Manual Laboratorio Qui002 2011 2

Universidad Andrs Bello Facultad de Ecologa y Recursos Naturales

Departamento de Ciencias Qumicas

MANUAL DE LABORATORIO Qumica General y Orgnica

QUI 002 Compilado por:

Profesora Margarita Otero

Revisado por:

Coordinadores de Qumica del departamento de Ciencias Qumicas Dr. William Tiznado Vsquez, [email protected] Dr. Andrs Olea Carrasco, [email protected] Mg.Sc. Betzabe Acevedo Pizarro, [email protected]

Marzo del 2010.

Manual de laboratorio de Qumica General y Orgnica. QUI-002. Segundo semestre 2011.

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TABLA DE CONTENIDO QUI-002, 2010

Seguridad en el laboratorio 3

Normas generales de trabajo en el laboratorio 6

Pauta general para elaboracin de informe de laboratorio 7

Materiales y Equipos de laboratorio 8

Laboratorio No. 1. Mediciones gravimtricas y volumtricas 10

Laboratorio No. 2. Dimensiones moleculares, estimacin del nmero de Avogadro 17

Laboratorio No. 3. Titulacin de un cido fuerte con una base fuerte 21

Laboratorio No. 4. Identificacin de funciones orgnicas 24

Laboratorio No. 5. . Sntesis orgnica, sntesis de la aspirina 36

Laboratorio No. 6. Cromatografa de placa fina 42

Laboratorio Recuperativo: Soluciones amortiguadoras 48

Anexo I. Tratamiento de datos experimentales. 51

Anexo II. Elaboracin de grficos y anlisis de regresin. 58

Anexo III. Ecuaciones cuadrticas. 59

Bibliografa. 62


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SEGURIDAD EN EL LABORATORIO La qumica es esencialmente una disciplina experimental y su enseanza implica, por tanto, la realizacin de experiencias que ayuden a la comprensin de los conocimientos tericos adquiridos en las aulas. Los experimentos qumicos se realizan en un lugar especial acondicionado para este efecto que se denomina laboratorio. El laboratorio qumico puede ser un lugar potencialmente peligroso, dado que para su funcionamiento cuenta con material de vidrio frgil, aparatos elctricos y electrnicos, compuestos qumicos corrosivos y/o txicos, lquidos inflamables, mecheros, etc. Sin embargo, si se toman las precauciones debidas y se siguen los procedimientos de seguridad adecuados, el trabajo en el laboratorio no involucra riesgos mayores. Por lo tanto, la seguridad personal y del grupo de trabajo depende, en gran parte, del conocimiento que se tenga de los posibles peligros y de las precauciones adecuadas que se deben adoptar para evitarlos o reducirlos al mximo. Los peligros ms comunes en el laboratorio qumico pueden ser clasificados en tres categoras, de acuerdo a los agentes que los causan:

A. Fuego y explosin B. Qumico C. Material de Vidrio

A. PRECAUCIONES PARA EL FUEGO Y EXPLOSIN

a) Evitar mantener mecheros encendidos sin necesidad. b) Si se usan mecheros observar las siguientes precauciones: nunca calentar un lquido

inflamable en un recipiente abierto, es decir, slo se deber usar mechero cuando el recipiente est provisto de un condensador. En caso contrario, usar bao de agua caliente o calentador elctrico.

c) En una destilacin asegurar una buena refrigeracin en el condensador. d) Nunca traspasar lquido inflamable de un recipiente a otro cerca de una llama. e) No dejar gotear destilados inflamables o recipientes separados del refrigerante. Use

un adaptador. f) No calentar baos de aceite a elevadas temperaturas. g) Nunca calentar un aparato cerrado hermticamente aunque utilice un refrigerante

puesto. Al aumentar la presin puede producir una explosin. h) Si se va a efectuar una reaccin exotrmica, preparar un bao de hielo o de agua y

tenerlo a mano, de forma que ste pueda ser usado en caso de que la reaccin escape de su control por excesivo aumento de temperatura.

i) Identificar el lugar donde se encuentran los extintores y asegurarse de conocer su funcionamiento.

j) No abandonar su puesto de observador cuando est efectuando una reaccin que implique riesgos de inflamacin o explosin.


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B. PRECAUCIONES QUMICAS a) Evite el contacto directo de la piel con compuestos qumicos: los materiales slidos

deben transferirse con esptulas u otros utensilios apropiados. Si algn compuesto toca la piel, lavarse inmediatamente con abundante agua y jabn.

b) Preguntar al profesor si se tienen dudas en cuanto a la toxicidad de los compuestos qumicos. Tener especial cuidado de que las heridas no estn en contacto con compuestos qumicos.

c) Nunca usar solventes orgnicos, tales como acetona o alcohol, para lavar compuestos orgnicos depositados en la piel, puesto que tales solventes aumentan la absorcin del producto. Siempre lave sus manos al final del trabajo experimental.

d) Nunca debe probar (o degustar) productos qumicos. e) Evitar la inhalacin de humos o vapores de compuestos orgnicos y solventes tanto

como sea posible. Aunque el olor de los compuestos es, a menudo, criterio de identificacin de sustancias, debe ser discreto al efectuar dicha operacin. Cabe hacer notar que algunos compuestos son irritantes sin ser txicos.

f) El laboratorio debe estar bien ventilado cuando se trabaje con sustancias voltiles en sistemas abiertos. En este caso es preferible trabajar en campana.

g) Si en una reaccin se producen gases nocivos (HCl, HCN, H2S, etc.), debe trabajar en campana con una trampa de gases en el sistema.

h) Recuerde lavar el material inmediatamente despus de haber sido usado. C. PRECAUCIONES PARA EL MATERIAL DE VIDRIO

a) La regla fundamental con material de vidrio es: no aplicar nunca presiones indebidas o forzar las piezas de vidrio. Esta regla se aplica a la colocacin de termmetros o tubos de vidrio en tapones de goma, mangueras o corchos comunes.

b) Al introducir un tubo de vidrio en un corcho perforado es conveniente que ste se encuentre lubricado. Adems, protjase con un pao al tomar el vidrio de la parte ms cercana al corcho.

c) Estos peligros disminuyen en gran medida, cuando se trabaja con materiales esmerilados. Si se usa material esmerilado, es importante que las uniones estn lubricadas apropiadamente. Se entiende por una buena lubricacin, el aplicar una delgada capa de grasa en dos puntos opuestos y en el tercio superior de la unin macho, y luego rotar las partes para lubricar la superficie de las uniones, con un delgado revestimiento.

d) El material de vidrio debe ser lavado inmediatamente despus de su uso. La mayora de los residuos pueden ser removidos con detergente y agua. Nunca botar los slidos a los lavatorios; los slidos deben ser desechados en recipientes especiales. Los solventes deben ser vertidos en botellas que para este efecto dispondr en el laboratorio.

PROCEDIMIENTOS EN CASO DE ACCIDENTE


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En caso que ocurra un accidente, por no seguir las normas de seguridad recin descritas, se deben seguir las siguientes instrucciones. Los accidentes se clasifican tambin de acuerdo al agente que los produce. FUEGO

a) La primera reaccin deber ser alejarse del peligro. Avisar inmediatamente al profesor. Para ayudar a prevenir la propagacin del fuego, alejar todos los recipientes de solventes inflamables de las zonas afectadas y apagar los mecheros. Para una mayor eficiencia en el uso del extinguidor, dirigir la boca de ste hacia la base de las llamas. Si se incendia la ropa no correr, ya que los movimientos rpidos activan el fuego. Rodar por el suelo para sofocarlo y cuidar de que ste no alcance la cabeza.

b) Los compaeros pueden ayudar a extinguir el fuego usando las mantas de asbesto disponibles, delantales, etc.

c) No titubear en ayudar a un compaero envuelto en tal emergencia, puesto que unos pocos segundos de retardo pueden agravar seriamente las lesiones producidas.

d) Si las quemaduras son leves, aplicar un ungento adecuado. En caso de quemaduras serias, no aplicar ningn tipo de ungento, sino procurar un tratamiento mdico al momento (Posta Central).

QUEMADURAS QUMICAS

a) El rea de la piel afectada por este tipo de quemaduras debe ser lavado inmediatamente con agua y jabn. Si la quemadura es leve aplicar ungento, y para quemaduras ms serias acuda al mdico.

b) Si reactivos corrosivos o calientes caen en los ojos, lavarlos inmediatamente con abundante agua y enseguida con suero fisiolgico que el laboratorio dispone. No debe tocar los ojos. El prpado y el globo del ojo deben lavarse con agua por muchos minutos. Vaya al mdico tan pronto como sea posible.

CORTADURAS

a) Las cortaduras leves deben tratarse con los procedimientos conocidos de primeros auxilios. Si la cortadura indica que ha sido daada una arteria, aplicar torniquetes justo antes de la lesin.

b) Cualquier persona afectada que deba acudir al mdico rpidamente, debe ir acompaada, aunque el paciente no lo estime as. Personas en estado de shock, especialmente despus de sufrir quemaduras, estn a menudo ms graves de lo que parece.


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NORMAS GENERALES DE TRABAJO EN EL LABORATORIO

1. Todo equipo armado por l (o los) estudiante deber ser revisado por su profesor

antes de ser usado.

2. Los reactivos de uso general debern permanecer en los lugares asignados a ellos.

3. Todo reactivo, luego de ser usado, deber permanecer tapado.

4. Los desechos slidos no deben vaciarse en los lavatorios o desages; habr

depsitos especiales para ellos.

5. Las mezclas de lquidos o solventes no recuperables debern guardarse en frascos

especialmente rotulados.

6. Si se necesita trasvasijar en producto slido, deber utilizar esptula fina o gruesa,

segn sea el caso. Nunca use las manos directamente.

7. Antes de utilizar cualquier material, asegrese de su limpieza.

8. Las balanzas deben permanecer limpias y sin tara. Su utilizacin exige proteccin

del plato (utilizar vidrio de reloj).


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PAUTA PARA CONSTRUIR SU INFORME DE LABORATORIO

En ste curso, como en los futuros aos en que usted estudie Qumica, debe usar su cuaderno de laboratorio como una ayuda importante en su trabajo de investigacin. En l, debe anotar toda la informacin relativa al trabajo realizado en una forma clara, ordenada y legible. Para sacar el mximo provecho de los datos puestos en su cuaderno aconsejo las siguientes normas:

a) El informe ser realizado al trmino del laboratorio bajo la supervisin del Profesor y/o Ayudante. Para ello se le entregar una pauta, la cual debe ser completada y desarrollada en base a los datos y observaciones realizadas por el grupo de trabajo.

b) Anotar fecha y nombre del experimento. Luego anotar los datos experimentales tan

pronto como sea posible, ojal despus de hacer la observacin. c) Registre claramente los datos obtenidos y si es posible construya una Tabla de

Datos, para mayor claridad.

d) Indique las operaciones realizadas, con detalles. Si se hicieron modificaciones, deber incluirlas.

e) Anote las conclusiones y comentarios pertinentes. Si obtiene un (o ms) dato(s)

numrico(s) interprtenlo(s) a la luz de sus observaciones experimentales. Para hacer ms rica su discusin compare este dato con datos bibliogrficos de referencia. Busque en Handbooks, libros o Internet toda informacin que le pueda ser til para complementar su discusin.

En cada informe usted debe incluir una portada en la cual se destaquen claramente los siguientes datos: el nombre y nmero del prctico realizado, la seccin de laboratorio respectiva, el profesor de la seccin que corresponde y los integrantes del grupo de trabajo.


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MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO


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MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO


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Facultad de Ecologa y Recursos Naturales Departamento de Ciencias Qumicas

LABORATORIO N 1

MEDICIONES GRAVIMETRICAS Y VOLUMTRICAS

INTRODUCCIN En los experimentos qumicos se realizan mediciones de distinta naturaleza y con diversos instrumentos. Las mediciones ms comunes son las que permiten determinar la cantidad de una sustancia expresada en unidades de peso o volumen, gravimetra y volumetra respectivamente. Estas mediciones, al igual que todas, tienen siempre asociado un error que afecta el resultado final del experimento. El origen de los errores se debe a la imposibilidad de obtener medidas exactas, ya que los aparatos de medicin no son absolutamente perfectos y nuestros sentidos tienen una capacidad de percepcin limitada. Por lo anterior los nmeros obtenidos a travs de mediciones, son siempre inexactos. Entonces nuestro trabajo consiste en cuantificar el error, en ningn caso ignorarlo. En el anexo de esta gua se hace un tratamiento adecuado del manejo de error, as como el manejo correcto de cifras significativas. Tambin esta presente el trabajo de grficos que usted deber estudiar para el desarrollo ptimo de este trabajo prctico. Masa y Peso La masa de un cuerpo es una propiedad caracterstica del mismo, y es una medida de la cantidad de materia que lo compone. La unidad SI para la masa es el kilogramo (kg). El peso de un cuerpo es la fuerza que su masa ejerce por efecto de la gravedad. De acuerdo a la primera ley de Newton la fuerza es el producto de la masa por la aceleracin. En la Tierra la aceleracin de gravedad es 9,79 m/s2. El peso se mide en Newtons (N), kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc. El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (bsculas, balanzas), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-fuerza. Esto no suele representar, normalmente, ningn problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-Fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesara solo 10 kg-fuerza, aunque su masa seguira siendo de 60 kg.


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Volumen El volumen de un cuerpo representa la cantidad de espacio que ocupa, y que no puede ser ocupado por otro cuerpo, ya que los cuerpos son impenetrables. El volumen, como la masa, puede medirse en muchas unidades, sobre todo dependiendo de la nacin o la comarca en la que se vive. En el Sistema Internacional (SI) el volumen se mide en metros cbicos (m3), y representa el volumen de un cubo que mide 1 m por cada lado. En qumica se usan unidades ms pequeas como el centmetro cbico (cm3). Otra unidad de volumen muy utilizada es el litro L, el cual equivale a un decmetro cbico (dm3). En un litro hay 1000 mililitros (mL), y cada mL representa el mismo volumen de un cm3. Densidad La densidad es una propiedad de la materia que se define como la razn entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa

masadensidadvolumen

= Las densidades de slidos y lquidos se expresan en gramos por centmetro cbico (g/cm3) o bien gramos por mililitro (g/mL). La densidad de un cuerpo est relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotar sobre otra si su densidad es menor. La madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella. Esto se debe a que el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor. Ambas sustancias se hundirn en la gasolina, de densidad ms baja. Sistema mtrico. En el sistema mtrico se utilizan prefijos para indicar fracciones decimales o bien mltiplos de una unidad. Por ejemplo, hemos usado el prefijo centi para representar un centsimo de un metro cbico (cm3), y el prefijo kilo para representar un mltiplo de mil de un kilo (kg). Los prefijos ms utilizados aparecen en la siguiente tabla.

Mltiplos Fracciones

x 10 deca da x 10-1 deci d

x 102 hecto h x 10-2 centi c

x 103 kilo k x 10-3 mili m

x 106 mega M x 10-6 micro

x 109 giga G x 10-9 nano n

x 1012 tera T x 10-12 pico p


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OBJETIVOS Realizar mediciones de masa y volumen con diferentes aparatos y material volumtrico de laboratorio y en cada caso cuantificar el error. Con los datos obtenidos calcular la densidad de un lquido, el error asociado a la medicin y la desviacin estndar en la densidad. Comparar el error medido en los diferentes experimentos, discutir su magnitud. Calcular el error relativo, en cada medicin. PARTE EXPERIMENTAL Experimento N 1 Determinacin de la densidad de un lquido Medicin de masa Etiquete e identifique los tres vasos de precipitados de 50 mL que recibi en su bandeja de trabajo. Verifique que estn limpios y secos. Mase el vaso N 1 en una balanza analtica, y los otros dos en una balanza granataria. Los valores obtenidos tendrn 4 y 2 cifras decimales respectivamente, y una incerteza caracterstica de cada instrumento. Anote sus resultados en la tabla 1.

Tabla N 1: Medicin de masa del vaso vaco Vaso N Masa [g]

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Medicin de volumen A los vasos 1, 2 y 3 ya masados transfiera 5 mL del lquido asignado usando bureta, probeta de 25 mL y pipeta graduada de 10 mL, respectivamente. Mase nuevamente los vasos y su contenido. El vaso 1 en balanza analtica y los otros dos en balanza granataria. Repita la operacin agregando 5 mL ms de lquido de tal manera que el volumen total sea de 10 mL, luego de 15, y finalmente de 20 mL. No olvide masar en la balanza correspondiente cada vez que se agrega una nueva porcin de lquido. Anote sus resultados en la tabla 2.


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Tabla N 2: Medicin de volmenes en los tres materiales volumtricos y de masa en balanza analtica o granataria

Vaso 1: volumen medido con bureta, masa en balanza analtica

Vaso 2: volumen medido con probeta, masa en balanza granataria

Vaso 3: volumen medido con pipeta graduada, masa en balanza granataria

Volumen [mL]

Masa del lquido [g]

Volumen [mL]

Masa del lquido [g]

Volumen [mL]

Masa del lquido [g]

Note que cada columna incluye el error mximo, que es igual a la incerteza respectiva a cada medicin. Para simplificar los clculos hemos supuesto que las mediciones consecutivas de volumen y masa en cada vaso son independientes entre s. Note que en la columna de masa dice masa del lquido, por lo que deber previamente descontar la masa del vaso vaco. El error de esta medicin debe ser calculado de acuerdo a las instrucciones detalladas en el Anexo 1. No olvide anotar la masa medida en la balanza, que corresponde a la suma del lquido ms vaso vaco, para luego informar en la tabla el valor solicitado.


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Con los datos anteriores deber calcular la densidad del lquido asignado (Tabla 3).

Tabla N 3: Clculo de densidad del lquido densidad 1 [g/mL] densidad 2 [g/mL] densidad 3 [g/mL]

En la penltima fila deber calcular el valor promedio de las 4 mediciones con la incerteza correspondiente. En la ltima fila debe incluir el valor promedio ms su desviacin estndar. En el anexo 1 encontrar las frmulas para calcular el cuociente de dos cantidades con error, y la forma de calcular la desviacin estndar. No olvide informar las unidades correctas y ser consistente en el nmero de cifras significativas y decimales tanto del error como de la cantidad misma. Escoja la columna de densidad con menor error y con los datos originales construya un grfico de masa vs. volumen. Calcule la pendiente de la recta. De preferencia este grfico deber construirse en papel milimetrado Discusin En su informe deber incluir los siguientes aspectos: Discutir los errores individuales de la tabla 2, y como afectan al valor de la densidad y su error en la tabla 3. En el grfico, qu representa la pendiente de la recta obtenida?


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Compare el respectivo valor promedio de densidad de la tabla 3, con el valor de la pendiente obtenido de la grfica. Haciendo uso de su grfico responda: Cul ser la masa de 18 mL del lquido? Cul es la masa de 25 mL del lquido? Averige la densidad del lquido en dos o ms libros de Qumica. Con estos datos discuta la exactitud de sus mediciones.

Experimento N 2: Determinacin de la densidad del vidrio, comparacin de dos mtodos.

a) Medicin del volumen haciendo uso del Principio de Arqumedes

En una balanza granataria mase entre 25 -30 de perlas de vidrio (despus de masarlas cuntelas y anote su nmero). En una probeta de 50 mL mida 25 mL de agua destilada y ponga las perlas de vidrio ya masadas. Tenga precaucin de no dejar ocluidas burbujas de aire. De ser as preocpese de removerlas con cuidado. Lea y anote el nuevo volumen alcanzado por el agua. Realice sus clculos y exprese la densidad obtenida con el nmero correcto de cifras significativas y con su respectivo error.

Con el fin de ordenar la informacin obtenida, en su cuaderno confeccione una tabla con los siguientes datos.

Masa de las perlas de vidrio [g]

Volumen ocupado por las perlas de vidrio [mL]

Densidad del vidrio [g/mL]

Tenga presente que el error en el volumen requiere de un clculo previo que involucra una resta de errores y el error en la densidad involucra trabajar con la expresin del error en un cuociente.

b) Medicin del volumen a travs de la frmula geomtrica.

Con la ayuda de un pie de metro determine el dimetro de una perla de vidrio. Su profesor le ensear a usar este instrumento de medicin.

Luego determine su volumen a travs de clculos, por la frmula geomtrica. La masa puede obtenerla del experimento anterior, dividiendo la masa total por el

nmero de esferas o si prefiere puede masar una esfera (34

3rV = )


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Realice sus clculos y exprese la densidad obtenida con el nmero correcto de cifras significativas. Tambin calcule el error relativo. Para todos sus clculos use el anexo 1 que aparece al final de este manual.

Masa de una perla de vidrio [g]

Volumen a partir de la frmula geomtrica para una perla de vidrio [mL]

Densidad del vidrio [g/mL]

En su informe, en la seccin de Discusin, incluya las respuestas a las siguientes preguntas:

1. Cul de los dos mtodos utilizados en la determinacin de la densidad del vidrio es ms exacto? por qu?

2. Averige la densidad del vidrio en dos o ms libros de Qumica. Con estos datos discuta la exactitud de sus mediciones.

3. Discuta la magnitud del error cometido en ambos mtodos.


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LABORATORIO N 2

DIMENSIONES MOLECULARES, ESTIMACIN DEL NUMERO DE AVOGADRO INTRODUCCIN El aporte de John Dalton a la consolidacin de la Qumica como Ciencia, a travs de la teora atmica, es indiscutible. Sin embargo, l estaba tan involucrado con la idea de atomismo que no pudo vislumbrar una posible estructura poliatmica para los gases simples. Como consecuencia, Dalton no acept los resultados experimentales de Gay-Lussac acerca de volmenes de combinacin entre elementos. La reconciliacin entre la teora de Dalton y los datos de Gay-Lussac fue realizada por Amedeo Avogadro quien introdujo el concepto de molcula, y enunci la hiptesis que iguales volmenes de gases, en las mismas condiciones de presin y temperatura, contienen el mismo nmero de molculas Por ejemplo, si se asume que tanto el hidrgeno como el cloro son monoatmicos y que igual volmenes de gases, en las mismas condiciones de presin y temperatura, contienen igual nmero de tomos, entonces un volumen de hidrgeno debera reaccionar con un volumen de cloro para formar un volumen de HCI, de acuerdo a la ecuacin. H + Cl HCl Sin embargo, experimentalmente se encuentra que se producen 2 volmenes de HCl. Avogadro interpret este resultado, suponiendo que, en condiciones normales, la unidad estable ms pequea de Cloro y de Hidrgeno es una molcula diatmica, y no un tomo. La ecuacin que representa la reaccin la escribi de la siguiente manera. H2 + Cl2 2HCl Muchos experimentos hechos con posterioridad han probado que la explicacin de Avogadro era correcta. La hiptesis, publicada en 1811, era tal vez muy revolucionaria para la poca y pas inadvertida. Pasaron ms de 50 aos antes de que Cannizzaro, en un artculo publicado en


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1858, demostrara la aplicabilidad general de la hiptesis de Avogadro. Este artculo que fue distribuido en forma de panfleto en el primer Congreso Internacional de Qumica Karlsruhe, realizado en Alemania en 1860, discuta tan claramente los conceptos de tomos, molculas, pesos atmicos, y pesos moleculares, que los qumicos se convencieron de sus puntos de vista y los incorporaron desde entonces al pensamiento qumico. En su presentacin, Cannizzaro reivindic a Avogadro y salv a su hiptesis de ser abolida. Hoy en da llamamos nmero de Avogadro al nmero de partculas contenidas en un mol. Cuantas partculas hay en un mol? Avogadro nunca lo supo. Jean Perrin, un cientfico francs hizo la primera determinacin en 1908. El midi la distribucin vertical en el campo gravitacional de la tierra de partculas de Gamboge (una resina natural) suspendida en agua y obtuvo valores entre 5,4 y 5,6 x 1023. Lorchmidt, basndose en la teora cintica de los gases obtuvo un valor de 4,4 x 1023 para el nmero de Avogadro. Despus que Robert Mulliken determin la carga de electrn (1915) se obtuvieron valores exactos para este nmero. Se han obtenido resultados ms refinados a travs de mediciones acuciosas de difraccin de rayos X en cristales de silicio (el cuociente entre el volumen de un mol de silicio y el volumen efectivo de un tomo de silicio, da como resultado el nmero de Avogadro). Con posterioridad se han realizado nuevas determinaciones utilizando tcnicas ms precisas y el valor ms exacto obtenido para el nmero de Avogadro, NA, es 6,0229 x 1023 partculas/mol. Este es uno de los nmeros que usted encontrar a menudo en qumica bsica y que es recomendable recordar. El mol es una unidad fundamental en el Sistema Internacional de unidades (SI), y se define como la cantidad de materia que contiene tantas unidades como tomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. As, el nmero de moles, n, es igual a n = N/NA donde N es el nmero de partculas de la sustancia que se considera, y NA el nmero de Avogadro. El mtodo que utilizaremos en este laboratorio no pretende obtener una medida refinada del nmero de Avogadro, sin embargo, se obtienen resultados razonables. El acido oleico, C17H33COOH, tiene una densidad de 0,895 g/mL y no es apreciablemente soluble en agua. Por esta razn flota sobre la superficie del agua formando una pelcula. Hay evidencia que la pelcula est formada por una monocapa de molculas de acido oleico, en que cada molcula tiene el grupo COOH sumergido en el agua y el esqueleto de tomos de carbono perpendicular a ella. En este experimento, se agregar una pequea cantidad de cido oleico sobre una superficie de agua. Conociendo el volumen de cido oleico presente en la pelcula y el rea que cubre sobre el agua, podemos calcular la altura de la monocapa, que correspondera a la altura de una molcula de acido oleico. Si la forma de la molcula es conocida, podemos calcular el nmero de molculas presentes en la monocapa. Con este resultado y usando la densidad y masa molar, podremos calcular el nmero de molculas contenida en un mol de cido oleico, esto es el nmero de Avogadro.


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Para depositar una cantidad muy pequea de cido oleico sobre la superficie, ste se disuelve en algn solvente voltil o soluble en agua. As, al agregar la solucin sobre el agua, el solvente se evapora o se disuelve y el cido oleico formar una pelcula sobre la superficie del agua. Para visualizar la capa de cido oleico, se cubre la superficie del agua con polvos talco, o lo que se le indique. OBJETIVOS 1. Estimar el orden de magnitud del tamao y masa de una molcula de cido oleico. 2. Hacer una estimacin del nmero de Avogadro. PARTE EXPERIMENTAL Llene con agua, hasta aproximadamente un centmetro del borde, un recipiente poco profundo con una superficie aproximada de 40 x 30 cm. Espere que el agua quede en reposo. Sobre la superficie del agua, esparza uniformemente talco, formando una capa muy delgada. En el centro del recipiente, y desde una altura aproximada de 5 cm, deposite con la pipeta una gota de disolucin de cido oleico (cido octadecanoico) etiquetadas como S1 o S2 ambas de concentracin diferente. Estas soluciones las proveer el profesor gua. ATENCIN: Se estn manipulando sustancias muy voltiles; adems de las medidas de seguridad acostumbradas, tome las precauciones necesarias para no alterar la concentracin de la disolucin. Espere unos minutos para que el soluto forme la pelcula monomolecular. Mida el dimetro de la mancha formada. Calcule el rea de la mancha aproximando a una geometra circular, A = r2. Repita el experimento por lo menos tres o cuatro veces para obtener un valor promedio del rea de la capa monomolecular que forma el cido oleico (cido 9-octadecenoico) contenido en una gota de disolucin. Anote el dato en la tabla. Con la pipeta que se us para poner la gota, mida 1,0 mL de disolucin de cido oleico y cuente el nmero de gotas que pueden formarse con dicho volumen. Repita varias veces la operacin y obtenga un valor promedio del nmero de gotas/mL de disolucin. Anote el dato en la tabla. A partir de la concentracin de la disolucin y del nmero de gotas/mL de disolucin, calcule cuntos gramos de cido oleico hay en cada gota de disolucin. Anote el dato en la tabla. Este resultado es equivalente a cuntos gramos de cido oleico forman la monocapa. Con este dato y la densidad del cido oleico calcule el volumen que ocupa el cido oleico, que en definitiva corresponde al volumen de la monocapa. Anote el dato en la tabla. Este volumen es igual a V = A h, donde A es el rea de la mancha y h el espesor de la monocapa. Como usted ya conoce el rea y el volumen, calcule el espesor de la monocapa en cm. Anote el dato en la tabla.


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Con el fin de determinar el nmero de molculas que forma la monocapa debemos calcular el volumen que ocupa una molcula de cido oleico. As, VT = Vm x N, donde VT es el volumen de la monocapa, Vm es el volumen ocupado por una molcula y N es el nmero de molculas adsorbidas en la superficie. Para determinar Vm haremos las siguientes suposiciones:

- La molcula de cido oleico se orienta en forma perpendicular a la superficie, anclndose a la fase acuosa por el grupo COOH.

- El espesor de la monocapa es igual al largo de la molcula de cido oleico - La distancia C-C, C-H, y C-O son iguales. De esta forma h es igual a 18 veces la

distancia C-C. CH3-CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH= CH-CH2- CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH2-COOH - El ancho de la molcula viene dado por el grupo CH3, esto es dos veces la

distancia C-H, lo cual es igual a h/9. - El alto de la molcula est dado por la distancia C-O, esto es h/18 - Con esta aproximacin el volumen ocupado por una molcula es igual al producto

del largo de la molcula (h) por el ancho (h/9) y por el alto (h/18) Vm = h3 / 162

Con el valor promedio que obtuvo para h calcule Vm. Anote el dato en la tabla. Usando VT y Vm calcule el nmero de molculas de cido oleico presentes en la monocapa. Anote el dato en la tabla. Usando el peso molecular y la masa de cido oleico depositada en la monocapa determine el valor del nmero de Avogadro. Anote el dato en la tabla. Frmula Masa molar, g/mol Densidad, g/cm3 Concentracin, M rea promedio monocapa, cm2 Nmero promedio de gotas por mL Masa de soluto por gota de solucin, g Volumen de soluto por gota de solucin, mL Espesor de la monocapa, h, en cm Volumen ocupado por una molcula, cm3 Nmero de molculas en la monocapa, N Nmero de Avogadro, NA


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LABORATORIO N 3

TITULACIN DE UN CIDO FUERTE CON UNA BASE FUERTE

INTRODUCCIN Cmo podemos determinar la concentracin de una solucin? Una forma comn es utilizar una segunda solucin de concentracin conocida, llamada solucin estndar. Esta solucin estndar se somete a una reaccin qumica de estequiometra conocida al mezclarse con la solucin de concentracin desconocida. Este procedimiento se llama titulacin. Por ejemplo, suponga que tiene una solucin de HCl de concentracin desconocida y una solucin de NaOH que se sabe que su concentracin es 0,1 M. Para determinar la concentracin de la solucin de HCl tomamos un volumen medido de ella (pipeta aforada) y agregamos lentamente (desde la bureta) la solucin estndar de NaOH hasta que la reaccin de neutralizacin entre HCl y NaOH sea total (esto lo podemos visualizar con un indicador cido-base). El punto en que se renen cantidades estequiomtricas equivalentes se denomina punto de equivalencia de la titulacin. Como ya se dijo arriba, para poder titular una solucin desconocida con una solucin estndar, debe haber una forma de determinar cundo se ha llegado al punto de equivalencia de la titulacin, para ello se hace uso de un indicador cido-base. Por ejemplo, la fenolftaleina, es incolora en una solucin cida pero rosada en una solucin bsica. Si agregamos fenolftaleina a una solucin cida de concentracin desconocida, la solucin ser incolora. Luego podemos agregar desde una bureta, una solucin bsica, previamente estandarizada, hasta que la solucin apenas pase de incolora a rosada. Este cambio de color indica que el cido se ha neutralizado y que la gota de base que hizo que la solucin adquiera el color levemente rosado, no encontr cido con el cual reaccionar. Por tanto, la solucin se vuelve bsica y el indicador vira de incoloro a rosado. El cambio de color marca el punto final, que por lo regular coincide con mucha exactitud con el punto de equivalencia. Otra manera de seguir el avance de la reaccin es con un medidor de pH (pH-meter).


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Un grfico de pH en funcin del volumen de titulante adicionado se conoce como curva de titulacin. En esta curva se aprecia claramente un salto en el valor de pH a un cierto volumen de base agregada. Este salto corresponde al punto de equivalencia. H2SO4.

OBJETIVOS

1. Estandarizacin de una solucin de NaOH haciendo uso de un patrn primario. 2. Realizar una titulacin potenciomtrica. 3. Obtener la grfica de la curva de titulacin. Identificar algunas zonas de la curva.

PARTE EXPERIMENTAL Experimento 1: Preparacin de la solucin de NaOH Prepare 250 mL de solucin de NaOH aproximadamente 0,1 M. Previamente realice sus clculos para saber que cantidad (gramos) de soluto (NaOH) debe pesar. En un vaso de precipitado de 50 mL disuelva el NaOH slido con un poco de agua destilada, una vez disuelto transfiralo cuidadosamente a un matraz de aforo de 250 mL. Enjuague el vaso con agua destilada y agregue esta agua al matraz. Finalmente afore el matraz con agua destilada. Tape, agite fuertemente y etiquete su matraz. Experimento 2: Estandarizacin de la solucin de NaOH Para la estandarizacin de la solucin de NaOH se usa un patrn primario conocido como hidrgenoftalato de potasio: KC8H5O4 (se abrevia KHP, pero tenga presente que no esta abreviacin no es su frmula qumica) Pese 0,3063 g de KC8H5O4 con una aproximacin de 0,0001 (balanza analtica). Ponga la sal en un matraz erlenmeyer y disulvala en 5,0 mL de agua destilada (volumen aproximado) Agregue 1 o 2 gotas del indicador cido base fenolftaleina. Llene la bureta (previamente ambientada) con el NaOH preparado. Ajuste el volumen inicial en el valor cero (0). Coloque un papel blanco debajo del matraz. Agregue NaOH lentamente mientras agita levemente el matraz. Cuando usted se aproxime al punto final podr observar que aparece un color rosado plido, en torno al punto en que cae la gota de NaOH dentro del matraz.

0

2

46

8

1012

14

0 5 10 15 20 25

pH

V(NaOH, mL)


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Cuando suceda esto agregue agua destilada (con su piceta) al matraz y as lavar las paredes de ste. Ahora agregue gota a gota el NaOH hasta que el color rosado persista en toda la solucin por al menos 1 minuto. En el punto final, la solucin completa toma el color rosado plido. Tenga presente que al agregar ms base de la necesaria, se comete un error experimental ya que el punto final ya ocurri. Usted podr visualizarlo porque la intensidad del color rosado aumenta. Registre la lectura final de la bureta con NaOH. Repita el procedimiento haciendo una nueva valoracin. Realice sus clculos y obtenga la concentracin molar real de la solucin de NaOH, infrmela con tres decimales. Antela en su cuaderno. Si en las dos valoraciones anteriores obtiene valores de concentracin semejantes, no es necesario realizar una tercera valoracin. Experimento 3: Titulacin pH mtrica de una solucin de cido clorhdrico Una vez que estandarice su solucin de NaOH realice la curva de titulacin para el HCl. Para ello prepare el equipo de titulacin tal como se lo indiquen sus profesores. Verifique que el medidor de pH est bien calibrado usando los tampones que sus profesores le facilitarn. Con una pipeta total de 20,0 mL tome una alcuota de solucin de HCl de concentracin desconocida que se le proporcionar y pngala en un matraz erlenmeyer limpio y seco. Proceda a la titulacin agregando pequeos volmenes de NaOH (gotas) desde la bureta, con el fin de producir variaciones de 0,5 a 0,9 unidades de pH aproximadamente. Haga una tabla de pH y volumen de base agregada. Agregue base hasta que el valor del pH sea constante. Luego grafique en papel milimetrado pH (eje y) versus volumen agregado de NaOH (eje x). En la preparacin de su informe de Laboratorio incluya la respuesta a las siguientes preguntas:

1. Qu es un patrn primario? 2. Cul es la reaccin qumica que ocurre en la reaccin de estandarizacin del NaOH

con el KHP? 3. Por qu la solucin de NaOH preparada es aproximadamente 0,1 M? 4. A partir del grfico calcule el volumen de NaOH en el punto de equivalencia. 5. Determine la concentracin molar del HCl, desde el grfico y a travs de clculos.


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LABORATORIO N 4

IDENTIFICACIN DE FUNCIONES ORGNICAS

INTRODUCCIN El anlisis cualitativo y caracterizacin de compuestos orgnicos desconocidos es importante en qumica orgnica. As por ejemplo, el anlisis elemental cualitativo nos indicar los elementos que conforman un compuesto orgnico (H, C, O, N, etc). No obstante, este anlisis no nos indica el tipo de ordenamiento molecular de estos elementos en el compuesto y, por tanto, no sabremos que tipo de grupo funcional se encuentra presente en la sustancia en estudio. Conocido el grupo funcional podremos entender o dar cuenta de la reactividad especfica de un compuesto orgnico. La determinacin del grupo funcional presente es un anlisis que se puede llevar a cabo a travs de pruebas de tipo qumico o por mtodos espectroscpicos. En una primera etapa se determina a que clase de compuesto corresponde la sustancia a ser analizado mediante un mtodo general. Una vez determinado el tipo de compuestos, se realiza un estudio ms especfico para saber que tipo de compuesto es, por ejemplo cetonas, alcoholes, aminas, etc. Las reacciones de clasificacin deben efectuarse de acuerdo con la siguiente secuencia: aminas, amidas, cidos carboxlicos, fenoles, steres, aldehdos y cetonas, alcoholes, alquenos y alquinos, y, finalmente, alcanos. Este orden garantiza que la presencia de los grupos funcionales que aparecen primero en la lista, harn una mnima interferencia en las pruebas especficas de otros grupos tambin presentes. Como clasificacin general se determina el color, aroma y estado fsico (Slido, lquido o gas). Como referencia de color, los compuestos con alto grado de aromaticidad son coloreados, de amarillo a rojo. Los esteres aromticos se caracterizan por un olor a frutas y flores. Los cidos se caracterizan por un olor punzante y las aminas tienen olor a pescado. ADVERTENCIA: Se debe tener la precaucin de inhalar muy levemente, debido a que algunos vapores pueden ser dainos para el ser humano.


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Pruebas de solubilidad. Debido a que la solubilidad de una sustancia depende de su polaridad, es decir, el reordenamiento de sus tomos en las molculas, una primera instancia para determinar los grupos funcionales presentes en un compuesto orgnico, podra ser encontrar los solventes en los cuales dicho compuesto puede ser soluble. El siguiente esquema ilustra un mtodo adecuado para determinar, segn los datos de solubilidad, el posible grupo funcional presente en una sustancia orgnica en estudio.

Soluble

Insoluble

H2OCompuesto

Papel pH Azul---Base

Papel pH Rojo---Acido

Papel pH S/color---Neutro

Aminas

Ac. Carboxilicos

Neutro

NaOH5%

Soluble

Insoluble

NaHCO3 5%

Insoluble

Soluble

Fenoles

Ac. Carboxilicos

Aminas

Ac. Fuertes

Ac. Debiles

Bases

HCl 5%

Insoluble

Soluble

Compuestos neutros

Compuestos Inertes

H2SO4

Soluble

Insoluble

Alquenos, esterealquinos, amidascetonas, aldehidosnitro compuestos.

Alcanos,Haluros de alquiloCompuestos Aromticos

Esquema general de pruebas especficas para grupos funcionales.


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Halgenos (-F, -Cl, -Br, I ) Prueba Beilstein: Es el mtodo ms simple para determinar la presencia de un halogenuro de alquilo pero no diferencia si el halgeno es cloro, bromo o yodo, porque todos ellos producen resultado positivo. Un test de Beilstein positivo es el resultado de la generacin del haluro de cobre voltil, cuando un halogenuro de alquilo es calentado con xido de cobre. El haluro de cobre (CuX excitado) proporciona a la llama un color azul-verdoso. Prueba del nitrato de plata: Un reactivo compuesto por nitrato de plata disuelto en etanol, es til para clasificar los halogenuros de alquilo de acuerdo a su reactividad. El in nitrato es un nuclefilo pobre y el etanol es un solvente de moderado poder ionizante. El in plata, debido a su habilidad para coordinar al in halogenuro saliente para formar un halogenuro de plata precipitado, asiste en gran medida a la ionizacin del halogenuro de alquilo. Nuevamente, como uno de los productos de reaccin es un precipitado, aumenta el rendimiento de la reaccin.

R-X + Ag+NO3- AgX + R+NO3

-CH3CH2OH

ROCH2CH3 cidos carboxlicos.

En el laboratorio de qumica orgnica los cidos carboxlicos pueden ser identificados porque tien de rojo el papel pH, forman sales y adems experimentan reacciones de esterificacin. Debido a su acidez los cidos carboxlicos reaccionan con bases formando sales. Por ejemplo, la reaccin de un cido carboxlico con bicarbonato de

sodio (NaHCO3) o carbonato de sodio (Na2CO3) para formar carboxilatos de sodio. Esta reaccin es fcilmente observable en el laboratorio debido a la liberacin de CO2 (gas).

CH3COOH + NaHCO3 CH3COONa + CO2 + H2O

Grupo Ciano (-CN) Prueba de la hidrlisis del grupo ciano: Un compuesto que contiene el grupo ciano, al ser tratado con hidrxido de sodio y calentado vigorosamente hasta ebullicin, produce amoniaco.

R C N + 2H2ONaOH, Calor

R COOH + NH3

C

O

OH


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Dobles enlaces Prueba de Insaturacin: Se disuelve un alqueno en CCl4 y se agregan gotas de Br 2 en CCl4. Se observa la desaparicin del color rojo de la solucin de Bromo, debido a la siguiente reaccin.

+ Br2

Br

Br

Rojo

Incoloro Prueba de Baeyer: Los alquenos reaccionan con el permanganato de potasio (KMnO4) segn la siguiente reaccin.

+ KMnO4

HO OH

+ MnO2

Violeta Incoloro Precipitado El test es positivo si el color purpura caracterstico del permanganato de potasio desaparece, con formacin de un precipitado marrn. Aldehdos y cetonas Prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina: Esta es una reaccin que permite identificar aldehdos y cetonas. La prueba es positiva cuando se forma un precipitado color Amarillo, indicando la presencia de un grupo carbonilo. En algunos casos la formacin de precipitado requiere de un tiempo apropiado de formacin, mximo 15 minutos.

O

R1

R

H2NHN

O2N

NO2 NHN

O2N

NO2

R

R1

+

Para diferenciar si el grupo carbonilo es de una cetona o un aldehdo, se puede realizar una de las siguientes pruebas: Prueba de Tollens (aldehdos): Esta prueba se basa en la reduccin del ion plata (Ag+) a plata metlica segn la siguiente reaccin.


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R H

O

+ 2 Ag(NH3)+ + +2OH- R ONH4

O

NH3 H2O Ag (s)+ + La formacin del Ag(NH3)+ se produce mediante la reaccin del nitrato de plata (AgNO3)con una solucin de hidrxido de sodio (NaOH) hasta formar un precipitado negro, posteriormente se disuelve este precipitado con amoniaco concentrado. Prueba de Fehling (aldehdos): La reaccin del tartrato de cobre II con los aldehdos produce oxido cuproso (Cu2O) de color rojizo.

R H

O

+ 2 Cu(CHOHCO2)2 + +5OH- R ONaO

Cu2O 3H2O 4CHOHCO22-+ +

El tartrato de cobre se genera mezclando la solucin de Fehling A (Sulfato de cobre II) con solucin de Fehling B (Tartrato de sodio y potasio en solucin de hidrxido de sodio) Alcoholes (-OH) Prueba de alcoholes primarios y secundarios: Esta prueba se basa en la oxidacin de alcoholes primarios a aldehdos y posteriormente a cidos carboxlicos y la oxidacin de los alcoholes secundarios a cetonas, en presencia de un agente oxidante. Que en este caso es el dicromato de sodio potasio y derivados (cido crmico). El cido crmico se prepara disolviendo dicromato sdico o potsico en una mezcla de cido sulfrico y agua. El agente de oxidacin es probablemente el cido crmico H2CrO4, o bien el cromato cido, HCrO4-.


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Prueba de alcoholes terciarios y secundarios: A una muestra de alcohol se le agrega cido clorhdrico concentrado (HCl) y cloruro de zinc (ZnCl 2). En 5 minutos o menos, reacciona el alcohol terciario, se enturbia la solucin y se forma una capa bien definida. Los alcoholes secundarios reaccionan ms lentamente y los primarios no reaccionan.

Fenoles (Ar-OH) Los fenoles interactan con el ion Fe3+ para formar un complejo de color azul, segn la siguiente reaccin.

OBJETIVOS

1. Ud. se familiarizara con las pruebas simples para identificar los principales grupos funcionales en qumica orgnica.

2. Aplicara estas pruebas para identificar una muestra desconocida. 3. Discutir sus resultados en funcin de los mecanismos de reaccin

correspondientes.


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PARTE EXPERIMENTAL Experimento N1. Reconocimiento de Diferentes Grupos Funcionales Halogenuros de Alquilo (-F, -Cl, -Br, I ) Prueba Beilstein Sobre llama de mechero se calienta un alambre de cobre, se enfra y se pone en contacto con tetracloruro de carbono, CCl4. Se vuelve a calentar. Anote sus observaciones en la Tabla N1. Prueba del nitrato de plata En un tubo de ensayo agregue 1 mL de cloruro de terbutilo y se adicionan 2 mL de una solucin de nitrato de plata, AgNO3, al 2% en etanol, C2H5OH, si no se observa ningn cambio transcurrido 5 minutos, la solucin se calienta suavemente en un manto calefactor. Anote sus observaciones en la Tabla N1. TABLA N1

Reaccin Observacin Prueba Beilstein

Prueba del nitrato de plata

cidos carboxlicos

1. En un tubo de ensayo coloque 6 gotas del de cido actico, CH3COOH, EN LA CAMPANA Y USE LENTES.

2. Agregue luego punta de una esptula de carbonato de sodio, Na2CO3. Anote sus

observaciones en la Tabla N2.


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TABLA N2

Reaccin Observacin Reaccin con Na2CO3

Dobles enlaces Prueba de Insaturacin En un tubo de ensayo tres gotas de cido oleico,C17H33COOH, en 1 mL de tetracloruro de carbono, CCl4, y adicione 2 gotas de una solucin al 2 % de Bromo, Br2 en CCl4 . Anote sus observaciones en la Tabla N3. Prueba de Baeyer Se disuelven tres gotas de cido oleico en 2 mL de agua o etanol. Lentamente adicione gota a gota una solucin de permanganato de potasio. Anote sus observaciones en la Tabla N3. TABLA N3

Reaccin Observacin Prueba de Insaturacin

Prueba de Baeyer

Aldehdos y cetonas Prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina Se colocan 6 gotas de de acetona en un tubo de ensayo y en otro 6 gotas de formaldehdo CH2O y se adicionan 4 gotas del reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina a cada tubo.

1. Agite vigorosamente.


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2. En algunos casos se requiere de un tiempo apropiado de formacin del producto,

mximo 15 minutos.

3. Repita el mismo procedimiento con acetona, (CH3)2CO. Anote sus observaciones en la Tabla N4.

TABLA N4

Reaccin Observacin 2,4-dinitrofenilhidrazina Formaldehdo

2,4-dinitrofenilhidrazina Acetona

Para diferenciar si el grupo carbonilo es de una cetona o un aldehdo, se puede realizar una de las siguientes pruebas, ya que slo uno de los grupos funcionales antes mencionado da positivo: Prueba de Tollens

1. En un tubo de ensayo coloque 10 gotas de una solucin al 2% de nitrato de plata (AgNO3) en agua. Agregue 2 gotas de NaOH al 10% para que se forme un precipitado negro. Disuelva este precipitado con adiciones gota a gota y con agitacin, agregue una solucin de amoniaco al 5% justo hasta que se disuelva el xido de plata que precipit, evitando cualquier exceso de NH3, EN LA CAMPANA Y USE LENTES. Anote sus observaciones en la Tabla N5.

2. Entonces aada 3 gotas de formaldehdo que desea diferenciar y caliente en bao

Maria por 3 minutos. Enfre y observe las paredes del tubo.

3. Repita en otro tubo de ensayo pero con 10 gotas de acetona, (CH3)2CO. Anote sus observaciones en la Tabla N5.


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Prueba de Fehling

1. En un tubo de ensayo coloque 1,0 mL de solucin de Fehling A y 1,0 mL de solucin de Fehling B.

2. Agregue 3 gotas del formaldehdo y caliente al bao Maria por 5 minutos.

3. Repita los punto 1 y 2 pero usando Acetona.

(Solucin Fehling A. Solucin al 3% de sulfato cprico cristalizado. Pesar en un matraz 30 g de sulfato cprico y aforar a 1 litro con agua destilada. Solucin Fehling B Solucin al 15% de sal de Rochelle (Tartrato de sodio y potasio) en solucin acuosa al 5% de NaOH. Preparar un litro de hidrxido de sodio al 5% y agregarle 150 g de tartrato de sodio y potasio.) TABLA N5

Reaccin Observacin Prueba de Tollens Formaldehdo

Prueba de Tollens Acetona

Prueba de Fehling Formaldehdo

Prueba de Fehling Acetona

Alcoholes Prueba de alcoholes primarios y secundarios

1. En un tubos de ensayo coloque 10 gotas de una solucin de dicromato de potasio, K2Cr2O7, al 5%, EN LA CAMPANA Y USE LENTES.

2. Agregue 3 gotas de etanol o n-butanol, C4H10O.

3. Agregue 3 gotas de cido sulfrico concentrado (H2SO4). Mida el tiempo de

reaccin, si la hay.

4. Repita los mismos pasos con isobutanol y terbutanol. Anote sus observaciones en la Tabla N6.


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TABLA N6

Reaccin Observacin Etanol o Butanol Alcohol Primario

Isobutanol Alcohol Secundario

Terbutanol Alcohol Terciario

Prueba de alcoholes terciarios y secundarios

1. En un tubo de ensayo coloque 15 gotas de etanol o butanol, 1 mL de cido clorhdrico concentrado (HCl) EN LA CAMPANA Y USE LENTES

2. Agregue una punta de esptula de cloruro de zinc (ZnCl2).

3. Mida el tiempo de reaccin, si la hay.

4. Repita los mismos pasos con isobutanol y terbutanol. Anote sus observaciones en la

Tabla N7. TABLA N7

Reaccin Observacin Etanol o Butanol Alcohol Primario

Isobutanol Alcohol Secundario

Terbutanol Alcohol Terciario


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Fenoles (Ar-OH) Fenoles solubles en agua

1. En un tubo de ensayo coloque 1 mL de solucin de fenol, C6H5OH, 1-3%.

2. Agregue 2-3 gotas de solucin acuosa de cloruro frrico, FeCl3, al 2,5%. Anote sus observaciones en la Tabla N8.

TABLA N8

Reaccin Observacin Fenol

Experimento N2 Identificacin del grupo Funcional de una Muestra Problema En el siguiente experimento se le entregar una muestra problema a la cual Ud. deber identificar a que grupo funcional al que pertenece, para lo cual deber tomar en cuenta los anlisis realizados en el Experimento N1. Adems de revisar los Antecedentes bibliogrficos en cuanto al orden de anlisis. Anote sus observaciones en la Tabla N9, el test que dio positivo y el grupo funcional de su muestra. TABLA N9

TEST Observacin Grupo Funcional

En la preparacin de su informe de Laboratorio incluya la respuesta a las siguientes preguntas:

1. Justifique las observaciones en cada grupo funcional con una ecuacin qumica. 2. Qu producto de los obtenidos en cada reconocimiento de los grupos

funcionales fue indicativo del cambio qumico observado? 3. Qu cambio observ en la muestra problema? 4. Cul es el grupo funcional de su muestra problema?


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Universidad Nacional Andrs Bello Facultad de Ecologa y Recursos Naturales


LABORATORIO N 5

SINTESIS ORGNICA, SINTESIS DE LA ASPIRINA

INTRODUCCIN Aspirina (cido acetilsaliclico) La aspirina es el frmaco analgsico ms utilizado, siendo tambin un potente agente antipirtico y antiinflamatorio. Aunque se conocen numerosos compuestos con propiedades analgsicas, slo en la aspirina stos se combinan con un carcter antipirtico y antiinflamatorio. Por esta razn, la aspirina se usa en muchas preparaciones conjuntamente con un gran nmero de otros medicamentos. El cido saliclico tambin es un analgsico. En realidad, es ste el producto que puede extraerse de varias plantas medicinales capaces de aliviar el dolor. Inicialmente, el frmaco se administr en forma de sal sdica. Sin embargo, el uso del salicilato sdico (sal) produca molestos efectos secundarios, y pronto se busc una modificacin del frmaco que retuviese las propiedades teraputicas de este compuesto, sin presentar los efectos secundarios indeseables. Por tratamiento del cido saliclico con anhdrido actico se obtiene el cido acetilsaliclico, un compuesto tan eficaz como el salicilato sdico, pero de reducidos efectos secundarios.


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El cido acetilsaliclico es un ster de cido actico y cido saliclico (este ltimo acta como "alcohol"). Aunque se pueden obtener steres de cido por interaccin directa del cido actico con un alcohol o un fenol, se suele usar como sustituto del cido actico el anhdrido actico, como agente acetilante. ste permite producir steres de acetato con velocidad mucho mayor, que por la accin directa del cido actico. La reaccin de esterificacin que tiene lugar se indica a continuacin:

C7H6O3 + C4H6O3 C9H8O4 + C2H4O2 El mecanismo por el cual transcurre esta reaccin es el siguiente:

La sntesis industrial de la aspirina puede iniciarse en distintos puntos. El examen de su estructura indica que deben incorporarse determinadas caractersticas a la molcula. En la preparacin descrita en esta prctica, se acetila el cido saliclico con anhdrido actico. Sin embargo, antes de la acetilacin el cido saliclico dispone del anillo aromtico, de la funcin carboxilato y del grupo hidroxilo. En la prctica, aunque el cido saliclico puede extraerse de plantas como el abedul o la gaulteria, suele obtenerse por sntesis mediante la carboxilacin del fenol segn Kolbe. En la reaccin de Kolbe se transforma un fenol en un cido fenlico por la accin de una base y del dixido de carbono. A escala industrial es una reaccin muy eficaz. El fenol puede prepararse a partir de diversos compuestos aromticos (como el benceno, el clorobenceno o el isopropilbenceno) procedentes del petrleo. De este modo, el precio del petrleo puede determinar, en ltima instancia, el coste y disponibilidad de frmacos como la aspirina. Por otra parte, la concentracin de cido acetilsaliclico en las tabletas de aspirina puede determinarse por valoracin con NaOH hasta punto final de la fenolftalena. Como el cido


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acetilsaliclico se hidroliza fcilmente para dar cido actico y saliclico, el disolvente agua no resulta adecuado como medio para llevar a cabo dicha valoracin:

Como los protones carboxlicos tanto del cido actico como del saliclico se neutralizan hasta punto final de la fenolftalena, la hidrlisis del producto de partida dar resultados ms altos y, en consecuencia, un error por exceso. La reaccin de hidrlisis tiene lugar tanto ms lentamente cuanto ms baja sea la temperatura; y se reduce en parte disolviendo inicialmente la muestra en un disolvente no acuoso como el etanol. Propiedades fsicas En Tabla N1 se muestran las propiedades fsicas de propiedades fsicas de los reactivos y productos utilizados en la sntesis de aspirina (extrado Hand Book, 1973) Tabla N1 Reactivos o productos PM Pf (C) Peb (C) D Solubilidad

Agua Alcohol ter

Anhdrido Actico 102.09 - 73 140.0 1.08 cido Saliclico 258.23 148-9 125 4525 2825 Acetona 58.08 - 94.8 56.2

cido Sulfrico 98.08 10.3 330 1.831820 v.s ---- ---- Aspirina 180.16 135-6 137 v.s, sl, bz 520 Significado: : soluble en todas las proporciones Vs.: muy soluble sl : dbilmente soluble bz : soluble en benceno


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OBJETIVOS

1. Sntesis del cido Aceltilsaliclico, Aspirina 2. Purificacin de la Aspirina 3. Determinacin de identidad y pureza por el punto de fusin de la Aspirina

PARTE EXPERIEMNTAL Experimento N 1 Sintesis de la aspirina (cido acetilsalislico):

1. Masar 2,0 g de cido saliclico y ponerlos en un Erlenmeyer de 125 mL. 2. Aadir 5 mL (0,05 moles) de anhdrido actico, seguidos de 2 gotas (0,1 mL) de

cido sulfrico concentrado (la adicin de un exceso de cido hace que la aspirina no precipite).

3. Agitar despacio hasta que el cido saliclico se disuelva. 4. Calentar suavemente durante 5 10 minutos. 5. Dejar enfriar a temperatura ambiente unos instantes y luego con hielo hasta que se

produzca la cristalizacin de la aspirina (rascar las paredes del matraz con una varilla de vidrio para facilitar la cristalizacin).

6. Aadir 50 mL de agua y hielo y separar el producto mediante filtracin utilizando un embudo Bchner.

7. El filtrado se puede usar para enjuagar el matraz Erlenmeyer tantas veces como sea necesario, guardar una pequea cantidad para punto de fusin.

Experimento N 2 Purificacin de la aspirina:

Una vez obtenido el producto crudo, el procedimiento que se describe a continuacin tiene como objetivo la purificacin del mismo:

1. Colocar el producto bruto en un vaso de precipitados de 150 mL 2. Aadir 25 mL de una disolucin acuosa saturada de NaHCO3. 3. Agitar hasta que cese el burbujeo de CO2. De esta manera se disuelven todas las

especies qumicas presentes excepto los polmeros que se forman como subproductos de la reaccin realizada.

4. Filtrar al vaco a travs de un embudo Bchner pequeo con un Kitazato adecuado.


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5. Verter cuidadosamente el filtrado en un vaso precipitado de 100 mL y a continuacin adicionar gota a gota 5 mL de HCl concentrado con agitacin continua de la mezcla.

6. Enfriar en un bao de hielo. 7. Mase un vidrio de reloj con el papel que usar para filtrar la Aspirina. 8. Filtrar, entonces, al vaco en un embudo Bchner pequeo con un Kitazato

adecuado y lave con pequeas porciones, con una pipeta Pasteur, de agua fra. 9. Secar el producto con el papel filtro, en el vidrio de reloj, en la estufa. 10. Una vez seca, masar el vidrio de reloj con el papel la Aspirina purificada una vez

que est a temperatura ambiente.

Experimento N 3 Anlisis del producto obtenido: Prueba de la presencia de fenoles: Disolver en un tubo de ensayo que contenga unos 5 mL de agua algunos cristales de cido saliclico y en otro tubo con el mismo volumen de agua una pequea cantidad de la aspirina obtenida. Aadir una o dos gotas de una disolucin de cloruro frrico al 1% a cada uno de ellos, anotar los cambios de color observados. Experimento N 4 Punto de fusin:

1. muestra en un capilar, hasta unos 3 4 mm de altura. Para ello se recoge con el mismo capilar y se deja caer por un tubo de vidrio de unos 70 cm, para compactarlo, ver figura 1. Entonces tome el punto de fusin en el equipo que se le indicar.

Figura 1.


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2. Tome tambin el punto de fusin de la Aspirina impura, obtenida en el

experimento N1. En la preparacin de su informe de Laboratorio incluya la respuesta a las siguientes preguntas:

1. Cul es el ingrediente activo de la aspirina comercial? 2. Dibuje la estructura del cido acetilsaliclico e indica qu grupos funcionales que

tiene. 3. Indique la reaccin cido-base que tiene lugar entre el cido acetilsaliclico y el

bicarbonato de sodio. 4. Cul es el objeto de agregar H2SO4? 5. Indique la reaccin cido-base que tiene lugar al adicionar cido clorhdrico al

cido acetil saliclico. 6. Calcule la masa de Aspirina Obtenida 7. Calcule la masa de Aspirina que debera haberse obtenido con las cantidades de

cido saliclico y el anhdrido actico 8. Calcule el porcentaje de rendimiento. Discuta


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LABORATORIO N 6

CROMATOGRAFIA EN PLACA FINA

INTRODUCCIN La cromatografa de adsorcin emplea una fase estacionaria slida de carcter polar, (adsorbente) y una fase mvil lquida (eluyente). Se utiliza tanto con fines analticos como preparativos y la separacin de los componentes de la mezcla viene determinada por las interacciones polares de los componentes de la misma con las fases estacionaria y mvil. Por lo tanto, los compuestos ms difciles de separar mediante este tipo de cromatografa, sern aquellos que tengan una polaridad muy similar. La fase estacionaria (adsorbente) est constituida por un slido poroso, finamente granulado, con centros activos polares en su superficie donde se adsorben las molculas de los compuestos que se van a cromatografiar. Cuanto menor sea el tamao de partcula de este material mayor ser la capacidad de adsorcin. La adsorcin se debe a interacciones intermoleculares del tipo dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido o enlaces de hidrgeno entre el adsorbente y el soluto. El adsorbente ms utilizado es el gel de slice, donde las interacciones tienen lugar entre los grupos Si-OH y Si-O-Si; tambin se emplea con relativa frecuencia almina (Al2O3). El adsorbente debe ser inerte con las sustancias a cromatografiar. El gel de slice presenta carcter cido y la almina puede adquirirse con carcter neutro, cido o bsico. La fase mvil (eluyente), es un disolvente en el cual los componentes de las mezcla son al menos parcialmente solubles. Al aumentar la polaridad del disolvente aumenta la velocidad de elucin de los compuestos de la mezcla. Se puede utilizar un nico disolvente o una mezcla de disolventes e incluso llevar a cabo la elucin con un gradiente de polaridad aumentando progresivamente la proporcin del disolvente ms polar. Retencin. Las molculas de soluto S se adsorben en los centros polares de la fase estacionaria X y, a medida que se produce la elucin, van siendo desplazadas por las molculas de disolvente/s que constituyen la fase mvil M. La retencin de un soluto se puede justificar por la competencia que se establece entre S y M por adsorberse a los centros polares X, es decir, depende de los valores de las constantes de los equilibrios:

X + S XS y X + M XM

que estn en funcin de:


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a) Polaridad del compuesto a eluir que depende de sus grupos funcionales b) Naturaleza del adsorbente c) Naturaleza del disolvente

Orden de polaridad de los compuestos orgnicos

Acidos carboxlicos > Fenoles > Alcoholes y Tioles > Aminas > steres >Aldehdos y Cetonas> Hc. Aromticos > Hc. Halogenados > teres > Hidrocarburos Insaturados > Alcanos. Cuanto ms polar sea un compuesto ms se retendr en la fase estacionaria. Por ejemplo, se retiene ms un alcohol que un hidrocarburo

Orden de polaridad de los eluyentes ms habituales H2O > CH3-OH > (CH3)2CH-OH > CH3-CN > Dioxano > CH3COOEt > THF > CH2Cl2 (Cloruro de metileno) > CHCl3 (Cloroformo) > CCl4 (Tetracloruro de carbono) > CH3(CH2)4CH3 Para un mismo compuesto, un aumento en la polaridad de la fase mvil hace que se desplace con ms facilidad de la fase estacionaria. Por ejemplo, se eluir ms rpidamente una amina en acetonitrilo que en hexano.

a) Para compuestos poco polares, que se retienen poco en el adsorbente, se utilizan eluyentes apolares o poco polares como, por ejemplo, hexano.

b) Para compuestos muy polares, que quedan muy retenidos en el adsorbente, se emplean eluyentes muy polares como, por ejemplo, metanol o mezclas metanol-diclorometano.

c) Para compuestos de polaridad media se emplean eluyentes de polaridad intermedia y son muy aconsejables en estos casos las mezclas en distintas proporciones de hexano-acetato de etilo.

Cromatografa analtica en capa fina (ccf)

a) La fase estacionaria (adsorbente) se encuentra depositada, formando una capa fina de un espesor uniforme sobre una placa de vidrio, plstico o una lmina metlica.

b) La mezcla a analizar se deposita con un capilar a una distancia de 1,0 cm del borde del borde inferior de la placa, figura 1. Esta se introduce en una cubeta donde est la fase mvil (eluyente), que ascender a lo largo de la capa por capilaridad, eluyendo a los componentes de la mezcla a distintas velocidades, lo que provoca su separacin, figura 2.

c) Cuando el frente del disolvente se encuentra a 0,5 cm del borde superior, se saca la placa de la cubeta, se marca hasta donde ha llegado el eluyente y se deja secar para, a continuacin, proceder a la visualizacin de las manchas correspondientes a los productos cromatografiados.

d) Las marcas deben realizarse con lpiz mina, nunca con lpiz de tinta, esto debido a que la tinta tiene varios colorantes que pueden confundir el cromatograma.


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FIGURA 1: Aplicacin de la muestra FIGURA 2: Desarrollo de la placa

Determinacin del Rf

Se conoce como Rf (rate factor) la relacin entre las distancias recorridas por un compuesto y por el disolvente desde el origen del cromatograma.

Cada compuesto en unas condiciones cromatogrficas determinadas: adsorbente, disolvente, temperatura, etc., tiene un valor constante y caracterstico de Rf. Sin embargo, solo se pueden establecer comparaciones entre los Rf de dos compuestos cuando los dos se eluyan juntos en la misma placa. La distancia recorrida por el compuesto se mide desde el centro de la mancha, figura 3.

FIGURA 3:Determinacin del Rf de dos compuestos A y B

Visualizacin del Cromatograma

a) Con luz UV (ultravioleta). Las placas suelen llevan incorporado un indicador

fluorescente que absorbe luz UV y emite luz visible, generalmente verde. Cuando se cromatografan sustancias que absorben en el UV donde se encuentra el compuesto no absorbe el indicador y como resultado vemos una mancha que indica su presencia.


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b) Con un agente revelador. Se emplea cuando las sustancias no absorben radiacin UV. El revelador reacciona con los productos absorbidos dando lugar a compuestos coloreados y por tanto se utilizar uno u otro en funcin del compuesto que se quiera visualizar. Ejemplos:

i) H2SO4 concentrado en etanol para azcares ii) Ninhidrina para aminocidos iii) Yodo para compuestos insaturados y aromticos.

Aplicaciones de la C.C.F.

a) Determinar el nmero de componentes de una muestra: Precaucin si solo hay una

mancha muy retenida o aparece junto al frente del disolvente hay que probar otro eluyente, figura 4.

FIGURA 4: Separacin de dos componentes A y B de una mezcla. (a) Eluyente poco polar (b) Eluyente de polaridad adecuada (c) Eluyente muy polar b) Comprobar la pureza de un compuesto: Si el compuesto es puro aparecer una sola

mancha. Se debe comprobar que solo hay una mancha utilizando distintos eluyentes. c) Determinar la identidad de dos compuestos, o su pureza. Esto se hace comparando

los Rf de compuestos estndar con el obtenido al cromatografiar una mezcla. Hay que tener precaucin, pues valores de Rf iguales (o prcticamente iguales) para dos compuestos en una misma placa no garantizan inequvocamente su identidad. En la misma placa hay que cromatografiar una mezcla de los compuestos cuya identidad se quiere comprobar, figura 5.

FIGURA 5:Comprobacin de la no identidad de dos compuestos A y B. M, Mezcla de ambos

d) Seguir la evolucin de una reaccin: cada cierto tiempo se cromatografan en una

misma placa los reactivos y la mezcla de reaccin, figura 6.


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FIGURA 6: Evolucin de una reaccin entre dos compuestos A y B (reactivos) para dar lugar a un compuesto C. Mezcla de reaccin = MR

OBJETIVOS

1. Conocer la tcnica de cromatografa en capa fina, c.c.f., sus caractersticas y los factores que en ella intervienen.

2. Calcular valores de Rf de varias sustancias 3. Aplicar la tcnica de c.c.f. como criterio de pureza e identificacin de sustancias.

PARTE EXPERIMENTAL

Identificacin de los componentes de una mezcla. Poner 10 15 mL de disolvente 2-propanol/cido actico (10:2 v/v) en la cmara y cerrar hermticamente. Mientras el vapor se distribuye por la cmara, preparar las cromatoplacas de la siguiente manera:

a) Recortar las placas al tamao de la cmara. b) Marcar aproximadamente a 1 cm de la base (borde inferior) con un lpiz mina, una lnea

paralela a dicho borde y colocar con un capilar unas microgotas de cada uno de los cuatro colorantes:

i) Solucin de Azul de Metileno ii) Solucin de Fucsina Bsica iii) Solucin de Rojo de Metilo iv) Una cuarta gota con mezcla de los tres

b) Las manchas deben estar sobre la lnea y espaciadas un mnimo de 1 cm. c) A los 10 minutos, introducir la cromatoplaca en la cmara y volver a cerrar. d) Comienza a funcionar el cromatograma, que se observa a travs de las paredes

transparentes.


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e) Vigilar el comienzo del flujo del disolvente a partir del origen y ver como los pigmentos empiezan inmediatamente a separarse.

f) Cuando el frente del disolvente se aproxima al borde superior, a 0,5 cm, sacar el cromatograma, marcar el frente del disolvente y calcular el Rf.

g) Hacer una tabla de Rf para los colorantes, para el disolvente propuesto. h) Identificar los componentes de la mezcla. i) Hacer dibujos en colores con los resultados de las cromatoplacas y de su identificacin. En la preparacin de su informe de Laboratorio debe incluir:

1. Hacer dibujos en colores con los resultados de las cromatoplaca de los indicadores e identifquelos en la mezcla de ellos

2. Hacer una tabla de Rf para los colorantes, para el disolvente propuesto. 3. Identificar los componentes de la mezcla de colorantes. 4. Discuta la tcnica de cromatografa en cuanto a identificacin de una muestra y a

determinacin de la pureza de la misma.


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LABORATORIO N 7 (RECUPERATIVO)

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS

INTRODUCCIN Las enzimas que catalizan la mayora de los procesos bioqumicos son generalmente activas slo dentro de un rango pequeo de pH. Es esencial pues, que los organismos vivos tengan algn sistema para controlar el pH de las mezclas acuosas en las cuales actan las enzimas. Estos controles de pH debern evitar fluctuaciones grandes de la acidez del medio ambiente cuando se presentan especies qumicas conocidas como cidos y bases. Por ejemplo, la sangre se mantiene a un pH aproximado de 7,4; rara vez este valor vara en ms de 0,1 unidades de pH, una variacin de 0,4 unidades o ms podra causar la muerte. La composicin de los sistemas de control de pH a nivel celular, son generalmente complejos, pero los principios bsicos de su funcionamiento son relativamente simples. Las soluciones que resisten cambios de pH son llamadas soluciones amortiguadoras, tampones o simplemente buffer. Los amortiguadores resisten los cambios de pH porque contienen al mismo tiempo una especie cida que neutraliza los iones OH- y una especie bsica que neutraliza los iones H+. Esto se logra mezclando un cido dbil, o una base dbil, con una sal del cido o la base, lo cual proporciona un par conjugado cido-base dbil como por ejemplo CH3COOH/CH3COO- o NH4+/NH3. Disoluciones Amortiguadoras. Para entender cmo funciona un amortiguador consideremos una mezcla de un cido dbil HX y una de sus sales MX, donde M+ podra ser Na+, K+. Al disolverse el cido se establece el siguiente equilibrio HX H+ + X- La constante de equilibrio correspondiente es [ ][ ]

[ ]HXXHK

+=

Despejando la concentracin de H+ se obtiene


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[ ] [ ][ ]+ = XHXKH a De aqu se ve claramente que [H+] y por lo tanto el pH, dependen de la constante de equilibrio Ka y de la razn entre las concentraciones del par conjugado cido-base, [HX]/[X-]. Para calcular el pH tomemos el logaritmo negativo a ambos lados de la ecuacin

[ ] [ ][ ] [ ][ ]+ == XHXlogKlogXHXKlogHlog aa puesto que log [H+] = pH, y log Ka = pKa,

[ ][ ] [ ][ ]HXXlogpKXHXlogpKpH-

aa +== En general [ ]

[ ]cidobaselogpKpH a +=

donde [cido] y [base] son las concentraciones de equilibrio del par conjugado cido-base. Ntese que cuando [cido] = [base], el pH es igual a pKa. Esta relacin se conoce como ecuacin de Henderson-Hasselbach. Capacidad amortiguadora y pH La capacidad amortiguadora es la cantidad de cido o base que el amortiguador puede neutralizar antes que el pH comience a cambiar de manera apreciable. Esta capacidad depende de las cantidades de cido y base presentes en el amortiguador. Por ejemplo, de la ecuacin anterior se ve que la [H+] es la misma si usamos una mezcla CH3COOH/CH3COO- 1 M, o 0.1 M en cada componente. Obviamente, la primera mezcla tendr una capacidad amortiguadora mayor que la segunda ya que la concentracin del par cido-base es mayor. OBJETIVOS 1. Preparar una solucin amortiguadora mezclando un cido dbil y su base conjugada

en diferentes proporciones. 2. Medir el pH de la solucin amortiguadora. 3. Determinar la capacidad amortiguadora de una estas disoluciones.


