DETERMINACIÓN DE PUNTO DE FUSIÓN

DETERMINACIÓN DE PUNTO DE FUSIÓN

I. OBJETIVOS

· Saber usar el punto de fusión como criterio de pureza de las sustancias orgánicas sólidas.

· Aprender a determinar el punto de fusión en diferentes tipos de aparatos.

· Aprender a aplicar el punto de fusión mixto como criterio de identidad de los compuestos orgánicos.

II. MATERIAL

Agitador de vidrio	1	Espátula	1
Vidrio de reloj	1	Mechero con manguera	1
Termómetro de -10 a 400ºC	1	Pinza de tres dedos con nuez	1
Vaso de pp de 100 ml *	1	Tubo de vidrio de 30 cm	1
Tubos capilares	3	Tubo de Thiele c/tapón de	1
		corcho
* Graduado

MATERIAL ADICIONAL.- En equipo de 3 alumnos.

(Se les proporcionará con su credencial):

Aparato Fisher-Johns para punto de fusión.	1
Cubreobjetos redondos	8

III. SUSTANCIAS

Se utilizarán sustancias sólidas cuyos puntos de fusión estén

comprendidos dentro de la escala del termómetro.

Aceite de Nujol

Acetona-metanol (1:1) (para lavar los cubreobjetos)

IV. INFORMACIÓN

a) La pureza e identidad de una sustancia orgánica puede quedar establecida cuando sus constantes físicas (punto de fusión, punto de ebullición, color, densidad, índice de refracción, rotación óptica, etc.), corresponden con las

indicadas en la literatura para dicha sustancia. Por ser de fácil determinación y por ser los más citados, tanto el Upunto de fusiónU como el de ebullición son operaciones de rutina en los laboratorios de Química Orgánica.

b) El Upunto de fusiónU de un compuesto sólido cristalino es la temperatura a la que cambia de sólido a líquido y siempre es informado dando UdosU temperaturas: la primera es cuando aparece la primera gotita de líquido y la segunda es cuando la masa cristalina termina de fundir y aparece de pronto como un líquido claro. Por ejem., el pf del ácido benzoico se informa como:

Pf = 121 – 122º

c) Cuando un compuesto orgánico esU puroU, el intervalo entre los dos valores es muy pequeño, de 1 ó 2 grados; sin embargo, si el compuesto esU impuroU, muestra una temperatura más baja y un intervalo más amplio.

d) Aprovechando esta característica, se emplea el Upunto de fusión mixtoU

(punto de fusión de una mezcla) para determinar la identidad de un

compuesto:

· Si se mezclan dos muestras diferentes de Ula misma sustanciaU, el resultado sigue siendo la misma sustancia pura.

· Si se mezclan dos muestras de sustancias UdiferentesU, éstas se impurifican entre sí, por lo cual la mezcla fundirá a una temperatura más baja y el intervalo de fusión será más amplio.

e) Existen actualmente muchos tipos de aparatos para determinar el punto de fusión. En este laboratorio, usaremos dos: el Utubo de ThieleU (muestra en capilar) y el Uaparato deU UFisher-JohnsU (muestra en cubre-objetos).

V. PROCEDIMIENTO

A.- APARATO DE FISHER-JOHNS

El aparato de Fisher-Johns consta de una platina calentada mediante una resistencia eléctrica, en la que se coloca la muestra entre UdosU cubre-objetos redondos (unos cuantos cristales en el centro del cubre-objetos). La velocidad de calentamiento se controla con un reóstato integrado al aparato y la temperatura de fusión de la sustancia se lee en el termómetro adosado a dicha platina.

1).- Calibración del termómetro del aparato:

Se le proporcionará tres sustancias estándar de punto de fusión conocido a las que deberá determinarles el punto de fusión en el aparato de Fisher-Johns. Para mayor exactitud de las determinaciones y con base en el punto de fusión conocido de cada estándar, calcule la velocidad óptima de calentamiento que debe utilizar en el reóstato del Fisher-Johns, a través de la siguiente fórmula:

Velocidad de calentamiento = (P.f. conocido x 0.8) / 3

= UPf conocidoU

Anote sus puntos de fusión en la siguiente tabla:

Sustancias	Pf teórico	Pf experimental

Trace luego una Ugráfica de calibraciónU del termómetro de su aparato Fisher-Johns en papel milimétrico, colocando en las abscisas los puntos de fusión teóricos conocidos y en las ordenadas los puntos de fusión obtenidos experimentalmente.

