Recristalización
Es el procedimiento utilizado para separar un compuesto sólido de sus impurezas, basándose en la diferencia de solubilidades de ambos, en algún solvente, o mezcla de solventes.
¿Cuando un ion esta solvatado? ¿E hidratado?
El verbo solvatar significa rodearse de solvente.
Los iones solvatados son aquellos que están rodeados de solventes polares únicamente, debido a la atracción electrostática ocasionada por la carga del ion y la del solvente. Al disolverse los iones en un solvente, se dispersan y son rodeados por moléculas de solvente. A mayor tamaño del ion, más moléculas de solvente son capaces de rodearlo, y más solvatado se encuentra el ion.
El ejemplo universal de solvente polar es el agua y para este caso específico, la solvatación recibe el nombre de hidratación.
El ion hidratado es aquel que está rodeado de moléculas de agua manteniendo su hidratación.
Suponga que se pide purificar un compuesto por recristalización en uno de estos solventes: agua, etanol, heptano. La solubilidad del compuesto en gr/100 ml de solvente es:
Solvente 20°C 80°C
Agua 0.15 0.27
Etanol 0.70 6.20
Benceno 16.00 38.00
Heptano 30.00 41.00
? ¿Cuál de los solventes elegirías y por qué?
? Observando las solubilidades ¿Qué características podrías sospechas el compuesto que queremos solubilizar?
Elegiría al etanol, porque a 80°C disuelve una cantidad moderadamente grande de compuesto y en frío, 20°C, disuelve muy poco.
Además, el rango de diferencia es grande entre los 80°C y los 20°C, es barato, su punto de inflamación es bajo, es menos tóxico que los otros solventes y es un disolvente orgánico.
El agua no disuelve, ya que es una sustancia inorgánica, por la diferencia que hay entre sus temperaturas ya que es baja.
El benceno tiene una diferencia no muy grande entre las dos temperaturas, al igual que el heptano.
El método de purificación de una sustancia por recristalización, comprende los siguientes pasos:
1) Selección del solvente adecuado.
2) Disolución del sólido impuro en el solvente caliente.
3) Decoloración de la solución
4) Separación de las impurezas insolubles por filtración en caliente.
5) Cristalización del sólido.
6) Recolección de los cristales, por filtración en frío.
7) Secado de los cristales obtenidos
8) Determinación de la pureza del sólido obtenido.
9) Cálculo del rendimiento logrado.
¿Es mejor obtener cristales pequeños o grandes? ¿Qué procedimiento puede utilizar para obtener cristales pequeños o cristales grandes?
Explique por qué para evitar las reacciones de hidrólisis, se puede purificar con un sistema de solubilizar el alcohol y reprecipitación en agua o bien utilizando una mezcla de solventes con acido acético y agua. Explique como lo haría experimentalmente.
Es mejor obtener cristales no muy pequeños, si medianos y no grandes. Esto se debe a que los cristales muy pequeños, en conjunto, poseen una gran superficie de adsorción en la que queda fijada una mayor cantidad de impurezas. Si se desea obtener cristales medianos es necesario que después de la filtración en caliente, el enfriamiento de la solución se haga con una velocidad moderada; caso contrario si el enfriamiento se produce rápido se obtendrán cristales pequeños.
Cuando la sustancia a purificar tiene la propiedad de hidrolizarse o son muy lábiles, se descomponen y pierden sus propiedades, por lo tanto nos conviene utilizar mezcla de disolventes como etanol y agua.
Con base en los conocimientos adquiridos sobre solubilidad responda las siguientes preguntas:
? Se le ha encomendado recristalizar la sustancia A, para lo cual dispones de los solventes X, Y y Z, con las siguientes propiedades:
Solvente Punto de ebullición (°C) Solubilidad de A en frio (gr/100ml) Solubilidad de A en caliente (gr/100ml)
X 35 0,2 12
Y 80 4,0 13
Z 74 0,4 15
¿Cuál de todos ellos consideras el más adecuado para el procedimiento? ¿Por qué?
El más adecuado para el procedimiento es el z ya que tiene una alta solubilidad en caliente y baja en frío, además su temperatura de ebullición es relativamente baja.
¿Cómo procedería para la elección del solvente más adecuado para la recristalización de una sustancia?. ¿Cuáles son los solventes más usados en Química Orgánica?
