Acetanilida - Nota: 9,0 PDF

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Cristalización de acetanilida y elaboración de cristales para rayos X....

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Facultad de Ciencias Básicas. Estudiante: Kelly Barboza Paniagua. Carné: B60891 Escuela de Química. Asistente: Braulio Andrés Ortega Quesada. Laboratorio de Quimica Grupo: 9. Orgánica General I. QU-0213 Fecha: 18 de mayo del 2017.

Cristalización de acetanilida y elaboración de cristales para rayos X. Resumen: En este laboratorio se realizó la cristalizacion de acetanilida la cual se desarrolló preparando inicialmente una disolución utilizando acetanilida impura (80% acetanilida, 10% NaCl y 10% agua) como soluto y como disolvente se utilizaron diferentes sistemas tales como: 100% agua, 80% agua-20% etanol, 60% agua-40% etanol, 40% agua60% etanol, 20% agua-80% etanol y 100% etanol; además se agregó carbón activado, una pastilla de agitación y se colocó la sustancia en una plantilla de calentamiento para lograr una disolución completa, esto seguido de la filtración en caliente de la misma para luego dejar enfriar la disolución transparente en un baño de agua-hielo, esto con el fin de realizar la filtración al vacío para recoger los cristales, despues se secaron los cristales con luz infrarroja. Al terminar la cristalización de la acetanilida se midió su punto de fusión y su porcentaje de recuperación. Además se elaboraron cristales para rayos X apartir de acido oxalico dihidrato, los cuales se dejaron en reposo durante una semana en el laboratorio. Introducción: Para este laboratorio se debía realizar cada paso de manera muy cuidadosa y precisa ya que un simple error podría arruinar la formación de cristales o crsitalización por lo que los objetivos de esta practica fueron: relalizar la adecuada purificacion del compuesto organico a partir de una mezcla heterogenea, estudiar las caractericas que debe tener un disolvente para recristalizar una sustancia y estudiar la formación y uso de cristales para rayos X1. La cristalización es el proceso por el cual se genera el ordenamiento de la red cristalina a partir de una estructura desordenada, es decir cuando hay una disminución en la energía del sistema que hace que el líquido se transforme a sólido2, este proceso se basa en la solubilidad diferencial de los componentes de la mezcla en un disolvente3 y por esto es la mejor opción para purificar un sólido1. Además, esta técnica es de gran importancia ya que es un proceso muy selectivo y esto hace que cuando los cristales estén en crecimiento estos tenderán a excluir la presencia de impurezas4. Es importante recalcar que existen impurezas tanto solubles como insolubles, las cuales se eliminan al agregar una pequeña cantidad de carbón activado que las adsorbe y por medio de la filtración en caliente, respectivamente3. Esta técnica consiste en un proceso en el que se realiza un cambio de fase pasando el sistema de un estado en desequilibrio o desorden (gas o líquido) al estado en equilibrio u ordenado (sólido)5, para emplear la cristalización de manera correcta primeramente se debe seleccionar un disolvente adecuado, despues se debe realizar la filtración en caliente, enfriamiento, separación de cristales por medio de una filtración al vacío y por último se realiza el secado de los cristales3. Para comprobar la pureza de los cristales se pueden utilizar propiedades físicas como el punto de fusión o punto de ebullición, ambos son funciones de la presión externa; sin embargo los cambios en la presión tienen un efecto muy poco pronunciado sobre el punto de fusión, todo lo contrario al punto de ebullición, por lo que el punto de fusión es la propiedad fisica que se utiliza para comprobar 1

la pureza del cristal4, el índice de refracción tampoco se podría usar porque esta depende de la temperatura del refractómetro de Abbé. La cristalización es una tecnica de la cual se esta haciendo uso en industrias debido a que es de los mejores métodos de purificación y se busca uniformidad en el producto. Esta técnica se utiliza para la creación de mármol, jade, onix, entre otros minerales, además el azúcar y la sal son producto de una cistralización6. Sección Experimental: El procedimiento se tomó del Manual de Laboratorio de Química Orgánica General I, páginas 55-62, experimento #4. Las modificaciones realizadas fueron las siguientes: se utilizó 1.0g de acetanilida impura, se eliminó el procedimiento mini, se agregaron 2mL de agua destilada para los cristales de rayos X y se aplicaron 2mL de etanol con pipeta. Resultados: Cuadro I. Determinación del punto de fusión y porcentaje de recuperación para los cristales de acetanilida elaborados por el grupo 9 y 10 usando diferentes disolventes. Disolvente Punto de fusión experimental (±0,1ºC) Porcentaje de recuperación (%) Grupo 9 Grupo 10 Grupo 9 Grupo 10 100% agua 115,0 - 115,3 115,0 – 115,6 36,84 24,50 80% agua-20% etanol 115,0 - 115,6 112,9 – 113,5 37,50 53,75 60% agua-40% etanol 90,0 – 108,1 114,6 – 115,4 70,00 43,75 40% agua-60% etanol 94,0 - 96,0 104,8 – 105,0 72,50 21,25 20% agua-80% etanol 90,2 – 108,6 112,5 – 113,6 31.25 41,25 100% etanol 110,0 – 113,9 14,56 Observaciones: En los casos con mayoría de agua el soluto duró mucho más en disolver que en los demás casos, además con los disolventes de 100% agua y 80% agua-20% etanol se tuvo que raspar el fondo del erlenmeyer para observar la formación de cristales. Porcentaje de recuperación: kkkkj lllgf

