Moreno Escutia Luis AngelCasillas López Dayana Química Orgánica L-2A

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Practica No. 3 “Cristalización por par de disolventes”

1) Par de disolventes

a.- Relación entre solubilidad y estructura molecular.

Cuando se disuelve un sólido o un líquido las unidades estructurales iones o moléculas se separan unas de otras y el espacio entre ellas pasa a ser ocupado por moléculas del disolvente. Durante la disolución debe suministrarse energía para vencer las fuerzas interionicas o intermoleculares. Esta energía se refiere para romper los enlaces entre las partículas del soluto y es aportada por la formación de enlaces entre partículas de soluto y disolvente. Las fuerzas atractivas anteriores son reemplazadas por otras nuevas.

b.- Efecto de las fuerzas intermoleculares en la solubilidad.

Dentro de una molécula, los átomos están unidos mediante fuerzas intermoleculares (enlaces iónicos, metálicos o covalentes, principalmente). Estas son las fuerzas que se deben vencer para que se produzca un cambio químico. Son estas fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades químicas de las sustancias.

Sin embargo existen otras fuerzas intermoleculares que actúan sobre distintas moléculas o iones y que hacen que éstos se atraigan o se repelan. Estas fuerzas son las que determinan las propiedades físicas de las sustancias como, por ejemplo, el estado de agregación, el punto de fusión y de ebullición, la solubilidad, la tensión superficial, la densidad, etc.

Por lo general son fuerzas débiles pero, al ser muy numerosas, su contribución es importante.

c.- Disolventes próticos y apróticos

Disolventes próticos:

Contienen un enlace del O-H o del N-H. Agua (H-O-H), etanol (CH3-CH2-OH) y  ácido acético (CH3-C (=O) OH) son disolventes polares próticos.

Disolventes apróticos:

 Son disolventes polares que no tienen enlaces O-H o N-H. Este tipo de disolvente que no dan ni aceptan protones. La acetona (CH3-C (=O)-CH3) y THF o Tetrahidrofurano son disolventes polares apróticos.

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d.- Importancia de las pruebas de solubilidad en cristalización.

El caso más sencillo y fácil de realizar. Se presenta cuando se tiene una disolución en la cual la única sustancia presente en cantidades apreciables es el producto deseado. Cuando esto ocurre, casi siempre es posible obtener un buen rendimiento y una buena pureza. Un criterio para determinar la eficiencia de un proceso de cristalización es que se separe una masa cercana a la mitad de la masa de la sustancia que se encuentra disuelta en forma de cristales. El proceso de cristalización es un proceso dinámico, de manera que las moléculas que están en la disolución están en equilibrio con las que forman parte de la red cristalina. El elevado grado de ordenación de una red cristalina excluye la participación de impurezas en la misma. Para ello, es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento de la red cristalina excluya las impurezas. Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina. 

e.- Interpretación de las pruebas de solubilidad relacionadas con la estructura del compuesto.

Los compuestos orgánicos sólidos a temperatura ambiente se purifican frecuentemente mediante la técnica denominada cristalización que es la técnica más simple y eficaz para purificar compuestos orgánicos sólidos. Esta técnica consiste en disolver el sólido que se pretende purificar en un disolvente (o mezcla de disolventes) caliente y permitir que la disolución enfríe lentamente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización. El material disuelto tendrá una solubilidad menor al enfriar e irá precipitando. Este fenómeno se denomina cristalización si el crecimiento del cristal es relativamente lento y selectivo y precipitación si el proceso es rápido y no selectivo. La cristalización es un proceso de equilibrio y origina normalmente sólidos de elevada pureza. Inicialmente se forma un pequeño cristal y crece capa a capa de una manera reversible. En cierta manera pudiera decirse que el cristal "selecciona" las moléculas correctas de la disolución. 

f.- Polaridad, solubilidad y orden de polaridad de los disolventes.

Un compuesto es soluble en otro que tenga su misma o parecida polaridad. Los compuestos orgánicos generalmente no son solubles en agua por su apolaridad, es decir, que no tienen la particularidad de presentar frente positivo y negativo lo que garantizaría la formación de puentes de hidrógeno entre las moléculas. Esta característica (formación de puentes de hidrógeno) es lo que le otorga la versatilidad al agua con los compuestos polares (los de la química inorgánica). Sin embargo, encontramos ciertos compuestos como alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, etc. ;que presentan cierta solubilidad en los primeros compuestos de cada familia (generalmente hasta el carbono 5); esto se debe al efecto inductivo dado por la presencia de un elemento electronegativo como el oxígeno (en doble enlace con el carbono en cetonas, aldehídos y ácidos; así

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Moreno Escutia Luis AngelCasillas López Dayana Química Orgánica L-2A como en el grupo -oh en alcoholes) o de halógenos como el cloro; este efecto hace que el carbono quede desprotegido electrónicamente por el desplazamiento de electrones hacia el elemento electronegativo, al mismo tiempo el carbono le quita al vecino para compensarse él, y este a su vez del vecino y así sucesivamente, dando lugar al efecto mencionado. Imagínate una serie de ondas formadas en un estanque por una piedra lanzada en el medio, en el sitio es fuerte pero luego se va diluyendo. En moléculas grandes este efecto tiene poca validez y por eso solo son solubles las sustancias orgánicas de pocos carbonos en agua. Por lo demás los compuestos polares tienden a disolverse en compuestos polares y los no polares en no polares.

g.- Precauciones indispensables para el manejo de los disolventes.