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PARTE EXPERIMENTAL Experimento 1: Preparacin de soluciones amortiguadoras. Prepare 250 mL de una solucin 0,1 M de acetato de sodio y 250 mL de cido actico 0,1 M. Mezcle los volmenes indicados en la siguiente tabla y mida el pH de cada mezcla. Complete la siguiente tabla con los datos que all se piden. Solucin N Volumen de

CH3COONa 0,1 M

Volumen de CH3COOH

0,1 M

pH Concentracin de CH3COONa en la mezcla

Concentracin de CH3COOH en la mezcla

1 90 mL 0 mL 2 75 mL 15 mL 3 45 mL 45 mL 4 15 mL 75 mL 5 0 mL 90 mL

Experimento 2: Medicin de la capacidad amortiguadora Separe la solucin 3 en dos porciones de 45 mL cada una. Vierta 45 mL de la solucin en el vaso que se le indique. Monte el sistema para medir el pH con el peachmetro implementado con un agitador. Mida y anote el pH de la solucin. Agregue HCl 0,5 M desde una bureta en alcuotas de 0,5 mL. Mida y anote el pH de cada solucin. Agregue hasta 10 mL de HCl hasta que note un cambio brusco en el pH. Grafique pH versus volumen de HCl agregado. Repita este experimento sustituyendo la solucin de HCl por NaOH 0,5 M. Escriba los equilibrios involucrados y las ecuaciones que permiten calcular el pH. Compare sus resultados con los valores esperados. Interprete el grfico obtenido.


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ANEXO I

Tratamiento de datos experimentales1

Toda medida est sujeta a errores. Para que un resultado sea considerado vlido deber incluir una estimacin de los errores inherentes a su determinacin. Las fuentes de estos errores pueden ser de carcter instrumental pero tambin incluyen factores humanos. Los errores en una medida directa o experimental se extendern a los clculos que involucran dichas cantidades a travs de las frmulas o ecuaciones matemticas donde aparecen. Por ejemplo si quisiramos determinar la densidad de un lquido determinando su masa y su volumen, usaramos la frmula:

mV

= Puesto que la masa m y el volumen V son cantidades experimentales que incluyen errores propios m y V , respectivamente, es de esperar que dicha incertidumbre necesariamente se propague al valor calculado de la densidad, ( , )f m V = . Los errores suelen ser clasificados en distintas categoras: Los errores accidentales o crasos ocurren de manera ocasional llevando a resultados claramente atpicos. Ejemplos son: tratamiento inadecuado, contaminacin de la muestra analizada, errores de operatividad. Tambin tenemos errores sistemticos o determinados, que pueden encontrarse y posiblemente evitarse o corregirse. Estos afectan los resultados siempre en el mismo sentido. Por ejemplo: impurezas en los reactivos, errores instrumentales (mal calibrado de balanzas, pH-metros), errores de operacin, errores de mtodo (co-precipitacin de impurezas, ligera solubilidad de precipitados, pobre recuperacin). Son justamente los errores sistemticos los que afectan principalmente a la exactitud del mtodo de medida. Finalmente, se tienen errores aleatorios o indeterminados, que ocurren al azar y cuya magnitud y signo no pueden predecirse ni calcularse. Se infieren a partir de pequeas diferencias en mediciones sucesivas efectuadas bajo las mismas circunstancias. Estos errores constituyen la principal fuente de incertidumbre en una determinacin. Se atribuyen a: cambios en las condiciones ambientales tales como temperatura, presin o humedad; fluctuaciones en el suministro elctrico; corrientes de aire cuando se usa una balanza de precisin. Estos errores afectan principalmente a la precisin de la determinacin experimental. La precisin cuantifica el grado con que una serie repetida de medidas coinciden o se parecen entre s. Cuanto menores sean los errores aleatorios mayor precisin tendr el

1 Para una presentacin detalla se recomienda al estudiante ver por ejemplo: Captulos 5 y 6 de Fundamentos de Qumica Analtica. Octava Edicin. D. A. Skoog, D. M. West, F. J. Holler y S. R. Crouch. International Thomson Editores S.A. Mxico 2005.


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proceso de medicin. La precisin solo afecta la dispersin de los resultados, no a su desviacin del valor aceptado como verdadero. Por otra parte, la exactitud cuantifica el grado en que una cierta medida se aproxima al valor correcto o aceptado como verdadero. Es claro que una medida precisa no necesariamente es exacta. Por ejemplo podramos realizar varios ensayos diferentes del mismo experimento y obtener resultados muy similares. En este caso la medicin experimental resultara precisa. Pero podra suceder que el instrumento de medida estuviese descalibrado o defectuoso lo que llevara a un valor bajo de exactitud (ver Figura 1)

Alta precisin Baja exactitud

Baja precisin Alta exactitud

Alta precisin Alta exactitud

Baja precisin Baja exactitud

Figura 1. El trmino repetibilidad se refiere al grado de concordancia entre resultados independientes obtenidos con un mismo mtodo, una misma muestra, y las mismas condiciones (e.g., mismo operador, equipos, laboratorio y en un corto intervalo de tiempo), mientras que con el trmino reproducibilidad se indica el grado de concordancia entre resultados independientes obtenidos con el mismo mtodo, la misma muestra, pero diferentes condiciones (distinto operador, aparatos, laboratorios, e intervalo de tiempo diferente). El tratamiento estadstico para estimar los errores aleatorios asume en primera aproximacin que stos siguen una distribucin gaussiana o normal. Cuantificacin de los errores Para poder expresar la exactitud de una medida, se supone siempre que existe un valor verdadero (o de referencia) para establecer la comparacin. Se puede calcular entonces el error absoluto ( E ) y/o error relativo ( rE ). El error absoluto es la diferencia entre el valor medido iv y el valor verdadero rv ,

i rE v v= , y se expresa en las mismas unidades que la medicin. Cuando el valor medido es un promedio de N mediciones repetidas,

1

1 Nii

v vN =

= , el error absoluto se llama error medio, E .


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El error relativo es el error absoluto o medio expresado como % del valor verdadero:

100i rrr

v vE

v= o 100rr

r

v vE

v

= Por otra parte, la precisin puede expresarse en trminos de desviaciones. En este contexto, la desviacin promedio por ejemplo corresponde a la suma de las desviaciones de las

medidas individuales respecto del valor promedio ( )11 N iid v vN == . Para una muestra pequea de datos (que forman parte de una poblacin o universo general de ellos), la desviacin estndar ( s ) expresa la dispersin de un resultado en torno a la

media de dicha muestra: ( )21 ( 1)N iis v v N== . Ejemplo: Se repiti cinco veces la determinacin de la densidad de una sustancia: 0,82 g/mL 0,83 g/mL 0,85 g/mL 0,81 g/mL 0,84 g/mL

El valor promedio viene dado por

5

1 4,15 0,835 5

ii

xx == = =

g/mL

Con esto, la desviacin estndar es:

2 2 2 2 2(0,82 0,83) (0,83 0,83) (0,85 0,83) (0,81 0,83) (0,84 0,83) 0,024

+ + + + = = El valor experimental informado debera ser 0,83 0,02x = g/mL. Los resultados experimentales han de ir acompaados de una estimacin de los errores ocurridos durante la medida, escribiendo por ejemplo para la determinacin de la cantidad x , despus de varias medidas repetidas de su magnitud que x v s= , donde v es su valor promedio y s la desviacin estndar, un indicativo de la precisin. Al cuadrado de la desviacin estndar se le llama varianza ( 2s ) de la muestra, y constituye una aproximacin a la varianza de la poblacin. El trmino ( 1)N corresponde al nmero de grados de libertad (valores asignados arbitrariamente) que N medidas de un sola cantidad puede tener. Cuando se realizan una serie de mediciones de la misma cantidad y en iguales condiciones se toma esta desviacin estndar como el error de la medicin. La desviacin estndar relativa (DER) corresponde a la forma ms apropiada de expresar la precisin en trminos comparativos. Constituye un ejemplo de error relativo, es decir, una estimacin del error dividido por una estimacin del valor absoluto de la cantidad


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medida: /DER s v= . A la desviacin estndar relativa se le llama Coeficiente de Variacin (CV), 100%CV DERx= y proporciona una imagen ms clara de la calidad de los datos que la desviacin estndar absoluta. Estimacin del error obtenido de medidas indirectas (resultados calculados) En la ltima seccin de este anexo se resume la forma de calcular el error de operaciones algebraicas comunes con cantidades procedentes de medidas experimentales. Hay ocasiones en que no se pueden repetir mediciones conducentes a un resultado ms de una vez, como ocurre frecuentemente en el laboratorio. En tales casos, slo se puede informar el error experimental debido a los instrumentos usados (error sistemtico), que se denomina error mximo. Dicho error mximo constituye una aproximacin al valor de desviacin estndar ( s ) antes discutido y viene como dato asociado al instrumento (consultar al profesor), alternativamente como error mximo de un instrumento se puede considerar a la mitad de la divisin ms pequea de la escala usada. As por ejemplo, una balanza graduada en miligramos (sensibilidad 1 mg) tiene un error de 0,0005 g y una bureta graduada en 0,1 mL tiene un error de 0,05 mL. Cuando la medicin se realiza con un instrumento digital no es posible hacer una estimacin ya

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Manual Laboratorio Qui002 2011 2

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