Esta gráfica se utiliza para corregir puntos de fusión experimentales, localizando primero en las ordenadas el valor experimental y extrapolando hacia las abscisas para encontrar el punto de fusión corregido.

2).- Problema y punto de fusión mixto

Puede usarse el Experimento No. 1 (tres muestras diferentes), o bien, si se desea, se puede usar como UalternativaU el Experimento No. 2 (el problema de su cristalización), a elección del profesor.

UExperimento No. 1

a).- U Punto de fusión de las sustancias problema

Se le proporcionará UtresU muestras sólidas, de las cuales UdosU de ellas son iguales. Para cada muestra o sustancia, haga dos determinaciones. (Recuerde que sólo se colocan unos cuantos cristales de la muestra en el centro de un cubre-objetos y se cubre con el otro).

La Uprimera determinaciónU permite conocer aproximadamente el punto de fusión, al que llamaremos pf aproximado ó pf estimado. (Coloque en 50 el botón del reóstato, que es una velocidad intermedia de calentamiento).

La Usegunda determinaciónU permitirá conocer el pf más exactamente, si se utiliza la velocidad óptima de calentamiento, que para este caso está dada por la fórmula:

Velocidad de calentamiento = U^Pf^estimadoU

⁴

Corrija (usando su gráfica) los pf obtenidos en esta segunda determinación y anótelos en el cuadro siguiente. (No olvide anotar los dos valores, de inicio y de término).

Sustancia:

Pf corregido

(ºC)

Seleccione ahora las sustancias que sospecha son iguales y por medio de la técnica del p.f. mixto, podrá concluir cuáles son las dos sustancias iguales.

b).-U Punto de fusión mixto.U

Con las sustancias que pueden ser iguales, prepare una pequeña mezcla en proporción 1:1, homogenícela y determínele el p.f. ante las sustancias individuales, colocando las muestras en un mismo cubreobjetos, como se indica en la Fig. 1. Anote Ulos tresU puntos de fusión. Es muy importante que anote los dos valores del intervalo en cada pf, ya que eso también nos dará información.

Sustancia 1 Sustancia 2

Pf =

Mezcla

Pf =

(Figura 1)

UCONCLUSIÓNU: Diga si las sustancias son iguales o diferentes. Explique

por qué.

UExperimento No. 2 (Alternativo)U

a).-U Punto de fusión de la sustancia problema

Determine el pf de la sustancia problema que usó para realizar su UcristalizaciónU, ahora en el aparato de Fisher-Johns, y compárelo con los de la Lista de sustancias posibles. Es probable que encuentre varios pf parecidos. (No olvide controlar la velocidad de calentamiento).

Anote aquí su pf (anote los dos valores, el de inicio y el de término,

para conocer el intervalo)

Sustancia problema

_{Sustancias
posibles:}

_Pf

Pf=

b).-U Punto de fusión mixto.U

Para confirmar ó rechazar la identidad de su sustancia problema, lleve a cabo el punto de fusión mixto, para lo cual coloque unos cristalitos de la Usustancia conocidaU a la izquierda del cubre-objetos (observe la Fig. 2), unos cristalitos de su Usustancia problemaU a la derecha y un poco de la UmezclaU de ambos, abajo. (Para hacer la mezcla, puede poner unos cristalitos de cada uno en un vidrio de reloj y molerlos con el extremo de un agitador).

Realice todos los Pf mixtos que necesite, hasta identificar su sustancia problema, dibujando en su cuaderno los esquemas y anotando los UtresU puntos de fusión en cada uno, con su intervalo, ya que eso nos proporciona información.

Sustancia conocida Sustancia UproblemaU

Pf = Pf =

Mezcla

Pf =

(Figura 2)

B.- MÉTODO DEL TUBO DE THIELE

Para Ucerrar los capilaresU, caliente el tubo de vidrio con un mechero y estírelo cuando se ablande; luego funda el extremo delgado para cerrarlo.

Para Ullenar el capilarU, pulverice la sustancia en un vidrio de reloj con la punta de un agitador y aplique el extremo abierto del capilar sobre la sustancia. Enseguida, tome un tubo de vidrio de unos 30 cm. de largo, apoye un extremo en la mesa y deje caer por arriba el capilar (el extremo cerrado hacia abajo), hasta que la sustancia quede en el fondo del capilar con una altura de unos U2 mm.U Ahora cierre con cuidado el capilar por su otro extremo.

