como modi f icación se sugiere que en lusa r de l l e v a r s e a cabo - una(mezc1a pa.ra)destilaciÓo simple, se d iera o t r a que funcionara. o r e qu i r i e r a una d e s t i l a c i ón de t i p o azeotróp ica o en s u de fec to una d e s t i l a c i ó n fraccionada, plQs en p rác t i cas pos t e r i o r es l o s alumnos e:f:plean d e s t i l a c i ón s imple ,as í que s e r í a mas ú t i l e l conocimiento de o t r o ti.0 de d e s t i l a c i ón , principalmente azeotróp ica pués en nin - gÚn curso po s t e r i o r de 1ahors : o r i o se hace. En caso que e s t o n3

fuese posi,Jie, entonces, 20 que sugerimos se r í a m e fuese una mez- c l a en l a cual por l o menos se des t i l a sen 2 comnuestoc: d i f e rentes , pu& con es to 48 l-ogra i l u s t r a r mejor l o indicado en e l manual.

Adam?, Jonhson, Welconx, '3Lahoratory exper inentes i n Organic Chemi- - try", 5a. ed i c i ón , 1963.

&der, Paul y Somes%, tntony, "Princic>ios de Química 'I (Introduc- c i ón a l o s conceptos t eór i cos ) , Ed. Limusa Wi ley , México 1973.

9 r i e g e r Co t t f r i e 6 , "Química Orgánica Moderna" (Curso prac t i co de Lz borator io ) , Harper Er Row Publ.ishers, Espa?a 1970.

Flaschka, Sarnprd, 'iturrocic, 's:~uf,iica kna l í t i cn Cuanti tat iva" , Vol I, 4a. impresión, Ed. CECSA, México 1977.

K i rk , "Enciclopedia de Tecnología de l a Química Orgánica".

PRACTICA NO. 2 "B"

METODOS DE PURIFICACION.

CRI S T U ?&CION

A) OBJETIVOS:

Los alumnos entenderán l a c r i s t a l i z ac i ón como un método de pu-

r i f i c a c i ó n de una sustancia. Adquirirán,además, l a habilidad nece--

sar ia para se leccionar e l mejor solvente para l a c r i s t a l i z ac i ón de

un compuesto determina-do.

B) XTNDBBBENTOS:

La c r i s t a l i z ac i ón es un método de pur i f i cac ión de una sustan-

cia. Primero se eliminan los contaminantes por medio de un disolven-

t e ; cuando l a s impurezas son color idas se u t i l i z a carbón activado - que l a s adsorbe y luego se f i l t r a para quitas e l carbón activado y de - j a r e l l i qu ido puro. Cuando enfriamos e l l i qu ido puro, a presión - constante, experimenta un decremento en l a energía de t ras lac idn - promedio de sus moléculas, y de aqui que su temperatura desciende - hasta alcanzar e l "punto de congelamiento", en e l cual l a s fuerzas

de atracción vencen a l a energía de t ras lac ión y l a s moléculas se

ven obligadas a acomodarse en una configuración geomBtrica caracte-

r i s t i c a de cada sustancia. Cuando comienza l a c r i s t a l i z ac i ón se des-

prende ca lo r que impide un nuevo descenso de l a temperatura que asf

permanece invar iab le en tanto ambas fases se hal lan presentee. La

38

remocidn de nuevo ca l o r o r i g ina simplemente l a c r i s t a l i z ac idn de

o t ras masas l íquidas, hasta l o g r a r l a s o l i d i f i c a c i 6n t o t a l ; dnica-

mente entonces l a temperatura comienza a descender por enfriamien-

to. Se denomina "calor de c r i s t a i i z ac i6nn a l a cantidad de ca l o r

desprendido por mol de sustancia. ~

El "punto de fusidnn y e l "punto de congelamiento" de una sus-

tancia son equivalentes; son l a temperatura a l a cual e l l i qu ido y

e l sd l ido están en e qu i l i b r i o a l a preeidn at1hosf4rica normal. La

d i f e renc ia entre los dos radica en l a forma de l l e g a r a l e qu i l i b r i o

y no en e l propio equ i l ib r io . Ai punto de fusidn se l l e g a por calen-

tamiento de l só l ido , mientrae que e l de congelacidn se l o g r a enfriando

e l l iquido.

En e l punto de fusidn o de congelacidn, l a s tendencias de au-

mento de entropfa (sdl ido --+líquido) y de disminución de energfa

( l íqu ido -+sólido) están balanceadas y se establece un equ i l ib r io .

S i se añade ca l o r mientras ee mantiene e l equ i l i b r i o , parte de l ad-

l i d o funde s i n va r i a r su temperatura. Si se elimina calor , a l go del

l í qu ido se congela, también a temperatura constante. S i de una BUS-

tanc ia l i qu ida pura se extrae ca lo r l en ta y continuamente, e l i f qu i -

do se en f r f a hasta que empieza a congelarse, t r a s l o cual el l fqu i -

do se congelará a temperatura constante haeta que se tranuforme por

completo en só l i do y, finalmente, e l sd l ido comenzará a enfr iarse.

La representacidn gí-áf ica de e s ta secuencia, llamada %urva de en-

friamiento", se muestra en l a s iguiente f igura:

P..

. ..

.".I

I

*. . ,.. .

. .

~ ..

r..

T i 'a me o

Figura 5.

Nbtese que e l l iqu ido se puede enfr iar por debajo de m punto

de congeiacibn, antes de que se i n i c i e l a c r i s t a l i z ac ibn y se esta-

blezca e l equ i l ib r io . A es te fenbmeno se l e llama %obreenfriamien-

ton, o más estrictamente "bajoenfriamiento".

Por o t ra parte, l a s fuerzas que mantienen unidos a los dtomos

o moléculas en e l estado só l ido r e v i s t en una importancia especia l

en l a super f i c i e de l mismo. Las moléculas de l a super f ic ie están - sujetas a fuerzas desbalanceadas que actúan hacia e l centro de l sb-

l i d o , donde hay más mol4culas y fuerzas de atraccibn. Para mover - una molécula de l i n t e r i o r de l sb l ido a l a Superf ic ie , tendrfa que

e fectumse un trabajo contra estas fuerzas. Por l o tanto, ias mol&

culas super f i c ia l es estan en condiciones de mayor energfa y son ca-

40

paces de a t rae r a o tras mol4culas que estén cercanas.

Cuando e l área supe r f i c i a l de cualquier auerpo es muy grande

en comparacidn con su volúmen aparente t o t a l , l a s propiedades eape-

c i a l e s de l a s mol4culas super f i c ia l es tienden a i n f l u i r en l a s pro-

piedades de conjunto de l cuerpo con bastante notoriedad. Las re la-

ciones de gran magnitud área-voldmen se presentan cuando,

(a) l a s part icuias de l a sustancia son muy pequeñas, o

(b) e l cuerpo t i ene pequeños poros en toda l a exteneidn de su

vo ldme n . Las part fculas que son tan pequeñas que l os e f ec tos super f i c ia l es

asumen una gran importancia r e l a t i v a en l a determinacibn de l a s caras

t e r i s t i c a s o

des".

La a l t a

en e l comportamiento de l a s sustancias,

energia carac te r f s t i ca de los moléculas

se llamant*colo&

superf i c ia lea ,

puede disminuirse s i se acercan a dicha super f i c i e mol4culas extra-

ñas bajo l a inf luencia de l a s iuerzas res iduales Be a t r a cdbn dispo-

nibles. Por l o tanto, cualquier gas, vapor o l i qu ido se adherirá,

hasta c i e r t o grado, a cualquier super f i c i e de un cuerpo. Este fe -

nómeno se llama '~adsorcidn". Los cuerpos só l idos con áreas superf i-

c i a l e s de gran magnitud con respecto a sus volúmenes aparentes se

llaman "adsorbentes". Los oolo ides cumplen con es te requ is i to debi-

do a su pequeño tamaño. Por l o tanto, todo mater ia l c o l o ida l es a l -

tamente adsorbente. Sin embargo, incluso l o s cuerpos grandes pueden

tener re lac iones superficie-voldmen adecuadas si cuentan con redes

41

de poros en su i n t e r i o r que provean una gran área super f ic ia l . Bs-

t e t i p o de materia puede producirse, por ejemplo, a part ir de cás-

caras de coco, carbonizandolas para después calentar las en una at-

mósfera de vapor de agua a 150*C, con e l objeto de el iminar todo ma-

t e r i a l que pueda gas i f i carse a dicha temperatura. Este proceg, se

denomina "activaciónt1. La materia que queda se compone principalmen

t e de carbono, y , r e t i ene l o s muchos poros creados por e l proceso de

activación. Recibe e l nombre de "carbón activado". Su área super-

f i c i a l puede l l e g a r a s e r hasta de 1000 m /g. La capacidad adsorbeg

t e de es te material es sorprendentemente a l ta .

2

42

C ) PO€?JdATO :

PRACTICA # 2 "B"

IdETODOS DE WRIFICACION :

CRISTALIZACION

FUNDAMENTOS:

La s o l u b i l i d a d de un m a t e r i a l en un d i s o l v e n t e e s una funcidn

no solamente de l a e s t r u c t u r a quimica de l o s componentes, s i n o tam-

b i e n de l a temperatura. Ordinariamente l a s o l u b i l i d a d de un s d l i d o ei

un l i q u i d o s e incrementa a l aumentar l a temperatura y en algunos ca-

sos e l e fec to puede s e r muy marcado. E s t e fen6meno e s de gran impor-

t a n c i a e n química org4nica, ya que e s l a base para l a p u r i f i c a c i 6 n

de un s d l i d o por c r i s t a l i z a c i d n .

s i un s ó l i d o s e d isue lve en un d i s o l v e n t e c a l i e n t e y l a s o l u c i d n

s e e n f r i a , s e a l c a n z a l a s a t u r a c i d n , con l o c u a l e l s d l i d o puede cris-

t a l i z a r . S i l a s u s t a n c i a o r i g i n a l cont iene alguna impureza, un procedi

miento espec i f iao de p u r i f i c a c i d n e s l a c r i s t a l i z a c i d n d e l m a t e r i a l

en un s o l v e n t e adecuado. Los contaminantes que son i n s o l u b l e s en un

d i s o l v e n t e pueden separarse por f i l t r a c i d n de l a so luc idn c a l i e n t e y

l o s que son m u y s o l u b l e s permanecerán en s o l u c i d n cuando e l s o l u t o -- ha c r i s t a l i z a d o y B s t e separado por f i l t r a c i d n . Ocasionalmente e s ng

c e s a r i o e l i m i n a r impurezas c o l o r i d a s l o cua l s e consigue calentando

l a so luc idn a e b u l i i c i d n con carbdn ac t ivado (en e l cua l son absor--

bidas) . Posteriormente s e e l i m i n a e l carbdn p o r f i l t r a c i d n y s e proce - de a l a c r i s t a l i z a c i ó n en l a forma común.

43

No e s raro que l a s o l u c i b n l l e g u e a e s t a r sobresaturada, par-

t i cu larmente cuando e l enfriamiento s e e f e c t ú a con l e n t i t u d . En ta--

l e s c a s o s l a c f i s t a i i z a c i ó n s e puede i n d u c i r por a d i c i b n de un c r i s ta l

d e l s o l u t o . En e l caso de no disponer de c r i s t a l e s d e l s b l i d o , las

paredes i n t e r i o r e s d e l r e c i p i e n t e s e raspan v i g o r o s m e n t e con un agii

t a d o r , de pre ferenc ia cerca de l a s u p e r f i c i e de l a so luc ibn . T a l rae

pado s e supone que produce p a r t í c u l a s diminutas o s u p e r f i c i a l e s irrg

g u i a r e s , las c u a l e s ac túan como c e n t r o s de c r i s t a l i z a c i b n .

La e l e c c i ó n d e l so lvente para l a p u r i f i c a a i b n de un s d l i d o de-

berá basarse en las c a r a c t e r í s t i c a s s i g u i e n t e s :

1.- El m a t e r i a l que s e desea purificar deberá s e r c o n s i d e r a b l e

mente más s o l u b l e en e l d i s o l v e n t e c a l i e n t e que en f r f o .

2.- Las impurezas deben s e r o muy s o l u b l e s o i n s o l u b l e s en e l

d i s o l v e n t e , o b i e n e l l a s podrán e l iminarse fác i lmente por medio d e l

carbón act ivado.

3.- E l d iso lvente deberá t e n e r un punto de e b u l l i c i ó n l o m4s ba - j o p o s i b l e , para fac i l i tar l a evaporacibn d e l mismo y e l secado de - l o s c r i s t a l e s .

4.- E l d i s o l v e n t e no debe r e a c c i o n a r con e l s o l u t o .

Además de e s t o s f a c t o r e s , e s también conveniente c o n s i d e r a r e l

c o s t o , t o x i c i d a d e i n f l a m a b i l i d a d de l o s d i s o l v e n t e s .

Muchas, veces e l d i s o l v e n t e d s e f i c i e n t e para l a c r i s t a l i z a c i b n

de un compuesto es una mezcla de dos l f q u i d o s . T a l e s mezclas de d i -

s o l v e n t e s s e usan cuando un s ó l i d o e s s o l u b l e en un componente e i n -

so luble en e l o t r o , en e s t a s condic iones puede l o g r a r s e una c r i s t a -

l i z a c i b n e f i c i e n t e . E l m a t e r i a l para c r i s t a l i z a r s e s e disuelve en e l

d i s o l v e n t e c a l i e n t e en e l cua l e s más so luble y luego s e agrega e l

o t r o d i s o l v e n t e lentamente a l a s o i u c i 6 n c a l i e n t e hasta qwe e l sols

t o t i e n d e a separarse (la s o l u c i ó n s e vo lverá t u r b i a ) . La mezcla s e

c a l i e n t a de nuevo para d i s o l v e r todo e l m a t e r i a l ( s i e s n e c e s a r i o ,

s e añaden pequeñas cant idades d e l primer so lvente para ayudar a l c-

proceso) . Con ia ayuda de un enfr iamiento i e n t o s e separará e l pro-

ducto c r i s t a l i n o . Entre l o s pares de d i s o l v e n t e s más comunes s e en-

cuentran: agua-metanol, agua-etanol , benceno-eter, a c e t a t o de e t i l o -

e t a n o l , agua-acetona, e t c .

REACTIVOS: MATERIAL:

0.30 g de ac. benzdico impuro 1 vaso de p r e c i p i t a d o s 250 m l

carbdn ac t ivado (una pizca) vari l la de v i d r i o

Agua d e s t i l a d a 1 pinzas para tubo de ensaye

e tanoi (2 m i ) a n i l l o

benceno (2 ml) p e l a de asbes to

Cloroformo (2 mi) soporte

,

Mechero Bunsen

1 matraz Erlenmeyer 125 ml

Embudo t a l l e largo

Papel f i l t r o

tubos de ensaye (6)

g r a d i l l a

"I

-.

r.

.-. *-

,. ..

...

., .

L

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.. . . *. .. i.

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.... _ .

-1

._. P-

. ..

m a Etanol Benceno

msolvió en f r í o

Disolv id en ca l iente

No d iso l v id 1 A

45

Cloroformo

PROCEDIMIENTO:

Se hacen pruebas de solubi l idad con e l ácido benzdico, con e l

f i n de obtener e l mejor solvente para su cr is ta l i zac idn. Los solven

t e s con los cuales vamos a t raba jar son etanol, agua, benceno y c l z

roformo. Se toma un poco de l ácido benzdico impuro y se va tratando

con l os d i ferentes solventes, en caso de s e r insoluble en f r í o se

ca l ienta para v e r si so lub i l i z a o no, se hace una tab la de l a s iguien

t e manera para poder tener después e l c r i t e r i o para e l e g i r e l mejor

Recordar que todos l o s solventes o r g h i c o s deben se r calentados

en baño María.

Habiendo hecho l a s pruebas de solubil idad, podemos aacar e l -- solvente A s adecuaao, y procedemos a hacer l o siguiente: en un ma-

t r a z Erlenmeyer de 125 ml agregamos un poco de ácido benzdico (aprox.

0.15 g) agregamos e l disolvente escogido y calentamos a punto de -- ebu l l i c idn para d i so l v e r todo e l compuesto. S i l a solucidn es colo-

r ida, de jar que se en f r i e ligeramente, agregar una pizca de carbón

activado y continuar l a ebu l l i c idn por unos minutos, f i l t r a r l a s o h -

cidn cal iente. Recoger e l f i l t r a d o en un vaso de 250 m l , y poner a -

46

en f r i a r l a solución en un c r i s ta l i zador con h i e l o (agregar s a l para

abatir l a temperatura), deje que vaya enfriando y en caso que l a - cr i s ta l i zac ión no sea espontánea u t i l i c e alguno de l o s métodos men-

cionados para inducirla. Ya que tenemos precipitado e l ácido benzbi-

co, filtrar y lavar e l precipitado con e l disolvente usado. Dejar - secar. Para un secado más rápido l o s c r i s t a l e s pueden ser puestos en

un v i d r i o de r e l o j . Pesar y sacar Punto de F'usi6n.

CUESTI ONAFUO :

1.- ¿Qué fenómeno se efectúa en l a eliminaalón de impurezas - por e l carb6n activado?

2.- ¿Qué caracter íst icas debe tener un material adsorbente?

3.- Defina e l fenómeno de criatai izacibn.

4.- ¿Wál fué e l disolvente escogido y por qtié?

BI BLIOGRAFIk

BPieger Gottfr ied. "Qufmica OrgClnica Moderna* (Curso P d c t i c o

de Laboratorio). Harper & Row Publ. México. pp 30-32.

41

D) RESULTADOS ESPERADOS:

El comportamiento de solubi l idad que debe presentar e l ácido

benzóico es e l siguiente: soluble en etanol, bencenoy cloroformo a

temperatura ambiente, e insoluble en agua en f r i o , pero soluble a l

calentar. Por consiguiente, e l solvente más adecuado para e fectuar

una buena c r i s t a l i z ac idn es e l agua.

Por ot ra parte, e l punto de fus ión obtenido debe es tar cercano

a 1 2 2 % (a 1 atm. de presión). S i e l producto recr i s ta l i zado no es-

t á suficientemente puro, e l punto de fusión será bajo, por l o que

es necesario vo l ve r a r e c r i s t a l i z a r .

E) CUESTIONARIO:

1. ¿Qué fendmeno se e fectda en l a eliminación de impurezas por

e l carbón activado?

Se e fectda un fendmeno de adsorción. E l carbón vegeta l t i ene una

área supe r f i c i a l muy grande, debida a que esta sustancia t i ene can:

dades i r regulares distr ibuidas en gran número en toda su extensidn.

Una pequeña cantidad de carbón vegeta l puede adsorber en su super-

f i c i e un gran número de moléculas polares. Cuando l a super f ic ie de l

carbón se satura de dichas moléculas, hay necesidad de calentar pa-

r a el iminarlas y regenerar l a capacidad adsorbente del carbón vege-

t a l . A este t i p o de material regenerado se l e llama carbón activado.

48

2. ¿Qué caracterfsticas debe t e n e r un m a t e r i a l adsorbente?

Tener una capacidad para a t r a e r por medio de adhesión, en su

s u p e r f i c i e , las moléculas o idnes de o t r a s u s t a n c i a ya s e a l i q u i d a

o gaseosa.

3. Defina e l fenómeno de c r i s t a i i z a c i o n .

Es un proceso de p u r i f i c a c i ó n basado en l a capacidad de algu-

nas s u s t a n c i a s para c o n v e r t i r s e en c r i s t a l e s a un det-inado punto

de congelamiento, que e s i g u a l a s u punto de fusión. E s t e proceso se

l l e v a a cabo cuando enfriamos un l iquido puro, a una presión cons-

t a n t e , y hay un descenso en l a energ ía de movimiento de sus molécu-

las , entonces su temperatura baja hasta a l c a n z a r e l punto de congela

miento,

métr i ca

r e s son

4.

en e l c u a l las moléculas se acomodan en una e s t r u c t u r a geo-

determinada, porque las f u e r z a s de a t r a c c i ó n intermoiecula-

mayores que l a energ ía de movimiento.

&Cuál fu6 e l d iso lvente escogido y por qué?

Como ya s e mencionó a n t e s , e l so lvente se lecc ionado fue e l agua,

debido a las propiedades de s o l u b i l i d a d que presentaba.

49

P) ANALISIS Y MODIFICACIONES TECNICAS DE LA PRACTICB:

Es ésta una de las prácticas mejor elaboradas, que rinde resu2

tados muy satisfactorios; sin embargo, es conveniente señalar que

para poder saaar el punto de fusidn de la sustancia recristalizada,

es necesario adicionar a la lista de material que se presenta en el

formato, los instrumentos y reactivos adecuados para poder efectuar-

lo. Esto es importante, ya que el laboratorista se niega en muchas

ocasiones a proporcionar el material que no se menciona en el forma-

to de la práctiaa, según lo establecido.

Resulta necesario que los alumnosgentiendan el proceso de cris-

talización como u% método de purificacidn de amplia utilidad.

G) BIBLIOGRAPIB:

1) Brescia, Arents, Meilich, Turk. "Fundamentos de Qufmica".

C.6.C.S.A. MéXiCO, 1975.

2) Elaschka, Barnard, Sturrock. "Química Analftica Cuantitativa"

Vol. I. C.E.C.S.A. México, 1978.

3) Kask, Uno. "Química. Estructura y Cambios de la Materia".

G.E.C.S.A. México, 1975.

4) Maron y Prutton. "Fundamentos de Pisiaoqufmica" Bd. Limusa.

México, 1974.

50

PRACTICA i# 3

ENLACES QUINIICOS .