*Saber con qué disolventes se está trabajando. * Leer las etiquetas y las hojas de seguridad de los disolventes. En ellas figuran los riesgos, efectos para la salud y las medidas para su manejo seguro. *Asegurarse de que el lugar de trabajo se encuentre adecuadamente ventilado. * Se recomiendan, use guantes, anteojos y máscara dependiendo del disolvente que se vaya a emplear.*Tener precaución al verter disolventes de un envase a otro, ya que podrían incendiarse o explotar debido a la acumulación de electricidad estática. * Limpiar rápidamente los derrames de disolvente. * Almacenar   los disolventes inflamables en áreas bien ventiladas, fabricadas de materiales pirorresistentes.  *Instalar extinguidores de incendios en lugares accesibles de las áreas de almacenamiento y trabajo. 

Los solventes orgánicos como material nocivo o potencialmente tóxico que con frecuencia se manipula en las labores industriales e inadvertidamente en el hogar pueden alcanzar el sistema nervioso central o periférico después de haber sido inhalados y absorbidos por la sangre. Según sea la substancia, el tiempo y el grado de exposición pueden reducir, o incluso destruir las funciones de las células nerviosas, alterar la función renal, hepática, de la médula ósea, etc. Al margen de la vía de ingreso a nuestro organismo que puede ser también a través de la piel.

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2) Cristalización

a.- Fundamentos de cristalización.

La operación de cristalización es aquella por medio de la cual se separa un componente de una solución liquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan. Toda sal o compuesto químico disuelto en algún solvente en fase liquida puede ser precipitada por cristalización bajo ciertas condiciones de concentración y temperatura.

b.- Secuencia para realizar una cristalización por par de disolventes.

Con la sustancia sólida “B” efectúe pruebas de solubilidad en los disolventes señalados en la tabla, tanto en frío como en caliente, para encontrar el par de disolventes apropiados para la recristianización. Una vez que ha encontrado el par de disolventes para purificar la sustancia sólida proceda a recristalizarla. Pese 0.5 g de la sustancia “B” y colóquela en un matraz Erlenmeyer de capacidad, adecuada, agregue poco a poco el disolvente que la solubiliza agitando y calentando hasta disolución total, deje enfriar la solución caliente en el embudo de filtración rápida precalentado en la estufa y colecte el filtrado en otro matraz Erlenmeyer. A esta solución caliente añádale gota a gota el disolvente en el que es insoluble el sólido hasta que aparezca turbidez, agite y si la turbidez desaparece agregue más gotas del mismo disolvente y vuelva a agitar el matraz. Siga este procedimiento hasta que la turbidez permanezca. Enseguida elimine la turbidez calentando el matraz en baño maría y agitando. Luego déjelo enfriar un poco a temperatura ambiente y después en baño de hielo hasta que cristalice el soluto. g) Separe los cristales filtrando al vacío, lávelos con un poco de disolvente frío, déjelos secar péselos y calcule el rendimiento de la cristalización.

c.- Cualidades del par de disolventes para llevar a cabo una cristalización.

Una de las características es que en uno de ellos, la sustancia debe ser muy soluble y en el otro debe ser totalmente insoluble (en frio y en caliente). Otra característica es que los disolventes deben   ser entre sí miscibles.

d.- Selección de pares de disolventes y par de disolventes más comunes.

Con frecuencia se encuentran sustancias que son demasiado solubles en un disolvente, incluso en frío, y demasiado poco solubles en otros disolventes, aún en caliente. Cuando se presente esta circunstancia no se puede utilizar la cristalización sencilla para purificar tales compuestos. En estos casos se pueden utilizar, pares de disolventes que sean miscibles entre sí, tales como metanol-agua, etanol-agua, acetato de etilo etanol, acetato de etilo-hexano, éter-acetona, etc.

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e.- Efecto de la velocidad de formación de los cristales en su tamaño y pureza.

En una recristianización se pretende obtener la máxima cantidad de la sustancia deseada con un mínimo de impurezas, por lo   es preferible que los cristales tengan un tamaño medio, porque si los cristales son grandes pueden incluir gran cantidad de disolvente, el cual lleva impurezas disueltas, y los cristales pequeños presentan una gran superficie sobre la que éstas quedan adsorbidas.Una cristalización demasiado rápida favorece la formación de cristales demasiado pequeños, mientras que una cristalización excesivamente lenta origina cristales grandes. Sin embargo, la mayoría de los compuestos orgánicos no tienen tendencia a formar cristales demasiado grandes, generalmente lo mejor es dejar que el enfriamiento de la disolución sea lento, o al menos moderado. Una sobresaturación de la disolución puede provocar que al principio la velocidad de cristalización sea grande. Si el compuesto tarda en cristalizar, se puede añadir durante el enfriamiento un pequeño cristal del compuesto para sembrar la disolución y provocar la precipitación.

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