El capilar ya preparado Use une al termómetroU mediante una rondana de hule (la cual nunca debe tocar el aceite). Observe que la sustancia en el capilar quede pegada al bulbo del termómetro. (Fig. 3).

(Figura 3)

Llene el tubo de Thiele con aceite mineral (Nujol) hasta cubrir la entrada superior del brazo lateral (observe la Fig. 3) y sosténgalo en un soporte con unas pinzas. Coloque el termómetro con el capilar en el corcho horadado, cuidando que el bulbo del termómetro (y la muestra) queden al nivel del brazo superior del tubo lateral, sin que el aceite toque la rondana de hule (porque se afloja y se cae el capilar). Comience a calentar suavemente el brazo lateral del tubo de Thiele con un mechero.

UPrimera determinaciónU.- Para conocer aproximadamente a qué temperatura funde su muestra, regule el calentamiento del tubo de Thiele de tal manera que la temperatura aumente a una velocidad de U20º por minutoU.

USegunda determinaciónU.- Prepare otro capilar con la muestra pulverizada. Repita el procedimiento y una vez que falten unos 30º para llegar a la temperatura de fusión, disminuya la velocidad de calentamiento a U2º porU UminutoU.

Anote sus datos en el cuadro siguiente:

(Anote las dos temperaturas, de inicio y de término, en cada pf.)

^{1ª determinación}

^Pf⁼

^{2ª determinación}

^Pf⁼

VI. CONCLUSIONES

a) ¿A qué se le llama punto de fusión?

b) ¿Por qué deben anotarse las dos temperaturas (inicio y término) de un punto de fusión?

c) ¿Por qué debe calibrarse el termómetro del aparato de Fisher-Johns?

d) ¿Qué utilidad tiene la gráfica de calibración?

e) Explique si la grafica de calibración de UunU aparato Fisher-Johns puede utilizarse para trabajar en otros aparatos similares ¿si?, ¿no?, ¿por qué?

f) ¿Por qué es necesario controlar la velocidad de calentamiento para determinar un pf?

g) Dibuje el esquema de su punto de fusión mixto, con sus puntos de fusión con intervalo.

h) Explique a qué conclusión llegó (si sus sustancias son iguales o diferentes) y explique por qué.

i) Si realizó el Experimento No. 2, dibuje los esquemas de los pf mixtos que haya realizado, con sus valores de pf cada uno (con sus intervalos) y explique cómo logró identificar su muestra problema.

VII. ANTECEDENTES.

a) Punto de fusión como constante física.

b) Factores que determinan la fusión de un sólido.

c) Métodos, aparatos y equipos para determinar punto de fusión: Tubo de Thiele, UFisher-JohnsU, Kofler, Büchi, etc.

d) Puntos de fusión de sustancias puras e impuras. Mezclas eutécticas.

e) Punto de fusión mixto.

VIII. BIBLIOGRAFÍA

· Adams R., Johnson J. R. and Wilcox, C. F. Jr. ULaboratory Experiments in Organic ChemistryU, 7P^a^P ed.. Macmillan, USA., 1979.

· Brewster R.Q., Vanderwerf, C.A.y McEwen, W. E. UCurso de Química Orgánica ExperimentalU, Alhambra, Madrid, 1974.

· Campbell B.N. Jr.and McCarthy Ali, M. UOrganic Chemistry Experiments, microscale and semi-microscaleU, Brooks/Cole , USA., 1994.

· Fessenden R.J. and Fessenden J.S. UOrganic Laboratory TechniquesU. Brooks/Cole , USA., 1993.

· Moore J.A. and Dalrymple D.L. UExperimental Methods in OrganicU UChemistryU. W. B. Saunders, (USA), 1976.

· PastoP¹^P D.J., Johnson C.R. and Miller M.J. UExperiments And Techniques in Organic ChemistryU. Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1992.

· PastoP²^P D.J., Johnson C.R. UOrganic Structure DeterminationU. Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1969.

· Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S. Jr., UIntroduction to Organic Laboratory Techniques, a Contemporary ApproachU. Saunders, USA., 1976.

· Roberts R.M., Gilbert J.C., Rodewald L.B. and Wingrove A.S. UAn Introduction to Modern Experimental Organic Chemistry.U Holt, Rinehart & Winston, USA., 1969U.

· Shriner, R. L., Fuson, R. C., Curtin, D.Y. UIdentificación Sistemática de Compuestos OrgánicosU. Limusa, México, 1995.

· Vogel A.I. U Practical Organic Chemistry including Qualitative Organic AnalysisU, 4P^a^P ed.. Longman, USA, 1978.