sábado, 28 de agosto de 2010

Lab.Química Orgánica I Guías del 9-12

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA I
Práctica Nº 9
DESTILACION FRACCIONADA

INTRODUCCION

La destilación fraccionada es simplemente una técnica para realizar una serie completa de separaciones en una operación sencilla y completa. Demos ahora el principio de la destilación fraccionada, para ello volvamos a la destilación simple recogiendo el destilado en tres fracciones: la que pasa primero o fracción de cabeza, después la de corazón y finalmente la fracción de cola.

La fracción de cabeza está enriquecida en el componente más volátil y la de cola en el menos volátil pero es posible arreglárselas par que la fracción del corazón tenga, poco más o menos la composición de la mezcla inicial. Esta fracción puede, a su vez, separada en dos fracciones extremas y una fracción de corazón reducida. El resultado de un número suficiente de fraccionamientos análogos se traducirá finalmente por una dicotomía de la mezcla inicial en dos fracciones, una enriquecida en A1 y la otra en A2.

La repetición de semejantes dicotomías permitirá tender asintóticamente hacia la separación de los componentes de la mezcla.
En principio, una columna de destilación fraccionada proporciona una gran superficie para el intercambio de calor, en las condiciones de equilibrio, entre el vapor ascendente y el condensado descendente. Esto posibilita una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales a lo largo de la columna.

En una columna sencilla rellena, tal como se indica en la figura a) hay un intercambio continuo de calor en la superficie del relleno entre el condensado descendente más frío y el vapor ascendente más caliente. Cuando el condensado en algún punto de la columna toma calor del vapor, parte se evapora de nuevo y el vapor formado es más rico en el componente más volátil que el condensado. Al mismo tiempo, cuando el vapor cede calor al condensado, parte del mismo se condensa, siendo este condensado más rico que el vapor con el que está en equilibrio en el componente de punto de ebullición más elevado. De esta forma, el vapor que llega y es eliminado en la cabeza de la columna es componente de punto de ebullición bajo puro; el residuo del balón es componente de punto de ebullición elevado.

A todo lo largo de la columna existe una gradiente de temperaturas desde el punto de ebullición de y hasta el punto de ebullición x. este gradiente representa una serie completa de equilibrios entre el líquido y el vapor en los que la concentración de x aumenta progresivamente desde el extremo inferior al superior de la columna. Otros tipos de columnas de fraccionamiento están representados en la figura

La destilación fraccionada permitirá realizar esta separación, completa o parcial, de manera continua. Para lograrlo lo mismo en la industria que en el laboratorio,

PARTE EXPERIMENTAL

Medir 150 mL de alcohol de quemar, en el balón de destilación de 250 mL y armar el aparato de la siguiente manera, sobre el balón de destilación colocar la columna de fraccionamiento y sobre ella el cabezal de destilación conectado en la parte superior a un termómetro y en la salida lateral el refrigerante liebig conectado a la toma de agua por la parte inferior y la salida por la parte superior ( en contra corriente).

Calentar lentamente el balón de destilación, e ir según vaya siendo necesario, intensificando el calentamiento ( para destilar la fracciones de punto de ebullición más elevados). Recoger las fracciones por separado, y colocar cada fracción en un tubo de ensayo. Las temperaturas que se deben controlar son las siguientes: hasta 45 ºC, de 45 ºC hasta 60ºC y de 60ºC hasta 80ºC y de 80 ºC para adelante si es que fuese necesario.

El alcohol de quemar tiene en su composición metanol, etanol y otros alcoholes los cuales van a destilarse por fraccionamiento.

Destilación fraccionada

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA I
Práctica Nº 9
DESTILACION FRACCIONADA
CUESTIONARIO

1. Cuales son las industrias Químicas que utilizan el proceso de destilación fraccionada? Mencione cada una de ellas y describa los productos.

2. La destilación fraccionada se aplica en la industria petroquímica detalle los datos físicos de cada uno de los compuestos destilados del petróleo.

3. Por qué refluye condensado continuamente al balón de destilación desde una columna de fraccionamiento que no está provista de refrigerante de reflujo? Ejerce esto alguna influencia en la destilación? Explique.

4. Si la destilación a través de una columna de relleno se hace muy rápidamente y entonces se inunda la columna ( el líquido condensado asciende y se mantiene en la columna) que influencia puede tener este fenómeno sobre la eficacia del fraccionamiento?

5. Un líquido orgánico comienza a descomponerse a 80ºC. su tensión de vapor es entonces de 36 mm. ¿Cómo podría destilarse este compuesto?

