Análisis Elemental Cualitativo DE Materias Orgánicas PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES

QUÍMICA ORGÁNICA TEMA: ANÁLISIS ELEMENTAL CUALITATIVO DE MATERIAS ORGÁNICAS. Profesor:

INTEGRANTES: ●

ÍNDICE: 1. INTRODUCCIÓN. 2. OBJETIVOS. 3. MARCO TEÓRICO. 4. PARTE EXPERIMENTAL

5. CONCLUSIONES. 6. RECOMENDACIONES. 7. CUESTIONARIO. 8. FUENTES DE INFORMACIÓN.

INTRODUCCIÓN Los compuestos orgánicos se caracterizan por su procedencia de la naturaleza viva y aparte de los responsables de formar los tejidos de los seres vivos, representan materia prima para la creación de sustancias que mejoran la calidad de vida del ser humano, por ende es necesario conocer sus composiciones y la estructura química. Se propone conocer la calidad y naturaleza de los compuestos, una vez puro el compuesto, se caracteriza identificando sus elementos.

El método para detectar azufre, nitrógeno y halógenos depende del hecho de que la fusión con sodio de un compuesto orgánico , que contenga estos elementos, los convierte en iones fácilmente identificables. La materia orgánica deja por combustión un residuo carbonoso, pero tiene excepciones como por ejemplo el alcohol, el éter, el cloroformo, el ácido oxálico, la cafeína y el alcanfor que se evaporan o subliman cuando se calientan, no dejando residuos carbonosos. Por lo general los elementos no se hallan presentes en los compuestos orgánicos de forma iónica, de manera que los métodos de análisis orgánico incluye comúnmente, como primer paso, alguna operación mediante la cual se descompone la molécula orgánica y sus elementos se conviertan en compuestos inorgánicos simples. Los elementos se encuentran con más frecuencia en los compuestos orgánicos son: nitrógeno, azufre, carbono, halógenos, oxígeno y fósforo, hidrógeno. La identificación de carbono e hidrógeno se logra si el compuesto se hace reaccionar con óxido de cobre (CuO) a altas temperaturas para formar productos de oxidación. Por su parte la identificación de nitrógeno, azufre y halógenos se basa en la conversión de ellos solubles al agua y así poder reaccionar con reactivos específicos.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL ● Tiene por objeto la investigación de los elementos constituyentes de las sustancias orgánicas. La mayoría de los compuestos contiene carbono, hidrógeno, oxígeno y, con menos frecuencia, nitrógeno, azufre, fósforo y halógenos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ● Reconocer cualitativamente si los elementos se encuentran en un compuesto a partir de reacciones, tales como el de oxidación, método de fusión, precipitación, entre otros.

● Identificar las diversas características de compuestos orgánicos mediante las actividades que se realizarán en el laboratorio. ● Observar las diferencias que existen entre compuestos mediante las pruebas a realizar en el laboratorio. ● Conocer la inflamabilidad de los compuestos orgánicos para así poder identificar las diferencias entre carbono fijo y carbono volátil.

MARCO TEÓRICO El carbono, hidrógeno y oxígeno, son los principales elementos que se encuentran en los compuestos orgánicos además pueden contener los siguientes elementos en orden de importancia que son nitrógeno, halógeno, azufre y fósforo. En la identificación de un compuesto orgánico el análisis desempeña un papel de vital importancia. El análisis químico cualitativo sirve, para la investigación de la naturaleza de los elementos que constituye la molécula del compuesto y posteriormente determina las proporciones de estos elementos, así como la presencia de grupos funcionales existentes en la sustancia en consideración. ESTADO FÍSICO: se debe reconocer el aspecto de la sustancia.

➢ Si es sólido puede ser: ● Cristalino. ● Pulverulento. ● Pastoso. ● Higroscópico.

➢ Si es líquido puede ser: ● Fluido. ● Denso. ● Transparente. ● Opalino.

