UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTAROFACULTAD DE QUÍMICA

LABORATORIO DE MÉTODOS EXPERIMIENTALES

DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE FUSIÓN Y PUNTO DE FUSIÓN MIXTO

ResumenEl punto de fusión es uno de los métodos más importantes para identificación de una sustancia pues abarca varias características de las sustancias como su peso molecular, pureza y la uniformidad de sus cristales.Se concluyo la investigación acerca de la identificación de nuestra sustancia problema, por medio de tres métodos elementales: solubilidad, cristalización y punto de fusión .Esta vez tuvo lugar la obtención del punto de fusión y encontramos que su punto de fusión es de 113-115, por medio de la utilización del tubo de thiele y fisher Jones. Nuestra sustancia problema es la acetanilida, una sustancia soluble en agua caliente, 1g/100ml de agua a 22°C , por lo cual fue un poco difícil detectar su solubilidad en agua por la proporción presente, su peso molecular es de 135.17 g/mol y su formula química es C8H9NO.

Palabras clave: punto de fusión, solubilidad, cristalización

THE FUSION POINT DETERMINATION AND MIXED MELTING POINT

AbstractThe melting point is one of the most important ways for identification of substances; well it includes several features of the substances like weight, purity and uniformity of the crystals.We conclude the investigation about the identification of our substance, by tree principal ways: solubility, crystallization and melting point. This time took place the obtaining Of the melting point and we found a melting point of 113-115°C by the utilization of Thiele tube and fisher Jones. Our substance is the acetanilide, soluble in hot water, 1g/100ml of water at 22°C, that’s why it was a little bit difficult to detect the solubility in water because of the proportion, its molecular weight is 135.17 g/mol and it s chemical formula is C8H9NO.

Keywords: Melting weight, crystallization, solubility

Agradecimientos: Q.F.B Cristian Valencia Guzmán.

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Índice

1. Introducción2. Revisión de literatura3. Materiales y Metodología4. Resultados5. Discusión6. Conclusiones

Introducción

La pureza o la identidad de una sustancia orgánica queda establecida cuando sus constantes físicas (punto de fusión y ebullición, peso molecular densidad, índice de refracción, espectro de absorción, etc. ) y sus propiedades químicas son idénticas a las registradas en la biblioteca científica para dicha sustancia.

Por la sencillez de la determinación de los puntos de fusión y ebullición, y sobre todo, porque son las constantes con mayor frecuencia se pueden encontrar en la bibliografía, constituye su determinación una de las operaciones más corrientes en el laboratorio de química orgánica.

El punto de fusión de una sustancia se define como la temperatura en que, a la presión atmosférica, se encuentran en equilibrio los estados sólidos y líquidos de dicha sustancia.

Ordinariamente, esta determinación se efectúa introduciendo un poco de sustancia en el interior de un tubo capilar, al cual se une un bulbo de un termómetro y ambos se colocan en un baño que puede ser de glicerina, acido sulfúrico, parafina, silicona. El líquido el baño se calienta hasta que la sustancia del capilar empieza a fundirse; la temperatura que en estas condiciones registra el termómetro y la que se lee cuando la sustancia ha fundido completamente, constituyen los límites de fusión.

Los puntos de fusión para una sustancia pura, no deben tener una variación mayor de un grado. Los puntos de fusión obtenidos por este procedimiento se don llamados puntos capilares de fusión1

Revisión de Literatura

DETERMINACION DE PUNTO DE FUSION El punto de fusión de un sólido cristalino es la temperatura a la cual se convierte en un líquido a la presión de una atmósfera. El punto de fusión se indica como un rango de fusión. Normalmente la presión se ignora al determinar el punto de fusión. El punto de fusión se determina calentando lentamente (aproximadamente un grado por minuto) una pequeña cantidad de material sólido. La temperatura a la cual se observa la primera gota de líquido es la temperatura más baja del rango de fusión. La temperatura a la cual la muestra se convirtiéndose completamente en un líquido transparente es la temperatura superior del rango de fusión. Así, un punto de fusión debe ser indicado, por ejemplo, como p.f. 103.5°-105°.Efecto de impurezas. El punto de fusión como criterio de pureza.Un compuesto orgánico puro funde usualmente en un rango de fusión muy estrecho (normalmente un grado o menos). Un compuesto menos puro exhibe un rango