Indique las condiciones fundamentales que debe cumplir un solvente para ser útil en una recristalización.
El criterio para elegir un solvente para recristalización se basa en procurar una solubilidad máxima de la sustancia a extraer en el solvente que se va a elegir, aun a temperatura ambiente.
Un solvente adecuado para utilizar en la recristalización de una sustancia debe cumplir con ciertos aspectos:
a. No debe reaccionar con el soluto
b. Debe disolver, al producto a purificar, mucho más a alta temperatura (normalmente a punto de ebullición del solvente), que a bajas temperaturas (en general a temperatura ambiente o baño de hielo); es decir, el cociente entre la solubilidad en caliente y en frío debe ser grande.
c. La solubilidad de la sustancia a purificar debe ser lo más baja posible en el solvente frío.
d. Debe disolver los contaminantes a bajas temperaturas o no disolverlos a alta temperatura.
e. Debe tener un punto de ebullición relativamente bajo para facilitar el secado de los cristales húmedos.
Cuando dos o más solventes resulten igualmente indicados para una recristalización, se usará el de más fácil purificación, inflamabilidad y menor toxicidad y costo.
Además, cuando se trata de cristalizar compuestos conocidos se sabe normalmente el disolvente a utilizar. En otros casos se suele seleccionar el disolvente haciendo algún ensayo con disolventes seleccionados basándose en la regla de “semejante disuelve a semejante”.
Los solventes más utilizados en química orgánica son:
*Tolueno
*Diclorometano (cloruro de metileno)
*Cloroformo
*Eter Etílico
*Tetrahidrofurano (THF)
*Acetato de Etilo
*Acetona
*n-butanol
*Etanol
*Metanos
*Agua
*Ácido Acético
¿Qué precauciones deben tomarse en la recristalización cuando se utilizan solventes inflamables?
Si el solvente es inflamable o muy volátil, se armará un equipo de reflujo, como se muestra en el gráfico a. En el caso que el solvente es inflamable debe utilizarse una plancha calefactora –en vez de mechero- (gráfico b) y un baño de glicerina, agua o aceite, dependiendo de la temperatura final deseada.
Justifique la realización de los siguientes pasos experimentales durante la recristalización de una sustancia impura.
? Calentar el embudo antes de la filtración
_Se realiza esto para lograr adherencia perfecta sobre la placa filtrante.
? Filtrar en caliente la solución casi saturada
_Se filtra en caliente la solución para facilitar un máximo de recuperación de la muestra, cuando se enfríe la solución.
? Enfriar la solución a una velocidad moderada
_Se realiza a una velocidad moderada para obtener cristales medianos.
? Lavar los cristales con el solvente de recristalización puro
_Esto se realiza para eliminar los líquidos madres que los impregnan. Se utiliza la menor cantidad posible de solvente para evitar pérdidas por disolución.
? Recristalizar la sustancia en una mezcla de solventes de distintos puntos de ebullición calentando a reflujo
_Se realiza esto porque la cantidad de sustancia a recristalizar supera a la que cómodamente se puede tratar en un tubo de ensayo, y el disolvente a utilizar es inflamable o muy volátil. Con el reflujo nos aseguraremos de que no se pierda solvente por evaporación durante la disolución en caliente. Esto resulta fundamental cuando se agrega una mezcla de solventes.
Indique como procedería para purificar una sustancia en los siguientes casos:
? La solución de la sustancia disuelta en caliente presenta impurezas insolubles y es coloreada.
*
Se puede utilizar filtración por gravedad, utilizando un papel de filtro plegado. También se utiliza carbón activado para decolorear.
? La solución de la sustancia disuelta en caliente presenta impurezas insolubles y es incolora
Usaría filtración por succión, la cual permite una filtración rápida.
? La solución de la solución disuelta en caliente no presenta impurezas insolubles y es coloreada
Estos contaminantes solubles se eliminan por absorción selectiva sobre la superficie del carbón activado.
El carbón se agrega en pequeña cantidad a la solución en caliente, previo al paso de filtración.
? La solución de la solución disuelta en caliente no presenta impurezas insolubles y es incolora
Se disuelve la sustancia en caliente, en la mínima cantidad de solvente en el cual sea más soluble y luego se le agrega gota a gota el otro disolvente, agitando hasta ligera turbidez permanente; finalmente se agrega una pequeña cantidad del primer solvente gota a gota hasta total disolución.