ENSAYOS PRELIMINARES: a) Análisis organoléptico: ●

Olor.

●

Color, algunas veces es de acuerdo a la presencia de ciertos grupos funcionales cromógenos, en otros casos pueden deberse a impurezas,

●

Sabor, puede ser amargo, ácido, dulce, salino, ardiente, anestésico, etc.

b) Reacción de la sustancia: Este ensayo se realiza con el papel de tornasol rojo y azul, consiste el tratar la muestra con unos 3 ml de agua destilada, homogeneizar y poner en contacto con el papel tornasol, pudiéndose obtener los siguientes resultados: ●

Compuestos de reacción ácida, el papel tornasol vira de azul a rojo, tales como: ácidos carboxílicos, ácidos sulfinicos, sales ácidas, algunos nitrilos, etc.

●

Compuestos de reacción alcalina, el papel tornasol vira de rojo a azul, tales como: aminas, bases ciclicaspiridinicas, y quinoleínas, hidracinas y alcaloides.

●

Compuestos de reacción neutra, el papel tornasol no vira tales como: alcoholes, aldehídos, ésteres, éteres, cetonas, algunas amidas, etc.

●

Compuestos anfóteros, que viran al papel tornasol rojo y azul, tales como: por ejemplo, los aminos ácidos o compuestos que tengan función ácido alcalino.

c) Inflamabilidad y combustibilidad: La inflamabilidad se determina, cogiendo con una bagueta miligramos de la muestra, y hacer llegar el calor por inducción, y si la muestra arde, se trata de una muestra inflamable. Si la muestra no es inflamable, se caliente directamente y observa los fenómenos que ocurren: fusión, ebullición y descomposición. Se sigue calentando hasta ignición, observando la combustión de la muestra:

●

Arde con llama humosa: compuesto aromático.

●

Arde con llama poco humosa: compuesto alifático.

●

Arde con llama azulada: compuesto rico en oxígeno.

●

Arde con llama fuliginosa: compuesto halogenado.

●

Arde con dificultad: compuesto polihalogenado.

Sustancia de elevado PM deja residuo carbonoso, otras desprender olor característico (azúcares, proteínas). Algunas sustancias subliman y dejan cristales en las partes frías del tubo. Ciertos fenoles y derivados, funden, ebullen y destilan dejando en las partes frías cristales, dando aspecto sublimizado.

PARTE EXPERIMENTAL Primer video: 1. Materiales y equipos utilizados: ● Tubos de ensayo ● Tubo de desprendimiento ● Mechero de Bunsen ● Pinzas ● Gradilla ● Soporte universal ● Papel indicador (Papel tornasol o Papel ph) 2. Insumos o reactivos químicos: ● Óxido de cobre II (CuO) ● Muestra que en su mezcla contiene C,H,O,N, S, (muestra problema)

● Hidróxido de Bario Ba(OH)2 ● Sodio metálico Na ● Etanol C2H5OH ●

Agua destilada

●

Ácido nítrico (HNO₃)

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Nitrato de Plata (AgNO3)

●

Acetato de Plomo Pb(C2H3O2)2

●

Nitroprusiato de Sodio C5N6OFe

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Fluoruro de Potasio KF

●

Sulfato Ferroso FeSO4

●

Cloruro Férrico FeCl3

●

Ácido clorhídrico HCl

3. Metodología empleada: 3.1. Reconocimiento del carbono: Primero se coloca el catalizador ( óxido de cobre II) en el tubo de ensayo, luego la muestra problema y se procede a cubrir el tubo de ensayo e introducimos la soluciòn (Hidróxido de Bario). Luego calentamos mediante el mechero de Bunsen y notamos que el precipitado se torna de color blanco lo que es prueba de que hay presencia de carbono en la muestra 3.2. Fusiòn Sódica: Introducimos una pequeña porciòn de sodio metálico en el tubo de ensayo, luego procedemos a fundir el sodio mediante el mechero de Bunsen (como precaución la boca del tubo siempre debe estar apuntado en direcciòn opuesta a nosotros) y después adicionamos la muestra problema, calentamos nuevamente para descomponer a la