1 Pérez Pardo, Solano Oria, Tomas Alonso. PRACTICAS DE LABORATORIO DE QUIMICA ORGANIZA, Universidad Murcia

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más amplio, a veces 3° o incluso de 10-20°. Por esta razón el punto de fusión puede ser usado como un criterio de pureza. Un rango de fusión de 2° o menos indica un compuesto suficientemente puro para la mayoría de los usos. Un compuesto orgánico impuro no solo muestra un rango de fusión más amplio sino también un punto de fusión más bajo que el compuesto puro. Por ejemplo una muestra pura de ácido benzoico funde a 121°-122° pero una muestra impura puede presentar un rango de fusión de 115°-119°.2

PUNTO DE FUSION MIXTO

El punto de fusión de un sólido puede ser usado para determinar si 2 compuestos son Idénticos. Ej.: si posee un compuesto de estructura desconocida que funde a 120°-121°. ¿Este compuesto el ácido benzoico? Para encontrar la respuesta debería mezclarse el compuesto desconocido con una muestra auténtica de ácido benzoico (p.f. 120°-121°) y determinar el punto de fusión de la mezcla. Este punto de fusión es lo que se llama punto de fusión mixto. Si el compuesto desconocido es ácido benzoico el punto de fusión mixto permanecerá en 120-121°, debido a que las dos sustancias son la misma. Por el contrario, si el compuesto desconocido no es ácido benzoico el punto de fusión mixto será más bajo y el rango de fusión será mayor. Para la identificación absoluta normalmente se requieren datos adicionales además del punto de fusión mixto. Una comparación del punto de fusión del compuesto desconocido con valores de la literatura normalmente es insuficiente para identificar el compuesto debido a que pueden existir cientos de compuestos con idénticos puntos de fusión. Otros comportamientos en la fusión.Descomposición.Todos los compuestos orgánicos descomponen cuando son calentados a 2 Fuster Ortigosa Antonio. PRÁCTICAS DE QUIMICA GENERAL, 1986,España.Universidad de Murcia,pag.95

temperaturas suficientemente altas. En algunos compuestos esta descomposición tiene lugar a temperaturas muy próximas a su punto de fusión. Algunos de estos compuestos pueden exhibir un rango estrecho de fusión con evidencia de descomposición, como por ejemplo oscurecimiento. Otros, incluso compuestos puros, pueden exhibir un rango de fusión-descomposición amplio.

POLIMORFISMO.Algunos compuesto exhiben polimorfismo. Este fenómeno se da cuando tenemos diferentes formas cristalinas para la misma sustancia. Cada estructura polimórfica tendrá un punto de fusión distinto.

IMPUREZAS EN EL PUNTO DE FUSIONCompuesto sólidos a temperatura ambiente como consecuencia de fuerzas intermoleculares que sujetan a redes cristalinas, donde la magnitud y la fuerza de esas redes determinan la diferencia de los puntos de fusión*Las fuerzas que sujetan al cristal son muy fuertes, y el punto de fusión tendera a ser elevado

*Aunque el punto de fusión se entiende como transición solido-liquido la fusión observada para un sólido puro, ocurre generalmente en un intervalo de 1-2°c , entre más pura más estrecho el intervalo de fusión

*La presencia de un impureza presenta produce un descenso en el punto de fusión

*Cuando la impureza no puede alinearse correctamente en la red, rebaja el punto de fusión en esa magnitud que depende del modo en que se ha alterado la estructura de aquella y de cómo ha repercutido esta alteración en la fuerzas de cristalización

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relacionadas con la red alterada por la presencia de la impurezaMateriales y Metodología3

RELACION DE PESO MOLECULAR CON PUNTO DE FUSION

* El punto de fusión y los de ebullición incrementa con el peso molecular

*cuando mayor sea la molécula, más numeroso son los puntos para atracciones intermoleculares. Estas atracciones tienen que debilitarse o romperse en cualquier transición de estado sólido-liquido

*cuanto más pesada es la sustancia, mayor es la energía que se necesita para proporcionar a las moléculas el ímpetu suficiente para romper la fuerzas intermoleculares

*el punto de fusión depende también del ajuste correcto de una molécula y su red cristalina

*la simetría molecular ordinariamente aumenta el punto de fusión de un compuesto, estas redes encajan con mayor facilidad en una red cristalina

