Contenido
OBJETIVOS
FUNDAMENTOS
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Recristalización del
sulfato de cobre pentahidratado
Elección de un disolvente
adecuado para una recristalización
Recristalización de la
acetanilida
Sublimación del alcanfor
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Y CONCLUSIONES
Recristalización del sulfato
de cobre pentahidratado
Elección de un disolvente
adecuado para una recristalización
Recristalización de la
acetanilida
Sublimación del alcanfor
OBJETIVOS
El
objetivo de esta práctica es la realización de purificaciones de compuestos
químicos mediante procesos de recristalización y la sublimación del
alcanfor. Además aprenderemos a
reconocer los procesos de sublimación y recristalización como métodos para
purificar las sustancias y los factores que intervienen en los procesos de
cristalización y sublimación. Por otro lado estudiaremos las constantes físicas
que determinan los puntos de fusión en sustancias puras y en qué sustancias y
temperatura son más solubles.
FUNDAMENTOS
El
aislamiento y la purificación de compuestos orgánicos son operaciones químicas
básicas, que en cada caso aprovecha las propiedades fisicoquímicas de los
compuestos orgánicos, involucrados en los procesos de recristalización y
sublimación. La diferencia entre la
precipitación y la recristalización está en la velocidad del proceso y del
grado de control que se tenga sobre las variables que controlan el proceso. La
recristalización es el método más utilizado para la purificación de compuestos
sólidos siempre y cuando l contenido en impurezas sea moderado. A temperaturas
elevadas aumenta la solubilidad.
La
cristalización es una operación de transferencia de materia en la que se
produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase
homogénea (soluto en disolución). La disolución y posterior cristalización de
sustancias es uno de los métodos de purificación de sólidos más eficaz. Lo más importante de
esta práctica es que las sustancias se disuelven bien en caliente pero no en
frío. Las impurezas las separamos con un
filtro.
La
idea de purificación se basa en el hecho de que las impurezas que están en el
sólido podrán eliminarse en una primera filtración de la disolución si son insolubles.
Si son solubles, formarán una disolución diluida al estar en pequeña cantidad,
por lo que es previsible que no cristalice a la par que el sólido a purificar.
En
ambas técnicas, evaporación o enfriamiento, se puede lograr el compuesto puro.
El
aspecto más importante para conseguir una purificación adecuada de un compuesto
orgánico por cristalización es la elección del disolvente. Es importante tener
en cuenta la regla de “semejante disuelve
a semejante”.
La
sublimación de ciertos sólidos,
como la del alcanfor es muy necesaria ya
que los valores de vapor son muy elevados. Cuando un sólido de este tipo se
calienta a la presión de una atmósfera, tan pronto como se alcanza la presión
de vapor de 760 mmHg, el sólido pasa directamente desde el estado sólido a la
fase de vapor a temperatura contante y se cristaliza.
Teóricamente para sublimar cualquier sólido sólo se necesita disminuir
la presión hasta alcanzar un valor inferior a la presión de vapor
correspondiente al punto triple. De hecho, una gran variedad de sólidos que
ordinariamente funden cuando se calientan a presión atmosférica pueden
sublimarse a presión reducida (por ejemplo, la cafeína).
El punto de fusión normal de un
sólido es la temperatura a la que éste pasa de estado sólido a estado líquido,
a la presión de 1 atm. Este cambio de estado se produce debido a que el aumento
de energía que tiene lugar al elevarse la temperatura hace que las moléculas
del sólido rompan las fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas,
aumentando la movilidad de las mismas, pasando finalmente a estado líquido. El
punto de fusión es una constante física característica de cada compuesto, por
lo que su determinación es un dato importante en la caracterización de una
sustancia, aunque hay que tener en cuenta que compuestos diferentes pueden tener
el mismo punto de fusión. Por otra parte, el punto de fusión de un sólido se ve
afectado de manera sensible por las impurezas: la presencia de éstas en un
sólido hace que disminuya su punto de fusión, salvo que se trate de impurezas
insolubles en el sólido fundido. Por tanto, un criterio de pureza de un sólido
es comparar su punto de fusión bibliográfico con el obtenido en el laboratorio.
Si el valor experimental es inferior al bibliográfico, significa que la
sustancia contiene impurezas. La presencia de impurezas también hace aumentar
el intervalo de temperatura al que la sustancia funde.
