recristalización

Recristalización 31 / 08 / 2015Equipo: 5 VentanaLunes 16-20 horas

Objetivo:

Aplicar los conocimientos acerca de solubilidad para la elección de un disolvente ideal de soluto problema, y aplicar la técnica purificación.

Investigación Previa

CristalizaciónLa 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.

Este es el principal problema y por lo tanto requiere de un poco de experimentación. Por ello la necesidad de realizar pruebas de solubilidad para elegir un disolvente ideal. Por lo general, puede asumir que las impurezas presentes se encuentran en pequeñas cantidades. Por lo tanto no tiene que saber o adivinar, por que las posibles impurezas pueden estar presentes o no, lo que podría ser soluble o insoluble. Si la muestra está muy sucia, esto podría ser complicada, pero no imposible de purificar. Por ello la necesidad de realizar o utilizar otro tipo de técnica para su purificación. Esta operación consiste en separar un soluto de una solución proceso mediante el cual las moléculas se ordenan de un modo natural formando un retículo repetitivo que denominamos cristal, mismo que se encontrará en el seno de la disolución. Una vez formados los cristales se separan de la solución obteniéndose el soluto con un alto grado de pureza.


Generalidades

Durante el proceso de cristalización los cristales deben formarse primero y luego crecer. El fenómeno de formación de pequeños cristales se le llama nucleación y a la formación capa por capa, se le denomina crecimiento, ambas se ven impulsadas por la sobresaturación de una disolución, o también explicado como el exceso de capacidad de un líquido para disolver un sólido, que dependiendo de la naturaleza de las sustancias se verá influenciado por la aplicación o disminución de calor.

Fundamentos de la recristalización

Para denominar con cuales sustancias la cristalización es un método favorable para purificarlas, es necesario evaluar y conocer la siguiente información:

Tipos de cristales que forma el producto a obtener Pureza de los cristales que forma el producto El equilibrio entre la solubilidad y sobresaturación de soluciones

del soluto en agua u otro disolvente Modos de operación posibles para generar la sobresaturación de

la solución de soluto La velocidad con que se origina la nucleación y el crecimiento de

los cristales de soluto.

Ahora bien, un cristal es un sólido compuesto por átomos, iones o moléculas dispuestos en un arreglo tridimensional ordenado, periódico o retícula espacial. La distancia entre los átomos y los ángulos entre las caras de los cristales es característica de cada material. Entonces entre los sistemas cristalográficos que puede presentar un sólido se encuentra:

1. Cúbico2. Tetragonal3. Ortorrómbico4. Hexagonal5. Monoclínico


6. Triclínico7. Trigonal

Ahora bien para poder ser transferido a la fase sólida una solución líquida, es decir, cristalizar, un soluto cualquiera debe eliminar su calor latente o entalpía de fusión, por lo que el estado cristalino además de ser el más puro, es el de menor nivel energético de los tres estados físicos de la materia, en el que las moléculas permanecen inmóviles unas respecto a otras, formando estructuras ene l espacio, con la misma geometría, sin importar la dimensión del cristal.

Importancia como método de purificación

La cristalización como un método para eliminar las impurezas de una disolución, que generalmente son debidas al atrapamiento del líquido en el cristal en pequeñas bolsas u oclusiones y ya una vez formado el cristal en la adhesión de la solución en la superficie. Esto nos permite obtener en una sola etapa un producto de una pureza de hasta 99%, además de permitirnos tener la capacidad de controlar el crecimiento de los cristales además de presentar una mejor forma y apariencia del producto obtenido para el manejo, empaque, almacenamiento y comercialización del mismo. No necesita de grandes temperaturas para sobresaturar una disolución.

Principales tipos de Cristalización

Evaporación:

Evaporando el disolvente de una disolución se puede conseguir que empiecen a cristalizar los sólidos que estaban disueltos cuando se alcanzan los limites de sus solubilidades. Este método ha sido utilizado durante milenios. Caso como la obtención de sal marina.

Fusión:

Se funde la sustancia a cristalizar, para posteriormente dejarla enfriar apareciendo los cristales sobre las paredes del recipiente.

Sublimación:


Algunas sustancias sólidas tienen la propiedad de alcanzar directamente, por calentamiento, el estado gaseoso sin paso previo por el estado líquido. Al enfriar los vapores se condensan en forma de cristales muy puros, ya que las impurezas, al no sublimar, quedan perfectamente separadas de la sustancia pura.