6. Si el bulbo termométrico no se mantiene húmedo con condensado durante la destilación, la lectura del punto de ebullición ¿será más alta o más baja? Dése una explicación.


LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA I
Práctica Nº 11
EXTRACCION CONTINUA


INTRODUCCION

Muchas veces, cuando un sistema a extraer forma emulsiones intratables, o cuando el compuesto orgánico es más soluble en agua que en el disolvente orgánico que se utiliza es necesario recurrir a un método de extracción continua de la misma solución un número casi infinito de veces con cantidades muy pequeñas de disolventes. Uno de los tipos que se utiliza con disolvente ligeros que el agua y el otro con disolventes más pesados.

En ambos casos el disolvente va destilando de modo continuo desde el balón. Las gotas de condensado ascienden y luego descienden a través de la solución y retornan saturadas de soluto al balón inicial, donde se recoge este. La extracción repetida y exhaustiva de un sólido por un líquido caliente se realiza disponiendo aquel en el cartucho de un aparato de Soxhlet.
El disolvente hierve con suavidad en el balón, sus vapores ascienden por el tubo lateral, se condensan en el refrigerante y el condensado gotea a través del sólido. La parte soluble pasa por gravedad al matraz.

El proceso se repite automáticamente hasta que la extracción es completa. La extracción con soxhlet es especialmente útil en el aislamiento de productos naturales existentes en tejidos de animales o plantas con un contenido en agua elevado y para lixiviar compuestos orgánicos de sales inorgánicas.

PARTE EXPERIMENTAL

Medir 125 mL de éter de petróleo e el balón del equipo Soxhlet y semillas de lino o ajonjolí en el dedal hasta ¾ de su capacidad. Armar entonces el aparato como indica la figura. Colocar en circulación el agua del refrigerante y calentar el éter de petróleo a ebullición suave en baño maría.
Observación: los vapores de éter de petróleo ascienden desde el balón a través del tubo de la pieza central al refrigerante Allihn donde se condensa para gotear luego sobre el producto con la materia grasa( en nuestro caso se trata de las semillas de lino) que pasa al disolvente. En cuanto la solución etérea de la materia grasa llena por completo el dedal, pasa al tubo, que actúa como sifón y vuelve al balón, desde el cuál vuelve a evaporarse solamente el disolvente, no la materia grasa extraida. El mismo proceso se repite. Se espera hasta que el líquido que Sifona sea límpido como el agua. Esto ocurre al cabo de 5- 10 pasos del éter de petróleo, con lo cuál se da por terminado la extracción. Dejar enfriar el aparato, quitar luego el recipiente central y el balón. Armar nuevamente el aparato con un cabezal de destilación y un refrigerante liebig unido a un matraz kitasato, el kitasato llevará una manguera latex unido a la tubuladura lateral; este descenderá hasta el piso. Expulsar entonces todo el éter de petróleo que sea posible, luego trasvasar la solución grasa a una cápsula de porcelana y evaporar en baño maría, para permitir así la eliminación de las últimas porciones del étr de petróleo. Lo que requiere de un cierto tiempo. Puede hallarse fácilmente el rendimiento del extracción, para lo que se debe tener mucho cuidado con el manejo del aceite.


Equipo soxhlet

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA I
Práctica Nº11
EXTRACCION CONTINUA
CUESTIONARIO

1. Cuales son las principales aplicaciones de los aceites extraidos de los productos naturales?

2. Que variantes se pueden realizar en el montaje de extractores continuos para su posterior aplicación en la extracción de aceites naturales?

3. Por qué los extractores continuos tipo soxhlet, cuanto más pequeño cuestan más caros y los de más capacidad cuestan más baratos.

4. Por que la duración de la operación de extracción depende esencialmente del grado de división del producto a extraerse?

5. Que cuidados debe tenerse con el éter de petróleo en el momento de manipularse?

6. Se podrá construir extractores de tipo soxhlet con material casero? Describa como hacerlo.

7. Aparte del éter de petróleo, que otros disolventes son adecuados par la extracción continua?


PRACTICA 12
DESTILACION POR ARRASTRE CON VAPOR DE AGUA

FUNDAMENTO TEORICO

La destilación por arrastre con vapor de agua permite aislar y purificar sustancias orgánicas. Puede emplearse con líquidos completamente inmiscibles o muy miscibles con el agua.

Los vapores saturados de los líquidos inmiscibles según la ley de Dalton sobre las presiones parciales (cuando dos o más gases o vapores que no reaccionan entre si, se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno es igual a la presión total del sistema ), cuya expresión matemática es la siguiente.

