PRÁCTICA Nº 6
CRISTALIZACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
INTRODUCCIÓN.
Hoy día esta técnica se mantiene como el
procedimiento más adecuado para la purificación de sustancias sólidas. En general, la purificación por
cristalización se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más
solubles en un disolvente en caliente que en frio.
El sólido que se va a purificar se disuelve en
el disolvente caliente, generalmente a ebullición, la mezcla caliente se filtra
para eliminar todas las impurezas insolubles, y entonces la solución se deja
enfriar para que se produzca la cristalización.
En el caso ideal, toda la sustancia deseada debe separarse en forma
cristalina y todas las impurezas solubles deben
quedar disueltas en las aguas madres.
Finalmente, los cristales se separan por filtración y se dejan
secar. Si con una cristalización sencilla no se llega a una sustancia pura, el
proceso puede repetirse empleando el mismo u otro disolvente.
La mejor forma de encontrar un disolvente
adecuado para la cristalización de una
sustancia determinada es ensayar experimentalmente distintos disolventes. No obstante, algunas generalizaciones,
razonablemente validas, pueden ayudar a simplificar la búsqueda.
Los
compuestos iónicos se disuelven en disolventes polares y los compuestos no
iónicos en disolventes no polares.
Los compuestos iónicos se pueden disolver en
agua si sus moléculas se ionizan en solución acuosa o pueden asociarse con
moléculas de agua a través de puentes de hidrogeno. Por este motivo, los hidrocarburos y sus
derivados halogenados son prácticamente insolubles en agua, pero los compuestos
en cuyas moléculas existen grupos funcionales tales como alcohol (-OH),
aldehído (-CHO), cetona (R-CO-R), acido carboxílico (-COOH) y amida (-CONH2),
que pueden formar puentes de hidrogeno con agua, son solubles en este
disolvente, a menos que la relación del número total de átomos de carbono al de
tales grupos funcionales en la molécula sea superior a 4 ó 5.
Los disolventes hidroxílicos asociados como
metanol, etanol, ácido acético, presentan un poder intermedio entre agua y
el éter etílico o benceno. Son buenos disolventes para los compuestos
orgánicos que pueden asociarse.
Un disolvente ideal para una cristalización
debe poseer las siguientes características:
-
Un coeficiente de temperatura elevado para la
sustancia que se va a purificar, esto
es, debe disolver una gran cantidad de la misma a su temperatura de ebullición
y solo una pequeña cantidad a la temperatura ambiente o ligeramente por debajo
de ella.
-
Un coeficiente de temperatura bajo para las
impurezas.
-
Al enfriarse debe presentar rápidamente
cristales bien formados del compuesto que se purifica, de los cuales debe ser
fácilmente separable.
-
No debe reaccionar con el soluto.
-
Su utilización no debe ser peligrosa
(inflamable).
-
Debe ser barato.
DISOLVENTES
MÁS UTILIZADOS PARA CRISTALIZAR SUSTANCIAS
|
Disolvente
|
Formula
|
T fusión
(°C)
|
T congelación
(°C)
|
|
Éter de petróleo
|
C5H12
|
33,65
|
<0
|
|
Éter
|
(C2H5) 2O
|
34,6
|
-116
|
|
Acetona
|
(CH3) 2O
|
56,1
|
-95
|
|
Ligroina
|
(CH3) 2O
|
60-80
|
<0
|
|
Cloroformo
|
CHCl3
|
61,3
|
<0
|
|
Alcohol Metilico
|
CH3OH
|
64,7
|
-98
|
|
Tetracloruro de carbono
|
CCl4
|
76,7
|
<0
|
|
Acetato de etilo
|
CH3COOC2H5
|
77,2
|
-84
|
|
Alcohol etílico
|
C2H5OH
|
78,1
|
-116
|
|
Benceno
|
C6H6
|
80,2
|
5,5
|
|
Ácido acético
|
CH3COOH
|
118,1
|
16,6
|
|
Dimetil forma mida
|
HCON(CH3)2
|
153
|
-61
|
|
Nitrobenceno
|
C6H5NO2
|
210,9
|
5,7
|
Preparación
de la solución
Como regla general, el objetivo es disolver el
soluto en la mínima cantidad de disolvente
a su temperatura de ebullición. Se
recomienda el siguiente procedimiento: Pulverizar finamente el compuesto a
cristalizar, colocar en un matraz de fondo redondo del tamaño adecuado al que
se acopla un refrigerante de reflujo. Se
echa un trocito de plato poroso y se cubre el sólido con un volumen del
disolvente elegido que se juzgue todavía insuficiente para disolverlo
totalmente.