Métodos para inducir la Cristalización

Para inducir la cristalización: Talle con una espátula o una varilla de vidrio las paredes del matraz (en la interface solución aire) y luego enfríe el matraz en un baño de hielo-agua. Si no cristaliza, posiblemente se deba a que hay un exceso de disolvente; en tal caso, agregue cuerpos de ebullición y concentre la solución, llevándola a ebullición para evaporar parte del disolvente. Vuelva a enfriar, tallando las paredes con una espátula. Algunas veces, es necesario “sembrar” algunos cristales de la sustancia pura, y repetir el procedimiento de tallar y enfriar. Una vez formados los cristales, sepárelos de las aguas madres por filtración al vacío. Para esto, fije el matraz Kitasato con unas pinzas (para evitar que se caiga) y conéctelo a la llave de vacío mediante una manguera; al embudo Büchner se le coloca dentro un círculo de papel filtro, cuidando que ajuste perfectamente y se coloca en el Kitasato mediante un adaptador de hule. Se humedece el papel filtro con un poco del disolvente ideal frío, se abre la llave del vacío suavemente, sólo a que se fije el papel y se vierte el contenido del matraz de cristalización (primero se agita un poco el matraz Erlenmeyer y se vierte la solución de forma rápida para pasar la mayor cantidad de cristales). Para terminar de bajar los cristales, se puede utilizar una pequeña cantidad (máximo 3 mL) del mismo disolvente ideal frío, ayudándose con la espátula. Para secar los cristales, se deja que termine de filtrar la mayor parte del disolvente, una vez que deje de gotear, se cierra la llave del vacío y se retira el embudo Büchner; el filtrado del Kitasato se pasa a un matraz Erlenmeyer y se vuelve a colocar el embudo y esta vez se abre toda la llave del vacío, para permitir que los cristales se sequen y coloque el vidrio de reloj encima del embudo Büchner.


Factores que intervienen en el Crecimiento de los Cristales

Si bien la nucleación es el proceso que presenta un sólido en formarse en cristal el tipo de cristalización puede ser un factor de crecimiento del mismo, porque al aumentar la velocidad de nucleación menor será el tamaño de los cristales obtenidos, que se ve definida en función del mecanismo de sobresaturación aplicada en una disolución, hecho que al mismo tiempo es un fuerza impulsora para el crecimiento de los cristales que ocurre sobre la superficie del cristal obtenido en la nucleación todo ello representa importantes factores para que los cristales que se buscan obtener sean uniformes.

Eliminación de Impurezas Coloreadas

Si la muestra contiene impurezas coloridas o resinosas, permita que la solución disminuya y temperatura y agregue el carbón activado, adicione cuerpos de ebullición y vuelva a calentar a ebullición con agitación constante. Deje calentar el matraz por 3 minutos, teniendo cuidado de mantener constante el volumen de disolvente, filtre en caliente, por filtración rápida, con en el embudo de vidrio y el matraz restante previamente calentados (algunas ocasiones, el filtrado queda con restos de carbón activado como polvo muy fino, en este caso, es necesario calentar nuevamente la solución y se filtra con una capa de celita)

Fenómenos de AdsorciónEl fenómeno de adsorción es el proceso por el cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase, son retenidas en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase. Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido o gas en la superficie de una sustancia sólida o líquida.

Adsorción por intercambio

En este proceso el soluto y el adsorbente se atraen por fuerzas electrostáticas. Dicho de otra manera, los iones del soluto se concentran en la superficie del sorbente, que se halla cargada


eléctricamente con signo contrario a los iones del soluto. Si tenemos dos adsorbatos iónicos iguales en varios factores, pero uno con mayor carga que otro, el de mayor carga será el que se adsorbido. Para adsorbatos con igual carga, el tamaño molecular es el que determina cuál será adsorbido.

Adsorción por fuerzas de Van der Waals. También llamada adsorción física o fisisorción. En este tipo de adsorción, el adsorbato no está fijo en la superficie del adsorbente, sino que tiene movilidad en la interfase. Ejemplo de este tipo de adsorción es el de la mayoría de las sustancias orgánicas en agua con carbón activado. En este tipo de adsorción el adsorbato conserva su naturaleza química.

Adsorción química.

Sucede cuando hay interacción química entre adsorbato y adsorbente. También llamada quimisorción. La fuerza de la interacción entre adsorbato y adsorbente es fuerte, casi como un enlace químico. En este tipo de adsorción el adsorbato sufre una transformación, más o menos intensa, de su naturaleza química.

Técnica de Filtración

La filtración, es el proceso de separación que experimenta un sólido y un líquido. A menudo, lo que queremos conseguir es aislar el sólido, en otras ocasiones lo que nos interesa es conseguir la disolución.