A) OMETIliOS

Esta p rác t i ca pretente que e l alumno:

a) aprenda l a importancia de l a co locac ión de los e lement is en

l a t ab l a pe r i ód i ca y que de es to depende su react iv idad.

b) Compruebe prRcticamente l o s t i p o s de enlace? ex is tentes .

e) Relaciones l a conductividad e l e c t r i c a de l a s sustancias con

e l t i p o de enlace que e s tas presenten.

3 ) INTRODUCCION

La observación de i a r ep e t i c i ón de l a s propiedades químicas

de algunos el.emen.tos _I l a semejanza de suspropiedades f í s i c a s , con-

dujo a d i ve rsos in tentos para su QdensciÓn En 1817 Dobereiner or-

den6 l a v i e t ena de lcs conocido.s en t r iadas . En 1864 NewLarrds OF

den6 l o s elemeiitos de acu?:rso con RU c rec i en t e peso atdmico, desta-

cando l a reapar i c ión de propiedades admicas y f f s i c a s , después de

cada i n t e r va l o de ocho elementos.

c a l l e I l a m ó leg de l a s octavas. Su aportación no fue apreciada - por sus conternporáneos. En 1.869 D i r n i t r i Mendeleev y Lothar Meyer,

independientemente, propuesieron una c l a r a c l a s i f i c a c i ó n de l o s 55

e?ementolconicidhos en esa época; e l primero, casiderando l a s pro-

piedades f f s i c a s , volumen atórnico, puento de fus i ón y ebu l l i c i ón ,

como función de' peoso atómico. Mendeleev expuso más claramente

l a importancia de l a p r e i o , ididad; e l s i gn i . f i c ado de l a s s e r i e pa-

r e s e impares de l o s lementos. Se h i c i e r on v a r i a s va lo rac iónes

que permit ieron a Mendeleev j u e t i f i c a r l a iflignación en grupos y co-

Por analogía con l a escala, musi -

' '"7 , ,,."

, . " ,<"I".,

i Y ..,1

, .

1

l~umnas dependientes de sus propiedades. Así se jejo: "todos l o s e- lementos que tengan iwal rrthero de e l e c t r ones en l a capa más e x t e r - na t e n i i r h propiedades químicas s i ' d a r e s . De e s t a forma l o s e-

l enentos colocados en col.uI!rna,s v e r t i ca l - e s f o m i n f am i l i a s o ~ I ' U P O S

con propiedades químicas s i x i l a r e s . Los elementos en f i l a ho r i z o r t a l forman períodos. Los elementosde cada f a m i i i a se d i v iden en - subgru::os, *)para l o s t í p i c o s , y @ para l o n de t r m s i c i b n . Lo- e l ~ e - mentos metál.&$@ están a l a i zquierda y e l centro: l o s metalo ides y

no metales a l a derecha; los .gases nob1.es en e l O. En cualquier fami1.ia l a cap:> más externa cont ien igual. número de e l e c t r ones que son l o s de va1.escia excepto H y He. A medida que aumento el. núm. atómico de l o s miembros de una f am i l i a , auemta: a) la densidad: b) e l c o l o r ( e j . F,gas amaril 'o-verdoso, C1,gas verde , Br , l í au ido ro- j o , I, sÓl.ico negro púrpura); c) e l volumen y e l rad io atómico; d)

el- ca rác t e r metfti ico; e) el- radio i ón ico . A i aumentar e l número- atómico de 103 miembro de una f a i l i a disminuye su potenc ia l de io nizac ión. En l o s perfodos, l a ac t i v i dad química de l o s meta-l-es di:

minuye y la( de ' l o s no metales va aumentando de i zouierda a derecha. La e l e c t r oa f i n i dad , e s i gua l en v a l o r a l po tenc ia l de i on i zac i ón y disminuye a l a,umenta,r e l nímero atómico de l o s miembros de un;: fa-

mi l i a . La e l e c t r onemt i v i dad , en una f a m i l i a d iw inuye con e l nú - mero atómico y en un períocto aumentn con e l niúmero atómico.

Ahora despues de t ener e s ta información podemos entender por- que se forman l o s d i f e r en t e s t i p o s de enl.ace dependiendo de l o s e- lementos que se encuentren unidos.

Los átomos methl icos oue t ienen pocos e l e c t r ones en suscpa-: e- l e c t r ón i cas más externas tienden$ perder e s t o s e l e c t r ones cedidndo- l o s a o t r o s á.tomos, adquiriendo a s í l~a. c o n f i ~ r a c i 6 n e l c t rón icn es-

t ab l e d e l Kan, i n e r t e anter.iLor más cercano. De l mimo modo, l o s - átomos no met6l icos que roseen c r rca de ocho e l e c t r ones en l a capa externa t ienden -r .oa,nar e l e c t r ones procedentes de o t m s ;tomos, ad- quiriendo a s í l a conf:ie;uraciÓn e l e c t r ón i c a e s tab l e d e l <as i n e r t e po s t e r i o r roás cercano. POX- ejenplo, en la rescc ión z e l soc i o con el. c l o r o , formáncose un i o n sodio y un i o n cloruro:

52

., .

..

r. ”

L’3q icr,i+i de carga opiiesta se encuentran su je tos en l a red del.

c r i s ta l . de c lo ruro sddico por fuerzas me principalmente son eleci .

t r o s t a t i c a s . Este t i p o de enlace químico, or iT ir i&o adiniite 1.a - t ran fe renc ia de un e l e c t r ón de u:i fomo a o t r o , rec ibe e l nombre de

eneiace e f c t r o va l en t e op91ar.

Algunos .fonios pueden c m p l e t a r un oc t e t o de e l e c t r ones por C O N -

pa r t i c i dn de el-ectrones ent re a1.snon Storno.:. Vat ios elemento.: no

metá l i cos cornpletari ‘un o c t e t o de e l e c t r ones compartiendo el-ectrone.:

con o t r o s átomos d e l mismo el?:nenito, formando molécul-as diatdmicas;

p o r ejeffiplo,

:&? + .Ci: cc : t i : Ci: .. .. .. E l c l o r o molecul.ar, CI.? puede represenwrne por C1-C1, indica”-! -

do e l @ion si tuaao entre 1.0s tomos un p n r de e l e c t r ones coiiipartie

dos entre ambos. De f o rma análoqa, en e l t e t rac l o ruro de cwbono

l a d intr ibuc idn de 1.0s elec.tro:ies puede representarse de l a fo rma

sigu$inte: .. 35:

.I c1

C l i L C -c1 t I

E l enlace químico foniiado nor l a compa,rticiÓn de e l e c t r ones - ent re átomos, de forma que cda uno de éstos comtribuye con un e lec-

t r ón a l par coriipa.rtii!o, de conoce cono enlace covde r i t e ,on0 po lar .

Los átomos que poseen paresno compartido3 de e l e c t r ones pue-6

den contFr ibu i r con un par R 1.n unión con o t ros átomos d v f i c i t a r i o -

de e lectrones. . El átomo de nitrógei io del. oiioruiaco t i ene un oc te to

c o q l e t o de e l e c t r ones u en 6 1 hay un pa.r de e l ec t rones no comnarti

dos; e l i o n hldrdceno (átomo de hidrdgeno que ha perdiao ~ L I e i ec t rdn

-

de Valencia) adnui f ic una cr>nfiquración esta i je l aceptando dos eiec-

trones donados por e l tomo de nt i rógeqo del rncniaco.

H .. H

Un enlace químico forme,co p o r 7 ~ 3 cmpe.r.tici6n de un par de -- e l ec t ronc s procedente fntegrnmente de un á t m o se l lama cova iente

coordinado o semipolar. En l a s fórmulas g ra f i c f i s e s t e t i p o de en-

l a c e se representa mediante una f l e cha que va del donador a l recep-

t o r d.- e lec trones . Trna v e z forniado un enlace semipol-ar no qe dis-

tinrrue en nada d e l no po lar : e s t o s doc: t i p o s e enlace air'ieren, no

en su forma de s e r , sono en su modo de formación.

E l coiicepto de Lewis de ácidos y bases se fundamenta en PI. in-

l a c e semipolar;um, base e.s un do:indor de un p r r de e lectro : -es y un'

ác ido e s un recep*or de un p a r de e lectrones . La aase de Lewis ,

que actúa COPIO donndor., se l-i.aina l isr,. .do y se represen:a por L en

l a s fórniulas y ecuaciones qeneralhs. En 1.a f o r n x i h de complejo.

e l l i gando es normal-mente una molécula neutra (H20, NH3, muchs;o coni - puestos orghnicos, especiai.nente 7-07 que cont iene n i t r 6~ ; ~ 'm ) o tin - ::

n ión ( ~ i - , CN-, M ) ~ -- , etc.).

Casi t o233 i o : icriey i::etál.icos pueden rc tuar coxo Rcidoc de - Lewis aceptando pzres el .ectronicoQ de 7.as bases de Lewis para f o z b m a r iones c m p l e j o s . E l n<mero Ce pclacon quc pucclcii ? ~ ? i c ! i r so-

bre un i o n cen t ra l se l lama número se coordinación de l i an y e s u-

na de sus prouedatZe3 ca rnc t e r í s t i cas . E1 número mhximo de coordi-

w , .

54

nacibn es?< re:.aci.ni.aso rqn l q posición de l elem_e,zto en ci , : ~ L < L Ü

+fl3dico, de l a forma qiguiente:

Dos: e l eleme :%o hidrógeno 4?xclu.iivzi!l:- rite

Cuatro;: elementso d e l primer peri.odo (corto), L i a F

Seis: elenentos del sepundo

largo, IJa a 'ir.

Ocho: l o s exento9 re.;taiite$

Aparece,! con fecuencia

p e r 3do (corto) y del primer periodo

eropemndo del Rb.

nhe r o s de coordinación in fe r io res a l

máximo; a s í e l i on cobre, a;de t iene un número de coo3rdinación máxi -

mo de yeis,presenta normalinente un mhero Ce coordinación máximo de

cuatro, coi'~o sucede en CU(NH? )~ . Los iones farni iarespresentau

normal-mente un número do ao.)rr!innci6n aue e s e l doble de !.a. e lectro - valened&r!o.iiiÚmero de oxidación del i on senci;lo, como se observa en

44

PRACTICA # 7

ENLACES QUIMICOC

6

1

1

,,, . 1

1 c

1

1

1 <_

MATERIG

tubos de ensaye de 20 m i

tubo de enspye de 125 mi

v i d r i o de r e l o >

vasos de prec ip i tados de 100 m l

cuba

mechero 13unsen

pinzas para tubo

pinms par c r i s o l

a Titado

c i r c u i t o para medir conauctividad

c paoe l estaiío

p a w l PH

H2S04 e tano l

Acetona IO$

HC1 10%

Acid0 acé t i co

Hexano

ME

NaCl (0.1M)

NaN07 (0.1M)

CC14

SEacxrosa 40$

HC1 concentrado

Benceno

IiH40H

DES AiIKOLLo :

1.- Enlace El.ectDovalente: Se va a l l e y a r a cabo l a s iquiente reac-

ción: Na .F H2ü 4 NaOH 4 1/2 H2t

,,. .

de l a s i gu iente manera:

se sumerge inve t i do un tubo de ensayo de 125 ml, . I-nándolo c:Jmpieta -

mente son que qxl’din burbiijas. ‘[Jtilizando unas pinzas de c r i s o l .

Se 1l.ena a n a cuba con aqua de l a l l a v e y

56

se introduce a?- tubo un t r oc iko de sodio metá1.ico envuel-to en papel

estit.0.

Precauci6n: No d e j a r que e l s o c i o eritre en contanto directa:nen.te c

con e l agua, ya q.ue l a reacc ion e.i s-unamente v i o l en ta . No d e j m

e l sodio expuesto a l a i r e .

, .

E l metal e.ripieza í! reaec ionar inmed+.atniiiente con e l ama, des-

prendiéndose 11, q-de derpl.a.za a. un vol~umeii de @a en e l tubo. La

reacc ión termina cuafido no se desprende más gas. Observando e l - vo’;.umen de gaq y e l t i eapo de l a reacción.

que no se va.cié el. l i qu i do c3,ntenir:o en é l . (Para e l l o , tapa.r l a

ooca. del tubo cuanao aún es t6 dentro d e l ama.

Sacar e l tubo cuidanao

Ve t e r e l l í q u i s o en un vago de nrec ip i tadoq y medir c m d u c t i v i

dad e l é c t r i c a , jr e l pH de 1.a solución.

9iri;uiewo e l miqmo procedi,I iento , probar :as s i m i e n t e s reac-

ciones: $. H*0 -

2A1 t 6H20 P

Medir l a conducti5idad de l a s s iquiente9 soiucmnes:

Cloruro de $0213 G.1M (NaC1)

* *‘*5! ‘u

i Sul fa to de Cobre 0.1M (Cucjo4)

N i t r a t o de Sodio 0.1M (NaNOj)

Acido sul f ‘ r i c o concentrado (H2W41

.@ido su l fÚr i co dil.uido a l 10%

2.- Enlace Covalente: Poner en vasos de 100 ml, 40 ml. de l a s s i g u i a - . .

,, .

I- t e 3 sustaiic i as:

, - I Tetrac loruro de carbono (CC12

Alcohol e t f l i c o

moi.ución de sacarosa. a l 4Q$

W l u c i ó n de acetona a l 10%

b.

r.” .

57

h i d o c l o rh í d r i c o a l l O $ (ECl )

Acido e c é t i c o a l 10%

Raiicino Hexmo

Medir 1-8 conduct iv ida e l d c t r i c r de CRCP Lno de l a s -0l-UCiOneR

y d e c i r cu r i e s son cmductoras.

7.- Enlace Covalente Coordinado: En un tubo de e%%::e de 20 m i , po-

ne r 2 r n l de so luc ión de CusO y añadir lentamente hdrdxido de a.nof%

n io (NH OH) concentrado hasta me se f o r m e un nrecipi'ado azul pá-

l i d o .

4

4

Agregar más NH40H hasta d i w l v e r e l prec ip i tado formar una - ao:!uxión c o l o r azul intenso.

3eacción: cuco4 .t. z N H ~ O H --.;e/ CU(OH) C*. (x31 70 2 4 2' 4 azul --ál.ido

Cu(OH)2 4. NH40H .-) L C U ( N H ~ ) ~ ~ SO4 exee so complejo azul intenso solu.

su l f a t o de tetramín cobre

Medir en l a so luc ión azul intenso. l a conductividad.

CUESTIONARIO:

1.- Ec;cr ih i r toda3 l a reacciane? efectuadas.

2.- ¿Qué reacc iones pueden o cu r r i r se =e de j a e l ?odio expuesto a l

a i r e ?

3.- Exp l i ca r qué e4 e l a ce e l e c r rova l en t e , covale-ite y cooordinado.

Dar 5 ejeiiiplos de cada uno.

4.- ¿Quienen son 1.0s reaponsables de l a conductividad e l é c t l r i c a d

soluciones? ~Cdrno se e fectúa é-ta?

58

D> RESU5TADOC ESPERADOS

En 1.a primera psrte,es dec i r en l a -se l l evan a cabo l a s 0 3 0

reaccione? del- Na, Mg, Ai, e l resultado ser6 que por su cdocac ión

dentro de l a tabla periódica estos elementos reacciona& con ela-

gua a di ferentes velocidades, sj.endo l a velocidad de reacción pa-

ra e l Na pues es mas electroneqativo que l o s otros dos. Le se&-

r í a e l Yg y por Últi.?.o e l 41.

O

O O

En cuanto a cinductividades, todos estos conduciran pués co-

mo ya es sabido l o s enlaces idnicos o electrova.lentes, son 1.0s me-

jores c3nductoreq de e lec tr ic idad dovido a 19s cargas y su faci1.i-

dad d r isnización. 49f mismo alqunos de l o s enlaces Cova.lentes - polarea timbién l a ondueen, es r2ecir l o s e d e s covalentes coordi-

nado s. Pero no l a conducen l o e d a c e n covalente no polares.

Cumdo se t r a t a de &idos se sspera k n e r una mayor conductivi -

dad cuando este se encuentra ionizado es decir , cuando se encuen-

t ra , d i lu; ido.

4) CUX7í'IONkRIO J

1.- E s c r i i i r toeas la!: rencciones efectdadas:

Na t H2Q F NaOH + 1/2 HJ

CU( OH) + NH40H 4]S04

2.- ;Qué reacciones pueden ocurr i r s i se deja e l .;odio expuesto a l

aire?

59

E l sodio e.: un metal blando, blanco PI-ateado; fuande a 97O,:y

se v o l a t i l i z a a l r o j o v i vo . . , , . ~

Es un cnerpÓ muy enérg ico d e d e e l punto de v i s t a químico, R

causa de 3u ox idab i l i aad , razón cor 1s cuál hzg que onsrvar lo en un

a c e i t e aue no contenga oxímeno.

Eo =e ox~ida expontaneamente a l a i r e seco y fr ío, aero arde en

e l oxígeno con llama mari l1.a muy ca . rac te r f s t i ca , r,rr>Oiicii.iido el- 6-

x i do de sodio: 2Na 4- 1/2 O2 - Na2P

Na20 e3 e l t i p o d e l d i r o :,&rico: c o n e l at&pa, produce un2 base

Naoi1:

. .

'.

..

3 . - Exp l i ca r qué e s enlace e lectrova. lente, covalr-nte y coordinado.

Dar 5 ejeniplos. de cada uno.

L o s en l z ces e lec trovnl .e~ i tes se forme. ~ mediante l a t ransferenc ia

de e l e c t r ones del &tomo m6.s met61.ico a l meno@metsiico. dn e l CPSO

de l o s elementos de número atónico penuefio, e l átomo receptor zcep-

t a su f i c i . -n te nÚu¡ro ee e l c t r o w s pRra comp?.etar ?u ca.pa de va1.tncia

La fuerza de un9611 ent e l o s 2 iónes aue se fornian, se debe e la P-

t r acc i ón en i r e l a c m ' a po- i t ; ivr de un i bn y 12 carga neyat iva d e l

o t ro . Ejm. NaC1, MgS04, C6H5C00-Na', L i F , NaBr, Al2$?, CaC12

En: ace Cova1ente.- Cuando un Atom0 A compñrte uno de sus e lec-

trones con 13 y éqta a ?u vez co;~!parte uno d e sus e iecTrones con A,

completando a s í arnboq forr.os sus co. 'u.mrzciÓn de , g ~ s nob e , se de?

mina enlace covalcrite o no polar .

1

x .. * x :&', + 2*% w.7 :A'#Bf -. * . *A

y e-. 1.8 i igadura c . a ra r .~e r f ? t i ca de l o s compuesto or&nico y 1

60

y l a s moléculhs gaseosas. n u

Ejem. 4.- 1 -4 H-H, C1-C1, C-C, H-C1, HO-S-OH, H,O, F2 - t

O

Enlace cova l fn t e coordinado.- En e s t e enlace e l atom0 aue tie ne uno o m6s panes de e l e c t ~ o n e s mo compartidos, pue'e con t r ibu i r - oon un par de e l e c t r ones en su capa de Valencia.

4 Ejm.

A. H$+H, ki20 4 H, $o2. ZnO, N205, 1 íH5 f i4 * CUI SO4

4.-~Quiénes son l o s responsables de l a conductividnd e l é c t r i c a de - solkcianes? gcórno se e f e c túa ésta?

La energ fa e l é c t r i c a estrnnsportada a trvks de l a mater ia me-

d i a f i l e l a conducci6n ae cargas e l é c t r i c a s de un ?u nto a otro, a - e s t e fenómeno se l e 1.lama co r r i en t e r l é c t r i c a . Para que l a . corr i -

t e e l b c t r i c a pueda procucirse e s necesar io aa haga fuerza capaz de

ponerlo9 en movimiento. Est?? portr3dores pueden s e r 7-05 e l e c t r o -

nes en e l caso de l o s rneta-!-?T, o !.on i6nes en l a s sustancias de eleg

t r o l f t o s y en la.? sa l e s funnnidss.

a l a s caro;as a desplazarse suele e s t s r wn in i s t rada por.una p i l a o

por o t r o t i p o wi&loo;o de generador de energ ía e'éctric. uando la

condiicción e s hecha por metale? r e c ibe e l nombre de d t a l i c ; ? , y , c

cun.ndo e s hecha p o r iÓnes en sustancias de e l e c t r o l f t o s r e c ibe e l

nombre de e l e c t rn l f t , i c a .

La fuerza e l é c t r i ca . aue ob l~ i ga

U

F) ANALiqIS Y/O MOGIFICACIOYE?rES SECNICk7 DE LA P:,ACLICA

Con re-pecto a ésta, pr6::tica podeiiior d e ~ z i r cue no es nece-

61

cesaria una modificación pués Ir cr$ct ics, e3 if e s has.ta.nte c i m a e

i l u i t r a t i va . Lo finico e s que debe hacerse más enfas is sobre l a ig

portancia d e l a c o i o c ~ c i b n pedódica de l o s elementos.

G) BIBLIOGRA;37IA SUGZRIDA

Ander, Yonnessa, ‘*Principios de Química** (Introduccibn a l o s concep-

t o s tebricos), Ed. Limusa Wiley, México 1973.

UreS, I*&&lisis Químico Cuantitativo’*, Ed. Harla, 1s. reimp., Méxi-

co 1979.

Choppin, Ja f f e , hunmt! e r l i n , Jackson, Y&hnica**, Publicacibnes Cultu-

r a l , 5a. reimp., México 1977.

Domfnguez, Xorge, ltQufmicat*, Publicuciones Cultural, 6a. ed., Méxi-

co 1973.

