27 de Febrero de 2015Equipo: 3 Bonilla Flores Irwin Morales Robles Ana Mónica Peña Hernández Ivonne Abigaíl PRÁCTICA 2. “RECRISTALIZACIÓN” OBJETIVOS -General: -Experimentar con la cristalización (recristalización) como un método de purificación para compuestos orgánicos sólidos; eligiendo, previamente el disolvente apropiado para tal efecto, mediante pruebas de solubilidad. -Particulares: -Conocer las características que debe tener un disolvente ideal para ser utilizado en una cristalización. -Seleccionar el disolvente ideal de nuestro soluto para su cristalización. -Saber cuándo se debe utilizar un adsorbente como el carbón activado. -Eliminar las impurezas orgánicas del compuesto que deseamos cristalizar. -Observar la utilidad de la solubilidad de un compuesto en diferentes disolventes y seleccionar la mejor opción para una cristalización. -Conocer las características que deben de tener el par de disolventes para ser utilizado en una cristalización -Conseguir la cristalización con un máximo de cantidad de sustancia deseada. INTRODUCCIÓN La recristalización es la purificación de un compuesto sólido, que contiene impurezas que no permiten un orden en su red cristalina, por ello la necesidad de purificar. La secuencia de eventos que se utiliza dependerá mucho de que tan impuro se encuentre el compuesto y que tan soluble sea en diversos disolventes. En cualquier caso, se deben de recordar algunas cosas: 1. Buscar un disolvente que sólo disuelva al sólido en caliente. 2. El mismo disolvente no lo debe disolver en frío. las impurezas de la sustancia o compuesto se quedan de forma líquida. El método más adecuado para la eliminación de las impurezas que contamina un sólido es por cristalizaciones sucesivas bien en un disolvente puro. empaque y almacenamiento La cristalización mejora la apariencia del producto para comercialización Es una operación que puede llevarse a cabo a temperaturas moderadas PUREZA DEL PRODUCTO Un cristal en si es puro. si el producto se seca directamente. Hierve a temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto. Por consiguiente. Al procedimiento se le da el nombre genérico de recristalización. la masa de sólidos retiene una cantidad considerable de aguas madres. Es importante debido a que la purificación se logra mediante la cristalización. Es moderadamente volátil y los cristales pueden ser secados rápidamente. Se puede obtener en una sola etapa un producto de una pureza de hasta 99% Se puede controlar la cristalización de tal manera que se produzcan cristales uniformes que faciliten su manejo. El solvente ideal para la cristalización de un compuesto particular es aquel que: No reacciona con el compuesto. (b) Ambos disolventes deben ser completamente miscibles. No es tóxico. que es un método en el cual. cuando se separa del magma final la cosecha de cristales. Sin embargo. Para la elección de el par de disolventes se basa principalmente en la solubilidad de los dos disolventes entre si. se produce . en tales casos debe recurrirse a los sistemas llamados par de disolventes para realizar una recristalización. no es inflamable y no es caro las impurezas deberían ser insolubles en el solvente para que puedan ser separadas por filtración. y el componente que se desea purificar en cristales (sólido). o bien en una mezcla de disolventes. Disuelve gran cantidad del compuesto cuando está caliente. Otras condiciones que se deben de tener en cuenta son: (a) Los puntos de ebullición de ambos disolventes deben ser relativamente cercanos entre si.En algunas ocasiones ocurre que no hay un disolvente ideal para un compuesto sólido que se desea recristalizar. lo que hace más sencilla la separación. Los productos sólidos que se obtienen en una reacción suelen estar acompañados de impurezas que hay que eliminar para poder disponer del producto deseado en el mayor grado de pureza posible. y por tanto la purificación. IMPORTANCIA COMO MÉTODO DE PURIFICACIÓN. y que uno de los disolventes tenga una gran afinidad por el sólido a cristalizar y que el otro disolvente tenga poca afinidad por el sólido a cristalizar. No chequear cristales con demasiada frecuencia (una vez al día . se agregan cuerpos de ebullición y se evapora parte del disolvente. Semejante disuelve a semejante. Factores que afectan al proceso de cristalización • Disolvente • Nucleación • Agitación • Tiempo DISOLVENTE Influye en el mecanismo de crecimiento de cristales. es necesario adicionar a la solución algunos cristales de la sustancia pura. posiblemente se deba a que hay un exceso de disolvente. vitrinas. NUCLEACIÓN Cuantos menos sitios mejor (menos cristales y más grandes). MÉTODOS PARA INDUCIR LA CRISTALIZACIÓN. Nuevamente se retira de la fuente de calentamiento y se tallan las paredes con una espátula. y repetir el procedimiento de tallar y enfriar. Sembrado de Cristales: Algunas veces. puertas. La cristalización se puede inducir por los siguientes métodos: Enfriando la solución: Consiste en permitir que la solución se enfríe un poco y luego colocarla en un baño de hielo-agua. rotavapores. Solubilidad sólo moderada (evitar supersaturación). Evaporando el exceso de Disolvente: Si no