muestra en presencia del sodio (evitar que el vapor escape del tubo de ensayo) luego de cinco minutos dejamos enfriar el tubo y añadimos etanol para descomponer cualquier sodio residual que exista, acercamos nuevamente el tubo a la llama, al final del proceso la sustancia orgánica debió convertirse en sales (que son de color blanco) y procedemos a añadir 15 o 10 ml de agua destilada, los gases que se estén desprendiendo suelen ser residuos de sodio que no hayan reaccionado, calentamos nuevamente la muestra para lograr una disoluciòn completa de la muestra y procedemos a filtrar para retirar el residuo carbonoso, lo filtrado separamos en 4 tubos de ensayos (que utilizaremos en posteriores ensayos) y utilizamos el papel indicador para determinar el ph de nuestra muestra, la fusiòn sódica tiene un ph bastante alcalino y con el papel indicador observamos que està en 12 - 14 lo que quiere decir que nuestra muestra es fuertemente alcalina 3.3. Reconocimiento de Halógenos Añadimos (a los tubos separados anteriormente) ácido nítrico para acidificar la soluciòn , luego añadimos la solcuiòn de nitrato de plata y la formaciòn del precipitado de color blanco responde a una prueba positiva para halogenos 3.4. Reconocimiento de Azufre: acidificamos la soluciòn que es bastante alcalina (la obtenida que separamos en 4 tubos) , seguido de la adiciòn de una soluciòn al 10% de Acetato de Plomo, luego de esto observamos que no cambio de color , no se formó precipitado de color negro lo cual indica la ausencia de iones sulfuro en la muestra 3.5. Reconocimiento de Azufre en moléculas que contienen Azufre y Nitrógeno Se agrega (a los tubos separados anteriormente) un par de gotas de nitroprusiato de

sodio al 0.1%, y se observa un color púrpura por la presencia de iones sulfocianuros debido a que la muestra problema contiene simultáneamente Azufre y Nitrógeno. 3.6. Reconocimiento de Nitrógeno Agregamos a la fusión sódica 5 gotas de solución de fluoruro de potasio al 10% seguido de 5 gotas de sulfato ferroso al 5 % recién preparado, luego llevamos la mezcla a la llama y agregamos cloruro férrico al 2%, agitamos la mezcla y la acidificación con ácido clorhídrico al 2M y se observa la presencia de color azul (conocido como azul de prusia) lo que indica la presencia del nitrógeno.

Segundo video: 1. Materiales y equipos utilizados: ● Espátula ● Tubos de ensayo ● Tubo de desprendimiento ● Mechero de Bunsen ● Pluma ● Muestra de cochayuyo 2. Insumos o reactivos químicos: ● Óxido cúprico CuO ● Hidróxido de Bario Ba(OH)2 3. Metodología empleada: Introducimos 1 gr de óxido cúprico en el tubo de ensayo luego tapamos el tubo con un tapón

y un tubo de desprendimiento e introducimos el tubo en una soluciòn de hidróxido de bario, calentamos el tubo gradualmente mediante el mechero y observamos la presencia de precipitado blanco que evidencia al carbono, también se observa gotas de agua en las paredes del tubo de desprendimiento lo cual evidencia la presencia de hidrógeno. Se realizó el mismo procedimiento con una muestra de pluma y de cochayuyo e igualmente observamos la presencia del carbono por el precipitado blanco y la presencia de hidrógeno mediante las gotas en las paredes del tubo de desprendimiento.

CONCLUSIONES: ● Se pudo establecer un análisis cualitativo de sustancias de tipo orgánico, permitiendo distinguir estos, de los compuestos inorgánicos. ● Se reconocieron los principales elementos que conforman los compuestos orgánicos mediante análisis específicos de la sustancia problema. ● Por último y como conclusión general, se encontraron propiedades físicas y químicas propias de sustancias de tipo orgánico, que pueden proporcionar información de la composición química de la muestra. ● Los compuestos orgánicos tienen un bajo punto de fusión, mientras que los inorgánicos iónicos, metálicos tienen altos puntos de fusión. ● Los compuestos orgánicos son olorosos al quemarse. ● Los compuestos inorgánicos no presentan olores característicos al quemarse.

RECOMENDACIONES: ● Verificar que todos los instrumentos se encuentren en buen estado y contar con todos los reactivos que se usarán. ● Prestar mucha atención a los cambios producidos en la experimentación.

CUESTIONARIO: a.- ¿Qué elementos identificó en el frejol o urea? Para poder identificar los elementos que se encuentran en el frejol o urea utilizaremos “El método de óxido cúprico”. Cuando se calienta el tubo de ensayo donde se encuentra la urea y el óxido cúprico vemos que empieza a desprenderse burbujas por la formación de anhídrido carbónico, este pasa a través del tubo con desprendimiento y el estar en contacto con una solución de hidróxido de calcio, se produce un precipitado blanco (Carbonato de Calcio CaCO3). En las gotas unido al tubo intermedio se encuentra el hidrógeno(H) convertido en agua. b.- ¿Qué elementos identificó en la muestra de cabello? Para iniciar tenemos que colocar la muestra de cabello en un tubo de ensayo y calentarlo hasta llegar a la calcinación, luego podemos darnos cuenta de un olor desagradable y fuerte, por lo cual se identificó la presencia de nitrógeno. Y también se puede observar el color negro la cual nos indica que hay presencia de carbono. c.- Escriba las reacciones Químicas que se produce en la identificación de CO2

en el 1er Método al reaccionar con el Hidróxido de Calcio

Ca(OH)2 tubo de ensayo con muestra de urea o frejol Sustancia orgánica(urea o frejol) + CuO

CO2 + H2O + Cu

Formación de precipitado: CO2(g) + Ca(OH)2(ac)

CaCO3(s) + H2O(l)

d.-¿Cómo son absorbidos estos elementos identificados, por

las

plantas y/o seres vivos? El carbono entra en todas las redes tróficas(acuáticas y terrestres), los autótrofos capturan el CO2 del aire o los iones de bicarbonato del agua y lo usan para producir

compuestos orgánicos. Los heterótrofos, que se alimentan de otros seres, consumen las moléculas orgánicas y así el carbono orgánico pasa a través de las redes tróficas. El hidrógeno se moviliza a través del agua, siendo así parte esencial de la composición química y atómica de este elemento. Durante la síntesis fotográfica el hidrógeno se produce por la disociación del agua para luego formar glucosa. Los animales al alimentarse de plantas obtienen glucosa y proteínas. El hidrógeno forma carbohidratos, que es fuente importante de energía para el ser vivo, y estos carbohidratos llegan como alimento. Todos los seres vivos en la tierra están compuestos básicamente de carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno. Los animales obtienen estos alimentos de la naturaleza y los procesos como formación, crecimiento y descomposición normalmente ocurren el ella.

FUENTES DE INFORMACIÓN Spencer L. Seager y Michael R. Slabaugh: Chemistry for Today: general, organic, and

biochemistry. Thomson Brooks. Kyle J. M. Bishop, RafalKlajn, Bartosz y A. Grzybowski: The Core and Most Useful Molecules in Organic Chemistry (AngewandteChemie International Edition) D. Bockelée-Morvanet.al.: New molecules found in comet C/1995 O1 (Hale- Bopp): Investigating the link between cometary and interstellar material. In: Astronomy and Astrophysics. D. Rodgers, S. D. Charnley: ¿Organic synthesis in the coma of comet Hale-Bopp? In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society....