Práctica 8- Obtención de hidrocarburos alifáticos PDF

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PRÁCTICA 8 OBTENCIÓN DE HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Ciudad Universitaria Laboratorio de Química Orgánica I Resumen El metano, etileno y acetileno son ejemplos de hidrocarburos alifáticos, es decir, de compuestos de carbono e hidrógeno de cadena abierta, siendo es...

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PRÁCTICA 8 OBTENCIÓN DE HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Ciudad Universitaria Laboratorio de Química Orgánica I

Resumen El metano, etileno y acetileno son ejemplos de hidrocarburos alifáticos, es decir, de compuestos de carbono e hidrógeno de cadena abierta, siendo estos un alcano, alqueno y alquino en el orden mencionado, obteniendo esta clasificación debido al tipo de enlace que presenta. En esta práctica se sintetizaron estos compuestos mediante reacciones químicas comprobando el resultado mediante reacciones de combustión. Mediante acetato de sodio y cal sodada se obtuvo el metano; el etileno resultó de una mezcla de etanol, ácido sulfúrico, sulfato de cobre y permanganato de potasio, mientras que con una mezcla de carburo de calcio y agua se obtuvo el acetileno. Los gases presentaron características que los definían e indicaban su presencia en las reacciones. Introducción Los hidrocarburos son compuestos formados por carbono e hidrogeno con formula empírica CnHn, se dividen en tres grandes grupos: alifáticos, acíclicos y aromáticos. Se dividen en hidrocarburos de cadena abierta o alifáticos, e hidrocarburos de cadena cerrada o cíclicos. Los hidrocarburos alifáticos pueden ser saturados como los alcanos, o insaturados como los alquenos y alquinos (González, 1991). Los alcanos o hidrocarburos saturados alifáticos responden a la formula general CnH2n+2. No poseen grupo funcional propiamente dicho y están constituidos exclusivamente por enlaces simples, donde los orbitales híbridos del carbono son equivalentes. Los alcanos son incoloros, insolubles en agua y generalmente sin olor. Los primeros cuatro (metano, etano, propano y butano) son gases a temperatura ambiente. Sus puntos de ebullición y fusión, la viscosidad y la densidad aumentan conforme su peso molecular. El metano es un gas incoloro e inodoro, cuyo punto de ebullición es de -164°C y su punto de fusión de -184°C. Es el constituyente principal del gas natural. El etileno se obtiene en la actualidad principalmente por raqueo térmico y

catalítico de hidrocarburos saturados del petróleo, así como por deshidrogenación del etano. El acetileno es un gas incoloro que forma mezclas fuertemente explosivas con el aire a concentraciones desde 3% hasta 7% (Hopp, 1994). Las principales fuentes de obtención de hidrocarburos alifáticos son el gas natural (constituido fundamentalmente por metano) y el petróleo. Este último es una mezcla de hidrocarburos tanto de la serie alifática como de la aromática, con pequeños porcentajes de compuestos oxigenados, sulfurados y nitrogenados (González et al, 2001). Los hidrocarburos alifáticos son ampliamente utilizados como disolventes, pues pueden disolver sustancias aceitosas, grasas, resinas o incluso caucho y otras sustancias, hecho muy útil en la industria de obtención de sustancias como pinturas, pegamentos, y un largo etc., así como también son de gran utilidad en la síntesis en química orgánica, donde son a menudo utilizados como materia prima (Méndez, 2010).

Objetivos • Obtener metano, etileno y acetileno. • Comprobar la flamabilidad de metano y acetileno así como las características de las flamas. Materiales y Reactivos •Materiales: -Tubos de ensayo -1 mechero Bunsen -Tela de asbesto -Termómetro -Manguera -Tapones horadados -Tubos de desprendimiento -Encendedor -Matraz kitazato -Pipetas -Propipeta -Pesa sustancias -Espátula -Balanza analítica

•Reactivos: -Acetato de sodio -Hidróxido de sodio -Óxido de calcio -Etanol -Ácido sulfúrico -Sulfato de cobre II -Permanganato de potasio 1% -Carburo de calcio -Agua destilada

Metodología Obtención de metano -En un tubo de ensayo se colocaron 3 gramos de acetato de sodio. -En un mortero se preparó cal sodada pulverizando 1.5 gramos de hidróxido de sodio y 1.5 gramos de óxido de calcio, después se calentó por 8 minutos. -Se agregó la cal sodada al acetato de sodio, se cubrió el tubo con un tapón horadado insertando un tubo de desprendimiento y se calentó de forma inclinada a 45°. -Se acercó un encendedor al tubo de desprendimiento para quemar el metano, observando las características de la llama. Obtención de etileno. -En un matraz kitazato se colocaron 15 ml de etanol 95% y se agregaron 4 ml de ácido sulfúrico en frio. -A la mezcla se le agregaron 5 gramos de sulfato de cobre II en polvo.

-Se cubrió el matraz con un tapón monohoradado donde se insertó un termómetro y un tubo de desprendimiento. El bulbo del termómetro debe estar en contacto con la mezcla sin tocar el fondo del matraz. -Se calentó la mezcla hasta 110°C, después se sumergió la manguera de salida del matraz kitazato en 3 ml de solución de permanganato de potasio 1% de manera que el gas burbujee dentro de la solución. -Se retiró hasta observar la formación de un precipitado que indicaba la presencia de dióxido de manganeso. Obtención de acetileno. -Se colocó una piedra de carburo de calcio en un tubo de ensayo. -Se agregó cuidadosamente agua destilada al tubo de ensayo y se cubrió con un tapón horadado conteniendo un tubo de desprendimiento. Observar el color de la flama. Resultados y Discusión La obtención de los gases en el laboratorio fue un procedimiento fácil de lograr. Mediante sencillas mezclas se obtenían los resultados esperados (Tabla 1). Sustancia

Color de la flama Azul

Metano Etileno Acetileno Tabla 1. Resultados obtenidos en la práctica.

En la reacción para la obtención de metano, al aplicar calor al acetato de sodio con la cal sodada se obtuvo el gas más carbonato de sodio, actuando el óxido de calcio como catalizador para acelerar el proceso, el color de la flama fue amarilla al principio y después azul . 𝐶2 𝐻3 𝑁𝑎𝑂2 + (𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐶𝑎𝑂) → 𝐶𝐻4 + 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3

2𝐶2 𝐻2 + 5𝑂2 − ∆→ 4𝐶𝑂2 + 2𝐻2 𝑂

Imagen 1. Obtención de metano.

Imagen 3. Obtención de acetileno.

El segundo gas obtenido de la mezcla de etanol, ácido sulfúrico y sulfato de cobre viajo por la manguera para llegar al permanganato de potasio y producirse, pudiendo observarse esto claramente en el cristalizador que contenía la sustancia.

La llama del acetileno es color blanca-rojiza y el olor producido es fuerte y poco agradable. Los tres gases presentaron características que indicaban su presencia en la reacción, como el olor fuerte y su color de llama. Conclusión Se obtuvieron los hidrocarburos alifáticos solicitados en forma de gases, siendo el metano el alcano, el etileno el alqueno y el acetileno el alquino. Se concluye en que las reacciones realizadas son fáciles para obtener este tipo de compuestos, así como se pueden sintetizar en el laboratorio más hidrocarburos.

Imagen 2. Obtención de etileno.

En el tercer experimento, la reacción fue más rápida que las demás al ser esta espontánea sin necesidad de calor. El carburo de calcio y el agua producen la siguiente reacción: 𝐶𝑎𝐶2 + 𝐻2 𝑂 → 𝐶2 𝐻2 + 𝐶𝑎𝑂 El óxido de calcio con el agua restante se convierte en hidróxido de calcio: 𝐶𝑎𝑂 + 𝐻2 𝑂 → 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 Se observó la presencia de gas al acerca un encendedor al tubo de desprendimiento obteniendo una reacción de combustión:

Se cumplieron los objetivos planteados al principio obteniendo los resultados esperados. Referencias 1.- González, F. (1991). Nomenclatura de química orgánica. Murcia: Ed. EDITUM. p. 71. 2.- González, A. Ballester, J. Calatayud, M. Meseguer, M. Broto, I. (2011). Física y Química I. Valencia: Ed. Nau Llibres. p. 81.

3.- Lamarque, A. Zygadlo, J. Labuckas, D. López, L. Torres, M. Maestri, D. (2008). Fundamentos teórico-prácticos de química orgánica. Córdoba: Ed. Encuentro. p. 78-79. 4.- Méndez, G. (2010). Hidrocarburos alifáticos. Recuperado el 2 de Abril de 2015, de: http://quimica.laguia2000.com/ conceptos-basicos/hidrocarburos-alifaticos. 2.- Hopp, V (1994). Fundamentos de tecnología química. Barcelona: Ed. Reverte. Pp. 67-76....