cristaliza. etc). FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES. enfriando el matraz en un baño de hielo-agua. Mantener cristales alejados de fuentes de agitación mecánica y vibraciones (bombas de vacío. Recipientes usados suelen estar rayados y presentar defectos superficiales: proporcionan múltiples sitios de nucleación AGITACIÓN La agitación no es deseable: conduce a cristales de pequeño tamaño y maclados. Emplear la menor cantidad de disolvente. zonas de paso.una contaminación que depende de la cantidad y del grado de impureza de las aguas madres retenidas por los cristales. Recipientes limpios: minimizar partículas de polvo y suciedad. Puede incorporarse a la red cristalina. en tal caso. Filtrar para eliminar partículas insolubles. Raspado de Paredes: Tallando las paredes del recipiente en el que se encuentre la solución con una espátula o con una varilla de vidrio. El embudo Büchner es un embudo fabricado en cerámica cerrado por el fondo y agujereado del miso material con la finalidad de dejar pasar el líquido que queramos filtrar. pasando limpia la parte líquida. La filtración. Filtración con placa filtrante: La superficie filtrante tiene forma de disco y es una placa de textura porosa. Evaporación por calentamiento: Por este método se pueden evaporar las soluciones acuosas o de otro tipo cuando el aumento de la temperatura no implica la descomposición de alguna de las sustancias presentes en la solución. pudiendo ser usado tanto si nos interesa el producto sólido o la disolución. Secado de productos recristalizados. Filtración por gravedad: La filtración por gravedad se realiza utilizando un embudo de tipo cónico en el cual se introduce un papel de filtro preparado con pliegues. DIVERSOS TIPOS DE FILTRACIÓN. ya que su forma cónica favorece la formación de cierta cantidad de condensado en las paredes del cuello. La filtración al vacío. a través de un proceso similar al utilizado en la filtración con Büchner. y este líquido condensado. es necesario realizar una conexión a una fuente de vacío para lo que se suele conectar la bomba a un embudo tipo Büchner o una placa filtrante. El fondo del embudo se cubre con un papel de filtro. al correr hacia abajo arrastra los sólidos que se han formado en las paredes por el secado de las salpicaduras y los conduce de nuevo a la solución. de manera que impida el paso de sólidos. cosa que se dificulta si el recipiente es cilíndrico . es el proceso de separación que experimenta un sólido y un líquido. Evaporación del disolvente.TIEMPO Cristalizaciones lentas proporcionan mejores cristales. de modo que al pasar el líquido de la disolución a través de el. donde quedará retenido el sólido. El frasco mas adecuado para realizar una evaporación es el Erlenmeyer. y darles tiempo para que se sequen en un vidrio de reloj. quedará retenido en el papel la parte sólida. La filtración por este método se realiza también al vacío. con embudos de este tipo se utilizan en casos como: – filtración de cristales en procesos de cristalización. cuyos poros son de determinado tamaño. Filtración a presión reducida: Para llevar a cabo una filtración a presión reducida. El secado final de una pequeña cantidad de producto cristalizado puede realizarse al presionar los cristales entre las hojas de papel filtro. Para ello el proceso de recristalización es uno de los métodos más importantes de los que el químico dispone para la purificación de sólidos. punto en el cual la nucleación ocurre espontáneamente.Evaporación al vacío: Cuando los solventes tienen bajo punto de ebullición es posible hacer la evaporación aplicando vacío al frasco con la solución. Si el proceso de cristalización se conduce en condiciones de casí equilibrio. EQUILIBRIO Y RENDIMIENTO En muchos procesos industriales de cristalización los cristales y las aguas madres permanecen en contacto durante el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio. de forma que la superficie de cristales expuesta a la solución sobresaturada es pequeña. El rendimiento de la cristalización se puede calcular a partir de la concentración de la solución original y la solubilidad a la temperatura final. y representa la máxima sobresaturación que el sistema puede tolerar. La curva de sobresaturación difiere de la de solubilidad en que su posición no es solamente una propiedad de el sistema sino también depende de otros factores como el rango de enfriamiento. después se conecta la succión de un aspirador Vénturi a la toma lateral del kitasato para producir vacío en su interior (no olvide colocar siempre una trampa de líquido interpuesta) y el disolvente comenzará a ebullir. SOLUBILIDAD DE EQUILIBRIO EN LA CRISTALIZACIÓN El equilibrio en la cristalización de cualquier sistema puede ser definido en términos de su curva de solubilidad o saturación y sobresaturación. sobre todo cuando la solución es viscosa o cuando los cristales se depositan en el fondo del cristalizador. reproducible. Cuando la velocidad de crecimiento de los cristales es pequeña. de forma que las aguas madres están saturadas a la temperatura final del proceso. Sin embargo bajo ciertas condiciones. se necesita un tiempo relativamente grande para alcanzar el equilibrio. la tendencia de las moléculas. las aguas madres finales pueden contener una considerable sobresaturación y el rendimiento real será menor que el calculado a partir de la curva de solubilidad. Si se produce una evaporación apreciable durante el proceso es preciso tenerla en cuenta. la tendencia de las moléculas a depositarse en las superficies compuestas por moléculas semejantes produce un notable incremento en la pureza del material cristalino obtenido. . En estos casos. el grado de agitación y la presencia de partículas extrañas. La solución a evaporar se coloca en un kitasato y se cierra con un tapón de goma la boca del frasco. la curva de sobresaturación para un sistema dado es definible. y la nucleación ocurrirá instantáneamente en la zona lábil. correspondientes a una masa macroscópica de solución. estas partículas reciben el nombre de unidades cinéticas. energía. La teoría cinética establece que las unidades cinéticas individuales varían grandemente en localización. pero. y generación de burbujas en un liquido sobrecalentado. –Matraz Erlenmeyer -Matraz Kitasato . En soluciones acuosas pueden ser hidratados. Los núcleos se encuentran en equilibrio inestable: si pierden unidades se disuelven y si las ganan se transforman en un cristal. densidad. -1 piseta. -1 Pipeta volumétrica de 3 ml. -Guantes de látex. Los valores. y concentración. velocidad. lo normal es que se separen inmediatamente. aparentemente estacionarios. o iones. la secuencia de etapas en la formación de un cristal es por consiguiente Agregado => embrión => núcleo => cristal METODOLOGIA MATERIAL: -Espátula.De acuerdo a la teoría de Mier´s. de las propiedades intensivas. condensación de gotas de niebla en una vapor sobre-enfriado. el crecimiento de los cristales ocurrirá en la zona metaestable. concentración y energía. Investigaciones subsecuentes encontraron como otros factores afectan a la nucleación además de la sobresaturación. los cristales del soluto se disolverán. átomos. si se mantienen unidas. una unidad cinética individual penetra con frecuencia en el campo de fuerza de otra u las dos partículas se unen momentáneamente. la nucleación se produce como consecuencia de rápidas fluctuaciones locales a escala molecular en una fase homogénea que está en estado de equilibrio metaestable. en todos los casos. -1 mechero. en la región insaturada. se le pueden unir sucesivamente otras partículas. NUCLEACIÓN El fenómeno de la nucleación es esencialmente el mismo para la cristalización a partir de una solución. Debido a las fluctuaciones. tiempo. cristalización a partir de un producto fundido. son en realidad valores promediados en el tiempo de fluctuaciones demasiado rápidas y pequeñas para poder ser medidas a escala macroscópica. Los núcleos cristalinos se pueden formar a partir de moléculas. Debido a sus rápidos movimientos. -Si la disolución es colorida.EQUIPO: -Baño María. Es importante mantener constante el volumen de la mezcla durante el calentamiento. REACTIVOS: Para los disolventes inertes: Agua Acetona PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: -Pesar y disolver 1 gr de muestra y colocarla en un matraz Erlenmeyer. con frecuencia por impurezas orgánicas que pueden existir junto con el producto. -Dejar enfriar la disolución a temperatura ambiente para conseguir la cristalización con un máximo de cantidad de sustancia deseada. -Lavar el carbón activado con un poco del disolvente caliente. conservando una temperatura apropiada en el matraz donde se recibe el filtrado para evitar una cristalización previa. puede enfriarse en un baño de . y calentar durante un periodo de 1-5 minutos. -Si se presenta una disolución parcial. es conveniente agregar previamente una cantidad mínima de carbón activado. acto seguido agregar el disolvente ideal en que es mas calentando previamente en la menor cantidad posible. -Filtrar la disolución en caliente por gravedad. Agitar y calentar en baño Maria varias veces para ayudar a la disolución de la muestra. adicionar a criterio un exceso del disolvente y calentar en baño María si es necesario a ebullición. de manera que no cristalice soluto en el papel filtro o en el embudo. –Baño de hielo. se deja secar el producto al aire libre o mediante un desecador que contenga un agente desecante adecuado.4g Peso del vidrio de reloj con muestra (𝑚2 )=24.hielo o de agua fría.7)𝑥100 = 30% Porcentaje de rendimiento: %𝑅 = 𝑚𝑓 𝑥100 = (0.7𝑔𝑟)(100) = 70% .7𝑔𝑟 Porcentaje de perdida: %𝑃 = (𝑚0 − 𝑚𝑓 )𝑥100 = (1 − 0. -Pesar y calcular el rendimiento del proceso. después lavar los cristales con un poco de disolvente frio puede. -A continuación. -Finalmente. RESULTADOS. -Si no ocurre la cristalización debe inducirse por raspado o por sembrado. . para posteriormente enfriar en un baño de hielo. el sólido se debe filtrar al vacio. Peso del vidrio de reloj (𝑚1 )=23. para acelerar el enfriamiento y proporcionar una temperatura mas baja para el final de la cristalización. en ocasiones obtenerse una o más cosechas por concentración de las aguas madres.1g Masa de los cristales: 𝑚𝑓 = 𝑚2 − 𝑚1 = 24. De ser necesario combinar alguna de las tres formas antes mencionadas.1𝑔𝑟 − 23.4𝑔𝑟 = 0. si aun no ocurre concentrar a criterio la disolución. Peso de la muestra(𝑚0 )= 1 gr.