Laboratorio de Qumica Orgnica UNMSM

Laboratorio de Qumica Orgnica UNMSM

I. INTRODUCCIN

Durante las prcticas qumicas, es muy frecuente la necesidad de identificar determinados compuestos qumicos, con los cuales se trabajar. Muchas veces esto solo ser posible mediante determinados procesos, algunos ms simples que otros. Dentro de estos procesos uno de los ms utilizados, tanto por su eficacia como por su facilidad, es el clculo del punto de fusin y ebullicin. El punto de fusin es la temperatura a la cual un slido se convierte en lquido; mientras que el punto de ebullicin se define como la temperatura a la que la presin de vapor de un compuesto adquiere un valor igual a 1 atmsfera. Debido a que cada sustancia pura -formada por molculas iguales, qumicamente homogneas- posee un conjunto de caractersticas qumicas y fsicas propias y en consecuencia un punto de fusin y ebullicin distintas, es posible identificar con precisin la sustancia con la que estamos trabajando determinando experimentalmente dichos puntos y comparando nuestros resultados con los valores tericos que encontraremos en la literatura qumica especializada. Este clculo, resulta muy preciso, tanto para identificar la sustancia (criterio de identidad), como para determinar su pureza (criterio de pureza), ya que en sustancias puras los cambios de estado ocurren en un intervalo de temperatura muy limitado, con una variacin de 1C o menos, en tanto que en los compuestos impuros se presentan a temperaturas menores y en un intervalo de temperatura ms amplio.Dicho sea de paso, existen ciertas dificultades prcticas, las cuales se deben a la incertidumbre de las medidas, as como mantener constante la temperatura del sistema. Aunque estas se pueden superar con la prctica constante, lo cual no ha de extraar, pues esta tcnica suele ser rutinaria en los laboratorios.

II. RESUMEN

Para la siguiente experiencia se har uso de dos mtodos distintos. El primero, denominado Mtodo del tubo capilar se emplea para determinar el punto de fusin. El segundo es til en la determinacin del punto de ebullicin y es conocido como Mtodo semi-micro de Siwiloboff.El Mtodo del tubo capilar: Consiste en llenar el capilar con la muestra problema hasta una altura de 4 o 5 mm. Se adosa al termmetro de manera que tanto el capilar como el termmetro queden a la misma altura. Luego se sumergen en un vaso de precipitado conteniendo aceite y se calienta el sistema. Se debe observar tanto el termmetro como el aspecto de la muestra. Anotando la temperatura a la que la muestra empieza a fundirse, hasta que se haya fundido completamente, temperatura inicial y final respectivamente.El Mtodo semi-micro de Siwiloboff: En un tubo pequeo, se introduce 1ml de muestra problema. A continuacin, se introduce un capilar dentro del tubo, el capilar debe estar con su extremo cerrado hacia arriba. Se une el termmetro al tubo de prueba y se procede a calentar. Se debe anotar la temperatura cuando se empiecen a desprender burbujas de manera ininterrumpida. Posteriormente se retira el calentamiento y se deja enfriar el sistema. Cuando el lquido ingrese bruscamente en el interior del capilar anotamos la temperatura. Dicha medida debe coincidir con la inicial, de esta manera se estara corroborando la temperatura de ebullicin.Al trmino de ambos procesos, calcularemos el porcentaje de error de acuerdo con los datos tericos y se har la discusin de resultados.

III. MARCO TERICOLa palabra "constante" viene del latnconstans, oconstantis, y cientficamente se refiere a una variable que tiene un valor fijo en un determinado proceso o clculo. El trmino constante se refiere a una entidad que siempre tiene el mismo valor en la realidad. En muchas ciencias una constante suele referirse a un coeficiente numrico que aparece en la expresin de una ley, o en una expresin algebraica representativa de un determinado fenmeno o de una relacin entre varios de ellos. No obstante, en ciertos casos slo indica cierto valor experimental que es siempre el mismo o casi el mismo.En qumica, se habla de "constantes qumicas" en especial en referencia a las constantes de un cuerpo, o a un conjunto de caracteres y propiedades fsicas y qumicas propias y exclusivas de una especie qumica y que permiten diferenciarla de las dems. Algunas de las constantes fsicas de los cuerpos o especies son: El punto de ebullicin El punto de fusin Caracteres organolpticos: color, olor, sabor, etc. Solubilidad Espectro de absorcin Rotacin especfica La densidad El ndice de refraccin Mientras que las constantes qumicas son: El peso molecular y atmico El calor de combustin, etc. En estas ciencias puras, se considera una constante a aquel dato, principio o hecho que no est sujeto a cambios ni variaciones.Cada especie qumica o sustancia pura posee constantes fsicas y qumicas propias, mediante las cuales puede caracterizarse o identificarse (Criterio de Identidad) o conocer su grado de pureza (Criterio de Pureza). La identificacin de un compuesto consiste en probar que este es idntico a otro ya conocido y descrito. La pureza e identidad de un compuesto cualquiera queda establecida cuando estas propiedades fsicas y qumicas son idnticas a las registradas para este compuesto en la literatura qumica.Estas propiedades tambin nos permiten seguir y controlar los procesos de purificacin (como cristalizacin, destilacin, sublimacin etc.) para determinar su eficacia o indicarnos cuando la muestra est pura y es innecesario continuar su purificacin.

PUNTO DE FUSIN Esta constante puede determinarse introduciendo una diminuta cantidad de sustancia dentro de un pequeo tubo capilar, e introduciendo este junto con un termmetro en un bao, calentando lenta y progresivamente y observando la temperatura a la cual empieza (temperatura inicial) y termina (temperatura final) la fusin. A la diferencia entre ambas (temperatura final temperatura inicial) se le conoce como RANGO DE FUSION. Desde el punto de vista prctico, el punto de fusin (o el de solidificacin) se define como la temperatura a la que un slido se transforma en lquido a la presin de 1 atmsfera. La temperatura a la que un slido comienza a fundir debe permanecer constante hasta que todo el slido y el estado lquido de la sustancia estn en equilibrio, una en presencia de la otra. En la prctica existen 2 dificultades para la determinacin del punto de fusin: Es difcil mantener la temperatura constante, an utilizando pequeas cantidades de muestra. Si medimos la temperatura externamente a la muestra, la temperatura vara muy poco. Pueden originarse errores en la determinacin por la sobre calefaccin o por el sub-enfriamiento de la sustancia. Por ello, en vez de obtener una temperatura constante, habr siempre una pequea diferencia de temperaturas entre el comienzo y el final de la fusin. A este intervalo de temperaturas se le llama tambin punto de fusin. En condiciones de equilibrio (sin sobre enfriamiento) la temperatura a la que un slido puro funde es igual a la temperatura en que el compuesto fundido solidificada o congela. En una sustancia pura el cambio de estado es generalmente muy rpido, por lo que el Rango de fusin es pequeo (generalmente menor de 1C) y la temperatura de fusin es caracterstica. El punto de fusin sufre cambios pequeos (casi siempre imperceptibles) por un cambio moderado de la presin atmosfrica; en cambio, se altera notablemente por la presencia de impurezas (para que las impurezas afecten el Punto de fusin, es necesario que estas sean por lo menos algo solubles en el lquido fundido. En la prctica esto ocurre casi siempre). La presencia de impurezas, por lo general, amplia el rango de fusin, de tal manera que un compuesto impuro funde en un intervalo de temperaturas mayor (varios grados) y lo hace a una temperatura inferior a la del compuesto puro. Por ello la utilizacin de esta constante como criterio de pureza y de identidad. El descenso en el punto de fusin de una sustancia debido a la presencia de impurezas depende de la proporcin de impurezas presente y de la naturaleza de la sustancia. Puede expresarse en trminos cuantitativos. El descenso del punto de fusin es directamente proporcional a la molalidad de la impureza y a la constante crioscopia de la sustancia. Esto se expresa matemticamente as: T = KC.M.T= Descenso del Punto de Fusin Kc = Constante crioscpicaM = Molalidad del soluto.Este es el fundamento de los mtodos crioscpicos (Mtodo de Rast) para la determinacin de pesos moleculares. PUNTO DE FUSIN MIXTO Dos compuestos diferentes, al estado puro, pueden fundir a temperaturas muy prximas e incluso iguales, pero mezclas de ellas (en cualquier proporcin) nos dar siempre puntos de fusin ms bajos y rangos mayores. Este es el fundamento del Punto de Fusin Mixto, usado cuando se quiera verificar la identidad del producto de una reaccin nueva; ayudar en la identificacin de una sustancia desconocida, o establecer la identidad de 2 muestras de la misma sustancia, aisladas por mtodos diferentes o de orgenes distintos. Consiste en mezclar partes aproximadamente iguales de las sustancias que se supone son idnticas y determinar el P.F. si se trata de la misma sustancia, pero si hay un gran descenso de este, los2 compuestos que hemos mezclado no son idnticos. El P.F. es influenciado por el tamao de los cristales, velocidad de calentamiento, etc., por ello debe cuidarse que estos factores sean siempre uniformes especialmente la velocidad de calentamiento. En muchos casos, la sustancia se descompone en el momento de fundir. Esto debe indicarse al reportar los resultados de la siguiente manera: p.f. = 240C desc. PUNTO DE EBULLICIN El punto de ebullicin junto con el ndice de refraccin se emplea como criterio de identidad y pureza de las sustancias liquidas. El punto de ebullicin se define como la temperatura a igual al de la presin externa o atmosfrica. De esta definicin se puede deducir que la temperatura de ebullicin de un lquido vara con la presin atmosfrica. Todo aumento de temperatura que reproduzca en la masa de un lquido, produce un aumento en la energa cintica, de sus molculas y por lo tanto en su PRESION DE VAPOR; la que puede definirse como la tendencia de las molculas a salir de la superficie del lquido y pasar al estado de vapor. Es tendencia a vaporizarse o Presin de Vapor, es tpica de cada lquido y solo depende de la temperatura; al aumentar sta, tambin aumenta la presin de vapor. El punto de ebullicin normal de una sustanciase define como la temperatura a la cual su presin de vapor es igual a la presin atmosfrica normal (760 mmHg o 1 atmsfera). Tambin puede definirse (el P.E) como la temperatura a la que las fases liquidas y gaseosas de una sustancia estn en equilibrio. Al nivel del mar, la presin atmosfrica es de 760 mmHg y el agua hierve a 100C, pero en muchos lugares de la sierra (a ms de 3000 m.s.n.m) el P.E. del agua es menor de 90C, debido a la menor presin atmosfrica. Por todo ello, cuando se determina el P.E. de una sustancia, deber anotarse la P. Atmosfrica que hay en ese momento, y luego hacer las correcciones necesarias. Todos los lquidos que no se descompongan antes de alcanzar una presin de vapor de 760 mmHg., tienen un P.E. caracterstico. En general, el P.E. de una sustancia depende de la masa de sus molculas y de la intensidad de las fuerzas atractivas entre ellas. En una serie homloga dada, los P.E. de cada compuesto aumentarn al aumentar el peso molecular.

IV. DETALLES EXPERIMENTALES

MATERIALES 2 Capilares 1 Capilar delgado Termmetro de -10C a 200C Pabilo Aceite de cocina Cocinilla Soporte universal Vaso de vidrio

V. REACCIONES QUMICAS

El experimento const de dos partes. En la primera, verificar el punto de fusin de la acetanilida y en la otra verificar el punto de ebullicin del alcohol etlico. Estos procesos no son qumicos, son fsicos. Sin embargo, podemos representarlos mediante una ecuacin en la cual se representa su cambio de estado.

PUNTO DE FUSION DE LA ACETANILIDA

PUNTO DE EBULLICION DEL ETANOL

VI. CLCULOS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS

DETERMINACION DEL PUNTO DE FUSION DE LA ACETANILIDAPara este experimento, clocamos un poco de acetanilida dentro de un capilar. Sumergimos este capilar con acetanilida, previamente asegurado al termmetro. El cambio de estado se dio al ver la primera gota correspondiente a la fase liquida. Al cambiar de estado, la acetanilida se cristalizaba, haciendo imposible el reso del mismo capilar, por lo que repetimos el experimento 2 veces. Las temperaturas de fusin tomadas fueron: T1= 116C T2=121CPromediando la temperatura, tenemos: Tp = 118.5Calculando el % de error:

DETERMINACION DEL PUNTO DE EBULLICION DEL ETANOLEn este experimento calentamos el capilar, previamente tapado por un capilar m{as pequeo, hasta observar la salida de burbujas. Estas burbujas indican el cambio de estado a vapor. Al percatarnos de esto, retiramos el capilar de la fuente de calor y verificaremos la cada de una gota. Esta gota representa la temperatura de condensacin, que coincide con la temperatura de ebullicin. Al tratarse de una sustancia liquida, pudimos repetir el experimento 3 veces, tomando las temperaturas siguientes: T1= 66C T2= 78C T3= 77CCalculando la temperatura promedio: Tp =73.66cCalculando el % de error:

VII. DISCUSIN DE RESULTADOS

Al llevar a cabo la experiencia con la acetanilida, obtuvimos un porcentaje de error de 3. 31%. Creemos que esto se debi a la incertidumbre en la medida de la temperatura. Dicha incertidumbre respondera a dos factores: No hubo una manera exacta de calcular la temperatura de fusin, por lo cual esta fue tomada visualmente y de forma subjetiva, quedando sujeta a errores del observador. La forma de determinar el cambio de estado no fue exacta, por lo cual al momento de tomar la temperatura, cabe la posibilidad de que se haya sobrepasado el punto de fusin. Esto se deduce por el exceso resultado experimental sobre el dato terico.

En el experimento sobre el punto de ebullicin del etanol, obtuvimos tres medidas diferentes, una por vez que se llev a cabo el proceso. La variacin promedio de las tres es de 4.34 C y se obtuvo un porcentaje de error de 6% por defecto. Coincidimos en que el error se dio durante el burbujeo ininterrumpido, pudiendo darse aqu una variacin definitiva del punto de ebullicin. En ambos procesos, el margen de error tambin pudo deberse a la sobrecalentamiento o al subenfriamiento del sistema. Adems de la variacin en la temperatura durante las distintas pruebas.

VIII. CONCLUSIONES

Saber determinar el punto de fusin y ebullicin de diversas sustancias, resulta indispensable para la identificacin y el trabajo en el laboratorio. Los mtodos expuestos anteriormente son de gran ayuda, en cuanto nos permiten identificar dos especies qumicas que se hayan en distintos estados. Adems de poder identificar diversos compuestos, tambin es posible medir su grado de pureza. Esto nos ayudar a saber que tan exactos sern los resultados obtenidos si trabajamos con dicho compuesto, si debemos purificarlo o al menos a predecir un margen de error.

IX. RECOMENDACIONES

Prestar atencin a la prctica y al sistema, para evitar errores, sobrecalentamiento o subenfriamiento del sistema, as como lecturas errneas en el termmetro. Ensamblar el sistema de manera adecuada, cuidando de que sea posible leer el termmetro cuando este se est calentando y de que se pueda monitorear la muestra. Al momento de medir la temperatura durante los cambios de estado, se debe actuar con rapidez y eficacia, cuidando de que el observador sepa leer el termmetro adecuadamente, esto reducir el margen de error. Estar atento a los cambios de estado y ser certero al momento de determinar cundo una sustancia alcanzo el punto de fusin o de ebullicin.

X. APNDICE

CUESTIONARIO Qu otras propiedades fsicas podran determinar para caracterizar una sustancia?Entre las caractersticas tenemos a la densidad, la conductividad, la maleabilidad, la solubilidad, el punto de fusin y el punto de ebullicin. Entre las no medibles tenemos al olor, el color, la textura y el brillo

Explique si mezclas de diferentes sustancias, pero de punto de fusin igual, funden a temperatura igual o diferente a la de las sustancias originalesDiferente, porque las sustancias pueden contener impurezas que modifican los puntos de fusin original o simplemente se trata de sustancias diferentes que al mezclarse pueden reaccionar, formando una sustancia completamente diferente.

XI. BIBLIOGRAFA

Beyer, Walter. Generalidades. En: Manual de qumica orgnica. Editorial Reverte, 1987, p. 10-11. Constantes en las ciencias [en lnea] Disponible en: http://constantesciencia.tripod.com/ [Consulta:18 septiembre de 2015] Fisicanet. Puntos de fusin y ebullicin. En: Termosttica: Calor y temperatura. Punto de ebullicin. Punto de fusin. [en lnea]. Disponible en:http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termoestatica/ap06_fusion_ebullicion.php [Consulta:18 septiembre de 2015]