P = p1 + p2 + p3 …….. + p n

En donde P es la presión total a temperatura constante y p1 , p2 etc son las presiones parciales de los componentes. Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será la temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica. Esta temperatura será inferior al punto de ebullición del componente más volátil. Si uno de los líquidos es agua (destilación por arrastre con vapor) y si se trabaja a la presión atmosférica se podrá separar un componente de mayor punto de ebullición a una temperatura inferior a 100 ºC ( lo cual es muy importante cuando la sustancia se descompone cerca de su temperatura de ebullición o a dicha temperatura). Este procedimiento es útil para separar sustancias volátiles de las no volátiles o indeseables ( resinas, sales inorgánicas etc.)

Cuando se destila una mezcla de líquidos inmiscibles, el punto de ebullición de la mezcla permanece constante hasta que uno de los componentes ha desaparecido completamente (ya que la presión de vapor total es independiente de las cantidades relativas de los dos líquidos). La proporción de los componentes de vapor que destile depende de la presión de vapor de cada uno de ellos.

La composición del vapor se puede calcular de la siguiente forma: suponiendo que se pueden
Aplicar las leyes de los gases, tenemos que el número de moléculas de cada componente en el vapor será proporcional a su presión parcial da vapor ( presión de vapor del líquido puro a la temperatura en que se está efectuando la destilación). Por tanto si pa y pb son las presiones de vapor de dos líquidos A y B en el momento en que hierve la mezcla, entonces la presión total es:

P1 = pa + pb

Y como la presión de un gas depende del número de las moléculas que tiene, entonces la composición del vapor esta dada por:

na / nb = pa / pb


En donde na y nb representan el número de moles de las dos sustancias en un determinado volumen de la fase de vapor, como sigue:

na = ga / Ma y nb = gb / Mb

Donde g es el peso de la sustancia en volumen determinado de vapor y M es su peso molecular.

na /nb = MaPa / MbPb

Los pesos relativos de los dos componentes de la fase de vapor seran pesos relativos en el destilado, o sea, que los pesos de los líquidos condensados son proporcionales a sus presiones de vapor y sus pesos moleculares.

PARTE EXPERIMENTAL

A un balón de destilación de un litro de capacidad provisto de un tubo de vidrio de 50 a 75 cm. de longitud el cuál se introduce bajo la superficie del agua (sirve como tubo de seguridad ) este es balón que genera vapor el cuál se hace pasar a otro balón por medio de un tubo doblado en forma apropiada. En este balón se coloca la muestra de la que se quiere extraer cualquier aceite esencial, de este balón se conecta al refrigerante de destilación. Se empieza a calentar el primer balón. Para interrumpir la destilación se suprime el calentamiento del primer balón.

La sustancia sólida se coloca en el segundo balón pesando para luego determinar el rendimiento. Se recoge el destilado en un volumen de 500 mL, se vierte el destilado a un embudo se separación, se remueve la capa aceitosa de la parte inferior previa disolución de 80 gramos de sal. La capa aceitosa es el aceite esencial el cuál se guarda.

Se incrementa el rendimiento extrayendo del destilado por porciones de éter etílico, los cuales se juntan y después se destila el éter calentando en baño maría, el residuo es el aceite esencial.

O utilizar el sistema de destilación por arrastre con vapor de agua, que se construyó para esta práctica. Se debe tomar en cuenta la masa de producto natural que se utiliza, para calcular el rendimiento. Se puede utilizar: anís, clavo de olor, hojas de eucalipto, pino, koa.


CUESTIONARIO

1. Cuales son las desventajas que se podrían citar de la destilación en corriente de vapor considerada como un método de separación y purificación?
2. Que tipo de sustancias insolubles en agua, pueden ser arrastradas por una corriente de vapor de agua?
3. Cuál es la estructura del aceite esencial del anís? Y cual sus aplicaciones industriales
4. Los rendimientos que se obtienen de los procesos por destilación con arrastre de vapor son bajos, para mejorar estos rendimientos que alternativas se tienen?
5. El aceite esencial del clavo de olor es el eugenol cuál es la estructura de este aceite? Y cuál sus aplicaciones industriales?
6. Que otros métodos de aislar purificar sustancias orgánicas se pueden mencionar?
7. Si la sustancia a purificar es líquida se podrá aplicar la destilación por arrastre con vapor de agua? O que variantes se tendrán que aplicar? Explique el proceso.
8. Para industrializar la extracción de aceites esenciales de productos naturales que tipo de equipamiento se utiliza?
MATERIA: QUIMICA ORGANICA I LABORATORIO