Sobre un baño de agua (o directamente sobre la
placa calefactora si el disolvente tiene un punto de ebullición mayor que el
agua) se calienta la mezcla hasta ebullición, agitando constantemente al
comunicar el líquido un movimiento de giro.
A la solución hirviente se añade más disolvente en pequeñas porciones y
continuando la agitación. Entre cada dos
adiciones se debe dejar el tiempo suficiente para que el soluto pueda
disolverse. Se continúa la adición de
disolvente hasta que todo el soluto se ha disuelto a la temperatura de
ebullición.
Decoloración
Frecuentemente la solución se colorea con
impurezas orgánicas de peso molecular elevado que acompañan al producto natural deseado o que se han formado
como productos de descomposición o subproductos en el proceso de síntesis.
En estos casos el color se puede eliminar hirviendo la solución durante
cinco a diez minutos con una pequeña cantidad de carbón adsorbente activado.
Filtración
de la solución caliente
La solución caliente se debe filtrar de tal
forma que no cristalice nada de soluto ni en el papel de filtro ni en el
embudo. Generalmente, para ello se
requiere una filtración rápida con un mínimo de evaporación en el embudo de
pitorro corto, previamente calentando en una estufa, y provisto de un filtro de
pliegues para aumentar la velocidad de filtración.
Enfriamiento
Durante el enfriamiento de la solución caliente
se pretende que cristalice la máxima cantidad de la sustancia deseada con un
mínimo de impurezas. El proceso se
realiza en un matraz Erlenmeyer, tapado.
Generalmente, es preferible que los cristales tengan un tamaño medio,
porque los cristales grandes pueden incluir gran cantidad de disolvente, el
cual lleva impurezas disueltas, y los cristales pequeños presentan una gran
superficie sobre la que estas quedan adsorbidas.
El tamaño de los cristales se pueden controlar
por la velocidad de cristalización; una cristalización rápida favorece la
formación de cristales pequeños y una cristalización lenta origina cristales
grandes. Generalmente lo mejor es dejar
que el enfriamiento de la disolución sea lento o al menos moderado. Si la cristalización es demasiado lenta, se
puede favorecer rascando con una varilla de vidrio la superficie interior del
Erlenmeyer (para que se formen pequeñísimos fragmentos de vidrio que actúen
como núcleos de cristalización), o bien, añadiendo, durante el enfriamiento y
de vez en cuando, un pequeño cristal del producto para sembrar la solución y
provocar su cristalización.
Separación
de los cristales
En este paso se pretende separar los cristales
formados, quitándoles la mayor cantidad posible de aguas madres, con una
evaporación mínima. Generalmente esto se
consigue empleando un embudo Buchner
unido a un quitasato, que a su vez se conecta a la trompa de vacío.
Los quitasatos deberán sujetarse mediante unas
pinzas a un soporte. El Buchner debe
ser de tamaño adecuado, eligiéndose el
más pequeño que permita la recogida con holgura de toda la masa cristalina sin
que esta llegue a rebasar el borde superior del
embudo.
PASOS PARA LA CRISTALIZACIÓN DE UN COMPUESTO
PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL
Objetivos
Elegir correctamente el
disolvente para efectuar una cristalización.