*una red cristalina más estable requiere más energía para destruirse

PUNTO DE FUCION COMO CRITERIO DE INDENTIDAD

*las mezcla puras tienen generalmente puntos de fusión precisos y los impuros funden a más baja temperatura y en un intervalo más largo

en condiciones de equilibrio la temperatura a

3 Durst,Gokel. QUÍMICA ORGANICA EXPERIMENTAL 1985,España , pag.23

ala que un sólido puro funde es idéntica a la que una sustancia fundida solidifica o congela. Del mismo modo que la sal rebaja el punto de congelación del agua, así un compuesto (a) hace descender el punto de fusión de otro punto (b) con el que esta mezclado. si a puro funde a 150-151 y b puro 120-121 , mezclas a y poco fundirán de forma definida por bajo de 150 y mezclas de b con a fundirán a menos de 120. 4

PUREZAUna sustancia que sea 100% pura tendrá un rango de punto de fusión mínimo, o ninguno, sino más bien un punto de fusión fijo.Una sustancia entre mas impura sea su rango de punto de fusión será de un intervalo mayor.

GRAFICA DE UNA MEZCLA

Punto eutéctico: Es la máxima temperatura a la que puede producirse la mayor cristalización del solvente y soluto, o también se define como la temperatura más baja a la

4 Fieser Louis. EXPERIMENTOS DE QUIMICA ORGANICA, ed. Reverte,1982, España .pag,32.

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cual puede fundir una mezcla de sólidos A y B con una composición fija.

Material y equipo

Mortero y pistilo Capilares Mechero Vidrio de reloj Termómetro de 10- 400°C Ligas Tubo de thiele con tapón horadado Aparato de Fisher jones Soporte Pinzas Micro espátula Anillo Tela de asbesto Cubre objeto redondo Lupa

Reactivos y soluciones Sustancia problema cristalizada 2g Bezofenona 2g Naftaleno 2g Urea 2g Acido succínico 2g Aceite de cocina

100ml

PUNTOS DE FUSION DE LA SUSTANCIAS***BENZOFENONA Cetona aromática, Su punto de fusión es de 49 °C y su punto de ebullición de 305-306 °C insoluble en agua.

***NAFTALENOSu temperatura de fusión es 80 °c. Punto de ebullición (217,85 °C . Es soluble en grasas.

***UREAPunto de fusión 405.8 K (132.7 °c) ,soluble en agua

***ACIDO SUCCINICOTiene a punto de fusión de 185 °C y a punto de ebullición 235 °C.

***ACEITE DE COCINAAceite de oliva (virgen) 215°c -Aceite de girasol 246°c

PROCEDIMIENTO

CALIBRACION DEL TERMOMETRO

***capilar*muestra seca pulverizada en el mortero* cerrar tubo capilar por uno de los extremos*introducir un poco muestra pulverizada por el extremo abierto del capilar hasta 2mm-----baje la sustancia golpeando el capilar contra un vidrio----- deje caer la sustancia a través de un tubo de vidrio*cierre el capilar*adherir a un termómetro por medio de un ligaNOTA: solido a la altura del bulbo del termómetro

***TERMOMETRO*sujetar termómetro a un tapón de hule horadado y con un corte log para dejar salir los vapores*introducir a un tubo de thiele con el aceite adentro ligeramente arriba de la entrada del brazo superior y que la liga no toque el aceite

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***CALENTAMIENTO*caliente en el ángulo de la rama lateral---rápido---modere temperatura al notar la sustancia reblandecida no más de dos grados por minuto

***Notas*notifique su temperatura de la primera fusión (comienza a derretir) y la segunda (solido-liquido)*no debe de variar a amas de 0.5°CRealizar curva de calibración con cada temperatura -------factor de corrección --------abscisas y ordenadas

DETERMINACION DE PUNTODE FUSION SIMPLE*mismo procedimiento*Más exacto*El valor promedio se lleva a la curva de calibración y ese es el punto de fusión exacto

PUNTO DE FUSION MIXTO*Grado de pureza y la identificación del Comp. Conocido*mismo procedimiento*hacer mezcla de una sustancia conocida y una desconocida C y D*C=D fundirán al mismo tiempo identificar C a D*C producto puro D producto impuro

*FISHER JONES*velocidad del calentamiento*calcular punto de fusión aproximado-- aplique sig. EcuacionPara determinar una velocidad optima y así poder leer el termómetro

El aparato de Fisher-Johns consta de una platina calentada mediante una resistencia eléctrica, en la que se coloca la muestra sobre un cubreobjetos redondo. Ambos dispositivos llevan anexo un termómetro que medirá la temperatura a la cual se fundirá la sustancia.