PRACTICA 13
NITRACION DEL BENCENO

FUNDAMENTO TEORICO

La sustitución del hidrógeno de un hidrocarburo aromático por el grupo nitro - NO2 se llama nitración, la reacción se puede efectuar con ácido nítrico concentrado o fumante y un agente deshidratante generalmente ácido sulfúrico, la nitración es una reacción exotérmica por lo que se debe efectuar lentamente y mantener dentro los límites estrechos de temperatura, de los contrario se perdería el control de la reacción y se volvería explosiva. La acción del ácido nítrico no es modificada ni por la luz ni por los catalizadores. Los sustituyentes de primer orden favorecen la nitración y los de segunda clase lo dificultan.


REACCION


C6H6 + HNO3 +H2SO4 → C6H5NO2 + H2O


PARTE EXPERIMENTAL


En un balón de destilación de 250 mL se miden 17.5 mL de ácido nítrico concentrado (densidad 1.42) en seguida se adiciona 20 mL de ácido sulfúrico concentrado gota a gota agitando fuertemente (densidad del ácido sulfúrico 1.82).


La mezcla sulfonítrica obtenida se debe enfriar entre 22 a 25 ºC. colocar un termómetro en el interior del balón y adicionar 15 mL de benceno mililitro a mililitro con frecuencia rotativa y agitando constantemente. Debe controlarse la temperatura para que no pase de 60 ºC. encima de este límite la reacción es incontrolable y puede proyectarse el contenido del balón, si se eleva demasiado la temperatura se sumerge en agua helada o se coloca debajo del chorro de la pila o grifo de agua hasta que la temperatura baje a 50 ºC.


Cada vez que adicione el benceno, la mezcla tornará una coloración café. Cuando termine la adición del benceno se coloca en el balón un refrigerante en posición de reflujo y se calienta en baño maría manteniendo la temperatura a 60 ºC durante media hora, al cabo del cuál se separan dos capas, la inferior conteniendo la mezcla sulfonítrica y la superior nitrobenceno y el benceno que no hubiera reaccionado. Esta mezcla se deja enfriar, se coloca en embudo s de separación, se eliminan la capa inferior y la superior nitrobenceno, se lava con agua ( 3 porciones de 20 mL ) , luego con dos porciones de 20 mL de hidróxido de sodio al 5% y finalmente con una porción de 20 mL de solución saturada de cloruro de sodio. En todos estos lavados el nitrobenceno ocupará la capa inferior.

El nitrobenceno se coloca en un matraz erlenmeyer de 50 mL y se adicionan 2 gramos d cloruro de calcio anhidro para secar se deja en reposo durante media hora o hasta la próxima sesión de laboratorio.

Se decanta a un balón de destilación de 125 mL y se destila la capa orgánica, desheche los primeros dos o tres mL y recoja en un recipiente las fracciones que pasen entre 185 y 200ºC. Destile cuidadosamente teniendo cuidado que no se produzcan humos rojos. Interrumpa la destilación cuando queden 3º 4 mL.
El nitrobenceno y sus vapores son tóxicos, evite el contacto con la piel. Calcule el rendimiento del proceso.

PRACTICA 13
NITRACION DEL BENCENO
CUESTIONARIO

1. El benceno tiene una energía de resonancia de 36 Kcal /mol, como se determina este valor?

2. A que se denomina energía de resonancia?

3. Sugiérase una prueba química que dé un cambio fácilmente observable para distinguir entre cada uno de los siguientes pares de compuestos:
a) benceno y ciclohexano
b) benceno y ciclohexeno
c) benceno y ácido benzoico

4. Para la nitración se tienen diferentes sales de nitronio estables que nitran el anillo aromático de forma similar a la mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico. Mencione dos ejemplos de este tipo de sales.

5. Si el nitrobenceno se vuelve a nitrar a que posición orientará a un segundo grupo nitro?

6. A que se denominan grupos orientadores de primer y segundo orden? O también denominados grupos directrices.

7. Cuales son las principales aplicaciones industriales de los nitrocompuestos aromáticos?

8. Compárense los puntos de ebullición ( consulte un manual) del n-butilbenceno, nitrobenceno, y ácido benzoico, que poseen aproximadamente el mismo peso molecular.¿Cómo se explican las diferencias?

9. Que pruebas cualitativas se pueden aplicar a los compuestos nitrados?

10. Cuales son las propiedades químicas del grupo nitro? Y cuales las propiedades en el anillo?

1 comentario: