Recristalizacion
Recristalizacion
Recristalizacion
Cuando haya completado esta actividad, Ud. deberá ser capaz de:
-decidir si una muestra puede purificarse por recristalización.
-elegir el solvente adecuado para la recristalización.
-decidir qué tipo de procedimiento realizará de acuerdo al tipo de
impurezas presentes (insolubles, solubles, coloreadas, etc)
Recristalización
Los elementos y compuestos rara vez se encuentran en la naturaleza en
forma pura. Cuando un compuesto se sintetiza en el laboratorio es frecuente que contenga
impurezas tales como el solvente usado como medio de reacción, otros productos de
síntesis, reactantes que no reaccionaron, productos de descomposición, etc.
Los sólidos orgánicos o inorgánicos suelen ser generalmente purificados
por recristalización. La recristalización es un procedimiento que permite separar un
compuesto sólido de sus impurezas, basándose en la diferencia de solubilidad del
compuesto en algún solvente (o mezclas de solventes), a dos temperaturas diferentes.
La técnica general involucra la disolución del material a cristalizar en un solvente caliente
y luego la cristalización, al enfriar lentamente la solución.
1- La selección del solvente es muy importante para lograr una buena recristalización. Se
necesita una gran diferencia entre la solubilidad del compuesto a cristalizar en el solvente
frío (0º-25ºC) y la solubilidad del mismo en caliente (punto de ebullición del solvente).
Idealmente, el compuesto debería ser poco soluble a temperatura ambiente y muy soluble
a la temperatura de ebullición del solvente elegido. ¿Por qué?
En la Tabla I se muestra la solubilidad de diferentes compuestos en agua,
expresada en gramos por 100 mL. Cuando no se conoce la naturaleza de la sustancia a
recristalizar se debe seleccionar el solvente en forma experimental.
2- Una vez elegido el solvente para realizar la recristalización, se debe calcular la cantidad
de solvente necesaria para solubilizar la totalidad de la muestra que se desea recristalizar,
sobre la base del dato de la solubilidad en caliente, o sea a la temperatura de ebullición.
Este volumen calculado se denomina volumen teórico (VT). Por ejemplo, para
recristalizar 1,00 g de ioduro de estaño en H2O (empleando los datos de la Tabla I) este
volumen se calcula de la siguiente manera:
Figura 1
Figura 2
IMPORTANTE: Las impurezas insolubles y el carbón activado decolorante se deben
eliminar estando la solución caliente (en frío, precipitarían también los cristales deseados)
y el punto clave es que durante este proceso de filtrado no se enfríe la solución.
El plegado del papel tiene dos propósitos: por un lado, aumentar la superficie de contacto
entre el papel y el líquido y por otro lado, disminuir el área de contacto entre el embudo
y el papel de filtro.
5- Luego de esta primera filtración, se deja enfriar lentamente la solución para provocar
la cristalización del sólido. Si es necesario, se deben raspar las paredes del erlenmeyer
con una varilla de vidrio para favorecer la formación de núcleos de cristalización. Cuando
el crecimiento de cristales es lento y selectivo, el proceso se llama cristalización. La
cristalización es un proceso dinámico donde a partir de un pequeño núcleo el cristal crece
capa a capa seleccionando las "moléculas correctas" de la solución. Cuando el proceso de
crecimiento de cristales es rápido y no selectivo, se llama precipitación. En este último
caso, las redes cristalinas crecen rápido y las impurezas quedan atrapadas en la red. Por
esto, si se quiere purificar un sólido, se debe evitar que el proceso de enfriamiento sea
muy rápido. Por razones prácticas, tampoco debe ser muy lento. Así, el tiempo adecuado
para un proceso de cristalización será de minutos u horas y no de segundos o días.
6- Una vez formados los cristales, se los separa de sus aguas madres mediante una
filtración en frío. Se denomina aguas madres al solvente de recristalización en el que se
encuentra disuelta una cierta cantidad del compuesto a recristalizar (es decir, es una
solución saturada del compuesto a recristalizar en el solvente utilizado) y de las
impurezas solubles en dicho solvente. Esta filtración se realiza, por lo general, a presión
reducida con un embudo de Buchner y un kitasato (Figura 3).
7- Luego, los cristales deben ser lavados con el objeto de eliminar los líquidos madres
que los impregnan, los cuáles, por secado, depositarán sobre las superficies de los cristales
las impurezas que llevan disueltos. El solvente de lavado es generalmente igual al
empleado para la recristalización. Debe usarse frío y la menor cantidad posible, para
evitar pérdida por disolución.
8- El secado de los cristales es el paso final en el proceso, ya que ellos deben quedar libres
del solvente. Se colocan los cristales en un cristalizador cubierto con un papel de filtro
para evitar que se contaminen con partículas de polvo y se dejan secar al aire o en un
desecador al vacío (Figura 4), con o sin calentamiento dependiendo de las características
del sólido a secar.
Figura 3 Figura 4
IMPORTANTE: Para que las impurezas se eliminen en forma definitiva, se necesita que
éstas sean totalmente insolubles en el solvente caliente (la muestra está disuelta) ó bien
que sean totalmente solubles en el solvente en frío (la muestra está como sólido
cristalino). En ambas situaciones, la muestra se separa de las impurezas por filtración pero
en frío ó en caliente, según corresponda.
2- Indique cuáles son los distintos pasos que se deben realizar en una recristalización,
explicando las características principales de cada uno de ellos.
4- Según los datos de la Tabla II, explique cuál solvente utilizaría para recristalizar 10,00
g de ácido benzoico, analizando los rendimientos teóricos correspondientes (JSR):
a) agua.
b) etanol.
c) éter etílico.
Solvente
A B C D E F
Solubilidades en g/100 mL
a 10 ºC 0,80 20,0 0,20 10,0 0,50 0,10
a) Grafique Solubilidad vs Temperatura, empleando los datos de la tabla. Una los puntos
graficados.
b) Suponga que se agregan 5,00 mL de agua a 0,60 g de Y y se calientan hasta una
temperatura de 80ºC, esperaría que se disuelva todo el compuesto Y presente? Si/No.
J.S.R.
c) Si la solución preparada en b) se enfría hasta T = 20ºC. ¿Cuántos gramos de Y sólido
podría obtener como máximo?
8- Dos alumnos recristalizan muestras de 2,000 g de ácido benzoico en agua (ver Tabla
II). El primero, disuelve el ácido benzoico a 80ºC y lo filtra a 10ºC. El segundo, lo
disuelve a 98ºC y lo filtra a 10ºC.
a) Calcule la cantidad de agua que necesita cada alumno y la cantidad máxima de ácido
benzoico que se recuperará en cada caso.
b) Suponiendo que ambos alumnos trabajan adecuadamente, cuál de los dos alumnos
obtendría un mayor rendimiento teórico?
9- Dos alumnos recristalizan cada uno, muestras iguales de 1,000 g de acetanilida impura,
utilizando agua como solvente. A tal fin disuelven la muestra a 98°C, filtran en caliente
y luego ambos enfrían a 10°C. El primero de ellos (alumno 1) obtiene 0,7800 g de
acetanilida pura, mientras que el segundo (alumno 2) obtiene 0,6500 g.
Calcule el rendimiento que obtuvo cada alumno.
¿Qué observaciones podría realizar sobre el procedimiento realizado por cada uno de los
alumnos en base de los resultados obtenidos.
10- Se dispone de una sustancia A (0,900 g) impurificada con una sustancia B (0,200 g).
Ambas sustancias tienen igual solubilidad en un solvente (0,1 g/100 mL de solvente a
20°C y 1 g/100 mL de solvente a 100°C). Considere que las solubilidades de ambas
sustancias no se ven afectadas por la presencia de la otra sustancia. Indique si podría
obtener la sustancia A pura, mediante la realización de una ó más recristalizaciones? JSR.
Si su respuesta es afirmativa, qué cantidad de la sustancia A pura podría obtener?