HskrPT’f, Rosse, “Química Orgh i ca ’Fundamental”, E d , Limusa, México - 1971 - Morrison, Boy, “Qufmica Org&nical’, Fondo Educativo Interamericpno,

México 1976.

62

P U C T I C A No. 4

PBBPBRACION DE CICLOWXENO Y SUS PROPIEDADES

A) OaTETIVOS:

E1 alumno l l e va rá a cabo l a preparación de un alqueno emplean-

do e l proceso de deshidrataci6n de un alcohol, y comprobad sus pro-

piedades mediante pruebas cua l i ta t i vas caracter fst icas.

B) PUNDBd6ENTOS:

Un alaohol se convierte en un alqueno por "deshidratación*: l a

eiiminacidn de una molécula de agua.'La deshidratación requiere de

l a presencia de un ácido y calor. En general, se procede por ma l -

quiera de dos métodos: (a) calentando e l alcohol con ácido sul f t í r ico

o f o s f ó r i c o a temperaturas de hasta 2OOaC, o (b) haciendo pasar e l

vapor de l alcohol sobre alúmina, U 2 O 3 , calentada a 350-400°C;

última hace aquf l a s veces de un &ido de Lewis.

esta

Los diversos t i pos de alcoholes d i f i e r en ampliamente en su t ea

dencia a deshidratarse, siendo e l drden de reactividades:

Faci l idad de deshidratación de los alcoholes: 3 O ) P 71-

6 3

Mecanismo de l a deshidratacidn de los alcoholes:

1 1 - t l

H OH

Alcohol

(1 1 -6-F- + H:B -o-+ + B: ¿Y2

Alcohol protonado

I o n carbonio

(3)

B: "I Alqueno

Por tanto, l a deshidratacibn de l o s alcoholes:

(a) Implica l a formacibn de un i6n carbonio; l a velocidad de deehi-

drataaión depende principalmente de l a velocidad de formacidn de l

i 6n carbonio, l a que depende, a su v e s de l a estab i l idad de éste.

La estab i l idad de l i6n carbonio depende de l a dispersidn de su car-

ga pos i t iva , l a que queda determinada por l a capacidad de so l t a r o

a t raer e lectrones que tengan l o s gmpos unidos a l carbono cargado.

(b) S i e l i 6 n carbonio inicialmente formado puede transponerse por

medio de un desplazamiento 1,2, para formar uno más estable, l o hará.

(c) E l i 6n carbonio pierde un protón para formar un alqueno, s i en

e s t e paso se pueden formar alquenos isómeros, e l alqueno más esta-

b l e es e l producto preferido.

64

Reacciones de l doble enlace carbono-carbono:

a ) Hidroxilacidn. Formacidn de g l i c o l e s con soiucidn da KMnO 4

( a i 1%):

21[1yLn04 + H20 __C 2KOH + 2MnO + 3 (O) 2

-3-8: = C< + (O) + H20

La reacción de un alqueno a n U n 0 en solución d i lu ida neutra 4

y en f r í o dá or igen a l a introduccidn de dos grupos oxh idr i l o en

l o s átomos de carbono de l doble enlace. Los compuestos que se o b t i e

nen se llaman g l i c o l e s vecinales.

La reaccidn de un alqueno con solución d i lu ida de mn04 acuoso

es l a base de 1a"reacción de' %eyer para insaturacidn". La solucidn

de mn0 t i ene un c o l o r *pura. La reduccidn de l a n 0 durante l a

oiridacibn de l alqueno dA

c i ón y l a prec ip i tac idn de Mn02 que es de co l o r ca fé obscuro. La de-

coioracidn de una solucidn d i lu ida de permanganato es una evidencia

presuntiva de l a presencia de un doble enlace. Sin embargo, no ea

una prueba absoluta, ya que o t ros grupos fáci lmente oxidables tam-

bién decolorarán l a solucidn de KMnO

c i a desconocida decolora una solucidn de a n 0 es bueno comprobar

s i también decolora una solucidn de bromo s i n l i b e r a r bromuro de - hidrbgeno, antes de i d e n t i f i c a r e l compuesto como alqueno.

4 4

por resultado l a decoloracidn de l a aolu-

Pos l o tanto, s i una sustan-

4'

4'

65

b) Solución de bromo en te t rac loruro de carbono (ai 5%):

.c 8 Br2/CC14 . ,c - c, / .c = c,

I t Br Br

0.

Un compuesto que t i ene un doble enlace e t i l én i c o reaccionará

rápidamente con una solucidn d i lu ida de bromo en tetraeloruro de -

carbono. E l bromo en te t rac loruro t i ene un co lo r ca fé r o j i z o y a l

reaccionar con un alqueno se decolora. Esta decoloraci6n constituye

una prueba de l a presencia de un doble enlace e t i l6nico . Sin embar-

go, es necesario hacer una advertencia: e l bromo también reacaiona

con l o s aleames por substitución, en presencia de luz, aunque a una

velocidad mucho menor que con l o s alquenos. Esta reacción tambi4n

puede decolorar l a eolución de bromo. En l a reacci6n de subatitu--

c ión se produce bromuro de hidrdgeno y se puede detectar fácilmente

mediante un t rozo de papel tornasol humedeaido, colocado en l a boca

de l tubo. En l a reacción de adic ión no se desprende bromuro de hi-

drógeno; es decir , l a prueba pos i t i va para un enlace e t i l én i c o debe

reunir dos requisitos:"el colorde l a solución de bromo debe desapa-

r e ce r rápidamente y no debe desprenderse bromuro de hidrógeno. It

E 1 CC1 es un buen disolvente para e l Br2 y para muchos corn-- 4

puestos orgánicos, pero no disuelve e l bromuro de hidrógeno. Por l o

tanto, e l desprendimiento de bromuro de hidrógeno se acepta como

evidencia de que l a r e a c c i h es de substituci6n en lugar de adicibn:

-.. I

P

L

I-"

i"

Alquenos (reaccibn de adicidn) :

66

Ráoi da CC14 Br Br

incolora

&canos (reaccibn de substitucidn) :

I I S I dC3 t

-9 - 9- + Br-Br -- -+ - i - C - + HBr Lenta H H CC14 Br I!l

inco lora

La ventaja delnagua de bromon sobre l a solucidn de bromo en - te t rac loruro de carbono se debe a que e l d isolvente más polar au-

menta l a velocidad de bromacidn debido a l mecanismo ibnico. Por su-

puesto que con este diso1,vente es imposible observar e l desprendi-

miento de bromuro de hidrbgeno:

I si*) gc-1 t

H2° ' C = C. + Br-Br -- 4 -i - /

Br MUY ráoida

67 C ) BORMATO:

YUCT ICA # 4

PBBPARACION DE CICLOHEXBWO Y SUS PROPIEDADES

WNDAMENTOS:

Los alquenos son hidrocarburos inaaturados c a r a a t e r i z a d o s por

t e n e r una doble l igadura. Para su preparation s e u t i l i z a n d iversos

métodos, uno de los más comúnes ea p o r deshidratac idn de un a l c o h o l ;

la r e a c c i d n g e n e r a l l a representar íamos como:

1 1

* H2° -4-4- H+ -c=c- + H OH

La f a c i l i d a d de deshidratac idn de un a l c o h o l e s 3*r2°>1' ya - que l a r e a c c i ó n s igue un mecanismo con formaci6n de i d n carbonio , y

por t a n t o la r e a c t i v i d a d va a ir en torno a f a c i l i d a d de formacidn

de dicho idn.

La r e a c c i d n a e f e c t u a r en e s t a práctica es :

0'' c a l o r H' ~ o

MATERIBL:

Equipo Quickf i t

Matraz Erlenmeyér250 mi

Vaso de Precipitados 600 mi

3 tubos de ensaye

2 soportes universales

2 pinzas de buseta

R e j i l l a de asbesto

1 a n i l l o

Mechero Bunsen

Gradi 1 l a

Papel f i l t r o

Cuerpos de ebu l l i c i ón

Kitasato

Euchner

Termóme t ro

h i e l o

PROCEDIII[IENTO :

68

REACTIVOS:

Ciclohexanol (20 mi) Ac. Sulf i ir ico conc. (3 mi)

Carbonato de sodio a l 1096 (10 m i )

Cloruro de ca l c io anñidm (1-2g)

Solucidn de a n o 4 a l lk (2 m l )

Agua de bromo (1 mi)

Nu j o l

Papel indicador

Monte su aparato para des t i l aa lón simple. En un matraz

lac ión coloque 20 m l de ciclohexanol, ponga e l matraz en un

de de&&

vaso rn

h i e l o y adicione con precaución 3 mi de ácido su l fdr i co concentrado

dejandolo resbalar por l a s paredes, y s i n que se e l eve l a temperatu-

ra. Ponga 30s cuerpos de ebu l l i c i ón y ca l iente l a mezcla en baño de

ace i t e a 13O-14O0C hasta que queden de 3-5 mi en e l matraz de desti-

lación. Reciba e l dest i lado en un rec ip iente sumergido en baño de - hie lo . Vierta e l dest i lado en un embudo de separación, a g i t e e iguale

presiones y deje reposar. Observe l a formación de dos capas, elimine

69

l a i n f e r i o r y l ave l a capa superior con 10 mi de NaHCO

rpinando l a capa i n f e r i o r , vuelva a l a va r ut i l i zando 10 mi de agua.

Seque i a f a se orgánica (capa superior) con 1-2 g de CaCi2 anhidro - durante io min. P i i t r e i a suspensidn directamente a i matraz de des--

t i l a c i ó n y d e s t i l e e l ciclohexeno, recogiendo l a porción que hierve

entre 78-85OC. B1 ciclohexeno t i ene un punto de ebu l l i c idn de 83 C.

Calcule e l rendimiento de su experimento midiendo l o s mi l i l i t ros de

dest i lado obtenidos.

a l 1096, e l i - 3

Reacciones carac te r f s t i cas de l o s alquenos:

a ) En un tubo de ensaye coloque 1 mi de gMn0 a l 1% y adicione 4 2-4 gotas de ciclohexeno. Observe l o que sucede.

b) En un tubo de ensaye que contenga un m i l i l i t r o de agua de -- bromo o B r C C l ponga de 2-4 gotas de ciclohexeno, observe e l cam--

b io de coloración. Obeerve s i se desprenden humos blancos. Coloque - d 4

una t i r a de papel

CUBSTI ONARIO :

1.- Anote e l

hexanol.

indicador humedecida y anote l o que ocurre.

mecanismo seguido de l a deshidratación de l c ic lo -

2.- ¿Cómo opera e l CaC l ?

3.- ¿Qué reacciones ocurren en cada una de l a s pruebas espec f f i -

2

cas para dobles l igaduras?

4.- ¿Qué rendimiento obtuvo en su reaccidn? Anote todos los pa-

sos que sigui6 para l l e g a r a l resultado f inal.

L"

. ..

* .

. . r-

c

i .

,< .

70

B I BLIOGRAFi b:

Domfnguarz, X.A.. wExperimentos en Qufmica Orgánica". Limusa

Wiley, México 1973. McParland, John. Organic Laboratory Chemistry. 1

MOSby CO. , USA 1969.

E l c ic lohexeno obtenido mediante e l procedimiento d e s c r i t o de-

be s u j e t a r s e a dos pruebas e s p e c í f i c a s , que s e c a r a c t e r i z a r á n por

los s i g u i e n t e s resul tados :

(a) Hidroxilación: Como s e menciond a n t e s , l a r e a c a i ó n d e l ci-

clohexeno con so luc idn de KMnO (so l . párpura) dará por resul tado 4

l a deco lorac i6n de l a s o l u c i d n , seguida por la formaaidn de un pre-

c i p i t a d o c o l o r café.

( b ) Bromacidn: La r e a c c i d n d e l c ic lohexeno con bromo en soiu-

c i ó n , o r i g i n a r á l a r á p i d a desaparic idn d e l c o l o r c a f é y no deberá

desprender bromuro de hidrdgeno (humos blancos) .

Por o t r a p a r t e , e l rendimiento de l a r e a c a i ó n e fec tuada , d i f e a

rá de acuerdo a l a d e s t r e z a y cuidado de los alumnos para l l e v a r a

cabo e l proceso; s i n embargo, hay que cons iderar que l a obtencidn

de 19 ml de c ic lohexeno i m p l i c a un rendimiento de 100%.

, , . --- 7 2

B) CUESTIONBRIO:

1. Mecanismo seguido

@qo-+z# GQ

Alcehd

de l a deshidratacibn d e l ciclohexanol.

2. ~Cdrno opera e l CaC12?

Es un materia l muy adsorbente, que ret iene en su supe r f i c i e las

moléculas de agua que pudieran quedar. No reacciona ni adsorbe e l

ciclohexeno . 3. ¿Qué reacciones ocurren en cada una de las pruebas especi f i -

cas para dobles ligadura-a?

a)

3

Hidroxi laci4n:

+ qH20 ----+ 3 0:; 2MnO2$ + 2KOH

café

77

b) Bromacibn: o ------ Br2 cc14 + inco loro r o j o

4. ¿Qué rendimiento obtuvo en su reaccibn? b o t e todos los pa-

sos que s igui6 para l l e g a r a l resultado f i na l .

u"" Ciclohexanol

.P.M. = 100 g/gmoi

f200c= 0.962 g/mi

o C i clohexeno

P.M. = 82 g/gmoi

f200c= 0.810 g/ml

j'= m donde ;

f = densidad Y

m = masa

v = volúmen

100 g de ciclohexanol ----- 82 g de ciclohexeno

x g ------ 19.24 g de I 8

X = 15.7768 g de ciclohexeno = 19.477 ml

19.477 m l de ciclohexeno ---I- 100%

Y ml de dest i lado ------ z $

2 =(Y mi) (1 00% 1 = rendimiento obtenido

19.477 ml

.

"..

L

- p, %."

/.,

~.

7 4

P) ANALISIS Y MODIPICACIONES TECNICAS DE LA PRACTICb:

La práct ica presenta una s e r i e de de f i c i enc ias que bien pueden

se r corregidas para que l o s alumnos puedan r e a l i z a r l a a i n muchos

contratiempoe.

En primer lugar, l a b ib l i o g ra f f a presentada resul ta insuficien-

t e para que e l alumno pueda comprender e l fundamento teór ico.

Por o t ra parte, l a descripción de l procedimiento a seguir, re-

su l ta un tanto confusa, ya que se piensa muchas veces que l a mezcla

problema debe s e r l l evada e. 13O-14O0C, cuando en real idad dicha tem-

peratura corresponde a l baño de ace i t e que se u t i l i z a .

Es , además, muy importante exp l icar a l o s alumnos e l proceso

de lavado y pur i f i cac idn d e l compuesto obtenido, asf como e l rendi-

miento de l a reacaidn.

G) BIBLIOGRAFIA:

1) Morrison and Boyd, "Qufmica Orgánica". Fondo Educativo Inter-

americano. USA, 1976.

2) Rakoff, Rose. "Quimica Org4nica %undamental". Ed. Limusa.

México , 1975.

3) Shriner, Fuson, Curtin. " Ident i f i cac ión Sistemática de Com-

puestos Orgánicos". Ed. Limusa. México, 1979.

75

P R A C T I C A N o . 5

OBYENCION D S ACETATO DE B T I L O .

A) OBJETIVOS: '

Que e l alumno s e familiarice con las r e a c c i o n e s de obtenc ión I

de productos o r g á n i c o s , apl icando asf l a t e o r f a a l a práctica. D e

e s t a manera, deberá aprender y conocer un método de obtenc ión de

é s t e r e s , conocido como B s t e r i f i c a c i ó n de F i s h e r que e s uno de los

mejores y de mayor s e n c i l l e z .

l3) FUNDAMENTOS:

Los é s t e r e s ,

s o n compuestos e n

plazado por -OR1.

derivados f u n c i o n a l e s de los á c i d o s c a r b o x f l i c o s ,

los que e l -OH de un grupo c a r b o x f l o ha s i d o reem-

T a l como e l á c i d o con e l cual s e r e l a c i o n a , e l derivado puede

s e r a l i f á t i c o o aromático , s u b s t i t u i d o o no; c u a l q u i e r a que s e a l a

e s t r u c t u r a d e l r e s t o de l a molécula , permanecen esencialmente las

mismas propiedades d e l grupo funcional .

Nomenclatura.- Tanto en e l sistema de l a U I Q P A como en e l sis-

tema comfin, s e enuncia primero e l nombre d e l a n i ó n d e l á c i d o y a

cont inuac ión e l nombre d e l grupo a l q u i l o d e l a l c o h o l . E l nombre de

l a parte ácida d e l Bster s e o b t i e n e substituyendo l a terminac ión

i c o por l a terminac ión a t o ; las dos palabras s e unen mediante l a

p r e p o s i c i 4 n de. La p o s i c i ó n de los s u b s t i t u y e n t e s e n l a parte áci-

d a s e designa en la misma forma que en los ácidos,considerando e l

carbono d e l carboni lo como e l número uno. Los ndmeros de l o s subs-

t i t u y e n t e s e n l a par te a l cohdl ica son independientes de l a numera-

c i ó n en l a par te Bc ida ; e l átomo de carbono directamente unido a l

oxfgeno a l q u í i i c o l l e v a e l número uno.

U I Q P ~ : Propanoato de e t i l o

Común: Propionato de e t i l o

UIQPd: Benzoato de propi lo

Común: Benzoato de propi lo

CH O -EH-c-o-cH2-c~2-ci 3 R

CH3

UIQPA: 2-Metilpropanoato de 2-Cloroet i lo

Común: I s o b u t i r a t o d e ~ - C l o r o e t i l o

Preparación.- Para preparar un B s t e r e x i s t e n v a r i o s m4todos.

Entre e l l o s podemos mencionar l o s s i g u i e n t e s :

a) A p a r t i r de halogenuros y a l c o h o l e s .

RCOX + R'OH----+ RCOOR' + HX

b) A partir de anhidridos de ácidos y a l c o h o l e s .

RCOOCOR + R' OH -RCOOR1 + RCOOH

c) A p a r t i r de ác idos y a l c o h o l e s .

P RCOOH + R'0Hk-P RCOOR' + H 2 0

d ) Reacción de Arndt-Eistert .

R' OH

+ N2+ CH3CP2' + N2 RCOCl + 2CH2N2-RCOCHN2- RCH2COOR*

r. . i

I.

k.

r*

L

r.

La reaccidn de ácidos con alcoholes para dar un é s t e r más

agua se conoce como e s t e r i f i c a c i ón de Fisher. Para e l l o se emplea

un cata l i zador que generalmente eE un áaido mineral (sul fúr ico o

c lorhfdr ico ) . Se han rea l i zado estudios numerosos acerca de l equi-

l i b r i o en l a reacción de formación de ésteres e hidrdl isis de éstos

para dar ácidos y alcoholes. Muchas de l a s conclusiones obtenidas

en estos estudios se pueden ap l i c a r a l a s reacciones de o t ros de-

r ivados de los ácidos. Una técnica muy ú t i l en estos estudios con-

s i s t e en emplear en e l ácido 1 0 en e l a lcohol i n i c i a l moléculas - con e l isótopo oxfgeno de masa 18. En real idad, se emplean mezclas

de estas moléculas enriquecidas con O , es dec i r , que t ienen un

mayor porcentaje de l8O que e l ácido o e l a lcohol comunes. E l an4-

l i s i e de los productos de reacción, en un espectrómetro de masas, per

mite determinar cuál de los productos, e l e s t e r o e l agua, se en-

cuentra enriquecido con e l isótopo pesado.

18

La reaccidn entre un alcohol y un ácido puede ocurr i r de dos

maneras di ferentes: por pérdida de l grupo oxh idr i l o de l ácido o por

pérdida de es te mismo grupo de l alcohol.

6

R !! O -iH ------ + HO -'Re -R O - R' + HO - H &----.-I

78

En 1938, I. Roberts y H.C. Uney, de l a Universidad de Columbia, es-

tudiaron l a reacción entre e l ácido benzdico y e l alcohol met f l i co .

Estos investigadores encontraron que s i se enriquecfa e l oxfgeno de l

alcohol con l80, e l l80 se encontraba en e l é s t e r y no en e l agua

producida. Esto implica que e s e l oxfgeno de l alcohol y no e l de l ~

ácido e l que se incorpora a l éster.

HCl C 6 H j - OH + H - 180CH -C H 8 - 180CH3 + H - OH 3 6 5

Hay que en fa t i zar que en muchas de l a s reacciones de los áci-

dos y sus derivados ocurre un ataque nuc l eo f f l i c o sobre e l carbono

de l carbonilo. En l a es te r i f i cac idn , e l oxfgeno de l alcohol ataca

e l carbono de l carbonilo. Este ataque puede ocurr i r en dos formas

diferentes: E l alcohol puede desplazar a l grupo OH mediante un des-

plazamiento de t i p o S 2; en este desplazamiento interv iene un esta-

do de t rans ic ión de v ida muy corta. Por o t ra parte, e l alcohol y e l

ácido pueden formar un intermediario que, aun cuando no pueda ais-

larse , tenga c i e r t o periodo de vida.

N

La f i gura 6 muestra l a s d i ferenc ias en l a s curvas de energía

cuando no se forma un intermediario y cuando se forma.