-Por último decir que la elección del
disolvente debe cumplir unos requisitos:
· -Que se disuelva el sólido a temperatura de ebullición y no en frío.
· -Disolver muy bien o muy mal las impurezas para poder eliminarlas por
filtración o permanecer disueltas.
· -No reaccionar con el compuesto a cristalizar.
· -Ser volátil para poder sacar con facilidad los cristales obtenidos.
· -No ser tóxicos ni inflamables.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Recristalización del sulfato de cobre
pentahidratado
1. 1 Pese exactamente
unos 30 g de CuSO4・5H2O impuro con un
vidrio de reloj.
2. 2 Disuelva el sólido en 100 mL de agua en un vaso de precipitado y
caliente a ebullición en una placa
calefactora.
3. 3 Filtre en caliente con un filtro de pliegues, recogiendo el filtrado
sobre un vaso de precipitados.
4. 4 Vuelva a calentar para concentrar la disolución hasta algo menos de la
mitad del volumen inicial.
5. 5 Vierta la disolución concentrada en un cristalizador, y deje reposar
hasta que aparezcan cristales puros de sulfato de cobre.
6. 6 Filtre la disolución a presión reducida para recoger los cristales,
que se secarán con papel de filtro primero, y en una estufa a 60 pc
posteriormente.
7. 7 Pese los cristales así obtenidos y calcule el rendimiento de la
operación.
Elección de un disolvente adecuado para una
recristalización
Estudiaremos la
solubilidad de todos los compuestos relacionados en la tabla 2 en los
disolventes descritos en la tabla 1. Disolveremos el soluto en el mínimo
disolvente posible. Como esta parte de la práctica la hicimos en parejas,
describiré el procedimiento general. Se anotará la solubilidad de cada
compuesto en cada disolvente, tanto en frío como en caliente, y se elegirá el
mejor disolvente o disolventes para cada compuesto. En nuestro caso nos tocó
hacer la solubilidad del ácido benzoico. El mejor disolvente será aquel en el
que el soluto se diluya mejor a temperaturas altas y que no se diluya a
temperatura ambiente.
En
frío: Cogemos una punta de espátula del soluto y lo introducimos en un tubo de
ensayo con 1 mL del disolvente[i]
. Este primer paso lo hacemos en total 7
veces en diferentes tubos de ensayo, una por cada disolvente diferente que
utilizamos. Si vemos que el soluto se disuelve anotamos con una cruz y añadimos
una punta de espátula más de soluto. Así hasta 3 veces. En cuanto deja de disolverse
lo dejamos con la cruz del tope en el que se diluyó. En el caso de que no se
disuelva, ponemos un (-) y ya indicamos que no se disolvió. Es importante que
no añadamos nada más de disolvente que el mL inicial.
En
caliente: Ponemos un vaso de precipitado en una placa calefactora con agua a
hervir. Cogemos una punta de espátula del soluto y lo introducimos en un tubo
de ensayo con 1 mL del disolvente. Este
primer paso lo hacemos en total 7 veces en diferentes tubos de ensayo, una por
cada disolvente diferente que utilizamos. Calentamos la disolución introduciéndola
en el vaso de precipitados que se encuentra en la placa unos segundos; agitamos
un poco la mezcla para ver si se disuelve. Si vemos que el soluto se disuelve
anotamos con una cruz y añadimos una punta de espátula más de soluto. Así hasta
3 veces. En cuanto deja de disolverse lo dejamos con la cruz del tope en el que
se diluyó. En el caso de que no se disuelva, ponemos un (-) y ya indicamos que
no se disolvió.
Recristalización de la acetanilida
1. En
la balanza analítica se pesan 1g de acetanilida y se introducen en un
Erlenmeyer de 100 mL con no más de 20 mL de agua.
2. Manteniendo la mezcla a ebullición en una plaza
calefactora, se añaden 3 mL más de agua y la disolución caliente se filtra a un
Erlenmeyer de 50 mL a través de un embudo previamente calentado y provisto con
un filtro de pliegues. La disolución resultante se deja enfriar lentamente.
3. Una vez que se ha
enfriado la disolución y ha finalizado la precipitación de los cristales de
acetanilida, se filtran los cristales en un Büchner con succión y se lavan
cuidadosamente con agua para que no quede soluto; tener cuidado de no excederse
con el agua.