Tipos de Técnicas de Filtración:

-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, de modo que al pasar el líquido de la disolución a través de el, quedará retenido en el papel la parte sólida, pasando limpia la parte líquida. Este tipo de filtración es de gran utilidad para casos como:– Para la filtración de impurezas de tipo insoluble, cuando realizamos un proceso de cristalización.


– Para la filtración de un agente desecante en pleno proceso de secado.– Para todas las filtraciones en las que se desecha el sólido, pues lo que interesa es la disolución.

Filtración a presión reducida:

La filtración a presión reducida es bastante más rápida que la filtración por gravedad. Para llevar a cabo una filtración a presión reducida, 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 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. El fondo del embudo se cubre con un papel de filtro, donde quedará retenido el sólido.La filtración al vacío, con embudos de este tipo se utilizan en casos como:– filtración de cristales en procesos de cristalización.– Filtraciones de sólidos en procesos de precipitaciones.– Filtraciones donde nuestra intención es aislar el componente sólido, queramos descartar o no la disolución.

Para realizar una filtración de este tipo necesitamos diferentes materiales como por ejemplo, el embudo büchner, un filtro redondo, diferentes adaptadores y mangueras, un kitasatos, donde irá colocado el embudo anteriormente mencionado, etc.

Filtración con placa filtrante:

La superficie filtrante tiene forma de disco y es una placa de textura porosa, cuyos poros son de determinado tamaño, de manera que impida el paso de sólidos. La filtración por este método se realiza también al vacío, a través de un proceso similar al utilizado en la filtración con Büchner, pudiendo ser usado tanto si nos interesa el producto sólido o la disolución, en tres casos diferentes:– Filtración de los cristales en diferentes procesos de cristalización.– Filtración de la parte sólida en procesos de precipitación.


– Filtración de agentes desecantes en los procesos de secado.– Filtraciones sobre soportes sólidos.

Filtración sobre celita:

La celita es un sólido que suele ser utilizado como un soporte de filtrado. Se encuentra constituida principalmente por sílice. Generalmente se usa para filtrar al vacío suspensiones de tipo coloidal, de texturas gelatinosas o sólidos constituidos de partículas muy finas, por lo general de naturaleza inorgánica, que pudiesen traspasar otros tipos de filtros, en cambio en la celita, quedan retenidos. La celita se usa solamente para filtrar sólidos con impurezas que se quieran eliminar.También, entre los diferentes tipos de filtraciones se encuentra la filtración bajo atmósfera inerte. Cuando trabajamos con compuestos que son sensibles a la humedad o incluso al aire, se necesita llevar a cabo la filtración bajo atmósfera inerte.Con mayor frecuencia se presenta el caso de las reacciones que contienen productos que son sensibles a la humedad y necesitan ser filtradas bajo una atmósfera que no los altere para poder eliminar el sólido. Para esto, pueden usarse placas de filtración provistas de dos bocas esmeriladas, las cuales permiten la conexión a matraces diferentes formando un sistema cerrado.

Preparación del Papel filtro


Doble el papel filtro como lo muestra la Figura 1, para después

Montar el embudo sobre el matraz dejando un hueco entre ambos para que “respire” (Figura 2). Humedezca el papel filtro con un poco del disolvente ideal caliente y filtre rápidamente. Enjuague el matraz y el papel filtro con un poco del disolvente caliente (2 a 3 mL).


Sustancias

Reactivos

Agua (H2O)PM: 18.01 g/mol

PF: 0 °C

PE: 100°C

Aspecto: Liquido

Color: Incoloro

D: 0.958 g/ml

nd: 1.33336

Solubilidad: soluble en alcohol y sal, pero no en gasolina y aceites.

Toxicidad: Ninguna

Flamabilidad: Incombustible

Explosividad: No

Procedimiento ante accidentes: Ninguno en especial.

Orgánico

Benceno (C6H6)PM: 78.11 g/mol

PF: 5.5 °C

PE: 80.1 °C

Aspecto: Líquido

Color: Incoloro

D: 0.878 g/ml

nd: 1.501 (a 20 °C)

Solubilidad: 0.7 g/ml agua a 20°C

ROMBO NFPA

Toxicidad: CT L0 inh man: 100 ppm

Flamabilidad: Producto Inflamable

Explosividad: Volátil

Procedimiento ante accidentes: En caso de incendio, utilizar espuma o polvo seco.

BIBLIOGRAFÍA:

Facultad de Química. MANUAL DE Prácticas Para El Laboratorio De Química Orgánica I. UNAM. México. Pág. 8-12 (2012)

La Guía. <http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/adsorcion>

recristalización

Documents