En 1951, Y.L. Bender, en l a Universidad de Chicago, estudi6 l a

h i d r d l i s i s de l benzoato de e t i l o . E l oxfgeno de l a c i l o , es decir , e l

oxfgeno unido mediante doble enlace a l carbono, en e l és ter , se en-

r iquecid con O. Con es ta técnica pudo concluir que se formaba un

intermediario durante l a h idrd l i s i s de l benzoato de e t i l o . Como con-

18

79

secuencia de l elprincipio de revers ib i l idad microscdpica", es te in-

termediario también deber6 formarse durante l a e s t e r i f i cac idn del

ácido benzóico para producir benzoato de e t i l o ( e l pr inc ip io de re-

ve rs ib i l idad microscdpica establece que en una secuencia de reaccio-

nes, l o s pasos en uno y o t r o sentido de una reaccidn revers ib l e son

iguales) . Tanto l a es te r i f i cac idn como l a hidrd l is is siguen l a curva

B de l a Figura 6, pero en direcciones opuestas. Estas reacciones

en que se plantean %sótopos trazadoreste se usan como base para es-

tab lecer , en parte, e l mecanismo que se d á a continuacións

,

L

OH OH

CH -EO-CH2-CH3 ______+. CH -C-O-CH2-CH3 3 I1

O 3 I? - H+ @o-&

Acetato de e t i l o

%O I

c_

*. .

. .

,

. ..

r .

... .

-..

.

Energía I

se forman intermediarios se indican mediante l a curva A;

los cambios de energía que ocurren durante una reacción en

l a que hay un intermediario se muestran en l a curva B.

I

Desarrollo de l a reacción-

Figura 6.

Los cambios de energía para una reacción en l a que no

r

c

.

8i C ) FORMATO:

PRACTICA # 5

OBTENCION DE ACETA'lb bfi E T I M

La reacción de un ácido carboxf l ico con un alcohol para dar un

ds.L?r más ama, se conoce corno reacción de e9teriTicaciÓn de Fischer

Un ácido mineral, genemlmente cno e l sul-fÚrico, c lorhídr ico, actúa

cono cata1.izador.

o CHJ - 'd - OH CC2H50H

PROCEDIMUNTO

Alcohol e t í l i c o

Fic. acét ico g i ac i a l

cloruro de ca l c io anhídro

; ac. su!.fÚrico concentrado

sul.fa.to de magnesio anhfdro *

O $1

CHJ - C - OC2H5+H20 H2S04 - -

MATERIAL

1 p a r i i l l a de calentaniento

1 vaso de precipitado a€ 500ml

1 equipo Quickfit

? soportes universnl.es

2 pinzas

1 matraz erlenmeyer de 7-25 ml

Ponga en matra,z de fondo redondo 15 g de 6cir.o acotico g l ac i a l

y 20 ml de etano. .Añada a continuación, con 1-atitud y aqitando e l

matraz constante: ,ente, 2.5 m l de ácido sulfúrico conc' ntrado. Una

e l matraz a un re fr igerante a r e f lu j o , añada núcleos de e - d l i c i ó n ,y

hierva l a . mezcl? a r e f lu j o durante 30 minutos util-izando un baiío de

vanor.

Finalizando e l periodo de r e f lu j o , en f r í e e l ma.tr3.z y su conte-

nido y col-oque matrez y re fr igerante para des t i l a r , el.. ncetato de e-

t i l o calentando con vapor.

Transfiera e l destilado a un embudo de decantación y ag í t e l o

suavemente con solución de bicarbonato sódico. Abra lo l l a v e del

'8 2

embudo para que Galga e l d i ó x i do de carbono tan pronto como mezcle

l a s dos capas y después con frecuencia.

do con fuerza. hasta que l a capa super ior no de reacc ión acfda a,l toy

nasol.

Finalmente, &te e l embu -

yepare l a cpa super ior y l á v e l a con una. so luc i j n fría. de 10 g.

de c lo ruro cá1.cico en 12 ml. ? e agua. Seque e l producto y f i l t r e .

Calcule e l rendimiento basándose en e l ácido acé t i co empleado.

CUESTIONAiü O

1.- Escr iba l a s f 6mu las desarro l ladas de l o s é s t e r e s s iguientes:

a.- formiato de e t i l o

b.- acetato de i s op r op i l o

c.- propianaío de t -but i l o

d.- i s obu t i r a t o de n-propilo

2.- ¿Qué d i f e r e c i a hay en t r e l a s fórmulas d e sa r r o l l

t o de me t i l o y del ácido acé t i co?

das del f L-

3.- E l acetato de e t i l o h i e r v e a 77'; e l ácido n-but ír ico, que e s un

¿Cbmo se e xp l i c a e s t a d i f e r enc ia isómern suyo h i e r v e a l o s 167'.

en l o s puntos de ebu l l i c i bn?

I. ,

nr

.""

L.,

r

c.

.. .

.

D) RESULTADOS ESPERADOS:

E l cálculo de l rendimiento para un c ien por c iento (100%) ea

e l siguiente: (en base a l ácido acé t i co )

P.M. de l bc. acét ico F 60 @;/gaol

P.M. de l acetato de e t i l o = 88 g/gmol. Se emplearon 1 5 g ac. acé4

Con estos datos, podemos plantear l a s iguiente re lación,

60 g ac. acét ico ----- 88 g acetato de e t i l o

----- x g 1 5 g 'I ,I 11 I1

~ ~

X = 22 g de acetato de e t i l o

por l o tanto, podemos calcular e l rendimiento de l a reacci6n:

22 g acetato de e t i l o ---- 100%

2 % obtenido ---- Y g "

x 100 = rendimiento obtenido % : - - Y 22

E) CUESTIONARIO:

1. Escriba l a s f6rmuias desarrolladas de l os Bsteres siguientes:

a ) Pormiato de e t i l o :

3

c ) Propionato de t-butiio:

CH I 3

3-

Acetato de isopropi lo :

Isobut irato de n-propilo:

2. ¿@é di ferencia hay entre l a s fórmulas desarrolladas de l

formiato de met i lo y de l ácido acét ico?

Su di ferenc ia radica en l a unidn a l f a que ex i s t e con e l C (car-

bono), ya que en e l ácido acét ico l a unión a l f a es tá formada de dos

carbonos; es decir , l a unidn es entre dos átomos de carbono ( C ) , c

mientras que en l a molécula de formiato de met i lo l a unión a l f a se

r e a l i z a entre un átomo de carbono (C) y un átomo de oxígeno (O).

3. E l acetato de e t i l o h ierve a 77 C, e l ac. n-butfrico, que

e s un isómero suyo hierve a 163 C. ¿Cómo se expl ica esta d i ferenc ia

en los puntos de ebul l ic idn?

E1 proceso de ebu l l i c i ón de un l iquido , involucra una separa-

c ión de moléculas.

La presencia de l grupo C=O conf iere polaridad a los ésteres,

s i n embargo no pueden formar puentes de hidrógeno. En cambio, l o s

ácidos carbox i l i cos s i son capaces de establecer puentes intermole-

culares de hidrógeno bastante f irmes, por l o que t ienen puntos de

ebu l l i c i ón bastante altos.

.*".

P) ANALISIS Y MODIPICACIONES TECNICAS DE LA PRACTICA:

En es ta práct ica se encuentran demasiados errorea, empe%ando

porque l a s cantidades dadas en e l formato no son posiblea de usar

pués e l matraz usado es e l de pera de l equipo Qu i ck f i t y su vold-

men no permite e l uso de l a s cantidades ahf especif icadas, teniendo-

se que reducir a l a mitad.

Otro e r r o r considerable, es e l empleo de unansoluci4n' de clo-

ruro de ca l c i o para secar l a mezcla desti lada. Por l o tanto, es

necesario modif icar e l formato, pués además, l a redaccidn es poco

c la ra y provoca confusi6n en cuanto a i procedimiento.

G) BIBLIOGRAFIA:

1) Rakoff, Rose. "Qufmica Orgánica Fundamentalnt. 1971. Ed.

Limusa. México.

2) Morrison and Boyd. @*Química Or@nica**. 1973. Publicaciones

Cultural. MBxico.

PRACTICA No. 6

EQUILIBBIO QUIMICO

A) OBJETIVOS:

E l alumno entenderá e l equ i l i b r i o qufmico como un

námico que puede s e r a l terado por diversos factores

sistema d i -

externos.

B) FUNDAMENTOS:

Muchas reacciones químicas pueden ve r i f i ca r se en dos direccio-

nes, dependiendo de l a s condiciones imperantes; es decir , son reae-

ciones revers ib les . Este hecho puede expresarse en una reaccidn qui-

mica empleando una f l echa doble:

aA + bB,- CC + dD

Cuando una reaccidn quimica l l e g a a una etapa en l a cual ya no se

v e r i f i c an cambios de las cantidades r e l a t i v a s de l a s especies que

intervienen, se d ice que se ha establec ido un equi l ibr io . Cuando

esto sucede, se puede obtener una re lac ión entre l a s concentracio-

nes de los constituyentes de l a mezcla en equ i l ib r io . Esta expresidn

donde a l a constante K se l e llama constante de equ i l ib r io . A esta

fórmula d e l equ i l i b r i o qufmico se le, l lama l e y de accidn de l a s

masas, y a veces, l e y de k l d b e r g y Waage, en honor a sus descubri-

dores.

Ai e s c r i b i r e s t a expresibn s e deben s e g u i r c i e r t a s r e g l a s - convencionales: La ecuación de l a r e a c c i d n s e e s c r i b e con l o s reac -

t a n t e s a l a i z q u i e r d a y l o s productos a l a derecha. La expresidn

para la constante de e q u i l i b r i o s e e s c r i b e con las concentraciones

de los productos de l a r e a c c i ó n en e l numerador, y las concentracio-

nes de los r e a c t a n t e s en e l denominador; además, e l c o e f i c i e n t e de

cada p a r t i c i p a n t e en l a ecuacidn química balanceada pasa a s e r ex-

ponente de l a correspondiente concentrac ión en l a expresidn de equi-

l i b r i o . Es importante r e c o r d a r que s e trata de un e q u i l i b r i o dinámi-

co. Aunque pueden no observarse v a r i a c i o n e s de las cant idades r e l a -

t i v a s de las s u s t a n c i a s , l a r e a c c i b n d i r e c t a y l a i n v e r s a continúan

v e r i f i c a n d o s e a e s c a l a i ó n i c a o molecular , pero con l a misma veio-

c i dad.

. <

C) POMATO: 0m'

PRACTICA # 6

EQUILIBRIO QUIkfICo

MATERIAL: REACTIVOS:

4 vasos de precipitados de 100 ml

1 matraz Erlenmeyer de 125 m l RC1 6N, 5 ml

1 agitador magnético

2 pipetas graduadas de 10 m l

papel PH

SbCl 1 c r i s t a l de 0.01 g 3

FeCl 0.01 M, 2 m l

NH c1 só l ido 2 g

3 NH SCN 0.5 Y, 2 ml 4

4

DE SAFtROLLO :

1.- Ley de Accidn de Masas:

a ) Efecto de l a concentracidn: En un vaso de precipitados da

100 m l poner un c r i s t a l de cloruro de antimonio SbCl

SbCi quema s i toca l a p ie l ) . Agregar 5 ml de agua y mezclar con e l

agitador. Observar l a formacidn de un precipitado blanco de cloruro

de antimoniio. La reaccidn es:

(PRBCAUCION: 3

3

. SbOCl + HC1 SbC13 + H20 4 V"

V'

81 aumentar l a concentracidn de HC1 uno de l o s produotos, &u--

menta l a concentraaidn de uno de l o s react ivos, para restab lecer e l

equi l ibr io . Comprobar esto añadiendo gota a gota HC1 6N, hasta desa-

par ic ión de l precipitado de SbOCl (debido a que se regresa l a reac--

cidn a SbCl que es soluble). 3 Observar ahora que sucede a l aumentar l a concentracidn de uno

e9

de los r e a c t i v o s , a3adiendo a la s o l u c i d n agua, poco a poco, hasta

l a r e a p a r i c i d n d e l prec ip i tado .

b) Ley de Accidn de masas: Se l l e v a r á a cabo l a s i g u i e n t e r e a c -

cidn:

PeCl + NH SCN [Fe (SCN)] Cl: , + NH4C1 3 4

de e s t a manera:

Poner e n un vaso de 100 al, 50 ml de agua desti lada, 1 al de - s o i u c i d n de FeCl 0.01 M y 1 ml de soluuidn de t i o c i a n a t o de amonio

NH SCN 0.5 M, agitar y observar e l c o l o r r o j o debido a l a formacidn

d e l complejo.

3

4

D i v i d i r e s t a s o l u c i d n en 4 vasos de p r e c i p i t a d o s de 100 m l . Se

va ahora a observar e l e f e c t o a l añadir r e a c t i v o s o productos asf:

E l primer vaso s e d e j a como t e s t i g o para comparar e l c o l o r de-

s a r r o l l a d o con cada una de las s i g u i e n t e s e x p e i i e n c i a s .

-Al segundo vaso s e l e agrega 1 m l de soluuidn de PeCl o sea, 3'

hay un cambio e n l a concentrac idn de uno de l o s r e a c t i v o s y l a r e a s

c i d n s e desplaza a productos, por l o que aumenta l a intensiclad d e l

co lor .

-Al t e r c e r vaso se agrega 1 al de s o l u c i d n de NH SCN y observar 4

e l e f e c t o .

-Ai cuar to vaso se añade poco a poco y agi tando para d i s o l v e r -

l o , 2 g de c l o r u r o de amonio sdl ido . Observar e l e f e c t o e n e l c o l o r .

.... CUESTIONARIO:

1.- Decir l o s f a c t o r e s que modifican e l equi l ibr io de una reas

ción.

2.- Decir cuál e s la l e y de acc ión de masas y que e s la constaB

t e de equi l ibr io .

D) RESüLTADOS ESPERADOS:

Como se ha podido observar, ésta práctica es únicamente de ti-

po cualitativo, en la que el alumno comprobará que los cambios en la

concentración modifican notablemente el equilibrio qufmico. En la

primera parte, correspondiente al tipo de equilibrio heterogéneo,

se apreciará la aparicidn y desaparición de un precipitado blanco

de cloruro de antimonilo, SbOCl. La segunda parte, del equilibrio

homogéneo, nos muestra €3610 pequefías alteraciones en la coloracidn

roja de la soiuci6n con respecto al eestigo.

E) CUESTIONARIO:

1. Decir cuales son los factores que modifican el equilibrio

qufmico de una reaccibn.

Si un sistema se halle en equilibrio físico o qufmico y @e mo-

difica alguna de sus variables, el sistema se modifica para llegar

a un nuevo equilibrio; es decir, hay un desplazamiento del equili-

brio. Este fendmeno está considerado en el principio de "Le Chatelier-

Braun". Para predecir cualitativamente el efecto de la variacidn de

presidn o de la temperatura sobre un sistema en equilibrio se hace

uso de este principio, que establece que "siempre que actda una - fuerza sobre un sistema en el estado de equilibrio, éste reacciona-

rá en una direccidn que tiende a contrarrestar la fuerza aplicada".

Así, si aplicamos presidn a un sistema, la tendencia de la fuerza

será la de disminuir e l volifmen, por l o tanto se produce una reaa-

92

c ión en e l sistema que favorece e l voidmen menor. Cuando e l ndmero

de moléculas gaseosas reaccionantes es i gua l a l de moléculas gaseo-

sas producidas, e l cambio de presión no a fec ta e l sistema.

De nuevo cuando una reacción es endotérmica, es dec i r absorbe

ca lor , l a ad ic ión de este l a favorece y l a reacción tendrá lugar

más fácilmente a temperaturas elevadas. Por e l contrar io s i e s exo-

térmica, debemos esperar que l a adic ión de ca lo r t ienda a inh ib i r l a ,

y de aquf que a a l t a s temperaturas t iende a proceder en sentido in-

verso.

Los cambios de concentración en una o var ias de l a s sustancias

const i tut ivas de un disolvente desplaza e l equ i l i b r i o , aumentando o

disminuyendo e l consumo de l a substancia en exceso; es decir , cam-

b ia l a velocidad de l a reacción d i rec ta o de l a reaccidn inversa. En

e l nuevo equ i l i b r i o , l a s concentraciones de todas l a s sustanclias

fueron modificadas; pero l a r e l ac i ón de sus concentraciones, o sea

l a constante de equ i l i b r i o , es l a misma,

Los catal izadores no modifican e l equ i l i b r i o , pero sf l a velo-

cidad de l a s reacciones d i rec ta e inversa, l legándose más pronto a l

equ i l ib r io .

Los cambios en cantidad de disolvente, a fectan l a s reacciones que

se r ea l i z an es disolucidn, en forma semejante a l o s cambios de pre-

s ión en l a s reacciones con gases. E l aumento de l d isolvente t i ene e l

mismo e f e c t o que l a disminución de l a presión en reacciones gaseo-

sas. Cuando e l número de part fculas d isue l tas que reaccionan es igual

97

a l de partfculas d isue l tas que se producen, l o s cambios en cantidad

de disolvente no a l t e ran e l equ i l ib r io .

2. Decir cuál es l a l e y de acción de masas y que es l a constan-

t e de equ i l ib r io .

E l número de moléculas o part fculas atómicas de l reaccionante

que se convierte en producto por unidad de tiempo o de producto en

reaccionantes, se llama velocidad de reaccibn, y se expresa en mo-

l e s por segundo. Ai i n i c i a r s e una reacción, l a velocidad de l a rea-

c ión d i r e c ta es muy grande y l a de l a reacción inversa m y pequeña.

A1 cabo de c i e r t o tiempo l a s dos velocidades t ienden hacia e l mismo

va l o r para igualarse cuando se ha alcanzado e l equ i l i b r i o qufmico.

Esto se representa por:

C + D V'

Y" A + B,

1,

En donde v' es l a velocidad de l a reacción d i rec ta y v" es l a

velocidad de l a reacción inversa. En e l punto de e qu i l i b r i o v'=v";

y como según l a " ley de accidn de masas" de Culdberg y Waager, " la

Velocidad de una reacción qufmica es directamente proporcional a l

producto de l a s masas ac t i vas de l a s sustancias reaccionantes" es

posible expresar l a s velocidades v' y Y" por:

Ed CB] kl = V' Y CClb1 k2 = v"

donde A, B, C y D simbolizan las concentraciones, en moles por li-

t r o , de l a s substancias reaccionantes, consideradas aquf como l a s

masas act ivas , y kl y k son constantes de proporcionalidad.

94

Igualando las e c i a a i o n e s v' = V" tenemos:

cC3[D3 k2 = [d kl

despejando kl/k2 :

- Ke 5 [Al Id k2

-7- - [Cl [Dl

donde Ke = constante de e q u i l i b r i o , que e s c a r a c t e r í s t i c a para cada

sistema. E l v a l o r de Ke permanece constante a i v a r i a r las concentra-

c i o n e s o e n p r e s e n c i a de c a t a l i z a d o r e s , pero cambia con l a tempera-

t u r a y l a presión.

Generalizando l a ecuación de

a A + bB &cC V"

r$: ía" r e s u l t a : Ke =

e q u i l i b r i o tomaremos:

+ dD

95

P) JUULISIS Y MODIFICACIONES TBCNICAS DE LA PRACTICA:

Resulta s e r ésta una práct ica muy senc i l l a , que puede ser rea-

l i z ada en muy corto tiempo. Sin embargo, carece de b ib l i ogra f fa , l o

que hace d i f í c i l que e l alumno pueda profundizar en e l tema.

Por ot ra parte, e l cuestionario presentado es breve pero muy

completo, pues comprende l o s conceptos bctsicos que deben poseer l o s

alumnos.

G) BIBLIOGRapIb:

1) Brescia, Arents, Ye i s l i ch , Turk. "Fundamentos de Qufmica".

C.E.C.S.A. México, 1975.

2) Dominguez, Xorge A. "Teoria, E j e r c i c i o s y Problemas de - Químicatt. hb l i c a c i one s Cultural. México, 1973.

3) Flaschka, Barnard, Sturrock. "Qufmica Anal f t i ca Cuantitati-

va!' Vol . I. C.E.C.S.A. México, 1978.

4) Naron y Prutton. "Pundamentoe de Fisicoqufmica". Ed. Limuea.

México, 1974.

PRACTICA # 7

SOLUC IOI\TES

TITULAC ION AC IDO-BASE

A) O N E T IVO 5

Que e l alumno aprenda un? de l a s partes mas importantes dentro

de l laboratorio que e s l a preparación Ce soluciónes p su valoración

aparte de ap l i car prácticamente l o s conocimientos teór icos sobre so-

luciones y tituia.ciónes.

B) . RJNDAMENTOS.

. -

L a columetríñ es un término para mktoco cuantitat ivos, en l o s

cuaies 1;. ca,ntidad de m-ta.ncia. anal~izada se calcula a. p w t i r de l a

concentración conocida y de l z cantidad medida (generalmente en voli;

men) de l a so?uciÓn reacitvñ, cpe se ar,ade a Ir sri?ución de l a mues-

t r a hasta que l a suQtancia anal.izada ce haya consumido en una. reacción

def inida con dicho reactivo. Al proceso se l e l l a m a t i tulación.

E l react ivo se l l a m a t i tulante y a su solución se l e conoce como e l

norubre de solución titul-ante o solución valorada.

Es evidente l a iniport&ric!ia de est : -h l~ec i r e l pen-io eri el. cw?l

e l t i tu lante y e l t i tula60 estan pre7entes en cantidader quivalentea

A es te proceqo se l e ?loma indic-ciÓn. Iden,lmente, I r indicn.r.iÓn

debe l o ca l i z a r en forma inauda , l e e l puento de equivalencia. Sin

embergo, en l a práctica no se l o g r a con fac i i idad, y e l punto estab' - e

cid0 en casi sienipres c?rca.rio pero rio exactamente coincidente con el

punto de eauivalencia. A este punto ex-erimental se l e llanal'punto

f i n a l de t itu1.ac iÓn.*.