4. Una vez filtrado, sacamos
el papel de filtro del Büchner donde se encuentra la sustancia y lo rascamos en
un vidrio de reloj y lo llevamos a la estufa para que se termine de evaporar el
agua que le queda.
5.
Finalmente, se pesa la cantidad de acetanilida obtenida y se determina
el punto de fusión, anotándose los resultados en el cuaderno de laboratorio.
Cómo determinar el punto de fusión. Deben emplearse capilares para punto de fusión. Una
vez obtenida la sustancia seca presionamos el capilar, por el extremo abierto, contra el sólido,
hasta que parte de éste se introduzca en el tubo. A continuación se invierte
el capilar y se golpea suavemente el mismo contra la mesa para que el compuesto
descienda hasta la parte inferior. Se comienza a calentar lentamente y se
observa la evolución del aspecto de la muestra. Se debe anotar la temperatura a
la que el sólido comienza a fundir y aquella a la que todo el compuesto está en
estado líquido. Este intervalo de temperaturas será el punto de fusión del compuesto.
[i] Los disolventes que utilizaremos serán: agua,
metanol, etanol, acetona, cloroformo, acetato de etilo y hexano.
Sublimación del alcanfor
2.
Se calienta suavemente con la placa calefactora
el fondo del dedo frío, procurando que la temperatura sea siempre inferior a la
del punto de fusión de la muestra a purificar.
3.
Se espera a que se haya depositado en el fondo
redondeado del tubo interno del dedo frío una cantidad apreciable de alcanfor
sólido. Se recoge el sólido sublimado y se determina su punto de fusión.
RESULTADOS EXPERIMENTALES Y CONCLUSIONES
Recristalización del
sulfato de cobre pentahidratado
En la balanza analítica pesamos sulfato de cobre
pentahidratado obteniendo una masa de 30.0253.
Una vez obtenido los cristales después de estar una semana
en reposo para que se evaporase todo el agua, taramos el vidrio de reloj en la
balanza analítica y obtenemos un resultado de 34.2739 gr. Posteriormente
echamos los cristales en el vidrio de reloj y pesamos 60.5693 gr.
(Es importante que los cristales estén completamente secos,
en caso de que no lo estén, los pondremos en el Büchner para filtrar todo el
agua que le quede).
Calculamos el rendimiento:
60.5439-34.2793=26.2646 gr de cristales.
% (rendimiento)= 
x 100= 87.47% de rendimiento.
x 100= 87.47% de rendimiento.
Elección de un disolvente adecuado para una
recristalización
Pesamos
en la balanza analítica el vidrio de reloj vacío (36.9258 gr) y con la
acetanilida (37.2645). Estos datos me servirán para calcular el rendimiento.
37.2645
gr-36.9258 gr= 0.3387 gr
%
(rendimiento)= de acetanilida recuperada.
de acetanilida recuperada.
Conclusión: Después de calentar la acetanilida con el agua y posteriormente
filtrar el soluto, hemos hecho una cristalización. Se supone que al cristalizar
la sustancia ésta se encuentra más purificada. Teniendo en cuenta el punto de
fusión teórico de la acetanilida (113 ̊C – 116
̊ C) y la que en nuestro experimento obtenemos que se empieza a sublimar
a los 115.1 ̊C y se hace gas a los
116.15, por lo que podemos concluir que nuestra muestra de acetanilida está
bastante pura ya que si nos diera un intervalo de calor muy amplio significaría
que en nuestra muestra hay impurezas.
Sublimación del alcanfor
El
punto de fusión del alcanfor es de 175
̊C. Si el punto de fusión sale muy distinto quiere decir que en la
muestra hay impurezas. En la parte superior del dedo frío queda el alcanfor
puro y en el tubo las impurezas. De la parte superior rascaremos el alcanfor
para meterlo en el capilar. En la práctica el alcanfor se empieza a sublimar a
los 168.3 ̊C y se hace gas a los 171.3 ̊C, por lo que podemos concluir que nuestra
muestra está bastante pura aunque le quedan alguna impureza.
PREGUNTAS
1.
Rendimiento de la recristalización del sulfato de
cobre pentahitratado impuro
2.