Obtener
cristales de sulfato de cobre
Materiales
8 tubos de ensayo
2 vasos de precipitados de 200 ml
1 matraz erlenmeyer de 200 ml
Gradilla
Espatula
Mortero
Mechero de alcohol
Embudo de vidrio
Hornilla eléctrica
Soporte universal
Varilla agitadora
2 Pinzas de sujeción metálicos
Rejilla de alambre con tela de asbesto
Papel filtro
Agua destilada
Metanol
Tolueno
Eter
Aspirina
Ácido Benzoico
Ácido Cítrico
Naftaleno
Sulfato de cobre
Pasos para elegir el disolvente adecuado para la cristalización
En un mortero pulverizar el producto
cuya solubilidad se quiere probar.
Colocar 0.1 gramos del producto en un
tubo de ensayo
Añadir gota a gota el disolvente que se
quiere probar hasta completar 1 ml, esto se realiza con una pipeta y en frío.
Si se disuelve el producto no es
adecuado para cristalizar.
Si no se disuelve continua el ensayo.
Calentar el tubo de ensayo en baño maría
e ir añadiendo más disolvente de 0.5 ml en 0.5 ml hasta completar 3 ml.
Si el producto se disuelve antes de
llegar a este volumen, se dice que es soluble en caliente, por lo tanto sirve
para cristalizar.
Realizar este procedimiento para la
aspirina, acido benzoico, acido cítrico y naftaleno.
Probar con los siguientes disolventes:
agua, metanol, tolueno y éter.
Pasos para obtener cristales de sulfato de cobre
Pesar 50 g de sulfato de cobre
finamente dividido.
En un erlenmeyer de 200 ml
calienta a ebullición unos 40 ml de agua destilada y disuelve el sulfato de
cobre; si no acaba de disolverse del todo, añadir más agua destilada. Una vez
disuelto, enfría la disolución introduciendo el erlenmeyer en un recipiente con
agua fría o remojándolo al chorro del grifo.
Continúa el enfriamiento hasta que
se observe que ya no se formen cristales. Filtra al vacío o por gravedad, recoge
el filtrado en un vaso de 250 cm.
Seca los cristales con papel de
filtro al aire libre o colócalos en un desecador para que terminen de secar.
En el mismo vaso donde se ha
recogido, calienta el filtrado al baño maría sin que llegue a hervir hasta que
se haya evaporado la mitad del agua aproximadamente. Deja enfriar a temperatura
ambiente hasta la próxima sesión, filtra igual que antes y sécalos con papel de
filtro.
Compara el tamaño de los cristales
obtenidos de una u otra forma.
CUESTIONARIO
De acuerdo con las pruebas de solubilidad, ¿cuál es
el grado de polaridad de su compuesto?, Fundamente su respuesta.
¿Cuándo un disolvente es el ideal para efectuar la cristalización
de un sólido?, explique. ¿En base a su respuesta, cuál disolvente seleccionará
para cristalizar su problema?.
¿Un sólido que es soluble en determinado disolvente frío,
puede ser recristalizado en dicho disolvente?, porqué.
¿Un sólido que es insoluble en
un disolvente caliente, puede recristalizarse de él?, porqué.
Consulte la toxicidad de los disolventes utilizados
en este experimento, diga cuál será la mejor manera de desecharlos.
GLOSARIO
Discutir y anotar el significado de los
siguientes términos: baño maría, purificación,
trozo de plato poroso, cristal, masa cristalina y carbón adsorbente activado.
BIBLIOGRAFIA
Oliver C. 2012; ”Guía laboratorio
de química orgánica”. Universidad Mayor de San Andrés. La Paz- Bolivia.
LARA,C. 2012; ”Manual
de prácticas de laboratorio de química orgánica”. Universidad Mayor de San
Andrés. La Paz- Bolivia.
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MORALES Y. 2010; “Manual
de experiencias de química Orgánica”.
La Paz-Bolivia. s.e.