97

La curva de t i tu la . c i6n eq una curva aue se obt iene a l congt ru i i

una g r á f i c a de lo? datos numéricos de a1&n wrr6metro de la. t i t u l a -

c i ón que v a r í a . en función de l a con.tidad de t i t u l a n t e a k d i d o . Pa

re una tikil.,?ción ácido-base en medio aciloso, e l p z r h e t r o más común

e s 7.a. concentración de i 6 n h id f igeno. S in embargo, puesto que esta

coacentrnción v a r i a en m-on ordenes de inaqnitud, e s m6.r coixoíii?n-

te emplear l a f u m c i ó n 7-oqarítmica, e s t o es, e l pH.

Las curvas de t i tu 'ac ión son une gran ayuda n a r a e s t a b l e c i e r 1

l a s pos ib i l i dades prác t i cas de uaa determinada titul.a.ción, prrs. pre-

d e c i r e l grado de 6 e f i n i c i ó n e e l pucrito f ina.1 y para, se l ecc ionar e l

i i i l t i v r d o r adecuzto. %stas curvas se pueden obtener de cá l cu los ba-

sados en e l e q u i l i b r i o d e l s i - teme considerado.

Para obtener una ind icac i8n v inup l de l punto f i n d en una t i tu -

l a c i ó n por neutraI.iza.ci6n, se emplee un in r i cador &ido-base. Es&

t o s ind icadores sc)n ác idos ( o bases) orp;&nicas dkni les c-uya prin-

c i p a l c a r a c t e r í s t i c a cons i o i t e en que -u cn lo r d i f i e r e del corres-

pondiente a l a base ( o &ido ) conjugado. Una de las dos formas de - be e x h i b i r color. Cuando una de ].as formas. e s inco l o ra , a l indica - dor se l e deqcr ibe corio de un 3010 c o l o r , encontrasta con l o s inriica

dores de dos co lores . ¡haz ind icador varía de col-or en un interva-

l o de f in ido de pH, Il.amac"o i n t e r va l o de t rans ic ión. Iia pas ic ión

de e s t e i n t ? r va l o en l a esca la d~e pH i n f e r i o r e s y super iores a l o s

de '3u i n t e r va l o de t rans ic iún, e l ind icador es tá presente predoniinm - teinente eIi f3rm &id?. y en fo rma a l c a l i na , respectivamente. Den-

tro del i n t e r v a l o de t rons ic ibn , ambos formas e s t h presentes en p r o -

porciones cor1siderabl.e s.

T i tu lac i ón de un ácido c3n una bise:

pH = - lo-; [ H+] los purntor de l a curva dr t i ?u lac i6n 6esrués dsl puento de equiva-

l e n c i a se cciicul-an coliio qi,yae:

.- [OH-] = Vb - Va ?OI

pOH = - l o g [OHr\

T i tu lac i ón de una base con un 6cido:

Vb Nb - Va Na = [OH-I Vb$ Va

pOH = - l o g [OH-]

pH = 1 4 - POH

lo? puntos de l a curva despuéq del pu>nto de equiva lenc ia se calculan

coti:o sique: Va - Vb Na

Va + Vb pH = - l o g p+1

._ .

C) FOBNlATO 99

PRACTICA # 7

SOGUCIONES

TI'PULACiONS$ ACIDO-BASE

MATEHI AL

7 matra.ces erlenmeyer de 3-25 m l

3 matrmes volum6tricoo, d i 100 m i so luc ión valorada de I IC l 0.1N

3 p ipe tas graduada.? de 10 mi NaOH

3 p~Lpetas graduadas de 0,l ml

1 pine ta v o l m é t r i c a de 5 ml ñ C 1 (cmcentrado)

a-itadoren, de v i d r i o

RE AC T iVO S

Soluctión valorada de NaOH O,1N

H2S04 (concentrado)

fenol f ta l -e6na ( a i 1% en etOH)

1 bureta

1 soporte un iversa l

2 p inzas

7 gotas

BaranJa de me t i l o ( a l 1% en H20]

a G a deqcil-ada

NOTA: Tanto &cid-, c m o á l c a l i a

p ipe t ea r l o s empleando bu1

bo de hule.

1 p i z e t a

1 va70 de prec ip i tados de 250 mi

1 vaso de prec ip i tados de 125 m l

po tencióme t r o

-

ag i t ado r magnético

1. - So'.ucione s.

Una so!.ución e s unamezcla homogénea de qo o m6.3 s u s t a x i a s en -

cualquiera de l o s t ren eqtados f fsico. : p r inc ip r l e s : en rel.aci6n al. -

cum0 son de i n t e r é s particul-aa las soluciónes en que nno de l o s com - pomrntes e s e l agua.

So lvente , e s e l componente que

Cons t i tuyentes de se i'ncuentro en mayBr proporc. una. so luc ión

Soluto, e s e l co,Tipoenete que - e

encu n t ra en menor n1vporci6n

I ..

. .

. ~.

I < ."

.,__

~.

.- ,

.. .

100

'Tipos de soluciones;

1.- So1.uciÓn molar (M): mna, so luc ión m o l a r e s ~ k 6 r e f e r i d a a l múmero

de m&s de so luto d i rue l tos en un l i t o s de solución.

M = No. moles so luto

ríol. aolución (1)

Ejemplo: Para prepxrar una so luc ión 1M de NaOH, se necesi-

tan 40 4. (1 mol.) de so1.uto llevado.; a un l i t r o con

soluto.

2.- Solución molal (m); se r e f i e r 4.1 número de moles de so lu to , diei

sultoa en 1000 g de solvente.

Ejemplo: Bara preprrar una sol-ución 1 m de NaOH, se neces i tan

40 g '- mol) de sobto y sgregñr los LOO0 g de solvente

3.- Solución normal (N): se relíe:r:- a1 n h e r o de equ .va l~entes de sc)

luto d isue lxos en un l i t r o de sol>.c.Ón.

Peso equiva lente = Peso molecualr

%hero de hid?r6genos susxit . ( h i d o )

O

Número de g x i d r i l o s sustitui.(base)

Carga prr sente ( i ó n ) O

Ejemplo: P w a obte .er una so luc ión 1~ de H ~ W ~ . se ciecesitan i 49 g de k i d o , !.levado .; un '.it0 c m aguz..

4 . - Solución r-roeentual. (w~v ) : Eo a l nÚmro se g. de s o l u t o en-100 m l

de soli ición.

E j e q l o : Una solticmón de NaOH a l 10% W/V, s i g n i f i c a l o g de

NaOH y sufici.-nte cantidad de au,p hasta 100 xi1

« .

I ,

101

5.- Solución poc e i ua l (W/W); ER e l tihiero de Tramos de so luto y so-

vente s a f i c i t n t e s para 100 g de so lac ión f ind.

Ejemplo: Una solución de NaOH a l 10% W/W, s i g n i f i c a l o g de NatCH

en 50 F; de H20

11.- T i tu iac idn.

Lp t i t i i l a c i ó n e s un método de 1Rhorr7 o r i a aue consi-i,e en l a c

cuan t i f i cac idn de una coluciÓn de u n a su9tarici.r p o r niedio de “u rea-

cc ión con o t r o comuuesto cu’a concentración y volumen se conocen.

Las t i t u l a v i onos 6cido-base se pueden r e p l i z a r enplea.ndo ind ica - dores o ;m p o t e n c i h e t r o . Los indicadores muestran e l punto de - neut ra l i z ac i ón cambiando de co l o r . S i se emplea un po tencióme t r o t

se p e d e obtener lo- valore.! de pH de la so luc ión aue se est6 t i tu -

lando, el agregar per.u.0. vo1.ua+n?s de t i t u l a n t e , para posteriormen - t e , mediante una Krá f i ca (pH contro volumen apegado ) obtener e l pun - t o de efruivalencia. .

Desarro l lo .

A) So?uciones: Preparar 100 ml de l a s s i m i e n t e s soluciones:

a) NaOH 0.1 N

b’) H2W4 0.1 N

c) H C 1 0.1 N

.. ,

. ,

.. ,

‘B) Titulacibn: T i tu l a r , para. .;;.ñer exacta ente su conci ntraci5.i

l a s soluciones a , b, c.

a) Titul,-cibn de un acid0 o ipna base usa.ndo indicadoree.

Se agregan 10 m l (medidas exactamente) de l a solución que se V P

a t i t u l a r , en un matraz erlenmeyer y s.^ adicionan 3 gotas de indica-

dor.

S i t i - t u l a un Rcido, se agrega f cno l f t a l e fna . S i se t i t u l a una

102

base, se agrega naran ja de met i l o . Se van agre.mndo peaueños v o l 6 - menev d . t i t u l a n t e , ap;it-rrdo e l matra,z: en e l momento en nue apare-

ce un cambio de c o l o r l i g e r o , que se ma.n+eriga e s tab l e , se da. por te;

minada l a 2 i tu l i c iÓn de 1.8 sohución. Se anota e l vol.umcn del t i tu -

l-ante que i e empiéo para neut ra l i z a r 1.n solución.

L:i s igu iente f ó r m u l a permite c o l c u l r r 18 concFntrrciÓn de l a . s2

l u c i ón titul-nda.:

donde:

N1 = nomal idad de l a so luc ión velorada

V1 = volumen ,gastado de 1.a so1uciÓn valorada

N - nomal idad de 3.8 sol-ución t i t i d a d a

V2 = volumen emplrpdo ce l a 7ol.ución t i t u l a s a 2 -

b) Titula.ci6n de un ácí6.o o ~sd?, b33? eiripler?nao : ,otexiómetro.

En un vas2 Ce prec ip i tados se col.ocan 50 nl de l a so iuc ión cuya

concen t rw ión exacta deiconocenos y -e l e sumereen 104 € l€CtTOdOs .

Se co,nienza a aeregar peque7os vo1úrnenc.s d e l t i t u l a n t e , ac:itan-

do e l vaqo. Dezpu&@ de cada ad i c i ón s? 1.eee e l v a l o r d e l pH. Cuan-

2 0 $? 1-ote l? tendencia tie aumentar rápidamente e l pH, v l t i t i ; i rn te

se iii)re.prá en :ioiumí.ncs mQs peque5os.

Se hace l a g r 6 f i c a de pH contra vo1.umen de t itul-ante agrefpndo

para o3te::.er 1-a concentración de ! ~ ? ?,olución t i tu l ada .

CTJE3TIONA'tI D

1.- ¿Que cantidad de KOX se neces i ta para prepr r r r un2 so luc ión 2 M"

2.- ¿Qué cpntidrd c'e N z C l e s necesar ia p a r a h-cer un l i t r o de solu-

c i ón 0.5 N?

I

I ~ 103

I

F, ., 7.- iC6n;o preparar ía l a s s i ga i en t es soiuciones?

.. I..

..,.

a) HC1 0.10 M , 1 l i t r o

b) !iaoH 0.10 M, 0.5 l i t r o

C) H ~ S O ~ C.5 N, 0.5 l i t r o

.I ,

... I 4.- iCu&.tos m i l i l i t r o s de H2W4 a l 95% se neces i tan pare preparar w 1 l i t r o de soiucidn 1 N ? fH,,,,= 1.e34

,'=-? ,i I.

*II.(

6.- I n v e s t i g a r o t ros indicadores diferente.; a 104 de l a Frác t i ca y

anotar sus nombres.

D) RESULTAIJOS ESPERADOS

En este caso 10s reul-tedo. v a n a -<Friar dependiendo d e l a solu-

c i ó n t i t u l a n t e y de l a so l - ~ e i bn tit,uia.da.

De e s t a forma una curva de t i tul-ación t e ó r i c a para, l a titu1.aci,6n

de NaOH 0.1 N, 50 m l con HC1 0.1 N, tendremos:

= V b Nb - Va Na

Vh+ Va

pOH = - 106 OH Vb = 50 ml

pH = 14 - pOH Nb = 0.1

Na = 0.1 para exceso de 8-

cido:

pH = - l o g H = (Va-Vb) Na

Va

7

10

15

20

25

30

75

40

45

50

55

60

65

70

1

1.0072

1.1761

1.3680

1.4771

1.6021

1.7533

1.9542

2 27R8

-7

11.677%

11.9586

12.11 54

12.7219

13 12.9128

1.2. 0 3 59

12.6520

12.5229

Y2.3979

12.2469

12.0456

11.7212 w

7

2.3222

2.0414

l.Pe4G

’ .77P?

O

O. 0048

o. 0091

o .o130

0.0167

0.1

0. OE16

0.0667

0.0429

0.0773

0.0250

0.0176

0.0053

105

75 12.3010 1.6990 0.0200

80 I¿. 7732 1.6368 0.0331

85 12.4137 1.5F57 O .O259

90 12.4559 1.5441 0.0266

95 12.4918 1.5CP2 o. 0310

100 12.5229 1. 477' 0.0333

Ahora ampl-iando 1.a zona marcaBa se t i ene la i i gu i en t e tabla:

Va pox PH L "1 LO"I 40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

57

54

55

56

57

58

59

1.9542

2.004e

2.0607

2.1234

2.1.950

2.2788

2.3802

2.5097

2.6902

2.9956

N 7

10.9957

11.2924

11.4647

1'. .5050

17.6ri78

11.7528

11.6157

1 7 .e697

11.9168

13. O 45E

11.9 9 52

11.9393

1 I. F76 6

11 .eC50

11.7212

11.6196

11.4907

11.3098

11.0044

w 7

3.0043

2.7076

2.5757

2.4150

2.7222

2.2472

2.1843

2.1303

2.0P3.33

O

o .o010

o. 0020 0.0029

o * O078

0.0048

0.0057

0.0065

O.CO74

o ~ nm'i

o .o111

O .O099

O.OOE7

0.0075

0.0064

0.0053

O. 0042

o. O031

O. 0020

o. 0010

0

.

107

Curva de titulación teóripa p a r a I? titulrción de B2W4 0.1 N

(5C A) C ü r i YaOH 0.1 ml

Va Na - Vb Xb = para exceqo de base:

Va + Vb = (Vb - Va) Nb

Va = 50 r n l Na = 0.1 Nb = 0.1

O 5 10 15 20 25 30 35 . 40 45 50 55

.60

65 70 75 80 85 90 95

1-00

0.1 1 3.0818 l.OP72 0.0667 1.1761 0.0530 1.2688 0.0429 1.36?0

0.0333 1.4771 0.025G 1.6071 0.0176 1.7573 0.0111 1.9542 0.0053 2.3788

O w 7 11.5778 11.9586 12 .XE5Q 12.2218 12.7010 12.3632 12.4177 12.4559 12.4918 12.5229

17 12.9128 12.8279 12.7712 12.6320 12.5329 12.3979 12.2467 13.0458 11.7212

n J 7 2.3222 2.0414 1.8P46 1.7782 1.6990 1.6368 1.5863 1.5441 1.5082 1 4771

I O 0.0278 o ,0091 0.0130 O. 0166 o. 0200 o. o331 0.0259 0.0286 0.0310 0.0777

108

80 41 42 43

44

45 46 47

49 50

51 52

57 54

55

56

57 58

59 60

48

o. o111 o. cog9 O. O087

0.0015

O. 0064

0.0053 O. O042

0. 0071

0.0020

o. 0010

O

1.9542 2.0048 2.0607

2.1274 2.1950

2.2788 2.3802

2.5097 2.6902

2.9956

N 7 10.9957 11.2924

1 1 .4643 11.5850 11.677R 11.7528

11.. 8 157 11.f3697

11.9168

1‘1.9586

12.0458

11.9952 11.9397 11.f3766 11.8050

11.7212

11.6198

11.4907 11.7098

11.0044

h17 7.0c47 2.7076

2.5357 3.2.150 2.7222

2.2472

2.1P43

2.1307 ?.OF72

2.0414

O o. O010

o. 0020

0.0029

o.oox o. 0048

0.0057

0.0065

O. 0074

O. OOq3 0.0091

Así con estos resultado.: podemos darnos idea de 1 t ipo de curvas

que deberm obtener lo.; ñlunos cuando l a solución este bien preporada

y tanto l o s aparatos corno el. manejo de 183 sustancia sea e l correcto.

En cuanto a l a titul.aci6n co1.orimétrica esperaremo- el. v i r a j e de

l a fenofta lé ina de inco1.oro a rojo-violeta cuenco se esta titul-ando U‘’

ácido con NaOH y v iceverza e3 decir que perderá e l color. E l indi-

cador deanaranjado de meti lo dara una. oiracidn de amaril1.o a r o j o a i - t i t u ’ a r una base con un &ido.

1.- ¿Qu& cantidad de KOH se neces i t a para prepamr una solución 2M,1L ? &

PMKOH = 56 56 4 1 M

X 2 M

x = 112 p;

Por e s t o se nece i s i t an 112 g fie KOH para 1 litro

2.- ¿Qué contidao de NaCL e s nece-aria par?. hacer un 1.itro de solución

0.E It ?

= 5e.5 58.5 -1 N P"NaC1 X - 0.1 N

Pen = 58.5 X = 29.25 g

Por l o tanto se neces i tan 29.25 R de N a C l para prepa-

rar un l i t r o de s o l u c i h 0.1 V

3.- ¿CóLio pregarsr ía l a s s igu ientes soluciones?

.~ . a) H C i 0.10 M, 1 l i t r o

C," CJ?

= 1.1.9 P HC1

= % 76.5g -1 K

.. . , .

... Así e s clue se neces i tan 3.067 ml de H C l pars preparar

1 l i t r o de so luc ión 0.1 M

, _. b) NaOH 0.10 M, 0.5 i i t r o s

r-

. " r-

40 g-1M 4 g -1 1 NaOE = 40 PPI,

X - O.Inic X -0.5 1

x - 4 0 - x = 3 g

-

111

P o r 1 ~ s que se neces i taran 2 g de NaOl! para preparar 0 . 5 i i t r o s

de una so luc ion 0.1 114 de e s t a sustancias.

C J H2S04 0.5 N , 9.5 1- i t ros

1.e34 m

&904= -

' 7 49 g 1 1T 24.5 g 1 l i t r o

X 0.5 rU X 0.5 I'

x = 24.5 g X = 17.25 12'25g = 6.6794

l.E74g/ml

p a r a preparar ent- co1uciÓn se neces i tan 6.6794 ml de H 2 q 4

4.- ~ . C i l $ r , t o ~ mi ; i l i t r o s de H 2 S 4 a 959 se

de so luc ión 1 N? &O4= 1.e34

= 98 49 g - 1 r: - 1 L "H,S04 - m 98 v= -

2 P Peq = - = 49

neces i tan para preparar 1 L

49 r?; 100%

X 9 5s, X= 51.5789 g

51.5789 - - 28.127 ml H,W4 v =

1.e3.i t=,/EIl.

5.- &Qué e s puerito de eouival-encia?

E l ;tunto d e l proceso de -,iii?.aciÓi;, en e l c .él eqpec ie % i t d a d - .

y Ir, t i tu l -ante están I resentes en ca::tidsae- exact8i:xente equiva lentes ,

se llama punto de enuival-encia. 4 menos nue t n e l cá l cu lo intervenga

un f a c t o r einpírico, e s t e punto quedr o e f i n i d i por los r e l ac i ones implf -

c i t a s en l h ecuaciór-: de titul.ociÓn. ?o obstante, debe toname en cuen - t a que a l m n a s susta,ncias pueden u t i l i z a r s e con e l mismo t i t c l a n t e en

base R d i f e rentes ecuociones de t i tu:aciÓn, por 1-0 r:ue l l .e:wn a e x i s t i r

dos o más purntos de eouiva.l.encia.

6.- Inves t i Ta r o t r o s indicaCores d i f e ran tes a lo. de I ? pr6ct ica y a-

notar sus nombres. Color In t e r va l o

de trans‘ c i ón v i -u$ - .4cido PKin Nombre común Rase

~ k j o c r e so l J

azul timo 1 1.5

amar i l l o de met. 3.1

’ I a z u l de bromofen. 4.2 * n ’ * h

u *I

a n a r o n j a n o d- m. 3.5

anaranjado de m. +xi len-cianol FF . .

.., (40: 56)

. . verde de bromocre. 4.9

r o j o de me t i l o 5.0 r l l

,. . r o j o de met.+a-

.. .. zul de metil.eno (1: 1) - .”

- .. púrpura de hromoc. 6.4

- .~ a z u l de brornotimol 7.3

r o j o de c r e s o l 8.4

r o j o de f e n o l €3.0

azu l de timo1 9.0

f e n o i f t a i e í n i 8.7

.. . t i m o l f t a l e í n a 9.2

r.. (3 I_ .I

.,I

” ..,

, .

, ’. f e n o l f t a l e í n a 4 verde de iiieti7-eno

(1:2) -I.

0.2 - 1.8

1.2 - 2.8

2.4 - 4.0

3.0 - 4.6

3.2 - 4 . 4

3.8 - 4.1

3.9 - 5.4

4.3 - 5.2

w 5.3

5.2 - 6.8

6.0 - 7.6

7.3 - e.8 6.F - P.2

6.0 - 9.2

8.0 - 9.8

9.0 - 10.5

8.8

r o j o

r o j o

r o j o

amaril o

r o j o

v i o l e t a

arnrrill o

r o s a

r o j o-v i o 1.e ea

amaril1.o

am R rill. o

aimr i 11. o

ama ri 1-10

a,marill.o

inco lo ro

inco lo ro

verde

amrril !o

- : i i a r i l lo

amrill0

azul

ernaril lo-nar.

verde

azul

ama ri 11-0

verde

púrpura

azu;-

r o j o

rojo

azul

r o i o - v i o l e t-

azul

v i o l e t a

... I

117

F) ANALISIC Y/O MOIiIFICACIONES TECIJICAS DE LA PRAC'CICA.