Con los resultados
del ensayo de cristalización, justifica cuál de los disolventes es el más
adecuado para la recristalización de cada soluto.
1.
Describa el procedimiento para purificar la muestra de
acetanilida. Cuál es su punto de fusión. Cuál es su rendimiento
Utilizamos
un gramo de acetanilida con menos de 20 mL de agua. Calentamos en una placa y
después dejamos enfriar antes de filtrarlo en el Büchner. La sustancia que se
encuentra en el filtro del Büchner es la acetanilida purificada. El punto de
fusión que nos resulta es de entre 115.1 ̊C y 116.15 ̊C. Su rendimiento es del
33.87%.
2.
Describa el procedimiento para purificar por
sublimación el alcanfor. Cuál es su punto de fusión.
Se coloca una muestra de alcanfor impuro en el
fondo del colector del dedo frío. Se calienta con la placa calefactora. Se
espera a que se vaya depositando en el fondo del tubo interno del dedo frío. Se
recoge el sólido y ya lo tenemos purificado. Su punto de fusión está entre
168.3 ̊C y 171.3 ̊C.
3.
Explique si en la
purificación de un sólido por recristalización en un disolvente, es más
aconsejable, enfriar la disolución rápida o lentamente.
Es
más aconsejable enfriar lentamente para evitar que el disolvente se evapore ya
que así lograremos la máxima cantidad de sustancia de soluto con el mínimo de
impurezas.
4.
¿Sería adecuado utilizar
la succión a través de un Büchner para filtrar una disolución en que se haya
utilizado el éter como disolvente?
No
es lo más adecuado porque el éter se evapora a temperatura ambiente al
aplicarse vacío pudiendo producir gases tóxicos e inflamables
5.
¿Qué ventajas presenta el
agua como disolvente de recristalización? ¿Qué ventajas tendrá el tetracloruro
de carbono sobre el éter y el benceno?
El
agua es el disolvente universal y en un laboratorio el agua destilada es muy
fácil de conseguirla y muy barata. La ventaja que tiene el tetracloruro de carbono
como disolvente para procedimientos comunes de laboratorio es que no es
inflamable. No obstante, me parece que es más tóxico que otros disolventes,
aunque en definitiva siempre se debe tomar precauciones cuando se manejan estos
disolventes orgánicos pues sus vapores son tóxicos, cancerígenos, inflamables,
etc.
6.
¿Por qué es importante
reducir al mínimo la evaporación del disolvente durante la filtración de una
disolución caliente?
Para
evitar que el sólido cristalice en el embudo.
7. Predígase razonadamente qué compuesto de cada pareja será más soluble en
éter y agua:
Ácido oxálico (HO2CCO2H)/glioxal (OHCCHO)
Etilendiamina (H2NCH2CH2NH2)/tetrametiletilendiamina ((CH3)2NCH2CH2N(CH3)2)
Ácido
malónico(HO2CCH2CO2H)/malonato de dietilo(CH3CH2O2CCH2CO2CH2CH3)
glicerina
(HOCH2CHOHCH2OH)/1,2,3-trimetoxipropano (CH3OH2CCH(OCH3)CH2OCH3)
8. ¿Por qué debe cerrarse el tubo capilar por ambos extremos cuando se
determina el punto de fusión de un compuesto que sublima?
Porque el compuesto puede evaporarse.
9. Se determina experimentalmente el punto de fusión de un compuesto puro
desconocido X, resultando éste comprendido en el intervalo 158-159 pc. A
continuación, se determinan los siguientes puntos de fusión, con los resultados
indicados en cada caso:
a) Punto de fusión de una mezcla de X con ácido
salicílico (p.f. tabulado 158 pc): 130-135 pc
b) Punto de
fusión de una mezcla de X con benzanilida (p.f. tabulado 160
pc):
158-159 pc
c) Punto de
fusión de una mezcla de X con p-metilbenzamida (p.f.
tabulado
160 pc): 138-143 pc
Explique estos resultados y razone si se puede
saber que producto es X.
a)
X será una impureza del salicílico.
b)
X sólo puede ser la benzanilida porque al tener
puntos de fusión tan cercanos nos puede ser que sea otra sustancia más que la
benzanilida. En este caso lo será con alguna impureza que haga que el punto de
fusión baje un par de grados.
c)
X será una impureza.
X será la benzanilida.