(1)

 100% agua:

Discusión: Como se mencionó anteriormente, la cristalización es un proceso en el que se pasa de un estado en desorden a un estado en orden por lo que, según la segunda ley de la termodinámica, para que el proceso sea espontáneo debe haber una disminución de energía que compense el incremento de orden ya que en la naturaleza todo sistema tiende a tener mucha entropía (desorden)5. Al realizar la cristalización se debe seguir una serie de pasos cuidadosamente ya que cada uno de ellos es vital para la creación de cristales. El primero es elegir un disolvente adecuado ya que se debe considerar que este no reaccione con el soluto, que su punto de ebullición sea bajo para facilitar el secado de los critales húmedos, debe disolver una pequeña cantidad de soluto a temperatura ambiente y se debe considerar su inflamibilidad, su 2

reactividad y su toxicidad, después de seleccionar el disolvente se debe colocar un poco de carbón activado en la disolución para eliminar las impurezas coloreadas y solubles (NaCl y azúcar) por adsorción para luego realizar la filtración en caliente con el fin de eliminar el otro tipo de impureza (insoluble) y el carbón activado (quedan en el papel filtro), el paso siguiente es el de enfriamiento el cual se hace para observar la cristalización; cuando se forman los cristales estos se deben separar de las aguas madres por medio de una filtración al vacío, por último se debe realizar el secado de los cristales3. Es importante recalcar que la elección del correcto disolvente es una parte sumamente importante ya que si no cumple alguna de las características mencionadas anteriormente, la disolución no formará cristales o estos no serán completamente puros, como por ejemplo si el disolvente tiene un punto de ebullición alto al momento de secar los cristales húmedos se deberá calentar y esto podría provocar variaciones en la purificación7. La temperatura también cumple un papel muy importante ya que, principalmente, por ella es que se forman cristales puros; esto porque al aumentarse la temperatura también aumenta la solubilidad y se puede formar una disolución saturada (sobresaturada a temperatura ambiente) la cual se filtra para eliminar las impurezas, y al disminuirse la temperatura la solubilidad de la sustancia disminuye también haciendo que el sólido puro en exceso empiece a cristalizar8. Para este laboratorio se realizaron dos tipos de filtraciones, una de ellas es en caliente la cual se emplea para filtrar aceites y cuerpos sólidos y el otro tipo es en vacío en la que la presión interior se disminuye (por una bomba de vacío) para que los líquidos pasen rápidamente por el filtro sobre el que actúa la presión exterior9, en este último tipo de filtración se utiliza un embudo de Büchner el cual tiene una placa de porcelana perforada sobre la que se coloca el papel filtro, este embudo se usa para muestras voluminosas y para muestras pequeñas se usa el embudo Hirsch3. Según los resultados obtenidos en el cuadro I, el mejor disolvente fue el de 60% agua – 40% etanol ya que el promedio del porcentaje de recuperación entre ambos grupos fue el mayor y esto se refiere a que el cristal formado con este disolvente sea el de mayor pureza, sin embargo, si los cristales no se secaron de manera correcta al pesarlos esta cantidad no es la correcta porque la masa de los cristales va a variar por el resto del líquido que no se secó. Además la solubilidad de la acetanilida en agua a 20ºC es 0,56g/100mL y a 100ºC es 5,0g/100mL3, y en etanol la solubilidad es 36,9g/mL a 20ºC por lo que la acetanilida es muy soluble en agua caliente y en etanol10. De este modo al usar una disolución de agua y etanol, esta tendrá valores de solubilidad favorables con respecto a la acetanilida ya que su solubilidad será una cantidad intermedia entre los valores de cada sustancia (mencionados anteriormente) lo que provoca que al inicio el soluto se disuelva a un tiempo moderado y hace que los cristales no se formen muy rápido (cristales pequeños) ni muy lento (cristales grandes)1. El punto de fusión de los cristales de acetanilida que se obtuvo con este disolvente no es tan preciso como con otros disolventes, pero es muy cercano al valor teórico (115ºC11). Durante el proceso de disolución de acetanilida impura con los diferentes disolventes interactúan fuerzas intermoleculares, cabe aclarar que el etanol y la acetanilida son compuestos no polares porque ninguno es soluble en agua (polar) a temperatura ambiente, estas fuerzas tendrán mayor intensidad si se disuelven compuestos del mismo tipo de polaridad lo que provoca que la separación de moléculas con grandes fuerzas intermoleculares sea más difícil12, por esto es que con mayor cantidad de agua es más fácil que se formen los cristales porque se separan fácilmente el compuesto polar del no polar; no obstante, como ya se mencionó, si los cristales se forman muy rápido serán pequeños y el caso contrario para la formación lenta. Además se crearon cristales de ácido oxálico para rayos X los cuales estarán listos una semana después de haberlos hecho, con estos cristales se efectuará la técnica de difracción de rayos X de monocristal en la cual se pasa una radiación electromagnética monocromática (una longitud de onda, en este caso rayos X) por la rejilla (espacio entre los átomos), los rayos X se difractan y se crea un patrón de interferencia el cual depende de la distancia y ángulo entre los átomos y el tamaño de los átomos. Este patrón lo toma la computadora para hacer el análisis del 3

cristal formado. Donde llega la luz o los rayos X son las zonas más intensas o donde se suman las radiaciones. Esto se puede aplicar a compuestos químicos sintéticos, catalizadores, farmacéuticos, y productos naturales13. Conclusión: La cristalización es el mejor método para la purificación de un sólido. La elección del disolvente es una parte de mucha importancia en la cristalización porque no cualquiera funciona, depende del soluto (cristal impuro) a purificar. El uso de una mezcla de disolventes dio mejor resultado que utilizar un único disolvente para la cristalización. Bibliografía: 1. Pérez, A; Artavia, G; Cortés, C; Lamourex, D; Arias, C. Manual de Laboratorio; Química Orgánica j General I; Universidad de Costa Rica: Costa Rica, 2017, p 55-60. 2. Nebot-Díaz, I; Marchal, M; Irún, M; Carda, J. Nuevas tecnologías para el sector cerámico, 3ª edición; j Publicacions de la Universitat Jaume I: España, 2001, p 36. 3. Lamarque, A; Zygadlo, J; Labuckas, D; López, L; Torres, M; Maestri, D. Fundamentos Teórico-Prácticos j de Química Orgánica, 1ª edición; Encuentro: Argentina, 2008, p 9-15. 4. http://asignatura.us.es/aaef/Cristalizacion%20.pdf (accesado el lunes 15 de mayo del 2017). 5. Costa Bauzá, A; Grases Freixedas, F; Söhnel, O. Cristalización en disolución: Conceptos Básicos; jjEditorial Reverté: España, 2000, p 3. 6. https://www.textoscientificos.com/quimica/cristales (accesado el lunes 15 de mayo del 2017). 7. Bentancur, L; Ocampo, D; Ocampo, R; Ríos, L. Curso Práctico de Química Orgánica. Enfocado a jjBiología y Alimentos, 1ª edición; Universidad de Caldas: Colombia, 2008, p 28. 8. Caselles Pomares, M; Gómez Antón, M; Molero Meneses, M; Sardá Hoyo, J. Química Aplicada a la jjIngeniería; Universidad Nacional de Educación a Distancia: España, 2015, p 133. 9. Jover Botella, A; García Bermejo, M. Manual del Auxiliar de Farmacia, 1ª edición; Mad: España, 2004, jjp 86. 10. http://es.swewe.net/word_show.htm/?70520_1&Acetanilida (accesado el martes 16 de mayo del 2017). 11. http://www.merckmillipore.com/GT/es/product/Acetanilide,MDA_CHEM-822344 (accesado el martes jj16 de mayo del 2017). 12. Aulton, M. Farmacia: La ciencia del diseño de las formas farmacéuticas, 2ª edición; Elsevier: España, jj2004, p 24. 13. http://quimica.unab.cl/laboratorio-de-analisis-de-solidos-las/informacion/fundamentosteoricos/difraccion-para-nomo-cristal-scd-xrd/ (accesado el martes 16 de mayo del 2017).

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