En cuanto a é s t a p rác t i ca l a nigerenc ia pr imordial e s que en lugar

de que en sólo una p rác t i ca , se vean tanto t i t u l a c i ó n como soluciones,

é s t a s se d i v i d i e r an en dos iuedando, una p r g c t i c a de soluciones y o t ra

en l a [rue se vea va l o rac i ón de é s t m , a 1~ c u a l se l e pondría as ignar - e l t i t u l o de '@Soluciones I I I * . De é s t a manera se e s t a r í a evitando e l - problema del tiempo, pués, ésta p r s c t i c a requ ie re ae m6s de 7 horas pa-

r a poder l l e v a r l a a cabo de una manera t a l , gue pueda e l alumno aprove-

char a l 100% e l conocimiento a.ue ésta. l e brinda en BUS ob j e t i vos .

G) B I I3LIOGRAFIA SUGERIDA

Ander Paul , Connessa $., ' *Principio3 de Química" ( Introducc ión a l o s - conceptos t eó r i cos ) , Ed. Limusa Wi l ey , Véxico 1977.

Ayres, l @ ~ n & l i s i s aufmico cuant i ta t i vo " , Ed. Har la , México 1975.

Choppin G., Jz f f e B . , 3 x m e r l i n L., Jackson L., '@Quflliicav*, Publ icacio-

nes C u l t u r d , 5a. reimp., México 1973.

Flascka X., Barnard A., Tturrock p., l@Quí?uica a n á l f t i c a cuant i ta t i va " ,

Vol. I, Ed. CECSA, 4a. imp., México 1977.

11 4

PRACTICA No. ' 8

SAPONIPICACION DE UNA GRASA.

OBTENCION DE JABON.

A) OBJETIVOS:

Los alumnos l l evarán a cabo l a preparacidn de jabdn (sal s 6 d L

ca) a partir de l a hidrdlisis a l ca i ina de un g i i c é r i do , a s í como

l a obtencidn de ácidos grasos. Comprobarán ademire, sus propiedades

mediante pruebas caracter fst icas.

B) FUNDBUENTOS:

La manufactura de l jabón es una de l a s s í n t e s i s qufmicas mAs

antiguas. Cuando l a s t r i b u s germanas de l a época de César hervían

sebo de cabra con potasa que obtenían por l i x i v i a c i ó n de l a s ceni-

zas de l fuego de leña, efectuaban l a misma reaccidn química que l a

que rea l i zan 10s fabr icantes de jabdn modernos en escala enorme:

l a h i d r ó l i s i s de g l i cé r idos . La h i d rd l i s i s produce sa les de ácidos

carbox i l i cos y g l i c e r o l , CH20HCHOHCH OH. 2

E l jabón corr iente actual es simplemente una mezcla de sa les

sddicas de ácidos grasos do cadenas largas. Es una mezcla porque

l a grasa de l a cual se obtienen es una mezcla; para lavarnos l a s

manos y l a ropa es igualmente buena una mezcla que una so la ssol

pura. E l jabón puede var ia r en su composicidn y en e l método de su

procesamiento: s i se hace con a c e i t e de o l i v a , es jabdn de Cas t i l l a ;

se l e puede agregar a lcohol para hacerlo transparente; se l e puede

b a t i r con a i r e para que f l o t e ; se l e pueden agregar perfumes, co-

lorantes y germicidas; s i es una s a l potásica (en vez de sódica),

es un jabdn blando. Químicamente, s i n embargo, es prácticamente sieg!

pre i o mismo y cumple su funcidn igual .

Podriamos pensar que esatas sa l e s an solubles en agua; y, en

e fecto, es posible preparar l a s llamadas "soluciones de jabón". Sin

embargo, no se t r a t a de soluciones verdaderas, en l a s que l a s mo-

l éculas de soluto se desplazan l i b r e e independientemente; en cambio

se dispersa e l jabdn en grupos es f é r i cos , llamados micelas,aada una

de l a s cuales puede contener centenares de mol6culas de jabdn. Una

molécula de jabdn t i ene un extremo polar, -COO-Na , y o t ro no po-

l a r , l a l a r ga caüena con 12 a 18 carbonos. E1 primero es soluble en

agua: se dice que es h i d r d f i l o (amante de l agua). E1 segundo no i o

es, por l o que se denomina hidrdfobo (teme a l agua); evidentemente,

es soluble en solventes no polares. Este t i p o de moléculas se llama

anf ipát ico: t i enen extremos polares y no polares y, además, son su-

f ic ientemente grandes como para que cada extremo e j e r za su propio

comportamiento de solubil idad. En concordancia con l a r e g l a "substag

c i a s s imi lares eon mutuamente solublesn, l o s extremos no polares

buscan un ambiente s imi lar ; en t a l situacidn, e l d n i c o ambiente no

polar cercano son los extremos no polares de o t ras moléculas de ja-

bdn, por l o que se reúnen en e l centro de l a micela. Los extremos

+

116

polares se proyectan hacia afuera para penetrar en e l solvente po-

l a r , e l agua. Los grupos carboxi lato cargados negativamente tacho-

nan l a super f i c i e de l a micela, rodeada de una atmósfera i6nica.La

repulsión entre cargas s imi lares mantiene dispersas a l a s micelas.

Por o t ro lado, e l mecanismo que sigue l a reacción es e l s iguien - te :

(1 ) - I - I I

CH2-O- ' & P H -R"

___.c @ + 3Na

CH2-OH I I

(4) CH2- -0-8-R

+ R*-ro- +Na Rt'-li-o- +

b H J q O - 8 - R * + 3 Nae - CH-OH

Na CH2-OH

2

117 C ) FORMATO:

PRACTICA # 8

SAPONIF'ICACION DE UNA GRASA

OBTENCION DE JABON

MATERIAL: REACTIVOS:

Matraz fondo redondo, 250 ml Aceite de coco 5 g

Matraz de d e s t i l a c i ó n , 250 ml KOH 5 g

Matraz Erlenmeyer de 100 ml Et-OH 40 ml

Matraz Kitasato HC1 d i l u f d o

R e f r i g e r a n t e NaOH d i l u i d o

Vaso de p r e c i p i t a d o s de 100 ml CuSOd (solución)

Tubos de ensaye (3) V i d r i o de r e l o j

Embudo Buchner

Papel f i l t r o

REACCION:

CH2-O-li-R "

G l i c é r i d o (una grasa)

C a C 1 2 ( so luc ión)

Papel t o r n a s o l

Sol. saturada de N a C l

H2S04 d i l u i d o

B r 2 / CC14

C C 1 4

R-COO- + N a

+ R'-COO- 'Na o" H2-OH -OH RLCOO- + N a

G l i c e r o l Jabón

118

PilOíXDI&iI ENTO:

En un matraz de fondo redondo de 250 m l coloque 5 g de KOH y

40 ml Be Et-OH; adapte a l matraz un re f r igerante de r e f l u j o y hier-

va l a mezcla por aproximadamente 30 minutos. La reacción está complg

t a cuando a l d i l u i r con agua unas gotas de l a mezcla, no se separan

gotas de grasa; en caso contrario seguir calentando.

Al término de l a reección el imine e l a lcohol por desti lación.

Disuelva e l residuo en 75 ml de agua ca l iente y con dicha soluci6n

efectúe las s iguientes reaccibnes:

I.- Obtención de jabón.-

A 25 m l de l a solución agregue lentamente y con ag i tac ión so-

luc ión saturada de NaC1; de esta manera e l jabón precipi ta. F i l t r e

e l jabón, l ave e l f i l t r a d o con solucidn de NaCl póngalo a secar en

un v i d r i o de r e l o j y efectúe con 61 pruebas; para v e r s i presenta

l a s propiedades caraater is t icas de un jabón.

Observe además el comportamiento de jabón disuelto en agua a l

mezclarlo en tubos de ensaye con,

a ) Soiución de CaCi2

b) Solucidn de CuS04

11.- Obtención de ácidos grasos.-

Ac id i f ique 20 m l de l a solucidn con H2S04 di luido, f i l t r e , ia-

ve con agua e l precipitado y e fectde con e l l a s s iguientes pruebas:

a ) Solubil idad en agua; compare con e l jabón

b)Mezcle con solucrión d i lu ida de NaOH hasta tener pH

a ica i ino , vea s i l a solución resultante presenta propiedades jabong

sas . 4 c ) Disuelva una pequeña poraión en 2 6 3 ml de CC1

y agregue unas gotas de solución de B r en CC14, observe s i hay de- 2

coloración.

CUE STI ONARiO :

1.- Después a

solucidn?

pre c F tar e l jabón que mmpuestos qu dan en

2.- ¿Qué reacción ocurre entre e l jabón y e l CaCl ? ¿Cuál es e l 2

compuesto que precipi ta?

3.- ¿Cuál es l a reacción con e l CuSO ?

4.- &Que reacaión ocurre a l a c i d i f i c a r l a solucidn de jabón?

5.- ¿Por qué e l jab6n es soluble en agua y los ácidos graeos

4

no?

6.- ¿Qué nos ind ica l a reaccidn con agua de bromo?

120

D) RESULTADOS ESPERADOS:

Después de prec ip i ta r e l jabón, se efectúan con éste l a s s iguieo

t ea pruebas: solubi l idad en agua, con l a carac te r f s t i ca formacidn

de espuma; formación de precipitado blanco al reaccionar con CaCl

y por último, aparicidn de un precipitado azul, a l hacerlo reaccio-

nar con CuSO

2;

4 ' Por o t ro lado, se l l e v a a cabo l a formacidn de ácidos grasos a

pa r t i r de l a s a l potásica (jabón blando) inicialmente preparado. Se

r ea l i z an con éstos t r e s pruebas, que rinden l o s s iguientes resulta-

dos: inso lubi l idad en agua a d i f e renc ia de l jabón, formacibn de s a l

sddica con propiedades jabonosas a l ser tratados son NaOH, y prueba

pos i t i va de insaturacidn a l ensayar con BrJCC1

color ) .

(desaparición de l 4

E) CUESTIONARIO:

1. Después de prec ip i ta r e l jabón que compuesto(s) quedan en

l a solución?

La reacción que se l l e v a a cabo es l a siguiente:

Ng el WOO- +Y - RCOO- +Na + KCl

Sal potAsica Sal sddica

2. ¿Qué reacción ocurre entre e l jabbn y e l CaCl ? ¿Cuál es 2

e l compuesto que se precipi ta?

La reacción es l a siguiente: ++ 2 RCOO-+Na + CaC12 ------4 ( RCOO') Ca + 2NaC1

2 carboxi lato de ca l c i o

E l compuesto que se prec ip i ta es e l carboxi lato de calc io .

3. ¿Cuál es l a reacción con e l CuSO ?

Es l a siguiente:

4

2 RCOO- 'Na + CuSO ---- + ( R C 0 O ' ) T C u + Na2S04 4

4. ¿Qué reacción ocurre a l a c i d i f i c a r l a solución de jabón?

E l tratamiento de l o s jabones sódicos con ácido mineral l i b e -

r a una mezcla de ácidos carboxí l icos:

2 RCOO' +Na ___+ 2 RCOOH + Ns$304

H2S04

5.iror qué e l jabón es soluble en agua y l o s ácidos grasos no?

Porque una moi4cuia de jabdn t i ene un extremo polar y o t ro no

polar, (como ya se mencionó antes), que l e dan un carácter anfipá-

t i c o , mientras que los ácidos grasos son mol4culas no polares.

6. ¿Qué nos ind ica l a reacaidn con agua de bromo?

Indica claramente insaturación, presenaia de dobles l igaduras.

Ver práct ica No. 4.

122

F) ANALISIS Y MODIFICACIONES TEWICAS DE LA PRACTICA:

Con respecto a l proceso empleado, señalaremos que no se mencio-

na e l paso en e l que debe inc lu i rse e l ace i te de coco, l a materia

prima para la fabricación de l jabón.

Diremos, adeds , que no se proporciona b ib l i ogra f ía , l o que

ocasiona que l a mayor parte de l alumnado tenga d i f i cu l tad en l a com-

prensidn d e l tema.

No obstante, l a prgct ica es muy buena, y e l cuestionario que

se presenta cumple con e l objeto de i n c i t a r a l alumno a una invest i -

gación más detallada.

G ) B I BLI OGRAFi b:

1) Brescia, &rents, Meisl ich, Turk. "Bundamentos de Qufmica".

LE.C.S.8. México, 1975.

2) Morrison and Boyd. "Qufmica Orgánica". Fondo Educativo In-

teramericano. USA, 1976.

3) Rakoff , Rose. "Qufmica Orgánica Fundamental". Ed. Limusa.

BBBxico, 1975.

i27

PRACTICA NO 9

OBTENCION DE BUTIRALDEHIDO

REACCIONES DE ALDBHIDOS

A) OBJETIVOS:

por medio de és ta práct ica e l alumno se fami l i a r i zará con una

de l a s formas de obtener aldehfdos, a d e d s de e s ta r aplicando l o re-

presentado en l a t e o r í a por medio de reacciones carac te r f s t i cas de

l o s aldehfdos.

B) WNDAIYIENTOS:

La oxidación de alcoholes primarios conduce a l a formación de a l - dehidos. Los agentes oxidantes usuales para esta reacción son e l d i -

* cromato de potasio en ácido su l fúr i co o e l permanganato de potasio.

K2Cr207 , H2S04 O R - CH20H + ( O ) >R-C-H + H20

Sin embargo, l o s aldehfdos se oxidan con más f a c i l i d ad que los

alcoholes y s i se permite que e l aldehfdo permanezca en e l matraz de

reacción se oxidará hasta e l ácido carboxf l i co eorreepondiente. Para

impedir es ta reacción secundaria debe r e t i r a r se e l aldehfdo tan pron-

t o como se forme. Como l o s aldehidos t ienen puntos de ebu l l i c i ón me-

nores que l o s a lcoholes correspondientes, l o s aldehfdos de peso mole-

cular bajo (de no más de 5 átomos de carbono) se pueden d e s t i l a r de l

matraz s i l a temperatura de reacción es superior a l punto de ebu l l i -

c ión de l aldehfdo pero menor que e l punto de ebu l l i c i ón de l alcohol.

E l hecho de que un aldehfdo tenga un punto de ebu l l i c i ón mucho menor

que e l de l a lcohol correspondiente se puede exp l i car pensando que e x i s - t e una menor pos ib i l idad de asociación mediante puentes de hidrógeno en

124

en e l a ldehído que en e l alcokiol. E l .-ldehído no t i en e un hidr6,Feno

directainente unido a l oxieeno ,, ~arac fe r íq t i ca : . i en te necesar io ü e l o s - cQmpuestos, tales como 7 0 ~ : ̂.ciZos :y 1.0s 81-coholer;, que pueden formar- puentes de hidrógeno, fuer tes .

a) React ivo de S ch i f f .

L a fucsina ( c l o rh id ra to de p-rosñ,nii.ina) e s un co lo rante rosa de’.

t r i f en i lme tano , e l CUR^. e9 c o v e r t i d o por e l 6cido sul.furoso en e1 Rci - do le-ucos:;’ f ón i co inco loro . 4paren+emente, l a reacc ión invo lucra l a

ad i s i ón 1 , 6 d e l &ido sul.furo30 sil. núcleo quinoideo de l color;ulte.

solución v o w

Heactivo de Sch i f f - inco lo ro

Este ácido l e u c o s u l f h i c o e s ines tab le y perde ácido s d f u r o s o cuanuo

?e t r a t a con un aldehído, prodacieado un co lorante quinoideo ae color

v i o l e t a-púrpura:

125

Es importante n0ta.r que e l c o l o r de e s t e co lorante e s d i f e r en t e

a l de l o fucsina o r i g i n z l . ITo e r 3 x 1 rosa c l a r o sino vue t i ene un

ma.tiz cercano a l v i o l e t ? . o púiry,ira.

S) React ivo de Toll-ens O I1 O 0

R - C - H t 2 At$"?) ?OH _3 2 A , + RCOf%14 + H30 - + ??I"? n

so luc ión inc. eip. de p l - t a

L o s a.ldohfdor también son oxidados por e l i 6 n p l a , + a (agente oxi-

dante muy suave). La ox idac ión renuiere de un medio n l ca l ino ; para

e v i t a r l a p r e c i p i t a c i ón d e l Óxido de ClL-rta inso lub le se agrega un ageg

t e compiejante : amoníaco.

dl ~ e a c t i v o de T o l I C i i z rori-tien e l i ó n ~ ~ i a m i r r z - p ~ . ~ t ? , Ag(NHJ)2 . La ox i i ! r c ibn d r l d d e h f d o e s e,cornpia,-iada. pori?. : c ?~drc ih d e l ibn

F l e t a a p 1 - r ' ~ e l enenta l ( en f o r m de espe jo , si Las condic iones son a-

decuadas).

c)Reaccibn con l a ? , 4 - d i n i t r o f e n i l - i d r r z i n e

Lu. 2 ,C -d in i t ~ o f en i i h i d rp zona reaccisna con aldehidos y cetonas p m -

duciendo '1d?rivados'8 nue se llaman respectivamente 2 ,b-d in i t ro fen i lh i -

drazonas.

Estas reaccione? ? e c c r t a l i w r c?ii Ciciini y nro 9n3J.pwnte proceden

126

p o r adiciór; ( a i & L L ; J ~ carhoni lo , s e p i d o de e l iminac ión de aguz.

R' R' 9' I R"-NHTh, , R-8-05 per2ieR 2e R-GO + P - ~ - 4 - 0 ~ - L

8

R' R'

I

o I é r d i d a de H,Ot R-s ?TNHR,l + --& H +R-C-OH .

Los productos m e 70 fon ian en e? ta reacción frecuentr,, iente 3on

só l i d o s c r i s ta l - inos aue t ienan punto de f t i d n c amc t e r f s t i c o s .

..

127 C) FORMATO

Ni ATERI AL Soporte, a n i l l o , r e j i l l a

Me c -,e r o

Grad ill a

Eouipo Quick pi*

Tubo9 de ensaye

REACT IVOC

Butanol 6.5 n i l

Dicromko d e Sodio (d ih idrato ) 7 g.

Acid0 n i i f ú r i c o conc. 5 m i .

React ivo de S c h i f f ( v e r ho ja anexa)

Rezctirro de To'Llen

React ivo 2,4-dinitro-fenilhidrazina.

Eonte e l a p s r a t o i n c i c x o en 11;. f i ' v r a . Disuelva 7 g de dicroma -

t o de sodio dihidratado en 35 i n l de aP;uz agreoue con cuidar'o arritando

'5 m l de H,S04 concentraro.

e i matraz, agreque cuerpos de ebiil' i c i ón .

Colocpe 6.5 ml de r l coho l n-but f i i co en - L

Coloque I8 so luc ión de dicromñto en e l embudo de adición.

Cal iente hasta e b u l l i c i ó n e l a lcohol n-but i l i co y entonces comien - c e a go tear IP -0luci6n de dizroi iato, a una ve loc idad t a l oue l a tempe

1.28

O peratura en l a parte super ior de l ~ a columna no suba ar r iba de 80-85 / 760 mm, e l producto que d e s t i l a a, e s t a t emperaxra se rec ibe en un--]

matr8.z en f r iado con h i e l o .

La ox idac ión del n-butanol procede con evo luc ión de c a l o r , pero

peude ser necesar io c l en t a r 1.a mezcla con una flaa pequeEa para evi-

t a r que l a te::pernturo oaje de 75 . O

Cuando todo e l agente oxidante haya Sido $regado, continúe calefl-

tando l a mpzcln durante aproximadmente 25 minutos y o l o c t e todo e l p

producto a-ue d e s t i l e abajo de 90’.

do de sep,oración de 50 m l y separe e l pequflo volumen de agua (aprox.

2 mi.].

Trandf iera e l des t i l ado a un embu-

Tenue e l residuo con 2 g de s u l f a t o de ma,mesio a n ’ i d r o y pu r i f i -

que e l producto d e s t i l h d o l ? en un matraz Cia isen d 25 a1 y f i l t r e l o .

Co lecte l a f r acc i ón que :Qierve ent re 7276 (P, eb. 74.5°~-760mm)

Reacccione? c a rñc t e r i s t i c a s d e l ~ m p o aldehido.

a) React ivo de Sch i f f . Ponga 1 m l de l r e a c t i v o en un t i b o de ensaye;

a g r e q e unmgotas de alCehid3, observe l o que s-xede.

b] React ivo de Tollen.- ponga 2 ml de reacti .vo de To l l en en un tubo de

ensaye, agregue dos gotas de x t i r a l d e h i d o , obseve e l camgio.

Repita l a , exper i enc ia usando fomaldehido.

P e l i g r o , no c a l i en t e l a s soluciones pues peuden explotar .

c) Reacción con l a 2.4-dinitrofeni1Eidrazina.- Ponga 1 ml d e l r eact i -

vo en un tubo de ensaye, agregue 1 gota de hurialdehido: r ep i t a e l

expelimento usando formaldehido, acetaldehido, ace tons y -01ucibn a-

cuo sa. de glucoda r e spec tivaiiie nte.

129

&ac t i vo de ‘+iff.- Disuel.va 100 mg de f i c s i n a en 250 m i de a-

gua, deccilore l a soucidn a,gregando cuidadosammte b i s u l f i t o ,pués e lb i -

sul-f ixo de sodio en exceso pierde su sensibl idad e l rac t i vo .

React ivo de Tollen.- Mezcle 25 m l de sol-ucidn concentrada de hi-

droizido de amonio, con 25 r n l de 8ma; disuelva en eqta so luc ión 5 g de

n i t r a t o de p lata . Prepare rndependientemente una qolución dl 10% - de NaOH en a s a .

Para e fec tua l a renccidn mezcle pequefia.- ea t idades i gua l e s de l a s

dos solucione; l a pureba debe k‘acerse inmediateaenei-, de lo cont rar io

e l r e a c t i c o en reposo puede reacc L0na.r dando un prec ip i tado explosivo.

La reacc i b n se hace e n f r í o por l a misma razón.

‘3olucibn de 2 , 4 - d i n i t r o - f e n i l h i d r s z i n a . (DWH) .- Diso l v e r l a - DNPII en HC1 2N hasta sturación.

CUETI’iON ,%ti10

1.- Escriba l a s reacciones efectuada en es ta práct ica.

2.- ¿Por aué causa se agrega lentamente l a mezcla crómica?

3.- ¿ P o r qué se debe cuidar que ls tenperatura no exceda de 80-e5°/750mm?

4.- ~Cdrno reacconnr los aldehidos con:

a) h i d r ox i l aniina

5) h idrqz ina

c3 semicarhazida

En primer luga r que e l rendkniento sea l o mas d t o pos ib l e , en r

rea'.idad no se podrá obtener mucho pues l a s contidade3 son pewenas y

e l c on t ro l que se t i ene sobre e l procero e s d i c i r -3 l a reacción e s - muy peque-o y e l rendimiento puedi v a r i m tanto coa0 La oxidaci5n sea

rn8;yor de l a prevista. pues, no tendremos un aldehido sino un ácido car-

. .

L..

,

'_..

.. box f l i c o . / * '*lb,

L ** ,.,, I RI cuanto a l a reaccioneq car7:nter ís t icas para .Idehídos tenemos:

a) Tollens.- De be ap-rrcer e1 espejo de pla.ta

b) Con e l React ivo de Schi f f . - E l resuitado esperado debe

.-,

L

c-

._. s e r l a apar ic ión de un c o l o r que puede i r desde un prec ip i -

tad0 de c o l o r amar i l lo hasta un naranja dependiendo d e l al-

dehído que se t rata .

, ._ -

c) Con l a 2,4-dinitrofenilhidrazina , será l a apar ic ión d e l colo

normal en ésta,e.; d e c i r , e l c o l o r violeta-púrpura.

I

'.' E) CUESTIONAXIO SIT EL TO ./ , '

.-..

,. 1.- Escr iba l a s reacciones efectuada en es ta práct ica .

I_

. .. I

....

...

,

,-,,,

&

131

2.- ¿Por aué causa se agreqa 1entonentel.a mezcle cróinica?

Lo.; aldehfdos se oxidan con m8s f a c i l i d a d aue l o s a lcoholes y s i

se agrege en fonna, &pida 2.7 nezclacr6nica, e l aldehfdo se or idprá haz

t a e l áci2.o carbox f l i co .

O ?.-¿Por qué se dene cuidar q.:e la temperatura no exceda de 80-85 /760nm.

P. Eb. d e l butiraldehfdo: 76’C/760 mrr. Hg

P. Eb. del butanol 118’C/760 mmHg

Para evitar la oxidación pos te r io de l butiral.dehído, debe r e t i r a r

se e s t e tan pronto como se fo:me.

nás ba jo au e l butanol, se puede de.;ti lar d e l metraz s i 1.2 tempera‘um

de reacc ión e s Fuperior al punto de ebull- ic ión d e l buCira1dei:fdo (88-

85 OC) pero menor que e l puento de ebu l l ~ i c i ón d e l buranol (118°C). A-

s í que, si l a tmperatura excede de 80-85 c, corrernos e l r i e s go de des-

ti1a.r a l butanol, impictEndo lz formación de aláehfdo.

Como e l bukiraldehfdo @ne p. eb.

O

4.- ¿Cómo reacccionnn lo.; alaehfdos con:

a> hidroxil.amina O // A- C-H f H~Nu-OH -&- $=NO# (QxjMa)

U b) hidraz ina

c) Semicarbazida

h

P) ANALISIS Y/O M(?5IIFICACION&S TECNICAS DE LAPRACTICA

En e s t a p rác t i ca e l p r inc ipa l problema que se t i ene e s l a agrega- ,* *.,

._ '..,/ ,I

I -.

c i ón de la mezclo crómica, debido a, que e s t a debe s e r l en ta y que se

encuentra agregando lenta.?iente directamente d e l embudo de separación

e s que se presenta e l problema. de celentameih de este y por l o tanto

un mal con t ro l en su descenso,lo que a SU vez provoca una disminucibn

en e l rendimiento.

1 _ ,

..

.-.

..-. -<._. La propos ic ión que se hace e s sobre e l equipo, e s d e c i r , que se

, .... buscará un t i p o de equipo propio para poder l l e v a r a cabo l a t6cnica

t a l como se descr ibe o camniar esta. ..

.1(1 , , I : I .~. G)BIBLIOGRUI A EMSLE ADA

1) Morrison and Boyd,

r i cano , USA, 1976.

< f , '

,

,.

tfQuírr.ica Orgánicatf, Fondo Educativo? Intersue-

." 2) &&off, Rosse, "Química orgánica fu?inc'ainentai'*, Ed. Limusa, bb?xico,

3) Shriner, Fuuson, Curt in, " I d en t i f i c a c i ón Sistem8tica de Compuestos

.. OrgánicosJ1, Ed. Limusa, ?léxico, 1979.

.I

c

P R A C T I C A N o . 10

I D E N T I P I C A C I O N DE A C I D O S Y USES. SBPARACION D E

MEZCLAS

A) OMETIVOS:

Esta práct ica t i e n por ob je to presentar al alumno algunas pme-

bas para i den t i f i cac idn de ácidos y bases, asf como una técnica de

separacidn de mezclas que l e permitirá conocer l a s propiedades de

cada uno de estos compuestos.

B) FVNDAMENTOS:

Fe no1 es :

Los f eno les son compuestos de f6rmula general &OH. Los feno-

l e s más senc i l l o s son l fquidos o s6l idos de bajo punto de fusidn;

t i enen puntos de ebu l l i c idn bastante elevados, debido a que forman

puentes de hidrdgeno. E l f eno l mismo t i ene c i e r t a solubi l idad en agua

(9g por 100 m l de agua),probablemente debido a l a formaoidn de pueg

tee de hidrdgeno con e l l a ; l a mayorfa de los otros feno les son esea

cialmente insolubles. Los f eno les son en sf incoloros, salvo que

presenten algún grupo capaz de producir coloración; s i n embargo, y

a l i gua l que l a s aminas aromáticas, se oxidan con f ac i l i dad , por l o

que a menudo ae l e s encuentra coloreados por l a presencia de produc-

t o s de oxidación, a menos que están cuidadosamente purif icados.

Los f eno les son compuestos bastante ácidos, aspecto. en e l cual

se d i ferenc ian Inarcadamente de l o s alcoholes, l o s cuales son aún

134

menos ácidos que e l agua. Los hidróxidos acuosos convierten a l o s

fenoles en sus sales; l o s ácidos minerales acuosos las reconvierten

nuevamente en feno les l ib res . Como es de suponer, l o s f eno l e e y sus

sa les t ienen propiedades de solubi l idad opuestas: las sa les son so-

lubles en agua e insolubles en solventes orgdnicos.

La fuerza ácida de los feno les y l a solubi l idad de sus aalea en

agua son ú t i l e s en anell isis y en separaciones. Una aubdancia inso-

luble en agua que se disuelve en hidróxido acuoso pero no en bicar-

bonato acuoso debe s e r más ácida que e l agua, pero menos que un

ácido carboxf l ico; l a mayoria de l o s compuestos comprendidos en este

margen de acidez son fenoles. Puede separarse un f eno l de substan-

c i as no ácidas por medio de su solubi l idad en bases y puede separar-

se de ácidos carboxf l icos aprovechando su insolubi l idad en bicarbo-

nato.

A parte de su acidez, l a propiedad qufmica más notable de un

f eno l es l a react iv idad extremadamente elevada de su a n i l l o en l a

substituci6n e l e c t r o f f l i c a . La acidez juega un papel muy importante

incluso en l a substitución anular, ya que l a ion izac ión de un f eno l

genera e l grupo -0- , e l cual es aun más l iberador de electronee que

e l grupo -OH, debido a su carga negativa.

Substitución anular: Al igual que e l grupo amino, e l f end l i co

ac t i va fuertemente l o s an i l l o s aromáticos en l a substitución e lec-

t r o f i l i c a y esencialmente de l a misma manera. Los intermedios casi

no se pueden considerar iones carbonio sino más bien como iones -

oxonio ( t a l e s como I y II), en los que cada átomo(sa1vo e l hidrb-

geno) t i ene un octe to e lec trdnico @ON @OM Q 7 ~ /

Y H Y I I1 I11 IV

completo; es tos iones se forman muchísimo mAs rápido que los iones;

carbonio que derivan d e l benceno. E1 ataque a un i o n fenbxido genera

un intermedio aún más estable -y de formacidn aún más rápida- una

cetona no saturada ( t a l como 111 y IV).

E l tratamiento de feno les con soluciones acuosas de bromo produ-

ce e l reemplazo de todos l o s hidrdgenos ubicados or to y para con

respecto a l grupo -OH y adn pnede provocar el desplazamiento de c ier -

t o s o t ros grupos : 6r

Peno1 2,4,6-Tribromofenol

Por o t ra parte, muchos f eno les (pero no todos) forman comple-

jos coloreados (que abarcan desde e l verde hasta e l azul y de v io l e -

t a a r o j o ) con cloruro f é r r i c o . (Este ensayo tambien resu l ta posi-

t i v o para los enoies).

1-3 1 - ..".. .. I . . .

AmiIIas:

Ai i gua l que e l amoníaco, l a s aminas son compuestos polares y *

pueden formar puentes de hidr6geno intermolemlares, salvo l a s ter -

c iar ias . Las aminas t i enen punto de ebu l l i c i ón más a l t o s que l o s cog

puestos no polares de i gua l peso molecular, pero i n f e r i o r e s a los

de l o s a lcoholes o ácidos carbox i l i cos . Los t r e s t i p o s de aminas son capaces de establecer puentes de

hidrógeno con e l agua, por l o que l a s aminas menores son bastante

solubles en e l l a , siendo alcanzada l a solubi l idad l im i t e para unos

s e i s átomos de carbono. Son solubles en solventes menos polares, ta-

l e s como é t e r , a lcohol , benceno, etc.

Las aminas a l i f á t i c a s son aproximadamente tan básicas como e l

amoniaco, inientras que l a s aromáticas l o son considerablemente menos.

Aunque l a s aminas son mucho menos básicas que l o s iones hidróxido o

etóxido, l o son mucho más que l o s alcoholes, l o s é teres , los esteres,

etc., y aun que e l agua, por l o que los ácidos minerales acuosos y

l o s carbox i l i cos l a s convierten en sus sa les con f ac i l i dad ; e l i o n

hidróxido acuoso l a s reconvierte , con i gua l f a c i l i dad , en aminas - l i b r es .

138

PROCGDIMENTO:

1) Reacción con agua de bromo.- (Para aminas y fenoles): A 3 nil

de soluoión de: f eno l , an i l ina y p n i t r o f e n o l , añádale agua de bro-

mo gota a gota hasta que ya no desaparezca e l c o l o r de l bromo. Ob-

serve qué sucede.

2) Reacaidn de Cloruro P6rrico.- (Para fenoles):

solución de: fenol, resorcinol, ácido benzóico, ácido

A 3 mi de -- p-hidroxi benzói -

co y ácido s a i i c i i i c o , añada una gota de solución de cloruro f6rri-

co. Compare e l co lo r producido con e l de l agua pura y una gota de

solución de cloruro f4rr ico . Ocasionalmente e l co lo r producido no es

permanente por l o que d ebed procurarse observar cuidadosamente l a

soiuaión en e l instante en que se añada l a gota de cloruro féri-ico.

3) Acidez: Determine e l pH de cada una de l a s soluoiones emplea

das en los experimentos 1 y 2.

4) Reacción con Carbonato de Sodio: A 3 nil de solución de: fe-

noi, pn i t r o f eno l , ácido benzóico y ácido s a l i c i l i c o añada gota a - gota una solución de carbonato de sodio a l 15%. Observe qué sucede.

5) Ex i ~a c c i ón de una mezcla.- Se disuelve un gramo de problema

en 50 ml de é t e r en un embudo de separacidn y se agita. Se deja re-

posar y se l e agregan 10 mi de hidróxido de sedio a l 10%. se agita.

Se deja reposar para que se separen l a s dos fases, se r e t i r a l a fase

acuosa y se l e añade HC l a l 10% hasta que precipite. Se f i l t r a n loe

cr i s ta l es , se lavan, secan y pesan y se determina su punto de fusión.

A l a solución de é t e r se añaden 10 ml de solución de HC1 a l

139

1046.

Se a g i t a y deja reposar, se separa l a fase acuosa y se t r a t a

con solucidn a l 10% de NaOH hasta que prec ip i te ; después de filtrar,

lavar , secar, y pesar l o s cristales!, se les determina su punto de

fusi6n.

rmm:

E l alumno deli P r t a r l o que haya observado en cada uno de

l o s experimentos de laborator io a s í como l o s puntos de fusi6n de l o s

compuestos a is lados en e l experimento 5. A d mismo deberá r e so l v e r

e l s iguiente cuestionario.

CUESTIONBRIO:

1.- Mencione al&nas apl icaciones práct icas de l a separaci6n

de mezclas por extraction.

2.- Explique a qué se debe e l carácter ácido de l o s fenolee.

3.- ¿Cuál de l a s s iguientes sustancias espera usted que tenga

e l mayor grado de &ides: f eno l , p-nitrofenol, 2,4,6-trinitrofenoi?

¿Por qué?

4.- Explique a que se debe l a d i ferente solubi l idad de una mina

y su s a l correspondiente (ejem. c lorhidrato) en agua.

B I BL1OGRAFI.k

R.L. Shriner, B.C. Fuson. " Ident i f i cac i6n Sistemática de Com-

puestos Or&nicostt. Ed. Limsa-Wiley. (1970). Paga: 104-5 y 139-43.

140

I)) RESULTADOS ESPERADOS:

Los resultados que deben esperarse en cada una de l a s pruebas

real izadas son l a s siguientes:

(1) Reaccidn con agua de bromo: E l bromo en solucidn acuosa

provoca e l reemplazo de todos los hidrdgenos en or to y para, median-

t e un mecanismo de substitucidn. De esta manera:

6r 85.. fh

@OH 8rx/K,*r Peno1

Ani l ina Dr

p-nitrofenol

(2) Reaccidn con cloruro f é r r i co : La reacaldn de los f eno les

con este reaat ivo , produce complejo color idos que varfan desde verde

hasta azul y de v i o l e t a a ro jo .

(3) El pH de l a s soluciones empleadas debe ser:

Deberán presentar carácter ácido los fenoles, e l ac. benzoico,

ac. p-hidroxibenzdico y ac. s a l i c f l i c o . Los compuestos de t i p o bási-

co son an i l ina y p-nitrofenol.

(4) Reaccidn

los f eno les y l o s

<i

con carbonato de sodio: debe formarse l a sa l de

deidos ensayados.

141

(5) Extracción de una mezcla: La mezcla ensayada debe estar

formada por un compuesto ácido y o t ro básico, t a l e s como resorci-

nol y anil ina.

E) CUESTIONBBIO:

1. Mencione algunas apl icaciones prácticas de l a separaaión de

mezclas por extracción.

La separación de mezclas por extraccibn, es uno de los m6to-

dos más ampliamente usados en l a s industrias qufmicas, faxmaduti-

cas, etc.

2. Explique a qu4 se debe e l carácter ácido de los fenoles.

E1 hecho de que e l grupo -ON se encuentre directamente unido

a l a n i l l o aromático dá por resultado que pueda desprender más f á c i i -

mente un protón.

La ion izac ión de un f eno l es una reacción de equ i l ib r io , pero,

en este caso, ni e l f eno l ni e l i6n fenóxido pueden representarse

en forma adecuada mediante una so l a fórmula de enlace de valenciaa;

Ambas entidades se pueden representar más apropiadamente como hi-

bridos de resonancia a los cualles corresponden l a s fórmulas siguien-

3. ¿Cuál de l a s s iguientes sustancias espera usted que tenga e l

mayor grado de acidez: f eno l , p-nitrofenoi, 2,4,6, t r in i t r o f eno l .

Por que?

Bi orden descendente de 4cidez de estos compuestos es:

Fenol

p-nitrof enol

2,4,6,trinitro f eno l

E1 grupo -NH proporciona a l a n i l l o aromático un par electrb- 2

nico, que dá un caráater básico a l aompuesto.

4. Explique a qué se debe l a d i ferente solubi l idad de una amina

y su sal correspondiente (ejem. c lorhidrato) en agua,

Podemos dec i r

e insoluble en los

tamiento, debido a

que l a amina es eoluble en solventes no polares

polares, pero su sa3 presenta d i ferente compor-

su naturaleza po lar (i6nica).

143

F) ANALISIS Y MODIFICACIONES TXCNICAS DE LA PRACTICb:

Esta práctica presenta a l alumno un pequeño panorama de l a s

técnicas y métodos empleados para l a ident i f i cae idn de compuestos

orgánicos, por i o que despierta su in terés por l a qufmica y los

motiva a efectuar una d s amplia investigacidn sobre e l terns.

Consideramos que esta práctica está muy bien elaborada, pues . cumple con 4los objet ivos planteados.

?- 1) Morrison and Boyd. "Qufmica Orgánica". Fondo Educativo Inter- -

americano. USA, 1976. ". .-" 2) Rakoff, Rose. "Qufmica Orgánica Fundamental". Ed. Limusa.

í "

México, 1975. L_

, " 3 ) Shriner, Puson, Curtin. " Ident i f icacibn Sistemática de

.. Compuestos Orgánicos". Ed. Limusa. México, 1979.

. .. *....

-..

,.~.

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P A R T E I1

1 4 4

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C.

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1 4 5 ..._

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I1 P A . R T E

1.- Problemas que se presentaron durante 10s cursos.

b<

r.

C .

r.

/ - Se pudo observar que l a qran mayor la de l o s alumnos carec ia

de exper ienc ia para e l manejo del equipo más elemental de lab .

- E l mater ia l d e l l abora tor io se encuentra en malas conoicio-

nes en qu mayoria.

- Fa l t a de equipo como baJ-anzas ana l í t i c a s , granatar ias , e tc .

- Mal Fuancionamiento de sirtema de ex t racc ión y de l a s camp-

nas de seguridad.

- Def i c i enc ia fit? :salerial de seguridad para manejo de sustan-

c i a s tox ícas . ( Ej. propipetas)

- Poca coordinación ent re e l curso t e ó r i c o y prác t i co , l o aue

ocacionaba tener que dar fuendamentos básicos para l a r e a l i -

zación de l a r g c t i c a , restando con es to e l aprovechamiento

ael almno.

- Fa l t a de información de normas de s ewr i dad en e l IaSorato-

rio, a s í como de manejo l e instrumental.

- En l o que se r e f i e r a formatos, mala redacción aue ocaciona -

ba confusión a l o s alumnos, poca b i b l i o g r a f í a , e r r o r es en l a s

técnicas , cuest ionar ios de ba jo n i v e l académico.

.. .

..

.. . .

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c

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... *-

L

146

- Carencia de react ivos o bien react ivos contaminados

2.- Modificaciónes y Sugerencias para renolver l o s problemas ante-

r iores.

- Para solucionar l o s problemas en cuanto a n i v e l de conocimien

to , sugerimos oue c.1 examen de admisión se de un n i v e l mas a l to

- En cuanto a l a solución de problema? que @e presentan por se-

guridad y manejo de conocimientos de eauipo, sugerimos aue se

impiemente una pr6ctica en l a cual ye entrequé a l alumno un - m a n u a l de laborator io en e l c u d su contenido Sea e l qig.:

a) Normas pr in i ipa les de sequridad

b) Beglamento de laborator io

c) Eauipo pr incipal y (su c l as i f i cac i ón

Además de que en ésta practica se l e ense-e e l aso de ba lanws(

qranataria, anal í t i ca ) , pipeteo, campanas de seguridad, ets.

- Modificación y corrección de f omatos

- Co0rdina.r l a teor fa con l i s practicas.

- Apl icación de un brewe exámen antes de cada práctica.

147

EJERCICIOS Y PFtEGUNTAS SUGERIDA%

1. ¿Qué representa e l punto t r i p l e en e l diagrama de fases?

2. Describa e l fenómeno de sublimaci6n.

3. ¿Que es e l punto de ebul l i c ión?

4. ¿Que es l a dest i lac ión?

5. Mencione por l o menos t r e s t i pos de dest i lac ión.

6. ¿Qué carac te r f s t i cas deben presentar l os componentes de l a mez-

c i a a separar por des t i l ac idn simple?

7. ¿Cuál es l a pr inc ipa l propiedad de los cuerpos de ebul l ic ibn?

¿Para qué se emplean?

8. ¿Qué es l a presión de vapor de un l iquido?

9. ¿,Qué es e l enlace e lec trova lente? Mencione por l o menos dos

ejemplos de l o s estudiados en e l laboratbrio.

10. ¿Qué es e l enlace covalente? Mencione por l o menos dos ejem-

plos.

11. ¿Qué es e l enlace covalente coordinado? Mencione un ejemplo.

12. ¿Qué es l a corr iente e ldc t r i ca?

13. Escriba l a reacción química efectuada en el laborator io para

preparar cialohexeno . Mecanismo.