Primero, se pusieron unos cuantos cristales en un portaobjetos circular el cual se colocó en la platina de calentamiento del aparato de Fischer-Johns. Enseguida, se encendió el la lámpara y enfocó la lente de aumento, después, se activó la palanca de calentamiento y reguló la temperatura del mismo mediante el reóstato. El primer amento de temperatura se dio a 70 °C y luego a 120 °C hasta que los primeros cristales se fundieron.

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ResultadosPuntos de fusión1. Benzofenona 49- 50 2. Naftaleno 74-793. Urea 132-1704. Acido succínico 183-188

Muestra T (inicial) T (final)1 49 502 74 793 132 1504 183 188

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

20406080

100120140160180200

f(x) = 48.5 x − 4.5R² = 0.975005699363744

Series2

Series4

Linear (Series4)

Valores obtenidos en la calibración del aparato Fisher Jones fueron los siguientes:

Benzofenona(1): 47-48 Naftaleno(2): 78-81 Urea(3): 132-135 Ácido succínico(4): 181-183 Lo cual da como resultado utilizando la regresión lineal la siguiente grafica:

Rangos inferiores y los superiores, línea de tendencia, error estándar, y pendiente (slope); el número inferior corresponde

al número de muestra especificado anteriormente.

Se pueden obtener de estos datos para la medida en el aparato Fisher Jones:

Muestra Punto de fusión (ºC)Benzofenona 41.1Naftaleno 86.7Urea 132.3Ácido succínico 177.9

(*Los datos obtenidos de las pruebas realizadas en el aparato Fisher Jones fueron obtenidos por un solo equipo.*)

Reconocimiento de la sustancia problema por medio de este proceso:

Sustancia problema: 111-113 (Tubo de Thiele)

Sustancia problema: 113-114 (Fisher J.) Acetanilida: 113-114

DiscusiónEn la utilización del tubo de thiele. Los puntos de fusión eran con un intervalo más amplio y más bajo, esto puede ser debido a que la flama del machero no era constante y en tubo de Fisher jones el calor no fue manipulado fue constante y más efectivo.La utilización del tubo de thiele, es más aparatoso y un poco más peligroso, por el y uso de aceite caliente y la manipulación cote del termómetro sumergido en este.

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Después de obtener un punto de fusión de 111-113 en el tubo de thiele, pudimos comprobar finalmente con el aparato de Fisher jones, que nuestra sustancia problema es la acetanilida, pues nuestra muestra problema tiene un punto de fusión semejante a esta sustancia, y en el aparato de Fisher jones lo que se hizo, fue poner en el mismo porta objetos una muestra de sustancia problema, en otro lado del mismo portaobjeto se coloco una mezcla de acetanilida y muestra problema , y en otro lado del mismo portaobjeto se coloco acetanilida, las tres muestras se fundieron a la misma temperatura.

Conclusiones.

Se comprendió el método y funcionamiento del tubo Thiel y del aparato Fisher Jones como determinantes del punto de fusión de un compuesto.Se concluyo también que la sustancia problema asignada al inicio del semestre es acetanilida, pues fue soluble en agua, principalmente en caliente, no todas las sustancias con puntos de fusión parecidos son solubles en agua, o presentan polaridad media como lo es en la acetanilida, también fue soluble en cloroformo, acetona y éter, que coincide con la práctica No.1 solubilidad y su punto de fusión es de 113-115°C

Bibliografía Durst, Gokel. QUÍMICA ORGANICA

EXPERIMENTAL 1985, España, pag.23. Fieser Louis. EXPERIMENTOS DE QUIMICA

ORGANICA, ed. Reverte, 1982, España .pag, 32. Fuster Ortigosa Antonio. PRÁCTICAS DE QUIMICA

GENERAL, 1986, España. .Universidad de Murcia,pag.95

Pérez Pardo, Solano Oria, Tomas Alonso. PRACTICAS DE LABORATORIO DE QUIMICA ORGANIZA, Universidad Murcia

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