14. Escriba l a reacaión efectuada con e l ciclohexeno y Br2/CC14

15. Escriba l a reacaión efectuada con e l ciclohexeno y XMnO

16. Problema: Para l a preparación de ciclohexeno, se emplearon 4

5 0 m l de c i c lohexanol y 7.5 m l de €$SO4. Al f i n a l de l a operación

s e obtuvieron 35 ml de ciclohexeno. Calcule e l rendimiento obtenido

en l a reacc ión . Las masas atómicas son: C = 1 2 , O =16 , H =1. Las den-

sidades son: c ic lohexeno = 0.810, c i c lohexanol = 0.962.

17.

bol, Y

18

e t i l o .

19.

Mencione e l orden de f a c i l i d a d de deshidrataaldn de un a l c o -

explique por qué s e s igue e s e orden.

Escriba l a r e a c c i ó n efectuada para l a obtención de a c e t a t o de

Escriba las fórmulas d e s a r r o l l a d a s d e l formiato de e t i l o y:

propionato de t - b u t i l o .

20. ¿Con qu6 f i n s e empleó en e s t a p r á c t i c a , e l bicarbonato de

sodio y e l c l o r u r o de c a l c i o ?

21. Los e q u i l i b r i o s qufmiaos s e c l a s i f i c a n en dos grupos, diga

c u a l e s son y d e s c r i b a l o s brevemente.

22. ¿Qué e s e l e q u i l i b r i o químico?

23. ¿Qué f a c t o r e s modifican e l e q u i l i b r i o qdmico?

24. ¿Qué d i c e e l p r i n c i p i o de Le Chatelier-Brawn y l a l e y de aa-

c i ó n de masas?

25. De acuerdo con la s i g u i e n t e r e a c c i ó n , e s c r i b a l a ecuación

que def ine e l e q u i l i b r i o químico:

2M + 3N I R + 1/2 s 26. ¿Cu4les son l o s c o n s t i t u y e n t e s de una solución? Def ina los

brevemente.

27. Mencione l o s 5 t i p o s de so luc iones estudiadas en e l l aborato-

r i o .

149

28. ¿Qué es l a t i tu lac ión?

29. ¿Qué es e l punto de equivalencia?

30. ¿Qué son los indicadores y como funcionan en una t i tu lac ión?

31. Escriba l a reacción efectuada para l a obtención de un jabón

32. ¿Que$tipo de jabón se usa cuando se t ienen aguas duras?

33. ¿Qué ocurre a l ac id i f i oa r una solución de s a l sódica?

34. Escriba l a reacaión efectuada para l a ontención de butiralqe-

h i do.

35. ¿QuQ medida se tomó para e v i t a r l a oxidación poster ior de l

butiraldehído?

36. Escriba l a reacción efectuada entre e l butiraldehído 7 e l

r eac t i vo de Schi f f .

37. Escriba l a reacción efectuada entre e l butiraldehfdo y e l reac-

t i v o de Tollens. ¿Por qué debe hacerse l a prueba inmediatamente, una

vez que se ha preparado e l react ivo?

38. ¿A qué se atribuye e l carácter básico de l a s aminas?

39. Escriba l a reacción que ocurre entre e l f eno l y B r

40. ¿Por qué e l f eno l es ligeramente soluble en agua?

41. ¿Cómo prepararfa una solución 0 . 3 de glucosa (C H O ), 500 m l .

42. ¿Cómo prepararfa una solución ( 250 m i ) de HC1 6.5N?

43. ¿Cómo prepararfa una solución (100 mi) de HC1 5.6N empleando

dB2O

6 12 6

una solución 6.9N ya preparada que se encuentra en e l almacén de l

laborator io . (Suponga que se ha considerado l a densidad de l HC1 de

1.19 y una pureza de 37.6% cuando se preparó la solucidn 6.gN).

44. Durante l a obtenci6n de butiraldehido, ae emplearon 7 g de

dicromato de aodio dihidratado, 25 m l de agua, 5 m l de H2S04 con-

centrado y 5.3 g de alcohol n-butflico. La reaccidn se l l e v 6 a ca-

bo a una temperatura de 80 C, y e l por ciento de conversion fue de

83.2 . Determine:

a ) La cantidad en m l de butiraldehfdo obtenidos,

b) La cantidad en m l de a loohol n-butflico que no reaccionó;

empleando 106 s iguientes datos:

3 n-butanol: y= 0.810 g/cm

PM = 73 g/gmol

h t i r a l d e h f do:

PM = 72

H20 : p = 1 .0 g/cm 3

PM = 18 g/gmol

H2S04: PN = 98 g/gmol

NORMAS GENERALES PARA EL TRABAJO EN EL

LABOFiATORIO

Presentamos aquí algunas d i r e c t r i c e s g e n e r a l e s para l a e j m u -

c i ó n d e l t r a b a j o de l a b o r a t o r i o . E l alumno debe l e e r cuidadosamente

las normas g e n e r a l e s a n t e s de comenzar e l t r a b a j o de l a b o r a t o r i o

d e l curso.

COMPORTAMIENTO :

Los alumnos que permanezcan en e l l a b o r a t o r i o deberán p o r t a r

bata. No Be p e r m i t i r á l a e s t a n c i a en e l l a b o r a t o r i o a personas que

no cumplan con e s t e r e q u i s i t o .

E1 alumno debe a tender con regular idad y puntualidad su asis-

t e n c i a a las horas programadas para e l l a b o r a t o r i o . Se considera-

rá f a l t a n t e al alumno que

t ica no e s t é presente ; no

rá l a práctica. El alumno

cias para t e n e r derecho a

Es e s e n c i a l t e n e r un

a los d i e z minutos de iniciada l a prác-

permanecerá en e l l a b o r a t o r i o n i e fec tua-

deberá t e n e r un mínimo de 8096 de a s i s t e n -

exámen f i n a l .

ambiente sereno y ordenado si s e desean

obtener buenos resul tados . Un alumno que haya planeado su t r a b a j o

con esmero e s t a r á ocupado durante su s e s i b n de l a b o r a t o r i o . Cuan-

do n e c e s i t e ayuda o informacibn a d i c i o n a l , debe c o n s u l t a r a l i n s -

t r u c t o r de l a b o r a t o r i o .

153

La pulcritud y l a l impieza son absolutamente esenciales en el

trabajo cuantitat ivo. La mesa de l alumno, l a balanza y sus alrede-

dores, a s í como l a parte que l e corresponda de l equipo generai, de-

ben mantenerse en orden perfecto. Siempre debe tenerse a mano una

t o a l l a limpia. Las sustancias que se v i e r tan deben limpiarse con

una esponja o paño hdmedo. Al terminar e l trabajo de laborator io ,

después de re t i rado todo e l equipo, debe l impiarse e l espacio de

trabajo con una esponja o paño mojado. Todos l o s g r i f o s de serv i -

c i o (gas, agua, a i r e ) , deben quedar cerrados.

LIMPIEZA DEL MATERIAL DE VIDRIO:

La l impieza de l material de v i d r i o se l l e v a a cabo con un ce-

p i l l o , agua y jabón u o t ro detergente. Debe u t i l i z a r s e de preferen-

c i a una disolución de jabón o detergente y r a r vez se necesi ta ut i -

l i z a r polvos abrasivos. A veces se recomienda l a mezcla crómica

(disolución de dicromato y ácido su l fúr i co ) para el iminar sustan-

c i as pegajosas; en e l trabajo cuant i tat ivo y aua l i ta t i vo ordinario

no se encuentran residuos de este t i p o y esta disolución es pe l i -

grosa s i se v i e r t e sobre ropas o personas. E1 material se l ava con

jabón y agua de l g r i f o , se enjuaga bien con más agua y, finalmen-

t e , se vuelve a enjuagar dos o t r e s veces con pequeñas porciones

de agua dest i lada de un frasco lavador.

E1 material de v i d r i o se l impia con d s f a c i l i d ad s i se r ea l i -

za esta operación inmediatamente despues de su ut i l i zac ión . Los va-

153

80s y matraces adecuadamente lavados quedarán limpios y secos en

la sesión de laboratorio si se colocan invertidos sobre una toalla

limpia en la taquilla; para muchos u808 no es necesario que la su-

perficie interior del vidrio esté seca. Las llaves de vidrio de las

buretas que han contenido disoluciones alcalinas deben lavarse in-

mediatamente después de su uso, para evitar que el macho quede sol -

dado dentro de l a llave.

REACTIVOS:

Cada vez que se toman reactivos de un frasco con tapón de vi-

drio, el tapdn debe mantenerse entre l o s dedos; no debe dejarse en

la mesa ni en el estante. No deben destaparse simultáneamente dos

frascos para evitar el trueque de los tapones y con ello la conta-

minación de los reactivos. "Bajo ninguna circunstancia debe volver

al frasco de origen la porción de un reactivo que no haya sido uti-

lizado". Los alumnos pueden ahorrar tiempo y reawtivos observando

atentamente el nivel ael líquido del frasco, mientras tomas el reac-

tivo que contienen, para tomar así la cdidad adecuada. Los frascos

de los reactivos deben conservarse en los estantes correspondientes.

Debe evitarse el despilfarro de reaativos calculando o hacien-

do una estimación moderada del reactivx, necesario y tomando sólo

la cantidad precisa. Si después se necesita más cantidad de reacti-

vo, puede tomarse; en cambio, las cantidades sobrantes no deben

volverse a recoger en los frascos. Un gasto excesivo de reactivos

1 5 4

indica falta de interés por parte del alumno. La utilizacidn ade-

cuada de los reactivos es una parte de una buena técnica de labo-

ratorio. Debe evitarse también el derroche de gas y de agua desti-

lada. El agua destilada debe emplearse solo para la preparacidn

de disoluciones y en pequeñas cantidades para enjuagar el material

ya lavado con agua corriente.

BLIMIYPIIVACION DE LOS DESPERDICIOS:

Los desperdicios tales como material de vidrio roto, papel de

filtro y cerillas usadas deben colocarse en los recipientes dedica-

dos a desperdicios. Bajo ninguna circunstancia deben echarse di-

chos materiales en las pilas o vertederos, que deben reservarse pa-

ra lfquidos exclusivamente. Los reactivos altamente corrosivos, co-

mo los dcidos y dlcalis concentrados, deben verterse directamente

en el vertedero, y diluirse añadiendo mucha agua. E1 no hacerlo asf

puede dar lugar a averias en la tuberfa.

MEDIDAS DE SEGURIDAD:

E1 alumno no debe degustar u oler cualquier sustancia ni mante-

ner, innecesariamente, cerrados los aparatos en que se calienta un

material. En la mayor parte de los laboratorios industriales, es

obligatoria la utilización de gafas de seguridad y esta medida resu&

ta interesante en los laboratorios de alumnos. Todo accidente, por

leve que parezca, debe comunicarse inmediatamente al instructor de

laborator io . E1 mejor tratamiento cuando se v i e r t en sobre l a p i e l

ácidos o á l c a l i s fuer tes , u o tro r eac t i vo corrosivo cualquiera, es

lavarse inmediatamente con gran cantidad de agua; despues se l e de-

be comunicar a l instructor , que dispondrá l a s medidas necesarias.

Cuando se ha sufr ido una proyección de ácidos o á l c a l i s en l os -- o jos es conveniente proceder, después de l lavado con agua, a mi t igar

l a picazón mediante un lava& con una disolución de ácido bór ico

o de bicarbonato s6dico. Las salpicaduras de ácido en l a s prendas

de v e s t i r pueden l impiarse con hidróxido amdnico muy d i lu ido , cuyo

exceso se evaporará a l secarse l a prenda. Las salpicaduras de 61-

c a l i s en l a ropa deben l impiarse con ácido acet ic0 d i lu ido y des-

pués con hidróxido amdnico di luido. Los l í qu idos corrosivos o vene-

nosos no deben pipetearse suecionando directamente con l a boca; a

t a l e f e c t o deben u t i l i z a r s e una pera de succidn de goma o un tubo

conectado a un aspirador. Las evaporaciones que or ig inan humos co-

r ros i vos (ácido fuer tes , amoniaco, bromo, etc.), deben ver i f i car -

se en l a campana. Los reac t i vos corrosivos que se v i e r tan en l a me-

sa o en e l suelo deben limpiarse inmediatamente. S i se v i e r t e una

cantidad considerable de reac t i vo , av isese en seguida a l instructor.

156

Substancias que deben Conservarse dentro de la Campana:

Acido ciorosulfónico

Acido nítrico fumante

Acido sulfdrico fumante

Agua saturada con ácido sulfhfdrico

Bromo

Bromuro de fenacilo

Cloruro de acetilo

Cloruro de aluminio (amaro)

Cloruro de bencensulfonilo

Cloruro de benzoflo

Cloruro de ftalilo

Cloruro de tionilo

Cloruro de p-toluensulfonilo

Isocianato de -naftilo

Isocianato de fenilo

Isocianato de p-tolilo

Isotiocianato de -naftilo

Isotiocianato de fenilo

Oxicioruro de fósforo

Pentacloruro de fósforo

Polisulfuro de amonio

Tricloruro de fósforo

157

Soluciones a Usar en Caso de Quemaduras o Envenenamientos:

Suifato de Cobre.- al 1% (para quemaduras con fdsforo)

Tiosulfato de Cobre.- al 1% (para quemaduras

Tiosuifato de Sodio.- ai 4% (para quemaduras

Cloruro de Sodio.- cuatro y media cucharadas

vomitivo en caliente)

Bicarbonato de Sodio.- al 5% (para lavado de

quemaduras de ácidos 1

con fósforo)

con bromo)

en 500 ml (como

ojos en caso de

Acido Ac6tico.- al 1% (para lavado de ojos en caso de quemadu-

ras con áicaiis)

Bicarbonato de Sodio.- solución saturada (corno neutralizante en

e nvenenami ent o s con áci dos 1

Acido Acético.- al 396 (como neutralizante en envenenamiento con

áicaiis

Ampolletas de Nitrito de Sodio.- 0.3 g en 10 ml (para envenena-

mientos por cianuros)

Ampolletas de Tiosulfato de Sodio.- 12.5 g en 50 ml (para enve-

nenamiento por cianuros)

Ampolletas de Nitrilo de Amilo (Aspipols) .- para envenenamientos p o r cianuros

Antfdoto Universal.- Es una mezcla de 200 g de carbón activado,

100 g de ácido tánico y 100 g de dxido de

magne si o.

15e

.. instrucciones Para e l Uso d e l Antfdoto Universal.- Una vez eva-

cuado e l estdmago, administrar una cucharada de l a mezcla disuel-

t a en agua. Después de cada dósis provocar e l vómito o lavar e l

e st dmago . Agua %ricada.- Solución de dcido bórico a l 2%

L

Arena &calina.- apena con 10% de carbonato de sodio o potasio.

159

instrucciones a seguir en caso de Quemaduras:

LLamar al Centro Médico. Mientras proceder de la siguiente ma-

nera:

a) Por Rego: lavado abundante o con soiucidn fisioidgica úni-

camente.

b) Por Acidos: lavar abundantemente con agua fria. En el caso

de quemaduras en los o j o s , lavar abundantemente con agua, después

con una solución de bicarbonato de sodio al 0.5% y finalmente con

agua.

c) Por Aicaiis: lavar abundantemente con agua fria y después

con una soiucidn de ácido acético ai 1% y finalmente con agua.

d) por Bromo: lavar abundantemente con agua y después con una

solucidn de tiosulfato de sodio al 5% hasta que el color del bromo

desaparezca, luego lave el tiosulfato de sodio con agua ya que es

venenoso.

e) Por Fósforo: las quemaduras producidas por fósforo son muy

peligrosas, no utilice vendas con aeeite. Un método de tratamiento

consiste en emplear una aolucidn al 1% de tiosulfato de cobre. Otro

tratamiento indica la inmersión inmediata de la parte quemada en - agua posteriormente en una solución al 2% de bicarbonato de sodio,

y por último en la solución de sulfato de cobre al 1%.

f) Otros Reactivos: lavar abundantemente con agua y acudir a

los servicios médicos.

160

Instrucaiones a Seguir en Caso de Envenenamiento:

Llame a i se rv i c io médico y precise que se t r a ta de un envena-

miento y de ser posible especif ique e l veneno, mientras pueden se-

guirse l a s siguientes instruca5.ones:

Cuando e l veneno sea un ácido, o un á i a a i i fuertes, se admi-

n i s t r a d primero e l neutralizante respectivo y solamente cuando se

haya neutralizado e l ácido o e l á l c a l i , proporcione un vdmitovo t a l

como e l agua salada cal iente, o agua jabonoaa cal iente y busque e l

ant fdtto en al&n l i b ro .

Vomitiv0s.- a emplearse cuando no se t r a t e de un veneno corro-

s i vo o cuando se haya neutralizado este último.

a) Introduccidn de un dedo en l a garganta

b) agua jabonosa cal iente

c ) agua de s a l cal iente.

E1 lavado de estdmago deberá s e r hecho por un medico o perso-

na con experiencia, no intente hacerlo bajo ninguna circunstancia ya

que puede inundar l os pulmones de l paciente.

El antfdoto universal se administra después de haber evacuado

e l estdmago y después de cada ddsis, debe provocarse e l vdmito o la-

varse e l estómago. Es peligroso hacer vomitar a l paciente en estado

inconciente debido a l pe l igro de que aspiren.

Envenenamiento por Mondxido de Carbono (gas producido durante

l o s incendios). Trasladar a i paciente a i a i r e f resco, dése oxígeno

161

y bióxido de carbono, úsese l a respiración a r t i f i c i a l . La transfu-

c ión de sangre ha sido e f i c a z cuando se efectúa dentro de una hora.

Instrucciones a Seguir en Cam de Otros Accidentes:

Cuando se derramen áaidos, bases o solventes en e l laborator io

se procede inmediatamente a e fectuar l a limpielca.

En e l derrame de ácido n í t r i c o , NO es aconsejable emplear l a

arena ya que se pueden producir gases tóxicos, e l uso de trapos y

l a d i luc ión d e l ácido con agua permitirán recoger e l ácido, l a u t i -

l i z a c i ón de guantes es ob l igator ia .

En e l caso de bromo, l o mejor es ab r i r l a s ventanas y crear

una corr iente de a i r e que arrastre l o s vapores.

Cuando se hayan derramado reac t i vos o solventes piense en l a

posibi l idad de un incendio y tome l a s medidas apropiadas como tener

e l extinguidor a mano, apagar e l calentamiento d i recto , etc.

162

PLANIFICACION Y RITMO DE TRABAJO:

Los aná l i s i s deben r ea l i z a r se con l a máxima rapidez, compa-

t i b l e con un trabajo in t e l i g en t e y esmerado. E l aprovechamiento e f i -

caz de l tiempo de permanencia en e l laborator io es e l resultado de

un plan de t rabajo escrupuloso. E1 alumno debe haber l e i d o sus li-

bros y l a s instrucciones de l laborator io y haberse trazado un plan

para su t rabajo de l dfa antes de i r a l laborator io . Con una plani-

f i cac idn adecuada, pueden ponerse en práct ica generalmente dos de-

terminaciones simultáneas. Un buen alumno no deberá estar ocioso

durante su estancia en e l laborator io . %entras se van calcinando

o enfriando l o s precipitados, debe aproveuhar e l tiempo en l a pre-

paracidn de l a operacidn s iguiente, en l a l impieza de su equipo, en

l a r ea l i z ac i ón de cálculos, etc. Un trabajo ana l i t i c o rápido es l a

consecuencia de un conocimiento exacto de l o que debe hacerse y de

por qu6 debe hacerse, de una estimacidn de l tiempo aproximado a in-

v e r t i r en cada etapa, de un conocimiento de los puntos en que puede

interrumpirse e l a d l i s i s , cuando e l l o fuese necesario, y de l a u t i -

l i z a c i ó n e f i c a z de todo e l tiempo disponible. Los movimientos rápi-

dos en l a ejecucidn de l trabajo t ienen como resultado muestras ver-

t idas , material r o t o y pérdida de tiempo en general.

BI BLI OGRAPI A:

1 ) Ayre s , Gi lber t . "An-áli s i s Quf m i co Cuantitativo I' . 1970.

Ed. Harla. Mdxico.

2) Loza Cerna, Humberto. "Higiene y Seguridad Indust r ia l " .

1973. Ed. Pornla. MBXlco.

3) lderck & Co. "The Merk Index". Ninth edi t ion.

4) Perry, Cec i l . **Chemical Engineers' Handbook". 1973. 5th edi-

t ion . Mc.Graw H i l i .

5 ) Shriner, Puson, Curtin. *11dentif icaci6n Sistemática de Com-

puestos Orgánicos. 1979. Ed. Limusa. M4xico.

P

b"

c

.-

.. ."

164

P A R T E I11

CONCLUSIONES GENERALES

Primeramente, podemos considerar que se alcanzaron l o s obje-

t i v o e planteados,satisfactoriamente. Adquirimos experiencia ea do-

cencia, pudimos elaborar un a d l i s i s detal lado de l o s pr incipales

problemas presentados durante e l curso, y finalmente, presentamos

soluciones a dichos problemas.

Gracias a l a ayuda prestada por nuestro asesor, a s i coma por

alumnos y laborator istas, podemos afirmar que nuestro s e r v i c i o so-

c i a l ha cumplido con e l objet ino para e l cual fue c r e d o : s e r v i r

a l a Universidad, y con e l l o s e r v i r también a l pais.

Creemos qUe l a Universidad t i ene enmeus manos, La soluci6n a

muchos de los problemas que aquejan su buen funcionamiento y que

repercuten s i n duda alguna en e l aprovechamiento de l alumnado.